CN103297363A - 符号率检测装置及符号率检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及符号率检测装置包含模拟-数字转换器、概略检测模块、混波器、降低取样模块及精确检测模块。模拟-数字转换器以原始取样频率将一模拟输入信号转换为一数字输入信号。概略检测模块根据该数字输入信号估计一载波频率偏移及一概略符号率。混波器根据该载波频率偏移调整该数字输入信号的频率，以产生一频率补偿后信号。精确检测模块根据该频率补偿后信号决定一精确符号率。

Description

符号率检测装置及符号率检测方法

技术领域

本发明与数字电视广播技术相关，并且尤其与判断数字电视信号的符号率的技术相关。

背景技术

随着通讯技术的进步，数字电视广播的发展渐趋成熟。除了经由电缆线路传送之外，数字电视信号也可透过基站或人造卫星等设备以无线信号的型态被传递。第一代数字电视卫星广播(digital video broadcasting-satellite，DVB-S)规范和第二代数字电视卫星广播规范(DVB-S2)都是目前该领域中被广泛采用的标准。

在DVB-S以及DVB-S2规范中，数字电视信号的符号率(symbol rate)并非定值，而可为0到45兆赫兹间的一任意值，其可能范围相当广。由于接收端无法预先得知传送端所选择的载波频道和符号率，接收端通常必须扫描所有的频道和符号率范围，随后才能正确地将接收到的信号解码还原。然而，令接收端针对所有参数组合逐一扫描会耗费大量时间，就效率和功率而言都不是理想的技术方案。

发明内容

为满足数字电视广播系统中判定符号率的需求，本发明提出一种符号率检测装置及符号率检测方法，除了能找出目前接收到的电视广播信号的符号率外，亦可用以判别该电视广播信号是否为有效。

根据本发明的一具体实施例为一种符号率检测装置，其中包含模拟-数字转换器、概略检测模块、混波器、降低取样模块及精确检测模块。模拟-数字转换器以一原始取样频率取样一模拟输入信号以产生一数字输入信号。概略检测模块根据该数字输入信号估计一载波频率偏移及一概略符号率。混波器根据该载波频率偏移调整该数字输入信号的频率，以产生一频率补偿后信号。精确检测模块根据该频率补偿后信号决定一精确符号率。

根据本发明的另一具体实施例为一种符号率检测方法。以一原始取样频率取样一模拟输入信号以产生一数字输入信号。根据该数字输入信号，估计一载波频率偏移及一概略符号率。根据该载波频率偏移调整该数字输入信号的频率，产生一频率补偿后信号。根据该频率补偿后信号决定一精确符号率。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为根据本发明的一具体实施例中的符号率检测装置的电路方块图。

图2(A)为根据本发明的概略检测模块的详细实施范例；图2(B)为输入信号频谱范例；图2(C)为概略检测模块包含移动平均单元的范例。

图3(A)为根据本发明的精确检测模块的详细实施范例；图3(B)为一精确频谱范例。

图4绘示了根据本发明的符号率检测装置进一步包含低通滤波器的实施例。

图5～图7为根据本发明的具体实施例中的符号率检测方法流程图。

主要元件符号说明

100：符号率检测装置        11：模拟-数字转换器

12：概略检测模块           13：混波器

14：降低取样模块           15：精确检测模块

16：低通滤波器             12A：频谱产生单元

12B：门槛值决定单元        12C：控制单元

12D：移动平均单元          24：邻近直流范围

15A：频谱产生单元          15B：峰值检测单元

S51～S56：流程步骤

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为如图1所示的符号率检测装置100，其中包含模拟-数字转换器11、概略检测模块12、混波器13、降低取样(down-sampling)模块14及精确检测模块15。于实际应用中，符号率检测装置100可被整合在适用DVB-S或DVB-S2规范的数字电视信号接收端之中。

模拟-数字转换器11用以接收一模拟输入信号，并以一原始取样频率F₀将该模拟输入信号转换为一数字输入信号。如先前所述，数字电视信号的符号率(symbolrate)的可能范围在0到45兆赫间。举例而言，原始取样频率F₀可能为96兆赫，略高于最大符号率的两倍，但不以此为限。

概略检测模块12负责根据模拟-数字转换器11产生的数字输入信号估计一载波频率偏移(carrier frequency offset，CFO)及一概略符号率SR_C。图2(A)所绘示者为概略检测模块12的一种详细实施范例。此范例中的概略检测模块12包含频谱产生单元12A、门槛值决定单元12B和控制单元12C。频谱产生单元12A用以分析该数字输入信号，以产生一输入信号频谱。实务上，频谱产生单元12A可将数字输入信号分为多个区段(例如32段或64段)后个别进行快速傅利叶转换，再将所有转换结果的能量平方值迭加起来。此处每一区段进行快速傅利叶转换的运算点数完全相同，并与后续载波频率偏移CFO的运算相关。图2(B)为一迭加产生的范例。

门槛值决定单元12B用以判断该输入信号频谱中的一最大能量max及一最小能量min，并根据该最大能量max及该最小能量min决定一门槛值TH。举例而言，该门槛值可为最大能量max及最小能量min的平均值。图2(B)中亦绘示有最大能量max、最小能量min及门槛值TH的范例。在没有噪声的理想情况下，最小能量min应大致为零，门槛值TH会正好为最大能量max的一半。也就是说，在理想情况下，若以声功率电平(dB)为单位表示该输入信号频谱，门槛值TH会出现在低于最大能量max约3dB之处。

有一实施例中，门槛值决定单元12B于决定最大能量max时不考虑该输入信号频谱中的一邻近直流范围(例如以虚线框标示的区域24)，藉此避免该区域中可能出现的异常直流成分使门槛值决定单元12B误判最大能量max。

门槛值决定单元12B会将门槛值TH提供给控制单元12C参考。控制单元12C根据该输入信号频谱与门槛值TH的两相交点X、Y决定载波频率偏移CFO及概略符号率SR_C。于一实施例中，控制单元12C采用两相交点X、Y的频率平均值减去一中心频率做为载波频率偏移CFO，且以两相交点X、Y的频率差异值为概略符号率SR_C。该中心频率为前述快速傅利叶转换的运算点数的一半。

如图2(C)所示，在一实施例中，概略检测模块12进一步包含一移动平均(moving average)单元12D，在门槛值决定单元12B判断该最大能量及该最小能量之前，可由移动平均单元12D先针对该输入信号频谱进行至少一移动平均程序，使该输入信号频谱被平滑化，藉此减少噪声造成的误判。

在一实施例中，针对不同的需要，移动平均单元12D对该输入信号频谱施以多次参数设定不同的移动平均程序。举例而言，移动平均单元12D可对该输入信号频谱进行一第一移动平均程序，以产生一第一平滑频谱，供门槛值决定单元12B判断该最大能量。移动平均单元12D另外对该输入信号频谱进行一第二移动平均程序，以产生一第二平滑频谱，供门槛值决定单元12B判断该最小能量。移动平均单元12D对该输入信号频谱进行一第三移动平均程序，以产生一第三平滑频谱，供控制单元12C判断相交点X、Y的频率。上述三次的移动平均程序的各自采用的平均范围不同。举例而言，用以决定最大能量及最小能量时可采用较大的平均范围，以得到较准确的值。判断相交点时，可采用较小的平均值。因为当符号率小时，采用太大的平均范围可能会改变相交点的位置。另外，决定最大能量所用的平均范围原则上会小于决定最小能量所用的平均范围，因为基本上决定最大能量所用的平均范围不应大于其符号率。

此外，门槛值决定单元12B亦可根据最大能量max及最小能量min的差异判断该模拟输入信号是否为有效(正确的信号)。举例而言，若最大能量max除以最小能量min的比值小于一特定数值，表示符号率检测装置100目前收到的模拟输入信号很可能不是正确的数字电视信号。若该模拟输入信号为无效，则控制单元12C可不再继续判断载波频率偏移CFO及概略符号率SR_C，避免无谓的电力消耗。实务上，若目前的模拟输入信号被判定为无效，符号率检测装置100可令前端的射频电路改接收另一个频道的信号。

混波器13用以根据概略检测模块12产生的载波频率偏移CFO调整该数字输入信号的频率，以产生一频率补偿后信号。更明确地说，数字输入信号的中心频率会因此被调整至更符合后续降低取样电路和滤波器预设的中心处理频率(例如中心频率为零的直流频段)。

本实施例还包含降低取样模块14，其负责根据概略符号率SR_C及原始取样频率F₀决定一降低取样比例d，并根据降低取样比例d为该偏移后信号降低取样，以产生一降低取样后信号。精确检测模块15将根据该降低取样后信号决定一精确符号率SR_F。实施降低取样的一个原因在于，由于欲求得的符号率变动的范围相当广(例如DVB-S以及DVB-S2规范中符号率的范围为0到45兆赫)，因此，要求得精确的符号率，理论上进行快速傅利叶转换的运算单元要具有极大的运算点数方能适用；然而，极大的运算点数会造成相对大的成本负担，因此，一个选择性的作法就是实施降低取样，以使得一个适中的傅利叶转换单元可对所有符号率的信号进行运算。

根据本发明的降低取样模块14根据概略符号率SR_C及原始取样频率F₀决定降低后的取样频率F_D。于一实施例中，降低取样模块14根据下列方程式决定降低取样比例d：

$d=\frac{F_0}{F_D}=\frac{F_0}{{\mathrm{SR}}_C\×m},$

其中F₀代表原始取样频率，SR_C代表概略符号率，m则代表一取样倍率。取样倍率m的较佳范围在2到4之间，例如等于2.5。更明确地说，取样频率F_D的下限被设定为概略符号率SR_C的两倍；在符合取样定理的条件下，取样倍率m愈小愈好。根据上述原则，降低取样模块14即可决定降低取样比例d和取样频率F_D，并据此为偏移后信号降低取样。实务上，降低取样模块14可利用一个四阶去频迭滤波器(anti-aliasing filter)来实现，但不以此为限。降低取样模块14可被设计为由1、2、4、8、16等2的整数次方中选出最接近的一个数值做为降低取样比例d。

如图3(A)所示，于一实施例中，精确检测模块15包含一频谱产生单元15A与一峰值检测单元15B。频谱产生单元15A用以对该降低取样后信号的绝对值平方进行快速傅利叶转换，以产生一精确频谱。实务上，频谱产生单元15A可对该降低取样后信号的绝对值平方进行快速傅利叶转换，再根据转换结果的绝对值平方产生该精确频谱。峰值检测单元15B用以判断该精确频谱中的一峰值位置，并根据该峰值位置决定精确符号率SR_F。图3(B)为一精确频谱范例。

实务上，频谱产生单元15A在进行快速傅利叶转换之前，可先估计并移除信号的绝对值平方中的直流偏移(DC offset)，以避免计算过程出现溢位(overflow)问题。此外，峰值检测单元15B在寻找频谱峰值时亦可排除直流频段，以避免误判。

假设频谱产生单元15A所执行的快速傅利叶转换的运算点数为N，峰值出现的位置对应于横轴座标C，而该降低取样后信号所对应的取样频率为F_D。该频谱的横轴座标为0到(N-1)。在判定横轴座标C之后，峰值检测单元15B可根据下列方程式计算精确符号率SR_F：

${\mathrm{SR}}_F=\frac{C}{N}\×F_D.$

精确符号率SR_F的精确度会受到快速傅利叶转换的运算点数N的限制。运算点数N愈大，峰值检测单元15B能计算出的精确符号率SR_F愈精准，但频谱产生单元15A的硬件成本也会随之上升。

虽然在峰值检测单元15B进行上述计算前，精确符号率SR_F为未知数，但精确符号率SR_F实际上为定值。由以上关系式可看出，在运算点数N固定的情况下，降低后取样频率F_D愈小，座标C就会愈大。举例而言，假设取样频率F_D为24兆赫时，峰值检测单元15B找出精确频谱中的峰值出现在横轴座标201(也就是C等于201)。可推论的是，若取样频率F_D为48兆赫，该峰值位置会出现在接近横轴座标为100之处。由于该精确频谱的横轴座标通常为整数(峰值检测单元15B找出的横轴座标C不会有小数点)，取样频率F_D较低的情况，峰值位置的精确度较高。易言之，毋须提高运算点数N，适当选择较低的取样频率F_D即能找出较正确的精确符号率SR_F。

此外，如图4所示，另一实施例中符号率检测装置100还可进一步包含一低通滤波器16，耦接于降低取样模块14与精确检测模块15之间，用以滤除降低取样后信号中的高频噪声。于实际应用中，概略检测模块12所产生的概略符号率SR_C也可被提供至低通滤波器16，用以设定其中的参数，以求最小化邻近频段和噪声的干扰。

此外，前述频谱产生单元12A和频谱产生单元15A实际上可为同一装置，也就是令概略检测模块12和精确检测模块15共用产生频谱的硬件。

根据本发明的另一实施例为一符号率检测方法，其流程图如图5所示。首先，步骤S51为以一原始取样频率将一模拟输入信号转换为一数字输入信号。接着，步骤S52为根据该数字输入信号估计一载波频率偏移及一概略符号率。步骤S53为根据该载波频率偏移调整该数字输入信号的频率，以产生一偏移后信号。步骤S54为根据该概略符号率及该原始取样频率决定一降低取样比例。随后，步骤S55为根据该降低取样比例为该偏移后信号降低取样，以产生一降低取样后信号。步骤S56则是根据该降低取样后信号决定一精确符号率。

如图6所示，步骤S52可包含四个子步骤。步骤S52A为分析该数字输入信号，以产生一输入信号频谱。步骤S52B则是判断该输入信号频谱中的一最大能量及一最小能量。步骤S52C为根据该最大能量及该最小能量决定一门槛值。接着，步骤S52D为根据该输入信号频谱与该门槛值的两相交点决定该载波频率偏移及该概略符号率。

此外，如图7所示，步骤S52可进一步包含一判断步骤S52E，用以根据该最大能量及该最小能量的差异判断该模拟输入信号是否为有效。如果步骤S52E的判断结果为否，此处理程序将被结束。相对地，若步骤S52E的判断结果为是，随后的其他步骤被继续执行。

须说明的是，先前在介绍符号率检测装置100时描述的数种电路操作流程变化，亦可应用至图5、图6、图7所绘示的符号率检测方法中，其细节不再赘述。

如上所述，为满足数字电视广播系统中判定符号率的需求，本发明实施例提出一种符号率检测装置及符号率检测方法，除了找出目前接收到的电视广播信号的符号率外，亦可用以判别该电视广播信号是否为有效。

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专范围的范畴内。

Claims (23)

1.一种符号率检测装置，包含：

一模拟-数字转换器，用以接收一模拟输入信号，并以一原始取样频率取样该模拟输入信号以产生一数字输入信号；

一概略检测模块，用以接收该数字输入信号，并根据该数字输入信号估计一载波频率偏移；

一混波器，耦接于该概略检测模块及该模拟-数字转换器，用以根据该载波频率偏移调整该数字输入信号的频率，以产生一频率补偿后信号；以及

一精确检测模块，用以根据该频率补偿后信号决定一精确符号率。

2.如权利要求1所述的符号率检测装置，其特征在于，该概略检测模块还根据该数字输入信号估计一概略符号率，该符号率检测装置更包含：

一降低取样模块，用以根据该概略符号率及该原始取样频率决定一降低取样比例，并根据该降低取样比例降低取样自该混波器接收的该频率补偿后信号，以更新该频率补偿后信号并提供至该精确检测模块；

其中该降低取样模块根据下列方程式决定该降低取样比例：

$d=\frac{F_0}{{\mathrm{SR}}_C\×m},$

其中d代表该降低取样比例，F₀代表该原始取样频率，SR_C代表该概略符号率，m代表一预设取样倍率。

3.如权利要求2所述的符号率检测装置，其特征在于，该预设取样倍率的范围在2到4之间。

4.如权利要求1所述的符号率检测装置，其特征在于，该概略检测模块包含：

一频谱产生单元，用以分析该数字输入信号，以产生一输入信号频谱；

一门槛值决定单元，用以判断该输入信号频谱中的一最大能量及一最小能量，并根据该最大能量及该最小能量决定一门槛值；以及

一控制单元，用以根据该输入信号频谱与该门槛值的多个相交点决定该载波频率偏移及该概略符号率。

5.如权利要求4所述的符号率检测装置，其特征在于，该门槛值为该最大能量及该最小能量的平均值，该多个相交点其中之二的频率平均值与一中心频率的差异为该载波频率偏移，且该二相交点的频率差异值为该概略符号率。

6.如权利要求4所述的符号率检测装置，其特征在于，该门槛值决定单元于决定该最大能量及该最小能量时仅考虑该输入信号频谱中的部份范围。

7.如权利要求4所述的符号率检测装置，其特征在于，该概略检测模块进一步包含：

一移动平均单元，在该门槛值决定单元判断该最大能量及该最小能量之前，该移动平均单元针对该输入信号频谱进行至少一移动平均程序，以平滑化该输入信号频谱。

8.如权利要求7所述的符号率检测装置，其特征在于，该移动平均单元对该输入信号频谱进行一第一移动平均程序，以产生一第一平滑频谱，供该门槛值决定单元判断该最大能量；该移动平均单元对该输入信号频谱进行一第二移动平均程序，以产生一第二平滑频谱，供该门槛值决定单元判断该最小能量；该移动平均单元对该输入信号频谱进行一第三移动平均程序，以产生一第三平滑频谱，供该控制单元判断该多个相交点；该第一移动平均程序、第二移动平均程序及第三移动平均程序的各自采用的平均范围不同。

9.如权利要求4所述的符号率检测装置，其特征在于，该门槛值决定单元还根据该最大能量及该最小能量的差异判断该模拟输入信号是否为一有效信号；若该模拟输入信号不属于该有效信号，该控制单元不再继续决定该载波频率偏移及该概略符号率。

10.如权利要求1所述的符号率检测装置，其特征在于，进一步包含：

一低通滤波器，耦接于该降低取样模块与该精确检测模块之间，用以滤除该降低取样后信号中的高频噪声。

11.如权利要求1所述的符号率检测装置，其特征在于，该降低取样模块包含一四阶去频迭滤波器。

12.如权利要求1所述的符号率检测装置，其特征在于，该精确检测模块包含：

一频谱产生单元，用以分析该降低取样后信号，以产生一精确频谱；以及

一峰值检测单元，用以判断该精确频谱中的一峰值位置，并根据该峰值位置决定该精确符号率。

13.一种符号率检测方法，包含：

(a)利用一原始取样频率取样一模拟输入信号以产生一数字输入信号；

(b)根据该数字输入信号估计一载波频率偏移；

(c)根据该载波频率偏移调整该数字输入信号的频率，以产生一频率补偿后信号；以及

(d)根据该频率补偿后信号决定一精确符号率。

14.如权利要求13所述的符号率检测方法，其特征在于，步骤(b)还包含根据该数字输入信号估计一概略符号率，该符号率检测方法还包含于步骤(c)及步骤(d)之间，根据该概略符号率及该原始取样频率决定一降低取样比例，以及根据该降低取样比例降低取样该频率补偿后信号，以更新该频率补偿后信号；该降低取样比例根据下列方程式决定：

$d=\frac{F_0}{{\mathrm{SR}}_C\×m},$

其中d代表该降低取样比例，F₀代表该原始取样频率，SR_C代表该概略符号率，m代表一预设取样倍率。

15.如权利要求14所述的符号率检测方法，其特征在于，该取样倍率的范围在2到4之间。

16.如权利要求13所述的符号率检测方法，其特征在于，步骤(b)包含：

(b1)分析该数字输入信号，以产生一输入信号频谱；

(b2)判断该输入信号频谱中的一最大能量及一最小能量，并根据该最大能量及该最小能量决定一门槛值；以及

(b3)根据该输入信号频谱与该门槛值的多个相交点决定该载波频率偏移及该概略符号率。

17.如权利要求16所述的符号率检测方法，其特征在于，该门槛值为该最大能量及该最小能量的平均值，该多个相交点其中之二的频率平均值为该载波频率偏移，且该二相交点的频率差异值为该概略符号率。

18.如权利要求16所述的符号率检测方法，其特征在于，在决定该最大能量及该最小能量时，仅考虑该输入信号频谱中的部份范围。

19.如权利要求16所述的符号率检测方法，其特征在于，步骤(b)于步骤(b1)和步骤(b2)之间进一步包含：

(b4)针对该输入信号频谱进行至少一移动平均程序，以平滑化该输入信号频谱。

20.如权利要求19所述的符号率检测方法，其特征在于，步骤(b4)包含：

对该输入信号频谱进行一第一移动平均程序，以产生一第一平滑频谱，供步骤(b2)中判断该最大能量时使用；

对该输入信号频谱进行一第二移动平均程序，以产生一第二平滑频谱，供步骤(b2)中判断该最小能量时使用；以及

对该输入信号频谱进行一第三移动平均程序，以产生一第三平滑频谱，供步骤(b3)中判断该多个相交点时使用；

其中该第一移动平均程序、第二移动平均程序及第三移动平均程序的各自采用的平均范围不同。

21.如权利要求16所述的符号率检测方法，其特征在于，还包含：

根据该最大能量及该最小能量的差异判断该模拟输入信号是否为一有效信号。

22.如权利要求13所述的符号率检测方法，其特征在于，还包含：

以一低通滤波程序滤除该降低取样后信号中的高频噪声。

23.如权利要求13所述的符号率检测方法，其特征在于，步骤(d)包含：

(d1)分析该降低取样后信号，以产生一精确频谱；以及

(d2)判断该精确频谱中的一峰值位置，并根据该峰值位置决定该精确符号率。

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