CN102255622A

CN102255622A - 信号选择装置及其方法

Info

Publication number: CN102255622A
Application number: CN2010101889880A
Authority: CN
Inventors: 李仲雄; 顾育先
Original assignee: MStar Software R&D Shenzhen Ltd; MStar Semiconductor Inc Taiwan
Current assignee: MStar Software R&D Shenzhen Ltd; MStar Semiconductor Inc Taiwan
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2030-05-17
Also published as: CN102255622B

Abstract

本发明是一种信号选择装置及其方法，用以从多个输入信号中选择一目标信号，这些输入信号分别对应至不同时间指针，该装置包括：一权值计算单元，用以针对这些输入信号的每一个，分别产生一对应的权值；一处理单元，用以根据这些权值分别处理这些输入信号，以产生多个处理信号；以及一选择单元，用以从这些处理信号中选择能量较大者作为该目标信号；其中，这些权值用以调整这些输入信号的个别能量，使该目标信号为这些输入信号中时间指针较早者。本发明的信号选择装置及其方法可在多路径干扰严重或衰减通道的无线通道环境下，调整输入选择单元的信号的能量值，使得选择单元倾向选择时间指针较早的主信号，以降低前兆信号干扰。

Description

信号选择装置及其方法

技术领域

本发明是关于一种信号选择装置及其方法，特别是关于一种用于通讯系统接收端的信号选择装置及其方法。

背景技术

均衡器(equalizer)在通讯系统中是很重要的一部分。由于信号在传送到接收端的过程中会受到多路径(multipath)干扰及传送路径中遮蔽物的阻挡所造成的遮蔽效应(shadow effect)，这些现象都会造成通讯信号失真，使数据的错误率上升。因此，在接收端都会使用均衡器来补偿通道效应并抑制干扰与噪声。

图1显示现有的决策回馈均衡器(decision feedback equalizer，DFE)10的功能方块图。决策回馈均衡器10包括一通道匹配滤波器(channel matched filter，CMF)110、一前置均衡器(feed-forward equalizer，FFE)130、一符元间干扰(inter-symbolinterference，ISI)消除单元150、一切割器(slicer)170及一回馈均衡器(feedbackequalizer，FBE)190。

决策回馈均衡器10接收发射器(未图标)所发射的通讯信号S0，并将通讯信号S0经过通道匹配滤波器110以增加通讯信号的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)。之后，通讯信号S0再经过前置均衡器130、符元间干扰消除单元150及回馈均衡器190等以消除通道所造成的干扰。最后，决策回馈均衡器10利用切割器170来判断所接收的信号。

决策回馈均衡器10的缺点就是只能消除过去数据造成的符元间干扰，很难消除未来数据造成的符元间干扰。而在延迟扩散(dealy spread)大的通道环境下，决策回馈均衡器10会受到符元间干扰影响很大，因而提高输出数据错误率。因此，十分殷切需要发展出一种用于通讯系统接收端可以降低符元间干扰的信号选择装置及其方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于通讯系统接收端可以降低符元间干扰的信号选择装置及其方法。

本发明提出一种信号选择装置，用以从多个输入信号中选择一目标信号，这些输入信号分别对应至不同时间指针，该装置包括：一权值计算单元，用以针对这些输入信号的每一个，分别产生一对应的权值；一处理单元，用以根据这些权值分别处理这些输入信号，以产生多个处理信号；以及一选择单元，用以从这些处理信号中选择能量较大者作为该目标信号；其中，这些权值用以调整这些输入信号的个别能量，使该目标信号为这些输入信号中时间指针较早者。

本发明还提出一种信号选择方法，用以从多个输入信号中选择一目标信号，这些输入信号分别对应至不同时间指针，该方法包括：针对这些输入信号的每一个，分别产生一对应的权值；根据这些权值分别处理这些输入信号，以产生多个处理信号；以及从这些处理信号中选择能量较大者作为该目标信号；其中，这些权值用以调整这些输入信号的个别能量，使该目标信号为这些输入信号中时间指针较早者。

本发明的有益技术效果是：本发明的信号选择装置及其方法可在多路径干扰严重或衰减通道的无线通道环境下，调整输入选择单元的信号的能量值，使得选择单元倾向选择时间指针较早的主信号，以降低前兆信号干扰。

为了使能更进一步了解本发明特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

本申请发明可通过下列结合附图的详细说明，获得一更深入的了解，其中：

图1显示现有的决策回馈均衡器的功能方块图。

图2为一OFDM系统的功能方块图。

图3例示周期性通道脉冲响应。

图4为IEEE 802.11b的无线网络系统的接收装置的功能方块图。

图5为本发明的信号选择装置的一实施例的功能方块图。

图6为输入信号的通道脉冲响应示意图。

图7为权值计算单元的一实施例的功能方块图。

图8为处理信号的通道脉冲响应示意图。

图9为根据本发明实施例所绘示的信号选择方法流程图。

具体实施方式

目前许多无线通讯系统是应用多载波(multi-carrier)来传输数据，例如应用于IEEE 802.11a无线局域网络(wireless local area network，WLAN)的正交频分多路复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)技术。

图2为一OFDM系统的功能方块图。OFDM系统20包括一信号对应(signalmapping)单元210、一反快速傅立叶转换(inverse fast Fourier transform，IFFT)单元220、一防护区间(guard interval)加入单元230、一并行至串行(parallel-to-serial，P/S)转换器240、一数字/模拟转换器(digital-to-analog converter，DAC)250、一模拟/数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)260、一防护区间移除单元265、一串行至并行(serial-to-parallel，S/P)转换器270、一快速傅立叶转换(fast Fouriertransform，FFT)单元275、一通道补偿(channel compensation)单元280及一信号解对应单元290。

OFDM系统20于传送端将输入数据S2通过信号对应单元210分别置于频域的N个子通道中，接着利用反快速傅立叶转换单元220转换为时域信号，再通过防护区间加入单元230加上防护区间后，经并行至串行转换器240及数字/模拟转换器250传送至无线通讯通道。

接收端收到传送端所传送的信号，先经过模拟/数字转换器260取样，再通过防护区间移除单元265将防护区间移除，接着，经过串行至并行转换器270，再送入快速傅立叶转换单元275转换为频域信号，在各个子通道中分别利用通道补偿单元280进行通道补偿，最后由信号解对应单元290解调出输出数据S3。

一组N点的反快速傅立叶转换的输出值称为符元(symbol)，而由于通道脉冲响应(channel impulse response，CIR)通常皆非理想，会造成符元通过无线通道传输后，在接收端影响后续符元的接收造成符元间干扰。防护区间的加入即是可避免符元间干扰的一种设计。一般而言，防护区间是以循环前置(cyclic prefix，CP)的方式加入，亦即，复制输出符元后段的信号加于输出符元前段当作防护区间。

如此一来，在通道脉冲响应长度不超过防护区间的情况下，可以避免符元间干扰的发生，也可以使N个子通道彼此独立互不干扰。然而，接收端的防护区间移除单元265在移除防护区间之前，需要决定输入快速傅立叶转换单元275的时域取样信号的正确起始位置，即，符元的边界，才能有效避免符元间干扰。

在OFDM系统20中，帧(frame)中包含一段预定的短前导信号(shortpreamble)，其具有时域周期性，以供信号同步处理之用。在短前导信号之后，帧中包含一段预定的频域信号，即，引导信号(pilot signal)，或称为长前导信号(longpreamble)，供频域的通道估测之用，以便在后续的数据符元(data symbol)进行频域的通道补偿。

在长前导信号之前可加上一段防护区间，而每一数据符元之间亦可加上防护区间，以避免符元间干扰。接收端利用短前导信号的周期与自相关特性，来决定长前导信号及后续数据符元适当的起始点，以移除防护区间，并作为后续快速傅立叶转换单元输入的起始依据。

因为短前导信号本身的周期性，若以N点长度为窗口来观察匹配滤波器(match filter)的输出结果，通道脉冲响应的估测值同样也会在窗口内以周期性的方式呈现，如图3所示。其中，能量相对较大的称为主信号(maincursor)，而时间指针n早于主信号的称为前兆信号(precursor)，时间指针n晚于主信号的称为后兆信号(postcursor)。

在决定符元边界参考点时，可先检测观察窗口内的峰值，再根据峰值往前订出一段初期范围(early range)，以涵盖通道脉冲响应的前兆信号。理想状况下，在一特定时间区间内，例如为一区块时间(block time)、一符元时间(symbol time)或一观察窗口，接收端应只接收到单一输入信号。然而，由于通道(channel)受到多路径干扰，虽然传送端只发射单一信号，接收端却会于不同时间指针接收到传送端所发射的单一信号，如图3所示。因此，接收端需要在多个输入信号中选择一目标信号，作为传送端所发射的单一信号。

在延迟扩散较大的通道环境下，常因延迟而错估长前导信号防护区间的出现，导致误判长前导信号及后续数据符元进入快速傅立叶转换单元275的时机。举例而言，在多路径干扰严重或衰减通道(fading channel)的无线通道环境下，利用决策回馈均衡器(未图标)消除符元间干扰及载波间干扰(inter-carrier interference，ICI)时，虽然后兆信号干扰可通过回馈均衡器消除，然而，延迟时间长、信号能量又强的前兆信号干扰却难以消除。

因此，在多路径干扰严重或衰减通道的无线通道环境下，防护区间移除单元265针对通道响应的脉冲信号所选出的峰值信号若能往时间指针较早的方向移动，即可减少难以消除的延迟时间长、信号能量又强的前兆信号，而后兆信号又可通过决策回馈均衡器进行消除。因此，如何选择适当的主信号以降低前兆信号干扰的机会是很重要的。

同样地，单载波系统亦会遇到类似的问题，故本发明亦可用于单载波系统，例如IEEE 802.11b的无线网络系统。图4为IEEE 802.11b的无线网络系统的接收装置的功能方块图。接收装置40包括一模拟/数字转换器410、一内插单元(interpolator)430、一耙式接收器(Rake receiver)440、一巴克相关器(Barkercorrelator)460、一峰值选择(peak search)单元470及一决策回馈均衡器490。

模拟/数字转换器410用以将输入信号S4由模拟信号数字化成数字信号，数字信号再经过内插单元430进行插补以重建通道响应，接着，通过耙式接收器440解调(demodulation)，最后通过巴克相关器460补偿多路径衰减之后产生第一输出信号S5。并将第一输出信号S5送给峰值选择单元470以选择峰值(peak value)，同时亦将第一输出信号S5送给决策回馈均衡器490作后续信号处理。举例而言，决策回馈均衡器490可根据图1所示实现。

IEEE 802.11b载波的频率为2.4GHz，可提供1、2、5.5及11Mbit/s(bps)的多重传送速度。其系统运作分为两个阶段，第一阶段是引导程序/标头阶段，采用巴克码(Barker code)展频，供信号接收时的时序与载波回复及通道估测之用，分别以1Mbps及2Mbps速率传送；引导程序/标头阶段完成后，会进入高速数据传输的第二阶段，系统会切换至互补码键控(complementary code keying，CCK)模式输出第二输出数据S6以进行5.5Mbps及11Mbps高速数据的互补码键控解调。

IEEE 802.11b的时序回复，是利用巴克码的相关性，检测出1Mbps的传输数据，例如为引导信号(preamble)，所在时间轴上的位置，再推算出互补码键控调变的11Mbps等其它高速传输的数据位置。当巴克相关器460输出第一输出信号S5后，峰值选择单元470选取其中的峰值代表所发送的数据以作为时序回复及信号同步之用。

由于峰值选择单元470是由巴克码展频的1Mbps传输数据中，检测其符元时序边界，再由该时序边界推算互补码键控调变的11Mbps或其它传输速率的符元时序边界。因此，检测到的1Mbps的符元时序边界必须有足够的精确度与准确性，否则会造成数据解读错误。

然而，传送端传送数据在空气中传输时，会受到许多噪声、多重路径及频率偏移等干扰，尤其在多路径干扰严重或衰减通道的环境下，其所造成的延迟时间长、信号能量又强的前兆信号难以消除。因此，为了降低前兆信号所造成的干扰，本发明提出一信号选择装置，其是在进行选择峰值信号前，先对输入信号进行与时间指针相关的加权处理，以提高输入信号中峰值信号出现在时间指针较早的时间的机率，进而降低回馈均衡器消除前兆信号所产生的干扰的难度，并可降低检测符元边界的难度。

图5为本发明的信号选择装置的一实施例的功能方块图。信号选择装置50包括一权值计算单元520、一处理单元540及一选择单元560。信号选择装置50可用于无线通讯的接收端，如图2的防护区间移除单元265或图4的峰值选择单元470中。

权值计算单元520针对多输入信号S7的每一个，分别依据其所对应的时间指针n，产生一对应的权值W_n。在此实施例中，当输入信号S7具有较晚的时间指针n时，权值计算单元520是产生较小的权值W_n；反之，当输入信号S7具有较早的时间指针n时，权值计算单元520产生较大的权值W_n。其中，时间指针n以周期性的方式呈现，亦即，假设观察窗口的长度为L，则n＝0，1，2，…，L，当结束一个观察窗口，开始下一个观察窗口时，时间指针n即归零重新开始计算。

图6为输入信号S7的通道脉冲响应示意图。横轴为时间指针n，纵轴为信号能量。于时间指针n1、n2、n3及n4时，分别有一通道脉冲响应，其能量较大的主信号是位于时间指针n3，时间指针n1及n2分别有一前兆信号，而时间指针n4则有一后兆信号。

图7为权值计算单元的一实施例的功能方块图。在此实施例中，权值计算单元520包括加法器522、526与一乘法器524。图7中的权值计算单元520的配置用以实现一权值函数w(n)，在一实施例中，权值函数w(n)如下：

w(n)＝斜率*(n-c)+d，n＝0，1，2，…，L.

if w(n)＞w_max，w(n)＝w_max，

if w(n)＜w_min，w(n)＝w_min.

权值函数w(n)根据时间指针n计算而得的权值W_n，其中，L为观察窗口的长度；n为输入信号S7的时间指针，其以周期性的方式呈现，当结束一个观察窗口，开始下一个观察窗口时，时间指针n即归零重新开始计算；c为前一个观察窗口的主信号的时间指针，亦即，权值函数的计算是叠代的，其默认值可依使用者需求而定，例如为10，而其叠代的次数亦可由使用者自订；w_max为权值函数w(n)的上限值，亦即，权值函数w(n)所计算出的权值wn不会超过上限值w_max，若计算出的权值W_n超过上限值w_max，则将该权值wn设为上限值w_max；w_min为权值函数w(n)的下限值，亦即，权值函数w(n)所计算出的权值W_n不会小于下限值w_min，若计算出的权值W_n少于下限值w_min，则将权值W_n设为下限值w_min；而斜率及d可视通道环境而调整。

处理单元540根据这些权值W_n分别处理这些输入信号S7，以产生多个处理信号。一个时间指针n即对应一个权值W_n，并根据该权值W_n处理该时间指针n的输入信号S7，以产生一处理信号。在一较佳实施例中，可将权值W_n乘以对应时间指针n的输入信号S7的能量值，以产生对应时间指针n的处理信号。当输入信号S7具有较晚的时间指针n时，权值计算单元520产生较小的权值W_n，输入信号S7乘以较小的权值W_n会产生能量较小的处理信号；反之，当输入信号S7具有较早的时间指针n时，权值计算单元520产生较大的权值W_n，输入信号S7乘以较大的权值W_n会产生能量较大的处理信号。也就是说，这些输入信号S7经过处理单元540处理之后，可以调整这些输入信号S7的能量值以产生处理信号，使得处理信号中的峰值信号出现在时间指针较早的地方的机率提高。在此实施例中，处理单元540可以一乘法器实现。

图8为处理信号的通道脉冲响应示意图，图8中的虚线是代表一权值函数。请同时参考图6及图8。在图8中，于时间指针n1、n2、n3及n4时，分别有一通道脉冲响应，其能量较大的主信号是位于时间指针n2，时间指针n1有一前兆信号，而时间指针n3及n4分别有一后兆信号。

图6是例示尚未经过处理单元540处理的输入信号S7。而图8例示输入信号S7经过处理单元540之后所产生的处理信号。输入信号S7经过处理单元540处理之后，处理信号的峰值信号(能量较大的主信号)倾向往时间指针较早的方向移动。在此实施例中，主信号从原本位于时间指针n3变成位于时间指针n2，因此，位于主信号前面的前兆信号变少，只剩下时间指针n1的一个前兆信号。

因此，在多路径干扰严重或衰减通道的无线通道环境下，可以通过调整输入信号S7的能量值，使得所选出的峰值信号落于时间指针较早的地方的机率提高，以降低难以消除的前兆信号的干扰，而选择出适当的符元边界。

选择单元560从这些处理信号中选择能量较大者作为该目标信号。以图8为例，其能量较大的主信号(位于时间指针n2)即为目标信号。处理信号的主信号的时间指针，会早于图6的输入信号S7的主信号的时间指针。其中，选择单元560可以是任何一种峰值选择装置。

在一较佳实施例中，例如利用IEEE 802.11b系统作无线传输时，由于前导信号具有周期性，而且多路径的通道脉冲响应通常亦不会改变，因此，在每次的观察窗口中，选择单元560还可以一计数器累计各时间指针作为能量较大的峰值的时间指针的次数。当一时间指针的累计次数大于一默认值时，则认为该时间指针的通道脉冲响应为目标信号。

图9为根据本发明实施例所绘示的信号选择方法流程图。步骤920，针对每一个输入信号，分别依据其所对应的时间指针n，产生一对应的权值W_n。在此实施例中，当输入信号具有较晚的时间指针n时，则产生较小的权值W_n；反之，当输入信号具有较早的时间指针n时，则产生较大的权值W_n。

权值的产生方式可以一权值函数w(n)实现，权值函数w(n)例如为：

w(n)＝斜率*(n-c)+d，n＝0，1，2，…，L.

if w(n)＞w_max，w(n)＝w_max，

if w(n)＜w_min，w(n)＝w_min.

权值函数w(n)根据时间指针n计算而得的权值W_n，其中，L为观察窗口的长度；n为输入信号的时间指针，其以周期性的方式呈现，当结束一个观察窗口，开始下一个观察窗口时，时间指针n即归零重新开始计算；c为前一个观察窗口的主信号的时间指针，亦即，权值函数的计算是叠代的，其默认值可依使用者需求而定，例如为10，而其叠代的次数亦可由使用者自订；w_max为权值函数的上限值，亦即，该权值函数所计算出的权值，不会超过该上限值w_max，若计算出的权值超过该上限值w_max，则将该权值设为该上限值w_max；w_min为权值函数之下限值，亦即，该权值函数所计算出的权值，不会少于该下限值w_min，若计算出的权值少于该下限值w_min，则将该权值设为该下限值w_min；而斜率及d可视通道环境而调整。

步骤940，再根据各个权值分别处理对应的输入信号，以产生处理信号。一个时间指针即对应一个权值，并根据上述权值处理对应该时间指针的输入信号，以产生一处理信号，因此，一个时间指针亦对应一个处理信号。在一较佳实施例中，可将权值乘以时间指针n的输入信号的能量值，以作为该时间指针n的处理信号的能量值。当输入信号具有较晚的时间指针时，将输入信号乘上较小的权值，因而产生能量较小的处理信号；反之，当输入信号具有较早的时间指针时，将输入信号乘上较大的权值，因而产生能量较大的处理信号。也就是说，输入信号经过加权处理以调整其能量值而产生处理信号，使得处理信号中的峰值信号出现在时间指针较早的地方的机率提高。

步骤960，从处理信号中选择能量较大者作为目标信号。在一较佳实施例中，例如利用IEEE 802.11b作无线传输时，由于前导信号具有周期性，而且多路径的通道脉冲响应通常亦不会改变，因此，在每次的观察窗口中，可以一计数器累计各时间指针作为能量较大的峰值的时间指针的次数。当一时间指针的累计次数大于一默认值时，则认为该时间指针的通道脉冲响应为目标信号。输入信号经过加权的处理之后，可通过调整输入信号的能量值，使得处理信号中的峰值信号出现在时间指针较早的地方的机率提高，以降低难以消除的前兆信号的干扰。

综上所述，本发明提出一种在多路径干扰严重或衰减通道的无线通道环境下，在进行选择峰值信号前，先对输入信号进行与时间指针相关的加权处理，以提高输入信号中的峰值信号出现在时间指针较早地方的机率，以降低难以消除的延迟时间长、信号能量又强的前兆信号干扰的信号选择装置及其方法。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明。任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种等同的改变或替换，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims

1.一种信号选择装置，用以从多个输入信号中选择一目标信号，这些输入信号分别对应至不同时间指针，该装置包括：

一权值计算单元，用以针对这些输入信号的每一个，分别产生一对应的权值；

一处理单元，用以根据这些权值分别处理这些输入信号，以产生多个处理信号；以及

一选择单元，用以从这些处理信号中选择能量较大者作为该目标信号；

其中，这些权值用以调整这些输入信号的个别能量，使该目标信号为这些输入信号中时间指针较早者。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该权值计算单元根据这些输入信号所分别对应的时间指针，产生这些权值。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该权值计算单元包括：

一第一加法器，用以将这些时间指针分别加上一第一系数以产生多个第一数值；

一乘法器，用以将这些第一数值分别乘以一第二系数以产生多个第二数值；以及

一第二加法器，用以将这些第二数值分别加上一第三系数以产生这些权值。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该权值计算单元所产生的这些权值具有一上限值。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该权值计算单元所产生的这些权值具有一下限值。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该目标信号用于信号同步。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，这些时间指针分别对应至无线通讯环境中的多个通讯路径。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该信号选择装置用于一无线通讯接收器。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该权值计算单元是实现一权值函数。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该目标信号的时间指针是早于该输入信号能量极大者的时间指针。

11.一种信号选择方法，用以从多个输入信号中选择一目标信号，这些输入信号是分别对应至不同时间指针，该方法包括：

针对这些输入信号的每一个，分别产生一对应的权值；

根据这些权值分别处理这些输入信号，以产生多个处理信号；以及

从这些处理信号中选择能量较大者作为该目标信号；

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，针对这些输入信号的每一个，分别产生该对应的权值的步骤包括根据这些输入信号所分别对应的时间指针，产生这些权值。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，针对这些输入信号的每一个，分别产生该对应的权值的步骤，还包括：

将这些时间指针分别加上一第一系数以产生多个第一数值；

将这些第一数值分别乘以一第二系数以产生多个第二数值；以及

将这些第二数值加上一第三系数以产生这些权值。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，这些权值不大于一上限值。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，这些权值不小于一下限值。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该信号选择方法用于信号同步。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，这些时间指针分别对应至无线通讯环境中的多个通讯路径。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该目标信号的时间指针是早于该输入信号能量极大者的时间指针。