CN107295329A - 信号检测方法及信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号检测方法及信号检测装置，用来检测一频道的一数字信号，该信号检测方法包含有对该频道的一信号分别进行一幂次运算及一转频运算，以取得至少一频域幂次组；以及根据该至少一频域幂次组，判断该频道是否载有该数字信号。

Description

信号检测方法及信号检测装置

技术领域

本发明涉及指一种信号检测方法及信号检测装置，尤指一种可迅速于一频道中检测该频道是否具有一数字信号的信号检测方法及信号检测装置。

背景技术

由于多媒体因特网的蓬勃发展，使得一般家庭对于高速率传输的需求大增，具有大带宽的电缆调制解调器(Cable Modem)逐渐受到消费者的青睐。对于数字电视的应用来说，电缆调制解调器会对多个数字电视频道进行频道扫描。详细来说，电缆调制解调器于一数字电视频道检测该频道是否具有数字电视信号，若该数字电视频道中没有数字电视信号，电缆调制解调器会切换至另一数字电视频道测该是否具有数字电视信号。已知技术中，电缆调制解调器并未针对非数字电视信号的特性进行信号检测，导致电缆调制解调器需耗费较长的时间进行频道扫描。

因此，已知技术实有改善之必要。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种迅速地排除非数字信号的频道检测方法，以改善已知技术的缺点。

本发明揭示一种信号检测方法，用来检测一频道的一数字信号，该信号检测方法包含有对该频道的一信号分别进行一幂次运算及一转频运算，以取得至少一频域幂次组；以及根据该至少一频域幂次组，判断该频道是否未载有该数字信号。

本发明另揭示一种信号检测装置，用来检测一频道的一数字信号，该信号检测装置包含有一幂次运算单元；一转频运算单元，耦接于该幂次运算单元，其中该幂次运算单元及该转频运算单元用来对该频道的一信号进行一幂次运算及一转频运算，以取得至少一频域幂次组；以及一判断单元，用来根据该至少一频域幂次组，判断该频道是否未载有该数字信号。

附图说明

图1为本发明实施例一信号检测流程的示意图。

图2为一信号的示意图。

图3为本发明实施例一运算流程的示意图。

图4为本发明实施例一检测流程的示意图。

图5为本发明实施例一信号检测装置的示意图。

图6为本发明实施例一信号检测装置的示意图。

符号说明

10、30、40 流程

100～106、300～314、400～412 步骤

50、60 信号检测装置

500 取样单元

502 幂次运算单元

504 转频运算单元

505 量级运算单元

506 判断单元

602 处理单元

604 储存单元

608 程序代码

T₁～T_K 时间区间

X_1,1～X_K,N 时域取样值

x 信号

具体实施方式

ITU-T J38B标准已广泛地应用于数字电视系统中，依据ITU-T J38B标准，数字电视信号是以正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)调制而成，然而，正交振幅调制信号具有其四次方的统计平均为常数(Constant)的特性。具体来说，假设一信号S为以正交振幅调制技术进行调制的信号，信号S的四次方(记为S⁴)的一统计平均(EnsembleAverage，信号S的四次方的统计平均记为E[S⁴])为一常数，即E[S⁴]＝C(其中C代表一常数)，也就是说，信号S于一时域(Time Domain)的时域取样值S₁～S_N具有E[S_n ⁴]＝C的特性。在此情形下，若将数值E[S₁ ⁴]～E[S_N ⁴]进行一转频运算(如傅立叶变换)，其转频结果R₁～R_N应近似一脉冲函数(Impulse Function)，即转频结果R₁～R_N中一转频结果R_m远大于转频结果R₁～R_N中其余转频结果。本发明利用前述QAM的特性检测是否载有以QAM调制的一数字信号。

请参考图1，图为1本发明实施例一信号检测流程10的示意图。信号检测流程10用来检测一频道中是否具有一数字信号，该数字信号是以QAM调制技术进行调制的信号，信号检测流程10利用上述QAM的特性，迅速地检测出该频道中是否具有该数字信号。信号检测流程10可应用于一电缆调制解调器(Cable Modem)，电缆调制解调器可利用信号检测流程10迅速地检测一数字电视频道中是否可能具有一J.83B信号(其中J.83B信号是以QAM技术调制而成)，若该数字电视频道无J.83B信号，即可切换至另一数字电视频道以进行频道扫描(即检测另一数字电视频道是否具有J.83B信号)。信号检测流程10可由一信号检测装置来执行，其包含以下步骤：

步骤100：开始。

步骤102：对一频道的一信号x进行一幂次运算、一转频运算及一量级运算，以取得频域量级组Z₁～Z_K。

步骤104：根据频域量级组Z₁～Z_K，判断该频道是否未载有该数字信号。

步骤106：结束。

信号检测流程10的操作细节详述如下。于步骤102中，信号检测装置对信号x进行幂次运算、转频运算及量级运算，以取得频域量级组Z₁～Z_K，其中该幂次运算为一四幂次(4^th Power)运算，而该转频运算为一快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)运算。详细来说，如图2所示，信号检测装置可分别于时间区间T₁～T_K对信号x进行取样(Sampling)，以取得时域取样组X₁～X_K。以时间区间T₁为例，信号检测装置于时间区间T₁对信号x进行取样以取得时域取样组X₁，其中时域取样组X₁包含时域取样值X_1,1～X_1,N，以数学向量表示式来表示时域取样组X₁，时域取样组X₁可表示为X₁＝[X_1,1,…,X_1,N]^T(其中，[]^T代表一转置运算符)。同理，对于任一时间区间T_k，时域取样组X_k包含时域取样值X_k,1～X_k,N，实时域取样组X_k可表示为X_k＝[X_k,1,…,X_k,N]^T。

另外，信号检测装置分别对时域取样组X₁～X_K进行幂次运算(即四幂次运算)，以取得幂次组X₁ ⁴～X_K ⁴。更精确的说，信号检测装置对时域取样组X_k进行幂次运算系为信号检测装置对时域取样组X_k中每一时域取样值X_k,n进行幂次运算，以取得幂次值X_k,n ⁴，其中幂次值X_k,n ⁴代表时域取样值X_k,n的四次方。换句话说，幂次组X₁ ⁴～X_K ⁴中任一幂次组X_k ⁴包含幂次值X_k,1 ⁴～X_k,N ⁴，即幂次组X_k ⁴可表示为X_k ⁴＝[X_k,1 ⁴,…,X_k,N ⁴]^T。

另外，信号检测装置分别对幂次组X₁ ⁴～X_K ⁴进行转频运算，以取得频域幂次组Y₁～Y_K，其中频域幂次组Y₁～Y_K中的一频域幂次组Y_k(或频域幂次值Y_k,1～Y_k,N)为幂次组X_k ⁴经过转频运算的结果，换句话说，频域幂次值Y_k可表示为Y_k＝FFT(X_k ⁴)(其中，FFT()代表一快速傅立叶变换运算符)。详细来说，频域幂次组Y_k包含频域幂次值Y_k,1～Y_k,N，频域幂次组Y_k可表示为Y_k＝[Y_k,1,…,Y_k,N]^T＝FFT(X_k ⁴)。

另外，信号检测装置分别对频域幂次组Y₁～Y_K进行量级运算，以取得频域量级组Z₁～Z_K，其中频域量级组Z₁～Z_K中一频域量级组Z_k包含频域量级值Z_k,1～Z_k,N-，频域量级值Z_k,1～Z_k,N-中一频域量级值Z_k,n为其对应频域幂次值Y_k,n的量级值(Magnitude，也就是大小值)，换句话说，频域量级值Z_k,n可表示为Z_k,n＝|Y_k,n|＝abs(Y_k,n)(其中，|·|以及abs()皆代表量级运算符)。

关于信号检测装置对频道的之信号x进行幂次运算、转频运算及量级运算，以取得频域量级组Z₁～Z_K的操作流程，可进一步归纳为一运算流程30，请参考图3，图3为本发明实施例运算流程30的示意图。运算流程30可由信号检测装置来执行，其包含以下步骤：

步骤300：开始。

步骤302：令指标k为k＝1。

步骤304：对信号x于时间区间T_k进行取样，以取得时域取样值X_k,1～X_k,N(即取得时域取样组X_k)。

步骤306：对时域取样值X_k,1～X_k,N分别进行幂次运算，以取得幂次值X_k,1 ⁴～X_k,N ⁴(即取得幂次组X_k ⁴)。

步骤308：对幂次值X_k,1 ⁴～X_k,N ⁴进行转频运算，以取得频域幂次值Y_k,1～Y_k,N(即取得频域幂次组Y_k)。

步骤309：对频域幂次值Y_k,1～Y_k,N(即频域幂次组Y_k)进行量级运算，以取得频域量级值Z_k,1～Z_k,N(即取得频域量级组Z_k)。

步骤310：判断指标k是否等于整数K？若是，执行步骤314；若否，执行步骤312。

步骤312：令指标k为k＝k+1后，执行步骤304。

步骤314：结束。

运算流程30系依照时间区间T₁～T_K为区隔，分别对信号x进行取样、幂次运算以及转频运算，以取得频域量级组Z₁～Z_K，其中整数K为大于1的整数。运算流程30的其余操作细节，可参考前述相关段落，于此不再赘述。

另外，于步骤104中，信号检测装置对频域量级组Z₁～Z_K进行累加，以取得一频域累计组P。频域累计组P可表示为频域累计组P包含频域累计值P₁～P_N且可表示为P＝[P₁,…,P_N]^T，换句话说，频域累计值P₁～P_N中一频域累计值P_n可表示为

当该频道载有以QAM调制的该数字信号时，频域累计值P₁～P_N应近似一脉冲函数，即频域累计值P₁～P_N中一最大频域累计值P_max远大于其余频域累计值，因此，信号检测装置可根据频域累计值P₁～P_N判断该频道是否可能载有该数字信号。于一实施例中，信号检测装置可取得频域累计值P₁～P_N的最大频域累计值P_max，当信号检测装置判断最大频域累计值P_max位于一第一特定范围时，信号检测装置可判断该频道并未载有该数字信号(如J.83B信号)。举例来说，当信号检测装置判断最大频域累计值P_max小于一临限值P_th1时，信号检测装置可判断该频道并未载有该数字信号，其中临限值P_th1可视实际状况而有所调整。

除此之外，于一实施例中，信号检测装置可计算最大频域累计值P_max相对于相邻于最大频域累计值P_max的多个相邻频点的一比例，当信号检测装置判断该比例位于一第二特定范围时，信号检测装置可判断该频道未载有该数字信号。信号检测装置计算最大频域累计值P_max相对于最大频域累计值P_max的多个相邻频点的比例的方法未有所限，举例来说，信号检测装置可计算相邻于最大频域累计值P_max的多个相邻频点的一平均值P_av，再计算最大频域累计值P_max相对于平均值P_av的一比例R。

详细来说，信号检测装置可先取得对应于最大频域累计值P_max的一最大频点Q(最大频点Q即最大频域累计值P_max所在的频点，最大频点Q可表示为)，另外，信号检测装置根据最大频点Q取得相邻于最大频点Q的多个相邻频点Q－M－L～Q－M以及多个相邻频点Q+M～Q+M+L，并根据相邻频点Q－M－L～Q－M、Q+M～Q+M+L于频域累计值P₁～P_N-中选取对应于相邻频点Q－M－L～Q－M、Q+M～Q+M+L的相邻频域累计值P_Q－M－L～P_Q－M、P_Q+M～P_Q+M+L，信号检测装置取得相邻频域累计值P_Q－M－L～P_Q－M、P_Q+M～P_Q+M+L后可进一步计算相邻频域累计值P_Q－M－L～P_Q－M、P_Q+M～P_Q+M+L的一平均值P_av，平均值P_av可为相邻频域累计值P_Q－M－L～P_Q－M、P_Q+M～P_Q+M+L的一算术平均，即平均值P_av可表示为信号检测装置取得平均值P_av后可计算比例R为R＝P_max/P_av，其中M、L可为非负整数。如此一来，当信号检测装置判断比例R位于第二特定范围时，信号检测装置可判断该频道未载有该数字信号。举例来说，当信号检测装置判断比例R大于一临限值P_th2或小于一临限值P_th3时，信号检测装置可判断该频道并未载有该数字信号(如J.83B信号)，其中临限值P_th2、P_th3可视实际状况而有所调整。

关于信号检测装置根据最大频域累计值P_max判断该频道是否载有该数字信号的操作流程，可进一步归纳为一检测流程40，请参考图4，图4为本发明实施例检测流程40的示意图。检测流程40可由信号检测装置来执行，其包含以下步骤：

步骤400：开始。

步骤402：取得对应于最大频域累计值P_max的最大频点Q。

步骤404：于频域累计值P₁～P_N中，取得相邻频域累计值P_Q－M－L～P_Q－M、P_Q+M～P_Q+M+L。

步骤406：计算相邻频域累计值P_Q－M－L～P_Q－M、P_Q+M～P_Q+M+L的平均值P_av。

步骤408：取得最大频域累计值P_max相对于平均值P_av的比例R。

步骤410：当比例R属于第二特定范围时，判断该频道未载有该数字信号。

步骤412：结束。

检测流程40是根据最大频域累计值P_max相对于(相邻于最大频点Q之)相邻频域累计值P_Q－M－L～P_Q－M、P_Q+M～P_Q+M+L的比例R，判断该频道未载有该数字信号。检测流程40的其余操作细节，可参考前述相关段落，于此不再赘述。

根据信号检测流程10，信号检测装置可迅速地检测该频道是否可能载有该数字信号，若信号检测装置判断该频道并未载有该数字信号，信号检测装置即可对另一频道进行检测。换句话说，本发明的信号检测装置可缩短于该频道中检测是否载有该数字信号所需的信号检测时间。

信号检测装置不限于以特定架构来实现，举例来说，请参考图5，图5为本发明实施例一信号检测装置50的示意图，信号检测装置50包含一取样单元500、一幂次运算单元502、一转频运算单元504、一量级运算单元505以及一判断单元506。取样单元500用来对信号x进行取样，以取得时域取样值X_1,1～X_K,N(或时域取样组X₁～X_K)。幂次运算单元502用来对时域取样值X_1,1～X_K,N进行该幂次运算，以取得幂次值X_1,1 ⁴～X_K,N ⁴(或幂次组X₁ ⁴～X_K ⁴)。转频运算单元504可为一快速傅立叶变换模块(FFT Module)，用来对幂次值X_1,1 ⁴～X_K,N ⁴进行该转频运算，以取得频域幂次值Y_1,1～Y_K,N(或频域幂次组Y₁～Y_K)。量级运算单元505用来对频域幂次值Y_k,1～Y_k,N进行量级运算，以取得频域量级值Z_k,1～Z_k,N。判断单元506用来根据频域量级值判断该频道是否载有该数字信号。换句话说，取样单元500、幂次运算单元502、转频运算单元504以及量级运算单元505用来执行前述信号检测流程10的步骤102及运算流程30，而判断单元506用来执行前述信号检测流程10的步骤104及检测流程40。其中取样单元500、幂次运算单元502、转频运算单元504以及判断单元506皆利用特殊应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)来实现。

另外，请参考图6，图6为本发明实施例一信号检测装置60的示意图，信号检测装置60包含一处理单元602及一储存单元604。前述信号检测流程10、运算流程30及检测流程40可编译成一程序代码608并储存于储存单元604中，以指示处理单元602执行信号检测流程10、运算流程30及检测流程40。其中，处理单元602可为一中央处理器(CPU)、一数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)或是一微处理器(Microprocessor)，而不在此限，储存单元604可为一只读式内存(read-only memory，ROM)或是一非挥发性内存(non-volatile memory，例如，一电子抹除式可复写只读存储器(electrically erasableprogrammable read only memory,EEPROM)或一闪存(flash memory))，而不在此限。

前述实施例是用以说明本发明的概念，本领域具通常知识者当可据以做不同的修饰，而不限于此。举例来说，于信号检测流程10、运算流程30及检测流程40中，整数K为大于1的整数，而不限于此，整数K可等于1，即信号检测装置可仅对单一时间区间进行取样、幂次运算及转频运算而取得单一频域幂次组，并根据该单一频域幂次组判断该频道是否载有该数字信号，亦属于本发明的范畴。

综上所述，本发明利用QAM的特性，迅速地检测频道中是否具有以QAM调制而成的数字信号，可缩短于频道中检测非数字信号所需的信号检测时间，若信号检测装置判断该频道并未载有该数字信号，信号检测装置即可对另一频道进行检测，而可缩短整体频道扫描所需的时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种信号检测方法，用来检测一频道的一数字信号，该信号检测方法包含有：

对该频道的一信号分别进行一幂次运算及一转频运算，以取得至少一频域量级组；以及

根据该至少一频域量级组，判断该频道是否未载有该数字信号。

2.如权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，对该信号分别进行该幂次运算及该转频运算，取得该至少一组频域量级值的步骤包含有：

对该信号于一第一时间区间信号进行取样，以取得多个时域取样值；

对该多个时域取样值分别进行该幂次运算，以取得多个幂次值；

对该多个幂次值进行该转频运算，以取得多个频域幂次值；

对该多个频域幂次值进行一量级运算，以取得多个频域量级值；以及

取得对应于该第一时间区间信号的一第一频域量级组，其中该第一频域量级组包含该多个频域量级值；

其中，该量级运算系取得该多个频域幂次值的多个量级值为该多个频域量级值。

3.如权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，该幂次运算为一四幂次(4^th Power)运算。

4.如权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，该转频运算为一快速傅立叶变换运算。

5.如权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，根据该至少一频域量级组，判断该频道是否载有该数字信号的步骤包含有：

对该至少一频域量级组进行累加，以取得多个频域累计值；以及

根据该多个频域累计值，判断该频道是否载有该数字信号。

6.如权利要求5所述的信号检测方法，其特征在于，根据该多个频域累计值，判断该频道是否载有该数字信号的步骤包含有：

取得该多个频域累计值中一最大频域累计值；以及

根据该最大频域累计值，判断该频道是否未载有该数字信号。

7.如权利要求6所述的信号检测方法，其特征在于，根据该最大频域累计值，判断该频道是否载有该数字信号的步骤包含有：

当该最大频域累计值属于一第一特定范围时，判断该频道未载有该数字信号。

8.如权利要求6所述的信号检测方法，其特征在于，根据该最大频域累计值，判断该频道是否载有该数字信号的步骤包含有：

取得对应于该最大频域累计值的一最大频点；

于该多个频域累计值中，取得多个相邻频域累计值；以及

根据该最大频域累计值及该多个相邻频域累计值，判断该频道是否未载有该数字信号。

9.如权利要求8所述的信号检测方法，其特征在于，根据该最大频域累计值及该多个相邻频域累计值，判断该频道是否载有该数字信号的步骤包含有：

计算该多个相邻频域累计值的一平均值；

取得该最大频域累计值相对于该平均值的一比例；以及

当该比例属于一第二特定范围时，判断该频道未载有该数字信号。

10.一种信号检测装置，用来检测一频道的一数字信号，该信号检测装置包含有：

一幂次运算单元；

一转频运算单元，耦接于该幂次运算单元；

一量级运算单元，耦接于该转频运算单元，其中该幂次运算单元、该转频运算单元及该量级运算单元分别用来对该频道的一信号进行一幂次运算、一转频运算及一量级运算，以取得至少一频域量级组；以及

一判断单元，用来根据该至少一频域量级组，判断该频道是否未载有该数字信号。

11.如权利要求10所述的信号检测装置，其特征在于，另包含：

一取样单元，耦接于该幂次运算单元；

其中，该取样单元用来对该信号于一第一时间区间信号进行取样，以取得多个时域取样值，该幂次运算单元对该多个时域取样值分别进行该幂次运算，以取得多个幂次值，该转频运算单元对该多个幂次值进行该转频运算，以取得多个频域幂次值，该量级运算单元用来对该多个频域幂次值进行该量级运算，以取得多个频域量级值为对应于该第一时间区间信号的一第一频域量级组，该量级运算系取得该多个频域幂次值的多个量级值为该多个频域量级值。

12.如权利要求10所述的信号检测装置，其特征在于，该幂次运算为一四幂次运算。

13.如权利要求10所述的信号检测装置，其特征在于，该转频运算单元为一快速傅立叶变换单元。

14.如权利要求10所述的信号检测装置，其特征在于，该判断单元另用来执行以下步骤，以根据该至少一频域量级组，判断该频道是否载有该数字信号：

对该至少一频域量级组进行累加，以取得多个频域累计值；以及

根据该多个频域累计值，判断该频道是否未载有该数字信号。

15.如权利要求14所述的信号检测装置，其特征在于，该判断单元另用来执行以下步骤，以根据该多个频域累计值判断该频道是否载有该数字信号：

取得该多个频域累计值中一最大频域累计值；以及

根据该最大频域累计值，判断该频道是否未载有该数字信号。

16.如权利要求15所述的信号检测装置，其特征在于，该判断单元另用来执行以下步骤，以根据该最大频域累计值判断该频道是否载有该数字信号：

当该最大频域累计值属于一第一特定范围时，判断该频道未载有该数字信号。

17.如权利要求15所述的信号检测装置，其特征在于，该判断单元另用来执行以下步骤，以根据该最大频域累计值判断该频道是否载有该数字信号：

取得对应于该最大频域累计值的一最大频点；

于该多个频域累计值中，取得多个相邻频域累计值；以及

根据该最大频域累计值及该多个相邻频域累计值，判断该频道是否未载有该数字信号。

18.如权利要求17所述的信号检测装置，其特征在于，该判断单元另用来执行以下步骤，以根据该最大频域累计值及该多个相邻频域累计值判断该频道是否载有该数字信号：

计算该多个相邻频域累计值的一平均值；

取得该最大频域累计值相对于该平均值的一比例；以及

当该比例属于一第二特定范围时，判断该频道未载有该数字信号。