CN109873781A - 符合同轴电缆多媒体联盟标准的信号接收装置及其信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种符合同轴电缆多媒体联盟标准的信号接收装置及其信号处理方法。该信号接收装置包含一主要估计电路、一辅助估计电路、一结合电路与一等化电路。该主要估计电路用以根据一接收信号中的多个通道估计符号产生一主要通道脉冲响应。该辅助估计电路用以根据该接收信号中的至少一长符号产生一辅助通道脉冲响应。该结合电路用以根据该主要通道脉冲响应与该辅助通道脉冲响应产生一结合后通道脉冲响应。这些化电路用以根据该结合后通道脉冲响应进行一等化程序。

Description

符合同轴电缆多媒体联盟标准的信号接收装置及其信号处理 方法

技术领域

本发明与同轴电缆多媒体联盟(Multimedia over Coax Alliance,MoCA)系统相关，并且尤其与其接收端的通道脉冲响应判断技术相关。

背景技术

同轴电缆多媒体联盟(MoCA)标准是一种运用有线电视同轴电缆线来实现家庭区域网络的技术，近年来因其高速传输能力与高可靠度广受瞩目。图1(A)呈现一MoCA封包的格式示意图。各封包的最前端是四个包含特定内容的长符号(long symbol,LS)。接收端能根据长符号找出各封包的起始位置，并根据长符号产生一个粗略的频偏估计值。跟随在长符号后的通道估计符号(channel estimation symbol,CES)及其循环字首(cyclicprefix,CP)则是用来供接收端评估通道效应，并用来产生一个精细的频偏估计值。这些资讯都是要用来调整跟随在通道估计符号之后出现的实际数据，详述如下。

图1(B)呈现一MoCA接收端的局部电路。送入粗略频偏补偿电路110的接收信号已通过射频收发器及模拟-数字转换器。一开始，粗略频偏补偿电路110并未运作，而是将接收信号直接向后传递至长符号搜寻电路120。长符号搜寻电路120会利用匹配滤波技术，自接收信号中找出长符号在时间点上的位置。在确认长符号的位置后，粗略频偏估计电路130可根据长符号的内容产生一粗略频偏估计值。粗略频偏补偿电路110可利用混波技术，开始根据这个粗略频偏估计值对接收信号进行频偏补偿。由于封包中的长符号(LS)、通道估计符号(CES)以及循环字首(CP)的长度是固定的，在确认长符号在时间点上的位置后，便可得知通道估计符号即将出现的时间点，长符号搜寻电路120会通知数据缓冲器140开始暂存经过粗略频偏补偿的通道估计符号与实际数据。精细频偏估计电路150可自数据缓冲器140得到经过粗略频偏补偿的通道估计符号，以据此找出一精细频偏估计值。随后，精细频偏补偿电路160会根据这个精细频偏估计值对先前经过粗略频偏补偿的通道估计符号与实际数据进一步施以较细微的频偏补偿，并将补偿后通道估计符号交给脉冲响应估计电路170、将补偿后数据交给等化电路(equalizing circuit)180。脉冲响应估计电路170负责根据通道估计符号估计出一个通道脉冲响应，供等化电路180消除补偿后数据中的通道效应，产生一等化后信号供后续电路使用。

为了支持高达每秒八百万位元组的数据传输率，并达成将封包错误率降低至百万分之一的要求，MoCA接收端必须采用高规格、能提供良好信号信噪比(signal-to-noiseratio,SNR)的射频收发器及模拟-数字转换器。现行技术的问题在于，在噪声较多的通信环境中，两个通道估计符号所提供的资讯可能不足以产出准确的通道脉冲响应。为了弥补通道脉冲响应不够准确的问题，对于射频收发器及模拟-数字转换器的规格要求会变得更为严苛，大幅提高其电路设计难度与硬件成本。

发明内容

本发明提出一种新的信号接收装置及其信号处理方法，藉由提升通道脉冲响应的估计值的正确性来协助降低封包错误率，进而缓解对于射频收发器及模拟-数字转换器的高标准要求。

根据本发明的一实施例为一种符合同轴电缆多媒体联盟标准的信号接收装置，其中包含一主要估计电路、一辅助估计电路、一结合电路与一等化电路。该主要估计电路用以根据一接收信号中的多个通道估计符号产生一主要通道脉冲响应。该辅助估计电路用以根据该接收信号中的至少一长符号产生一辅助通道脉冲响应。该结合电路用以根据该主要通道脉冲响应与该辅助通道脉冲响应产生一结合后通道脉冲响应。这些化电路用以根据该结合后通道脉冲响应进行一等化程序。

根据本发明的另一实施例为一种符合同轴电缆多媒体联盟标准的信号处理方法。首先，根据一接收信号中的多个通道估计符号，一主要通道脉冲响应被产生。此外，根据该接收信号中的至少一长符号，一辅助通道脉冲响应被产生。接着，根据该主要通道脉冲响应与该辅助通道脉冲响应，一结合后通道脉冲响应被产生。随后，根据该结合后通道脉冲响应，一等化程序被执行。

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(A)呈现一MoCA封包的格式示意图；图1(B)呈现一MoCA接收端的局部电路。

图2为根据本发明的一实施例中的信号接收装置的功能方块图。

图3(A)-图3(D)为根据本发明的辅助估计电路的两种实施方式的示意图。

图3(E)与图3(F)用以说明根据本发明的辅助估计电路可用于计算辅助通道脉冲响应的长符号区段。

图4(A)与图4(B)为根据本发明的结合电路的两种实施方式的示意图。

图5(A)为用以传递通道估计符号的副载波的示意图；图5(B)为用以传递长符号的副载波的示意图。

图6为根据本发明的一实施例中的信号处理方法的流程图。

符号说明

LS：长符号 CES：通道估计符号

CP：循环字首 110、210：粗略频偏补偿电路

120、220：长符号搜寻电路 130、230：粗略频偏估计电路

140、240：数据缓冲器 150、250：精细频偏估计电路

160、260：精细频偏补偿电路 170：脉冲响应估计电路

180、280：等化电路 200：信号接收装置

270：主要估计电路 291：长符号缓冲器

292：辅助估计电路 292A：转换电路

292B：脉冲响应产生电路 292C：频偏补偿电路

292D：噪声消除电路 293：结合电路

293A：第一加权电路 293B：第二加权电路

293C：加法电路 293D：插值产生电路

S601-S604：流程步骤

须说明的是，本发明的附图包含呈现多种彼此关联的功能性模组的功能方块图。这些附图并非细部电路图，且其中的连接线仅用以表示信号流。功能性元件及/或程序间的多种互动关系不一定要透过直接的电性连结始能达成。此外，个别元件的功能不一定要如附图中绘示的方式分配，且分散式的区块不一定要以分散式的电子元件实现。

具体实施方式

根据本发明的一实施例为一种符合同轴电缆多媒体联盟(MoCA)标准的信号接收装置，其功能方块图绘示于图2。信号接收装置200包含一粗略频偏补偿电路210、一长符号搜寻电路220、一粗略频偏估计电路230、一数据缓冲器240、一精细频偏估计电路250、一精细频偏补偿电路260、一主要估计电路270、一等化电路280、一长符号缓冲器291、一辅助估计电路292与一结合电路293。

粗略频偏补偿电路210-等化电路280的主要作用与图1(B)中的粗略频偏补偿电路110-等化电路180相同，不再赘述。不同于先前技术的是，主要估计电路270(与脉冲响应估计电路170相对应)根据通道估计符号产生的通道脉冲响应(以下称“主要通道脉冲响应”)并非等化电路280据以执行等化程序的唯一依据，详述如下。

在长符号搜寻电路220寻找长符号的过程中，长符号缓冲器291负责暂存接收信号。辅助估计电路292可待长符号搜寻电路220确认长符号在时间点上的位置后，撷取长符号缓冲器291中的长符号内容，做为产生一通道脉冲响应(以下称“辅助通道脉冲响应”)的依据。图3(A)-图3(D)为辅助估计电路292的数种实施方式的示意图。

在图3(A)呈现的实施例中，辅助估计电路292包含一转换电路292A与一脉冲响应产生电路292B。转换电路292A用以针对长符号进行一时域-频域转换(例如快速傅立叶转换)程序，以产生一转换结果。实务上，主要估计电路270在产生主要通道脉冲响应时，也会需要进行时域-频域转换程序。因此，辅助估计电路292可与主要估计电路270共用时域-频域转换电路，以降低硬件成本。

若以符号k代表一频率指标，以符号H(k)表示真实但未知的通道脉冲响应，以符号X_LS(k)表示针对未受通道效应影响的长符号施以时域-频域转换所得出的一个理想转换结果，转换电路292A产生的转换结果Y_LS(k)可被表示为：

Y_LS(k)＝H(k)·X_LS(k)+N(k)， (式一)

其中符号N(k)代表噪声成分。

实务上，理想转换结果X_LS(k)是信号接收装置200可预先得知或预先产生的。因此，脉冲响应产生电路292B可利用下列运算式找出通道脉冲响应的估计值，做为辅助通道脉冲响应

比较式一与式二可看出，辅助通道脉冲响应与实际通道脉冲响应H(k)的差异是由噪声成分N(k)所造成。

根据MoCA标准的规范，理想转换结果X_LS(k)的倒数与理想转换结果X_LS(k)本身相等。因此，式二可被改写为：

根据式三，脉冲响应产生电路292B可利用一乘法电路，将转换电路292A产生的转换结果Y_LS(k)与已知的理想转换结果X_LS(k)相乘，来找出辅助通道脉冲响应

在图3(B)呈现的实施例中，辅助估计电路292在转换电路292A前端进一步包含一频偏补偿电路292C。频偏补偿电路292C负责根据一频偏估计值对长符号进行频偏补偿程序，以产生补偿后长符号。举例而言，频偏补偿电路292C采用的频偏估计值可以是粗略频偏估计电路230找出的粗略频偏估计值，也可以是该粗略频偏估计值加上精细频偏补偿电路260找出的精细频偏估计值。藉此，辅助估计电路292能够减少频偏的干扰，找出品质更好的辅助通道脉冲响应

实务上，辅助估计电路292在产生转换结果Y_LS(k)时，可将同一封包中的连续四个长符号皆纳入计算，亦可仅选用其中的一部分来进行计算。请参阅图3(E)，在四个长符号(以LS1-LS4表示)中，时序上最前端与最后端的部分较容易受到符号间干扰(inter-symbolinterference,ISI)的影响。因此，辅助估计电路292可被设计为仅自长符号缓冲器291撷取位在中间的长符号LS2、LS3，来计算辅助通道脉冲响应亦即舍弃长符号LS1、LS4的内容不用。或者，如图3(F)所示，辅助估计电路292可自长符号LS1的中间点开始、撷取直到长符号LS4的中间点为止的一段数据。由于四个长符号的内容都相同，在这个情况下，辅助估计电路292等效于撷取了三个长符号的内容，并且通常可避开受到符号间干扰影响最严重的部分。

在图3(C)呈现的实施例中，辅助估计电路292在转换电路292A前端进一步包含一噪声消除电路292D。举例而言，噪声消除电路292D可将多个长符号的振幅加以平均，以产生一个平均后长符号。若这些长符号中的噪声是接近于随机分布，不同长符号中的噪声便可相互抵消。如先前所述，辅助估计电路292可以只将四个长符号的一部分纳入计算。相似地，噪声消除电路292D也可以被设计为仅取用四个长符号的一部分(例如图3(E)或图3(F)所呈现的撷取范围)加以平均。此外，噪声消除电路292D亦可对四个长符号施以不同的权重后相加，藉此产生一噪声消除后长符号LS_AVG：

LS_AVG＝w1·LS1+w2·LS2+w3·LS3+w4·LS4， (式四)

其中w1-w4代表四个权重值，可由电路设计者依实务经验决定，不以特定数值为限。当权重值w1-w4皆等于0.25，式四所代表的运算便特化为前述平均运算。

请参阅图3(D)。辅助估计电路292亦可以同时包含先前介绍的频偏补偿电路292C与噪声消除电路292D。

如图2所示，结合电路293会将辅助估计电路292产生的辅助通道脉冲响应与主要估计电路270产生的主要通道脉冲响应(以符号表示)结合，产生一结合后通道脉冲响应供等化电路280使用。由于通道估计符号与长符号是经过相同的通道送抵信号接收装置200，理论上，利用愈大量的数据来估计通道脉冲响应，愈能让噪声成分互相抵消，进而使得估计结果愈接近于实际通道脉冲响应H(k)。信号接收装置200的优点便是在估计通道脉冲响应时，除了通道估计符号，亦将长符号中的资讯视为参考数据。相较于只考量通道估计符号的先前技术，信号接收装置200可有效提升通道脉冲响应的估计值之正确性，藉此降低封包错误率，进而缓解对于射频收发器及模拟-数字转换器的高标准要求。

图4(A)与图4(B)为结合电路293的两种实施方式的示意图。在图4(A)呈现的实施例中，结合电路293包含一第一加权电路293A、一第二加权电路293B与一加法电路293C。第一加权电路293A用以将一第一加权量α与主要通道脉冲响应相乘，以产生一第一加权结果。第二加权电路293B用以将一第二加权量(1-α)与辅助通道脉冲响应相乘，以产生一第二加权结果。加法电路293C负责将第一加权结果与第二加权结果相加，以产生结合后通道脉冲响应

上述第一加权量α与第二加权量(1-α)可由电路设计者依实务经验决定，不以特定数值为限。于一实施例中，这些加权量被设定为与产生通道脉冲响应时所参考的符号的数量相关。举例而言，假设主要估计电路270根据接收信号中的P1个通道估计符号产生主要通道脉冲响应而辅助估计电路292根据接收信号中的P2个长符号产生辅助通道脉冲响应(P1与P2各自为一正整数)，则可将第一加权量α设定为P1/(P1+P2)，将第二加权量(1-α)设定为P2/(P1+P2)。

须说明的是，根据MoCA标准的规范，接收信号共包含五百一十二个副载波(sub-carrier)，通道估计符号透过其中的四百八十个副载波传递，而长符号透过其中的一百二十个副载波传递。请参阅图5(A)。若以数值-256到+256之间除了零之外的整数来表示这五百一十二个副载波所对应的频率指标k，则传递通道估计符号的副载波所对应的频率指标是-243到-4之间以1为间隔的两百四十个整数(-243、-242、-241、……、-6、-5、-4)，以及4到243之间以1为间隔的两百四十个整数(4、5、6、……、241、242、243)，在数学上可被标示为k＝4:1:243&-243:1:-4。另一方面，如图五(B)所示，传递长符号的副载波所对应的频率指标是-240到-4之间以4为间隔的六十个整数(-240、-236、-232、……、-12、-8、-4)，以及4到240之间以4为间隔的六十个整数(4、8、12、……、232、236、240)，在数学上可被标示为k＝4:4:240&-240:4:-4。由此可知，经过时域-频域转换，主要通道脉冲响应中可用的资讯主要是出现在对应于频率指标k＝4:1:243&-243:1:-4的四百八十个频率上，而辅助通道脉冲响应中可用的资讯主要是出现在对应于频率指标k＝4:4:240&-240:4:-4的一百二十个频率上。

于图4(A)呈现的实施例中，加法电路293C是将主要通道脉冲响应与辅助通道脉冲响应中对应于相同频率指标k的成分相结合。更具体地说，加法电路293C会将主要通道脉冲响应中对应于频率指标k＝-240的成分与辅助通道脉冲响应中对应于频率指标k＝-240的成分根据式五相加。相似地，加法电路293C会将主要通道脉冲响应中对应于频率指标k＝-236的成分与辅助通道脉冲响应中对应于频率指标k＝-236的成分根据式五相加。依此类推，加法电路293C总共会进行一百二十个加法程序。藉由纳入辅助通道脉冲响应中对应于频率指标k＝4:4:240&-240:4:-4的资讯，图四(A)中的结合电路293可使得结合后通道脉冲响应中对应于频率指标k＝4:4:240&-240:4:-4的一百二十个成分较主要通道脉冲响应中对应于频率指标k＝4:4:240&-240:4:-4的一百二十个成分更准确。须说明的是，结合后通道脉冲响应中对应于其他频率指标的成分可以直接采用主要通道脉冲响应的内容。

在图4(B)呈现的实施例中，结合电路293进一步包含一插值产生电路293D。插值产生电路293D是根据上述辅助通道脉冲响应对应于频率指标k＝4:4:240&-240:4:-4的一百二十个成分内插或外插产生三百六十个(＝480-120)个插值，并将原有的一百二十个成分与这三百六十个插值结合，以产生一扩充后通道脉冲响应，用来与主要通道脉冲响应进行结合。举例而言，插值产生电路293D可利用辅助通道脉冲响应中对应于频率指标k＝4以及频率指标k＝8的两个成分内插产生对应于频率指标k＝5、6、7的三个插值。如此一来，扩充后通道脉冲响应在频率指标k＝4:1:243&-243:1:-4的四百八十个频率上都会有可用资讯。图4(B)中的结合电路293可使得结合后通道脉冲响应中的四百八十个成分都更准确。实务上，插值产生电路293D所采用的内插/外插技术不以特定方式为限。举例而言，插值产生电路293D可采用线性内插/外插。

根据本发明的另一实施例为一种符合MoCA标准的信号处理方法，其流程图绘示于图6。步骤S601为根据一接收信号中的多个通道估计符号产生一主要通道脉冲响应。步骤S602则是根据该接收信号中的至少一长符号产生一辅助通道脉冲响应。须说明的是，步骤S601、S602可同时进行，没有特定的先后关系。接着，步骤S603为根据该主要通道脉冲响应与该辅助通道脉冲响应产生一结合后通道脉冲响应。随后，步骤S604为根据该结合后通道脉冲响应进行一等化程序。

本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，先前在介绍信号接收装置200时描述的各种操作变化亦可应用至图6中的信号处理方法，其细节不再赘述。

藉由以上实施例的详述，是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。此外，本说明书中的数学表示式用以说明与本发明的实施例相关的原理和逻辑，除非有特别指明的情况，否则不对本发明的范畴构成限制。本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，有多种技术可实现这些数学式所对应的物理表现形式。

Claims (12)

1.一种符合同轴电缆多媒体联盟标准的信号接收装置，包含：

一主要估计电路，用以根据一接收信号中的多个通道估计符号产生一主要通道脉冲响应；

一辅助估计电路，用以根据该接收信号中的至少一长符号产生一辅助通道脉冲响应；

一结合电路，用以根据该主要通道脉冲响应与该辅助通道脉冲响应产生一结合后通道脉冲响应；以及

一等化电路，用以根据该结合后通道脉冲响应进行一等化程序。

2.如权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，该辅助估计电路包含：

一转换电路，用以针对该至少一长符号进行一时域-频域转换程序，以产生一转换结果；以及

一脉冲响应产生电路，用以根据该转换结果与一理想转换结果产生该辅助通道脉冲响应，其中该理想转换结果藉由针对未受通道效应影响的一长符号施以该时域-频域转换程序所产生。

3.如权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，该辅助估计电路根据多个长符号产生该辅助通道脉冲响应，且该辅助估计电路包含：

一频偏补偿电路，用以根据一频偏估计值对该多个长符号进行一频偏补偿程序，以产生多个补偿后长符号；

一噪声消除电路，用以令该多个补偿后长符号相互抵消噪声，以产生一噪声消除后长符号；

一转换电路，用以针对该噪声消除后长符号进行一时域-频域转换程序，以产生一转换结果；以及

一脉冲响应产生电路，用以根据该转换结果与一理想转换结果产生该辅助通道脉冲响应，其中该理想转换结果藉由针对未受通道效应影响的一长符号施以该时域-频域转换程序所产生。

4.如权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，该结合电路包含：

一第一加权电路，用以将一第一加权量与该主要通道脉冲响应相乘，以产生一第一加权结果；

一第二加权电路，用以将一第二加权量与该辅助通道脉冲响应相乘，以产生一第二加权结果；以及

一加法电路，用以将该第一加权结果与该第二加权结果相加，以产生该结合后通道脉冲响应。

5.如权利要求4所述的信号接收装置，其特征在于，该主要估计电路根据该接收信号中的P1个通道估计符号产生该主要通道脉冲响应，该辅助估计电路根据该接收信号中的P2个长符号产生该辅助通道脉冲响应，P1与P2各自为一正整数；该第一加权量为P1/(P1+P2)，该第二加权量为P2/(P1+P2)。

6.如权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，该多个通道估计符号透过该接收信号中的N个副载波传递，该至少一长符号透过该接收信号中的M个副载波传递，数值N与M各自为一正整数，且M小于N；该结合电路包含：

一插值产生电路，用以根据该辅助通道脉冲响应的M个成分内插或外插产生(N-M)个插值，并将该M个成分与该(N-M)个插值结合，以产生一扩充后通道脉冲响应，取代该辅助通道脉冲响应与该主要通道脉冲响应结合。

7.一种符合同轴电缆多媒体联盟标准的信号处理方法，包含：

(a)根据一接收信号中的多个通道估计符号产生一主要通道脉冲响应；

(b)根据该接收信号中的至少一长符号产生一辅助通道脉冲响应；

(c)根据该主要通道脉冲响应与该辅助通道脉冲响应产生一结合后通道脉冲响应；以及

(d)根据该结合后通道脉冲响应进行一等化程序。

8.如权利要求7所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(b)包含：

针对该至少一长符号进行一时域-频域转换程序，以产生一转换结果；以及

根据该转换结果与一理想转换结果产生该辅助通道脉冲响应，其中该理想转换结果藉由针对未受通道效应影响的一长符号施以该时域-频域转换程序所产生。

9.如权利要求7所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(b)包含：

根据一频偏估计值对多个长符号进行一频偏补偿程序，以产生多个补偿后长符号；

令该多个补偿后长符号相互抵消噪声，以产生一噪声消除后长符号；

针对该噪声消除后长符号进行一时域-频域转换程序，以产生一转换结果；以及

根据该转换结果与一理想转换结果产生该辅助通道脉冲响应，其中该理想转换结果藉由针对未受通道效应影响的一长符号施以该时域-频域转换程序所产生。

10.如权利要求7所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(c)包含：

将一第一加权量与该主要通道脉冲响应相乘，以产生一第一加权结果；

将一第二加权量与该辅助通道脉冲响应相乘，以产生一第二加权结果；以及

将该第一加权结果与该第二加权结果相加，以产生该结合后通道脉冲响应。

11.如权利要求10所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(a)为根据该接收信号中的P1个通道估计符号产生该主要通道脉冲响应，步骤(b)为根据该接收信号中的P2个长符号产生该辅助通道脉冲响应，P1与P2各自为一正整数；于步骤(c)中，该第一加权量为P1/(P1+P2)，该第二加权量为P2/(P1+P2)。

12.如权利要求7所述的信号处理方法，其特征在于，该多个通道估计符号透过该接收信号中的N个副载波传递，该至少一长符号透过该接收信号中的M个副载波传递，数值N与M各自为一正整数，且M小于N；步骤(c)包含：

根据该辅助通道脉冲响应的M个成分内插或外插产生(N-M)个插值；以及

将该M个成分与该(N-M)个插值结合，以产生一扩充后通道脉冲响应，取代该辅助通道脉冲响应与该主要通道脉冲响应结合。