CN103458201B - 信号处理装置及信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种信号处理装置，包含一起点决定模块、一搜寻模块及一符号率决定模块，用以接收对应于一原始信号的一频谱线。该起点决定模块用以找出该频谱线中的一最大能量，并根据该最大能量决定至少一搜寻起点。该搜寻模块用以自该至少一搜寻起点沿着该频谱线往能量较低处搜寻符合一预设条件的至少一最小能量。该符号率决定模块用以根据该至少一最小能量决定该原始信号的符号率。
Description
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(symbol rate)及载波频率偏移(carrier frequency offset)的技术相关。
背景技术
随着通信技术的进步，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地台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并非定值，而可为0到45兆赫兹间的一任意值；换言之，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及载波频率偏移的需求，本发明实施例提出信号处理装置及信号处理方法，藉由根据预设条件搜寻频谱的最小能量点，可排除频谱中的噪声区块，进而找出符号率及载波频率偏移。
根据本发明的一具体实施例为一种信号处理装置，用以接收对应于一原始信号的一频谱线，其中包含一起点决定模块、一搜寻模块及一符号率决定模块。该起点决定模块用以找出该频谱线中的一最大能量，并根据该最大能量决定至少一搜寻起点。该搜寻模块用以自该至少一搜寻起点沿着该频谱线往能量较低处搜寻符合一预设条件的至少一最小能量。该符号率决定模块用以根据该至少一最小能量决定该原始信号的符号率。
根据本发明的另一具体实施例为一种信号处理方法，接收对应于一原始信号的一频谱线。该方法首先找出该频谱线中的一最大能量，并根据该最大能量决定至少一搜寻起点。随后，该方法执行一搜寻步骤，自该至少一搜寻起点沿着该频谱线往能量较低处搜寻符合一预设条件的至少一最小能量。根据该至少一最小能量，该原始信号的一符号率可被决定。
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为根据本发明的一实施例中的信号处理装置的方块图。
图2(A)~图2(C)为根据本发明案实施例的频谱线及其相关图点的范例。
图3绘示了根据本发明实施例的信号处理装置进一步包含载波频率偏移决定模块的范例。
图4为根据本发明的一实施例中的信号处理方法的流程图。
主要元件符号说明
100：信号处理装置12：频谱产生模块
14：起点决定模块16：搜寻模块
18：符号率决定模块19：载波频率偏移决定模块
20：噪声区块P1、P2：搜寻起点
P3、P4：最小能量点
具体实施方式
根据本发明的实施例为图1所示的信号处理装置100，其中包含频谱产生模块12、起点决定模块14、搜寻模块16及符号率决定模块18。于实际应用中，信号处理装置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，但不以此为限。
频谱产生模块12负责接收并分析一原始信号，以产生该原始信号的一频谱线(spectral line)。若信号处理装置100位于数字电视信号接收端，该原始信号可能为某一频道的数字电视信号。实务上，频谱产生单元12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。也就是说，频谱线实际上是由许多对应于不同频率/能量的图点所构成。此外，频谱产生模块12可进一步对该迭加结果施以一平滑化程序(例如利用移动平均电路)，藉此滤除频谱线中的部份噪声。图2(A)为频谱产生模块12产生的一频谱线范例。
于此实施例中，起点决定模块14首先找出该频谱线中的一最大能量max和一初始最小能量min，如图2(B)中所标示。就图2(B)所绘示的情况而言，虚线20框出的区块很可能是由噪声贡献的能量；因此，若直接根据起点决定模块14找出的最大能量max和初始最小能量min来决定该原始信号的符号率及/或载波频率偏移(carrier frequency offset)，所得到的结果必然会有误差。以下将说明信号处理装置100是如何避免这种受到噪声干扰而误判符号率及/或载波频率偏移的问题。
于此实施例中，起点决定模块14于找出该频谱线中的最大能量max和初始最小能量min后，根据最大能量max及初始最小能量min决定至少一个搜寻起点。举例而言，起点决定模块14可计算最大能量max与初始最小能量min的平均值avg，并找出频谱线中对应于平均值avg的两个点P1、P2做为搜寻起点。在初始最小能量min很小的情况下，平均值avg会约为最大能量max的一半，也就是低于最大能量max约3dB。须说明的是，搜寻起点所对应的能量值不以最大能量max与初始最小能量min的平均值avg为限，亦可为其他介于最大能量max和初始最小能量min之间的能量值，或是最大能量max本身。
于另一实施例中，起点决定模块14可找出频谱线中的最大能量max，并以能量低于该最大能量的某一预设值的至少一点为搜寻起点。换言之，搜寻起点的选定依据不一定要包含初始最小能量min。此外，于另一实施例中，起点决定模块14亦可自P1、P2中选出任一个做为搜寻起点。
在起点决定模块14选定搜寻起点P1、P2之后，搜寻模块16分别自搜寻起点P1、P2沿着该频谱线往能量较低处搜寻符合一预设条件的至少一最小能量点。以图2(B)所绘示的情况为例，搜寻模块16可自搜寻起点P1开始往频谱线的左端寻找，并且另自搜寻起点P2开始往频谱线的右端寻找。于另一实施例中，在仅有一个搜寻起点的状况下，即自该搜寻起点的左右端分别寻找。
于此实施例中，该预设条件包含最小能量点于频谱线中所对应的斜率绝对值应小于一斜率门槛值。该频谱线实际上是由许多对应于不同频率/能量的图点构成。就自搜寻起点P1开始的搜寻而言，通常离搜寻起点P1愈远的图点所具有的能量愈低，所对应的斜率绝对值也愈低。搜寻模块16可被设计为在发现一个图点或连续多个图点所对应的斜率绝对值低于某一特定值后，选择该图点或该多个图点中的一个做为最小能量点。如图2(C)所示，搜寻模块16经搜寻后找出两个分别对应于搜寻起点P1、P2的最小能量点P3、P4；最小能量点P3、P4各自符合搜寻模块16采用的预设条件。相较于原本起点决定模块14找出的初始最小能量min，最小能量点P3、P4所对应的能量更接近真正的最小信号能量。
于另一实施例中，搜寻模块16可被设计为能持续选择性地根据最新的搜寻结果更新该斜率门槛值。假设频谱线中各图点的横轴间距皆相同，则两相邻图点的能量差异即等效于一相对斜率。举例而言，斜率门槛值可被设定为ΔMAX/10，其中ΔMAX代表搜寻模块16在搜寻过程中目前所发现最大的两图点能量差异。若一最新能量差异大于一先前最大能量差异，搜寻模块16即根据该最新能量差异提高该斜率门槛值(ΔMAX/10)。相对应地，该预设条件可为：
连续发生五次，其中E(i+1)代表后一个图点的能量，E(i)代表目前图点的能量。
此外，搜寻模块16采用的预设条件可进一步包含最小能量点与最大能量max的能量差异应大于一能量门槛值。举例而言，该预设条件可为：
且[avg-E(i+1)]>(max-avg)*3/4
连续发生五次，其中的avg代表先前所述的平均能量，max则为起点决定模块14找出的最大能量。
在搜寻模块16找出最小能量点P3、P4之后，符号率决定模块18负责根据最小能量点P3、P4决定该原始信号的一符号率。于此实施例中，符号率决定模块18首先计算两最小能量点P3、P4所对应的一频率差异ΔF，再将频率差异ΔF除以一衰落因数(roll-offfactor)，做为该原始信号的符号率。
其中的N代表前述快速傅利叶转换的运算点数，NP3、NP4分别为最小能量点P3、P4对应的横轴座标，R代表原始信号被取样的频率。该取样程序可能发生在频谱产生模块12中，或是设置于频谱产生模块12前端的接收电路中。衰落因数的大小会因不同的信号或接收电路的硬件特性而异，举例而言，衰落因数的范围可能在1.2~1.5之间。
于另一实施例中，符号率决定模块18亦可根据最大能量max和最小能量点P3、P4，重新评估该频谱线中的修正后平均能量avg’，以频谱线与修正后平均能量avg’的两相交点的频率差异值，做为该原始信号的符号率。
如图3所示，信号处理装置100可进一步包含一载波频率偏移决定模块19，用以根据两最小能量点P3、P4决定该原始信号的载波频率偏移(carrier frequency offset,CFO)。于此实施例中，载波频率偏移决定模块19根据最大能量max和最小能量点P3、P4，重新评估该频谱线中的修正后平均能量avg’，并以频谱线与修正后平均能量avg’的两相交点为修正后搜寻起点P1’及P2’。载波频率偏移决定模块19根据下列方程式进行计算：
由上式可看出，载波频率偏移决定模块19计算两修正后搜寻起点P1’、P2’所对应的一平均频率，并以该平均频率与一频谱中心频率的差异做为该原始信号的载波频率偏移。于实际应用中，后续电路可再对信号处理装置100产生的符号率及/或载波频率偏移进行进一步的精细修正。
由以上说明可看出，根据本发明的信号处理装置100藉由根据预设条件搜寻正确性较高的最小能量点，来排除虚线20框出的噪声区块，进而避免误判符号率及载波频率偏移。
根据本发明的另一实施例为一种信号处理方法，其流程图如图4所示。首先，步骤S41为接收并分析一原始信号，以产生该原始信号的一频谱线。接着，步骤S42为找出该频谱线中的一最大能量，并根据该最大能量决定至少一搜寻起点。步骤S43则是自该至少一搜寻起点沿着该频谱线往能量较低处搜寻符合一预设条件的至少一最小能量点。随后的步骤S44为根据该至少一最小能量点决定该原始信号的一符号率。
须说明的是，先前在介绍信号处理装置100时描述的数种电路操作流程变化(例如搜寻起点的决定方式、搜寻最小能量点的预设条件、符号率的决定方式、载波频率偏移的决定方式)，亦可应用至图4所绘示的信号处理方法中，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及载波频率偏移的需求，本案实施例提出信号处理装置及信号处理方法，藉由根据预设条件搜寻频谱的最小能量点，可排除频谱中的噪声区块，进而找出可靠的符号率及载波频率偏移，省去逐一扫描各种符号率可能性的麻烦。
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利范围的范畴内。
Claims (20)
1.一种信号处理装置，接收对应于一原始信号的一频谱线，该信号处理装置包含：
一起点决定模块，用以找出该频谱线中的一最大能量，并根据该最大能量决定至少一搜寻起点；
一搜寻模块，用以自该至少一搜寻起点沿着该频谱线往能量较低处搜寻符合一预设条件的至少一最小能量；以及
一符号率决定模块，用以根据该至少一最小能量决定该原始信号的一符号率。
2.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该起点决定模块还找出该频谱线中的一初始最小能量，以及根据该最大能量及该初始最小能量决定该至少一搜寻起点。
3.如权利要求2所述的信号处理装置，其特征在于，该起点决定模块选择介于该最大能量与该初始最小能量间的一中间能量，该至少一搜寻起点对应于该中间能量。
4.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该搜寻起点所对应的能量低于一预设值，该预设值低于该最大能量。
5.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该起点决定模块决定两个搜寻起点，并且该搜寻模块分别自该两搜寻起点沿着该频谱线往能量较低处搜寻，以找出符合该预设条件的两个最小能量。
6.如权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，该符号率决定模块计算该两最小能量所对应的一频率差异，并根据该频率差异以及一预设衰落因数产生该符号率。
7.如权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，进一步包含：
一载波频率偏移决定模块，用以根据该两最小能量修正该两搜寻起点及其所对应的一平均频率，并以该平均频率与一频谱中心频率的差异为该原始信号的一载波频率偏移。
8.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该预设条件包含该至少一最小能量于该频谱线中对应的一斜率小于一斜率门槛值。
9.如权利要求8所述的信号处理装置，其特征在于，该搜寻模块选择性地以一目前搜寻结果与一前一搜寻结果的一最新能量差异更新该斜率门槛值；若该最新能量差异大于一目前最大能量差异，该搜寻模块根据该最新能量差异提高该斜率门槛值。
10.如权利要求8所述的信号处理装置，其特征在于，该预设条件进一步包含该最小能量点与该最大能量的能量差异大于一能量门槛值。
11.一种信号处理方法，接收对应于一原始信号的一频谱线，包含：
(a)找出该频谱线中的一最大能量，并根据该最大能量决定至少一搜寻起点；
(b)自该至少一搜寻起点沿着该频谱线往能量较低处搜寻符合一预设条件的至少一最小能量；以及
(c)根据该至少一最小能量决定该原始信号的一符号率。
12.如权利要求11所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(a)进一步包含找出该频谱线中的一初始最小能量，以及根据该最大能量及该初始最小能量决定该至少一搜寻起点。
13.如权利要求12所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(a)包含选择介于该最大能量与该初始最小能量间的一中间能量，且该至少一搜寻起点对应于该中间能量。
14.如权利要求11所述的信号处理方法，其特征在于，该搜寻起点所对应的能量低于一预设值，该预设值低于该最大能量。
15.如权利要求11所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(a)包含决定两个搜寻起点，并且步骤(b)包含分别自该两搜寻起点沿着该频谱线往能量较低处搜寻，以找出符合该预设条件的两个最小能量。
16.如权利要求15所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(c)包含：
计算该两最小能量所对应的一频率差异；以及
根据该频率差异以及一预设衰落因数产生该符号率。
17.如权利要求15所述的信号处理方法，其特征在于，进一步包含：
根据该两最小能量修正该两搜寻起点及其所对应的一平均频率，并以该平均频率与一频谱中心频率的差异为该原始信号的一载波频率偏移。
18.如权利要求11所述的信号处理方法，其特征在于，该预设条件包含该至少一最小能量于该频谱线中对应的一斜率小于一斜率门槛值。
19.如权利要求18所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(b)进一步包含：
选择性地以一目前搜寻结果与一前一搜寻结果的一最新能量差异更新该斜率门槛值；若该最新能量差异大于一目前最大能量差异，根据该最新能量差异提高该斜率门槛值。
20.如权利要求18所述的信号处理方法，其特征在于，该预设条件进一步包含该最小能量与该最大能量的能量差异大于一能量门槛值。
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