CN104253781A - 用于接收器的时序恢复的修正装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于一接收器的时序恢复的修正装置。该接收器包含一时序恢复模块，该时序恢复模块输出一第一符元与一第二符元。该修正装置包含：一信道脉冲响应模块，根据该第一符元与该第二符元，分别产生一第一组峰值时间与一第二组峰值时间；以及一计算模块，用于根据该第一组峰值时间与该第二组峰值时间的相对关系计算一修正信号，并将该修正信号送到该时序恢复模块。

Description

用于接收器的时序恢复的修正装置与方法

技术领域

本发明是关于接收器的时序恢复，特别是关于时序恢复的反馈收敛机制。

背景技术

在现代通信技术中，传送端与接收端都会利用双方了解的通信协定或标准，以利双方的通信。传送端所发出的信号经过传输频道或信道(channel)，由接收端所接收。在许多通信协定标准当中，会把欲传送的讯息组成一个个的单元(chuck)进行传送。随着通信协定的不同，这些单元可能被称为封包(packet)、符元(symbol)、或其他的名称。在本发明当中，为了方便说明起见，将这些资料单元通称为符元。

通信协定会对这些符元的传送速率或时序(timing)做出规范。换言之，传送端知道要以多少的速率传送符元；接收端也知道以相同的速率来接收符元。然而，碍于种种现实因素，接收端却无法将接收的时序调整成与传送端完全一致。

比方说，通信协定规范双方要以每秒一千个符元的速度来进行传输。但传送端所具有的时脉振荡器，未必能够恰好产生一千赫兹的时序。实际上的时脉振荡器必然会有时序上的误差存在。即便在某个环境温度下，传送端的时脉振荡器恰好可以完美地产生通信协定所规范的时序。然而，由于传送端持续操作所产生的热量，或是环境温度的改变，必然会使得时脉振荡器所振出的时序有所变化。

同样地，接收端同样也要使用时脉振荡器来产生通信协定所规范的时序。如同传送端会遭遇的问题，接收端的时脉振荡器未必能够完美地产生通信协定规范的时序。除此之外，接收端还必须利用时脉振荡器来同步传送端的传送时脉。换言之，尽管通信协定规范的是一千赫兹，但假如传送端是以一千零一赫兹传送符元，则接收端要以同样的一千零一赫兹来接收符元。假如传送端是以九九九赫兹传送符元，则接收端也要以同样的九九九赫兹来接收符元。假设接收端还拘泥于一千赫兹的时序，则符元的接收工作就会出问题。

请参考图1所示，其为现有技术的一信号传播模型的一示意图。信号由传送端110发出，这些信号包含多个符元，每一个符元以I_k来表示，足标k为序号。脉冲形成函数(pulse shaping function)P(x)会将符元形成脉冲输出，而每一个符元所需的传送时间长度为T_sym,tx。由传送端110所发出的信号序列记为x(t)。

信号x(t)经由信道120传送到接收端130。在实际的状况下，信道120是不完美的，会受到多径效应h(t)的扭曲以及随机性的干扰。后者通常被称之为可加性高斯白噪声(AWGN,Additive Gaussian White Noise)，在此记为w(t)。

经过扭曲与干扰的信道120后，被接收端130接收的信号，记为y(t)。接着，以一取样速率1/Tsam对信号y(t)进行取样，得到一取样信号y(n)。然后，接收端130会将上述的取样信号y(n)送到一时序恢复模块132。时序恢复模块132的作用在于将时序同步到传送端110传送符元的频率上，使得y(n)=y(t)|_t=n·Tsym,rx。经过时序恢复模块132之后的信号y(n)，会再送入后续的处理单元，例如均衡器134，并解出符元在理想状态下，符元会相等于传送端110所送出的符元I_k。

一般说来，上述的取样速率往往会比传送符元的频率来得快。通过时序恢复模块132的作用，频率会降低到所谓的基频(baseband)。所以经过时序恢复模块132之后的信号y(n)，其后续的处理单元称为基频处理。

以上所述是理想的信号传播模型，但如前所述，传送端110与接收端130的时脉振荡器所振出的时脉一定不相同。如果真的相同，可被视为一时一地的巧合。换言之，由时脉恢复模块132送出的信号当中，每一个符元所占的时间T_sym,rx不会完美地等于传送端送出的符元所占时间T_sym,tx。经过一段时间之后，符元的起始时间边界无法对齐与同步。符元的同步就会发散，通信就会出现问题。

综上所述，为了要同步传送端110与接收端130的时序，迄需一种针对时序恢复模块132的反馈机制，令接收端130能够更精确地同步传送端110的时序。换言之，令T_sym,rx逼近T_sym,tx。

发明内容

在本发明的一实施例中，提供一种用于一接收器的时序恢复的修正装置。该接收器包含一时序恢复模块，该时序恢复模块输出一第一符元与一第二符元。该修正装置包含：一信道脉冲响应模块，根据该第一符元与该第二符元，分别产生一第一组峰值时间与一第二组峰值时间；以及一计算模块，用于根据该第一组峰值时间与该第二组峰值时间的相对关系计算一修正信号，并将该修正信号送到该时序恢复模块。

在本发明的另一实施例中，提供一种用于一接收器的时序恢复的修正方法。该接收器包含一时序恢复模块，该时序恢复模块输出一第一符元与一第二符元。该修正方法包含：对该第一符元与该第二符元分别进行信道脉冲响应计算以得到一第一组峰值时间与一第二组峰值时间；以及根据该第一组峰值时间与该第二组峰值时间的相对关系计算一修正信号，并将该修正信号送到该时序恢复模块。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为现有技术的一信号传播模型的一示意图。

图2为根据本发明一实施例的一接收端的方块示意图。

图3为本发明一实施例的接收端的一详细示意图。

图4为本发明一实施例的信道脉冲响应峰值的一时序偏移示意图。

图5为本发明另一实施例的信道脉冲响应峰值的一时序偏移示意图。

图6为本发明更一实施例的信道脉冲响应峰值的一时序偏移示意图。

图7为本发明一实施例的一修正方法的流程示意图。

标号说明：

110   传送端

120   信道

130   接收端

132   时序恢复模块

134   均衡器

230   接收端

232   时序恢复模块

236   时序恢复修正模块

310   信道脉冲响应模块

320   峰值记录模块

330   计算模块

510a、510b  第一个峰值

520a、520b  第二个峰值

530a、530b  第三个峰值

710～730    步骤

具体实施方式

本发明将详细描述一些实施例如下。然而，除了所披露的实施例外，本发明亦可以广泛地运用在其他的实施例施行。本发明的范围并不受这些实施例的限定，而以所附的权利要求书为准。而为提供更清楚的描述即使本领域的普通技术人员能理解本发明的发明内容，图示内的各部分并没有依照其相对的尺寸与比例而绘图，某些尺寸与其他相关尺度的比例会被凸显出来而显得夸张，且不相关的细节部分亦未完全绘出，以求图示的简洁易懂。

本发明的特征之一，在于提供一种时序恢复的反馈机制，能够在短时间内修正时序的误差。上述的反馈机制可以精细到对每一个符元进行修正，降低符元接收错误与重传的几率。

请参考图2所示，其为根据本发明一实施例的一接收端230的方块示意图。本实施例与现有技术所示的接收端130不同的地方在于时序恢复模块232与用于反馈时序恢复情况的时序恢复修正模块236。其余的符号表示皆相应于图1所示的信号传播模型，故在此不加详述。

一般来说，通信协定多半具有传送端110与接收端230已知的信号或符元，用于帮助接收端230获得(acquisition)与同步(synchronization)信号之用。这些已知的信号或符元的其中一种，被称为是导频信号(pilot signal)。除此之外，导频信号也可以用于进行信道估计(channel estimation)。

由于传送端110与接收端230双方都知道导频信号的格式与出现的位置，所以导频信号通常被用于同步。在某些通信协定的规范中，导频信号可以是连续导频(continued pilot)。在另一些通信协定的规范中，导频信号也可以是散乱导频(scattered pilot)。例如在整合性服务数字广播-地面波电视(ISDB-T,Integrated Services Digital Broadcasting for Terrestrial Television)通信协定中，导频信号可以是连续导频与散乱导频，以符元的型态组成。

本发明可以利用上述的导频信号，或是任何传送端110与接收端230都已知的符元，进行时序恢复的修正与反馈。请参考图3所示，其为本发明一实施例的接收端的一详细示意图。在图3当中，时序恢复模块232输出经过时序修正后的多个符元。这些符元除了送往后续的处理模块，如均衡器134以外，还会送往时序恢复修正模块236。

时序恢复修正模块236可以包含三个次要模块。首先接收符元的是信道脉冲响应(CIR,channel impulse response)模块310。该信道脉冲响应模块310对每一个符元进行信道脉冲响应的计算。本领域的普通技术人员可以理解到信道脉冲响应的做法，故在此不加详述。

如果接收端230的时序恢复模块232正确地与传送端110的符元传送速率同步，那么每一个符元的信道脉冲响应都会在同一周期达到高点峰值。比方说，如果传送端110与时序恢复模块232的符元速率同步在一千赫兹，则在前一个符元的信道脉冲响应达到高点后的千分之一秒，也就是刚好一个周期时，下一个符元的信道脉冲响应程度也会达到高点峰值。

但如果时序恢复模块232的符元速率比传送端110的符元速率来得快，换言之，时序恢复模块232的符元周期较传送端110的符元周期来得短，则下一个符元的信道脉冲响应的高点峰值就会延后出现。

反过来看，如果时序恢复模块232的符元周期较传送端110的符元周期来得长，也就是时序恢复模块232的符元速率比传送端110的符元速率来得慢，则下一个符元的信道脉冲响应的高点峰值就会提前出现。

上述的提前与延后出现的时间，和时序恢复模块232与传送端110的符元周期是相关的。因此，透过记录两个以上符元的信道脉冲响应的高点峰值的时间，就可以知道时序恢复模块232的符元周期是快是慢。而且可以计算出慢多少或快多少，进一步可以对时序恢复模块232发出修正信号，以令时序恢复模块232的时序能够收敛到与传送端110的时序大致同步。

因此，请参看图3所示的实施例，在时序恢复模块236当中，还可以包含着峰值记录模块320与计算模块330。其中，上述的峰值记录模块320会记录多个符元的信道脉冲响应的峰值时间与/或其响应程度。在一实施例中，多个符元指的是前一个符元与后一个符元。在另一实施例中，多个符元指的是一第一符元与该第一符元之后的第N个符元。

在前一个实施例中，信道脉冲响应模块310得对每一个符元进行信道脉冲响应的计算。优点是可以在接收每一个符元之后就进行时序的修正与调整，因此每一个符元的时序可以紧紧地与传送端110同步。但其缺点是计算量比第二个实施例来得多。在后一个实施例中，信道脉冲响应模块310对每N个符元进行脉冲响应的计算，其计算量为前一个实施例的N分之一。不过其缺点是每隔N个符元才能进行时序的修正与调整，如果N选得太长，那么在这N个符元当中可能会产生不同步的情况。本领域的普通技术人员可以理解到，根据不同的应用，可以选用不同的实施例来设计时序恢复修正模块236。

在一实施例中，上述的峰值记录模块320可以用来储存信道脉冲响应模块310产生的所有资料，至少包含峰值时间、响应程度、与能量大小。在另一实施例中，峰值记录模块320可以用来储存挑选过的部分资料，而非全部资料。在更一实施例中，峰值记录模块320还可以用来储存计算模块330所计算出的所有资料，至少包含修正信号。

当峰值记录模块320记录了多个信道脉冲响应峰值的时间后，计算模块330可以根据峰值的偏差量与方向，以及多个符元之间的间隔时间，计算出一修正信号。接着，将该修正信号传送反馈给上述的时序恢复模块232。根据此修正信号，时序恢复模块232就可以修正其时序产生的频率，进一步同步到传送端110的符元速率。

请参考图4所示，其为本发明一实施例的信道脉冲响应峰值的一时序偏移示意图。在图4当中包含有上下两个图。上图表示一第一符元的信道脉冲响应峰值的时序图，下图表示一第二符元的信道脉冲响应峰值的时序图。如前所示，在一实施例中，该第二符元为紧接在第一符元之后的符元。在另一实施例中，该第二符元为在第一符元之后的第N个符元。

每一个图的纵轴表示信道脉冲响应的响应程度，横轴则表示取样时间。本领域的普通技术人员可以理解到，尽管本发明是以图示的方式来表示时序偏移。但在实际的设计当中，峰值记录模块320可以使用任何资料型态来表述图4的图示。比方说，可以利用表格，或是二维阵列的形式来表述。

在图4的上图中，显示第一符元相应于一个响应峰值。在下图中，显示第二符元也相应于单一个响应峰值。不过，下图的响应峰值较上图的响应峰值具有一个位移量，代表时序恢复模块232的时序和传送端110的时序不同步。

本领域的普通技术人员可以理解到，尽管图4所示的位移量是向右，但实际上可能产生的状况会发生位移量向左，或是没有位移量的情况。如果没有任何位移量，则表示时序恢复模块232的时序和传送端110的时序同步。在此情况下，计算模块330就不需要产生修正信号，或只需产生修正量为零的修正信号反馈给时序恢复模块232。如上所述，如果位移量不为零，则计算模块330可以根据峰值的偏差量与方向，以及多个符元之间的间隔时间，计算出一修正信号。该修正信号所表示的修正量与峰值时间差的量成正比。

请参考图5所示，其为本发明另一实施例的信道脉冲响应峰值的一时序偏移示意图。和图4不同的地方在于，图4的第一符元与第二符元分别相应到单一个响应峰值，但图5示出的第一符元与第二符元分别相应到多个响应峰值。为什么会相应到多个响应峰值，其原因是现有技术提到的，在信道120当中可能会遭受到多径效应h(t)的影响。

多径效应h(t)指的是由传送端110发出的信号，经由多条路径的信道120抵达接收端230。由于这些路径的长短不一，因此符元信号抵达接收端230的时间不会相同。所以同一符元经过信道脉冲响应模块310的计算之后，会产生多个超过一临界值的响应峰值。当具有多个响应峰值的时候，计算模块330就必须多费一些功夫来进行计算。

如图5所示的实施例中，上图的第一符元与下图的第二符元都经过三条路径，经过信道脉冲响应模块310的计算之后，分别具有三个峰值。其中第一符元的三个峰值记为510a、520a、与530a。第二符元的三个峰值记为510b、520b、与530b。为了方便起见，可以把第一符元所对应的多个峰值称为第一组峰值，其发生的时间称为第一组峰值时间。同样地，可以把第二符元所对应的多个峰值称为第二组峰值，其发生的时间称为第二组峰值时间。

根据峰值的相对位置来看，峰值510a对应到峰值510b，峰值520a对应到峰值520b，峰值530a对应到峰值530b。在上图与下图之间，峰值与峰值的距离维持不变，因此可以得到上述的对应关系。除此之外，第二个峰值520a与520b是三个峰值当中最高的，沿着这一条路径所传播的信号能量是最多的，可以视为主要路径。第二个峰值520a与520b可以视为主要峰值。在图5所示的实施例中，当第一符元的主要峰值520a可以对应到第二符元的主要峰值520b时，可以选用主要峰值的位移量作为计算修正信号的基准。

请参考图6所示，其为本发明更一实施例的信道脉冲响应峰值的一时序偏移示意图。与图5所示的实施例不同之处在于，第一符元所对应的主要峰值是第二个峰值520a，第二符元所对应的主要峰值是第三个峰值530b。如果选用第一符元与第二符元的主要峰值的位移作为基准，那么计算的基准就会是第三个峰值530b与第二个峰值520a的假位移量。尽管信号沿着三条路径的能量分布改变，造成响应峰值的改变，不过这三条路径并没有改变。如果把位移量误植为两条路径之间的响应峰值位移量，那么就会得到错误的假位移量。

为了避免上述的错误，计算模块330必须找出上述多个峰值的对应关系，特别是相对位置。如果三个峰值之间的相对位置没有改变，那么计算模块330就会依据多个峰值间相对位置的关系，认定峰值510a对应到峰值510b，峰值520a对应到峰值520b，峰值530a对应到峰值530b。因此，在图6所示的实施例中，计算模块330会计算第一符元的主要峰值520a与第二符元当中对应到峰值520a的第二个峰值520b的位移量。也就是说，位移量将会是峰值520b与峰值520a的相对偏移值。

归纳起来，在图5所示的实施例中，计算模块330是根据主要峰值的位移量与两个符元之间的间隔时间来计算修正信号。在图6所示的实施例中，计算模块330会先找出峰值之间的对应关系，再根据相应峰值的位移量与两个符元之间的间隔时间来计算修正信号。

本领域的普通技术人员可以理解到，由于图6的实施例得先找出峰值之间的对应关系，所以图6实施例的计算量会比图5来得大。但如果只使用图5实施例的计算方法，则无法应付图6的假位移情况。因此，在本发明一实施例中，当图5实施例所计算出的位移量较前一次所计算的位移量超过一定范围时，则改由图6实施例的实施方法。增加计算量以避免假位移。在本发明另一实施例中，当图6实施例的计算方法遇到图5的情况时，也就是不发生主要峰值转移的情况下，可以降低计算量改用图5示出的实施例。

请参考图7所示，其为本发明一实施例的一修正方法的流程示意图。该修正方法首先执行信道脉冲响应步骤710，针对时脉恢复之后的多个符元进行信道脉冲响应。接着，执行信道脉冲响应峰值记录步骤720，记录每个符元的信道脉冲响应的一个或多个响应峰值与/或时间。最后，执行修正信号计算步骤730，根据前一步骤720所记录的响应峰值与/或时间，以及多个符元之间的间隔时间，计算出一修正信号。最后，再将修正信号馈送到负责时脉恢复的装置。

其中上述的多个符元包含一第一符元与一第二符元，上述的该第一符元与该第二符元可以属于导频信号。在一实施例中，第二符元为紧接在该第一符元之后的符元。该修正信号所表示的修正量与峰值时间差的量成正比。在一实施例中，如同图4与图5所示，该峰值时间为信道脉冲响应中具有最大响应量的时间值。

在另一实施例中，如同图6所示，当信道脉冲响应中具有多个高于一临界值的峰值时，在计算该峰值时间差之前，先对应出该第一符元与该第二符元的各峰值，再根据相应峰值的时间差计算该峰值时间差。其中，该峰值时间差可以为该第一符元的最高峰值与该第二符元的相应峰值的时间差。在另外的实施方法中，该峰值时间差可以为该第一符元的任一峰值与该第二符元的相应峰值的时间差。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (14)

1.一种用于一接收器的时序恢复的修正装置，其中该接收器包含一时序恢复模块，该时序恢复模块输出一第一符元与一第二符元，该修正装置包含：

一信道脉冲响应模块，根据该第一符元与该第二符元，分别产生一第一组峰值时间与一第二组峰值时间；以及

一计算模块，用于根据该第一组峰值时间与该第二组峰值时间的相对关系计算一修正信号，并将该修正信号送到该时序恢复模块。

2.如权利要求1的修正装置，其特征在于，该计算模块是根据该第一组峰值时间与该第二组峰值时间的相对关系，分别自该第一组峰值时间与该第二组峰值时间中决定一第一峰值时间与一第二峰值时间，并依据该第一峰值时间与该第二峰值时间的时间差计算出该修正信号。

3.如权利要求2的修正装置，其特征在于，该修正信号所对应的修正量，是与该第一峰值时间与该第二峰值时间的时间差成正比。

4.如权利要求2的修正装置，其特征在于，该第一峰值时间与该第二峰值时间分别为该第一组峰值时间与该第二组峰值时间中具有最大响应量的时间。

5.如权利要求2的修正装置，其特征在于，该第一峰值时间位于该第一组峰值时间的相对位置与该第二峰值时间位于该第二组峰值时间的相对位置相同。

6.如权利要求1的修正装置，其特征在于，该第一符元与该第二符元皆属于导频信号。

7.如权利要求1的修正装置，其特征在于，该第一组峰值时间与该第二组峰值时间为该第一符元与该第二符元于进行信道脉冲响应计算时具有高于一临界值的多个峰值所对应的时间。

8.一种用于一接收器的时序恢复的修正方法，其中该接收器包含一时序恢复模块，该时序恢复模块输出一第一符元与一第二符元，该修正方法包含：

对该第一符元与该第二符元分别进行信道脉冲响应计算以得到一第一组峰值时间与一第二组峰值时间；以及

根据该第一组峰值时间与该第二组峰值时间的相对关系计算一修正信号，并将该修正信号送到该时序恢复模块。

9.如权利要求8的修正方法，其特征在于，根据该第一组峰值时间与该第二组峰值时间的相对关系计算该修正信号的步骤包含：分别自该第一组峰值时间与该第二组峰值时间中决定一第一峰值时间与一第二峰值时间，并依据该第一峰值时间与该第二峰值时间的时间差计算出该修正信号。

10.如权利要求9的修正方法，其特征在于，该修正信号所对应的修正量，是与该第一峰值时间与该第二峰值时间的时间差成正比。

11.如权利要求9的修正方法，其特征在于，该第一峰值时间与该第二峰值时间分别为该第一组峰值时间与该第二组峰值时间中具有最大响应量的时间。

12.如权利要求9的修正方法，其特征在于，该第一峰值时间位于该第一组峰值时间的相对位置与该第二峰值时间位于该第二组峰值时间的相对位置相同。

13.如权利要求8的修正方法，其特征在于，该第一符元与该第二符元皆属于导频信号。

14.如权利要求8的修正方法，其特征在于，该第一组峰值时间与该第二组峰值时间为该第一符元与该第二符元于进行信道脉冲响应计算时具有高于一临界值的多个峰值所对应的时间。