CN110365610A

CN110365610A - 相位恢复装置及相位恢复方法

Info

Publication number: CN110365610A
Application number: CN201810252313.4A
Authority: CN
Inventors: 珍路易斯·东史特; 周裕仁; 廖懿颖; 赖科印; 郑凯文; 童泰来
Original assignee: MStar Semiconductor Inc Taiwan
Current assignee: MStar Semiconductor Inc Taiwan
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-22

Abstract

一种相位恢复装置，包括一相位恢复模块以及一剩余相位恢复模块。该相位恢复模块用来对一接收信号进行一第一阶段相位恢复，以产生一第一相位恢复信号。该剩余相位恢复模块用来对该第一相位恢复信号进行一第二阶段相位恢复，以产生一第二相位恢复信号。

Description

相位恢复装置及相位恢复方法

技术领域

本发明是指一种相位恢复装置及相位恢复方法，尤指一种可精准估测相位误差的相位恢复装置及相位恢复方法。

背景技术

一般来说，在数字通信系统的接收端的相位恢复(Phase Recovery)装置会先对接收信号进行相位误差估测(Phase Error Detection，PED)，再根据所估测出的相位误差对接收信号进行相位补偿后来输出相位恢复信号，以降低接收端的符元错误率(SymbolError Rate，SER)或位错误率(Bit Error Rate，BER)来改善系统效能。

然而在现有技术中，相位恢复装置仅进行一次相位恢复，其所输出的相位恢复信号仍有残留的相位误差。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可减少残留相位误差的相位恢复装置及相位恢复方法，以改善习知技术的缺点。

本发明实施例揭露一种相位恢复装置，包括一相位恢复模块，用来对一接收信号进行一第一阶段相位恢复，以产生一第一相位恢复信号；以及一剩余相位恢复模块，用来对该第一相位恢复信号进行一第二阶段相位恢复，以产生一第二相位恢复信号。

本发明实施例另揭露一种相位恢复方法，包括对一接收信号进行一第一阶段相位恢复，以产生一第一相位恢复信号；以及对该第一相位恢复信号进行一第二阶段相位恢复，以产生一第二相位恢复信号。

附图说明

图1为本发明实施例一相位恢复装置的方块图。

图2为本发明实施例一相位恢复方法的流程图。

图3为本发明实施例一相位恢复模块的流程图。

图4为本发明实施例一剩余相位估测模块的方块图。

图5为本发明实施例一剩余相位恢复方法的流程图。

图6为本发明实施例一剩余相位估测器的方块图。

图7为本发明实施例一平均单元的方块图。

图8为本发明实施例一特征单元的方块图。

图9为本发明实施例一估测单元的方块图。

符号说明

10 相位恢复装置

11 相位恢复模块

12 剩余相位恢复模块

14 开回路相位误差估测器

16 剩余相位估测器

160 平均单元

162 特征单元

164 估测单元

1620 矩阵单元

1622 分解单元

1624 选取单元

1626 增益单元

1640、1641 分量单元

18 剩余相位补偿器

20、50 方法

202～204、500～504 步骤

30 相位估测模块

31 相位补偿模块

32 导频相位估测单元

34 权重单元

36 结合单元

ADD、ADD0、ADD1 加法器

ADD3 加总单元

G、G₀、G₁ 特征增益

MP、MP0、MP1 乘法器

MPS0、MPS1 纯量乘法器

MPV0、MPV1 向量乘法器

Q、Q0、Q1 缓存器

ds 数据信号

g 相位误差

p 剩余相位误差

ps 导频信号

q1、q2 相位恢复信号

r 接收信号

y 相位误差平均值

δ 特征基底

δ₀～δ_K-1 特征向量

λ、λ₀～λ_K-1 特征值

σ² 常数

K_y 共变异数矩阵

y 相位误差平均向量

具体实施方式

图1为本发明实施例一相位恢复(Phase Recovery)装置10的方块图，图2为本发明实施例一相位恢复方法20的流程图。相位恢复装置10包括一相位恢复模块11以及一剩余相位恢复(Residual Phase Recovery)模块12，相位恢复模块11用来对一接收信号r进行一第一阶段的相位恢复，以产生一第一相位恢复信号q1(步骤202)，剩余相位恢复模块12耦接于相位恢复模块 11，用来对第一相位恢复信号q1，进行一第二阶段的相位恢复，以产生一第二相位恢复信号q2(步骤204)，以针对第一阶段相位恢复所残留的相位误差进行相位恢复。

请参阅图3，图3为本发明实施例相位恢复模块11的方块图。相位恢复模块11包括一相位估测模块30以及一相位补偿模块31，相位恢复模块11所接收的接收信号r包括多个数据信号(Data Signal)ds以及多个导频信号 (Pilot Signal)ps，相位估测模块30根据多个导频信号ps计算多个相位误差 x，相位补偿模块31用来根据该多个相位误差x补偿该多个数据信号ds的相位。

在一实施例中，该多个相位误差x为该多个导频相位ps的线性组合，具体来说，请再次参阅图3，相位估测模块30包括一导频相位估测单元32、一权重单元34以及一结合单元36，导频相位估测单元32用来根据该多个导频信号ps，计算多个导频相位误差θ，权重单元用来计算对应于该多个导频相位误差θ的多个权重值w，结合单元36用来根据该多个导频相位误差ps及该多个权重值w，计算对应于该多个数据信号ds的多个相位误差x。其余细节，可参考台湾专利申请号106140779，于此不再赘述。

在一实施例中，剩余相位恢复装置12可利用电路构造简单或低运算复杂度的相位误差估测器，先对多个第一相位恢复信号q1进行初步的相位估测，再对初步相位估测的结果进行统计分析，以产生多个剩余相位误差。具体来说，请参阅图4，图4为本发明实施例剩余相位恢复模块12的方块图，图5为本发明实施例一剩余相位恢复方法50的流程图。在本实施例中，剩余相位恢复装置12包括一开回路相位误差估测器(Open Loop PED)14、一剩余相位估测器(Residual Phase Estimator)16以及一剩余相位补偿器(Residual PhaseCompensator)18。开回路相位误差估测器14用来估测自相位恢复模块11所接收的第一相位恢复信号q1的相位误差g(步骤500)，其中开回路相位误差估测器14为本领域的技术人员所知，故于此不赘述。接着，剩余相位估测器16用来根据自开回路相位误差估测器14所接收的相位误差g，计算剩余相位误差p(步骤502)。最后，剩余相位补偿器18耦接于相位恢复模块11以及剩余相位估测器16，剩余相位补偿器18用来根据剩余相位误差 p，补偿第一相位恢复信号q1的相位，以产生第二相位恢复信号q2(步骤 504)。

在一实施例中，剩余相位估测器16可对相位误差g进行主成分分析 (Principalcomponents analysis，PCA)分析，即剩余相位估测器16计算相关于相位误差g的特征空间(Eigen Space)中最显著(Significant)的一个或数个特征基底(Eigen Basis)及其对应的一个或数个特征值(Eigenvalue)，并根据该一个或数个最显著特征基底及特征值，建构(Construct)剩余相位误差p。

图6为本发明实施例剩余相位估测器16的方块图。剩余相位估测器16 包括一平均单元160、一特征单元162以及一估测单元164。平均单元160将相位误差g分组进行平均运算，以输出多个相位误差平均值y，其中多个相位误差平均值y形成一相位误差平均向量y。举例来说，相位误差g于时间上包含N个相位误差g₀～g_N-1，其中每M个相位误差可分成一个相位误差组，相位误差g₀～g_N-1一共可分成K个相位误差组g₀’～g_K-1’(即N＝K·M，N、K、 M均为正整数)，其中第k个相位误差组g_k’中包括相位误差g_kM～g_kM+M-1 (k＝0,…,K-1)。平均单元160分别对相位误差组g₀’～g_K-1’进行平均运算，以产生相位误差平均值y₀～y_K-1，其中相位误差平均值y₀～y_K-1形成一相位误差平均向量y，亦即y＝[y₀…y_K-1]^T。于一实施例中，N＝1440，M＝36，K＝40，但不限于此，于另一实施例中，M＝1，亦即N＝K，在此情形下，平均单元160所输出的相位误差平均值y₀～y_K-1即为相位误差g₀～g_N-1。

图7为本发明实施例平均单元160的方块图。平均单元160包括一加法器 ADD、一缓存器Q以及一乘法器MP。以相位误差组g_k’为例，加法器ADD及缓存器Q将相位误差组g_k’中的相位误差g_kM～g_kM+M-1进行一累加运算而到一累加结果a_k。乘法器MP用来将累加结果a_k乘上1/M，其中M为相位误差组g_k’中相位误差的个数，以得到对应于相位误差组g_k’的相位误差平均值y_k。

特征单元162用来计算相关于相位误差平均向量y的至少一特征基底δ以及对应于至少一特征基底δ的至少一特征增益G，其中至少一特征增益G 分别相关于对应于至少一特征基底δ的至少一特征值λ。需注意的是，特征单元162是于实行相位恢复方法20之前的一前置(Pre-Processing)阶段(亦可称之为训练(Training)阶段或学习(Learning)阶段)，事先计算特征基底δ及特征增益G。

图8为本发明实施例特征单元162的方块图。特征单元162包括一矩阵单元1620、一分解单元1622、一选取单元1624以及一增益单元1626。矩阵单元1620用来收集(Collect)前置阶段的相位误差平均向量y₀～y_L，并根据前置阶段的相位误差平均向量y₀～y_L产生一共变异数矩阵(Covariance Matrix) 其中(·)^H代表共轭转置。分解单元1622用来对共变异数矩阵K_y进行一特征值分解(Eigenvalue Decomposition，EVD)或一奇异值分解(Singular value Decomposition，SVD)运算，以产生共变异数矩阵 K_y的特征向量(Eigenvector)δ₀～δ_K-1以及多个特征值(Eigenvalue)λ₀～λ_K-1。选取单元1624用来自多个特征值λ₀～λ_K-1中选取n个特征值，并自多个特征向量δ₀～δ_K-1中选取n个特征向量当作为特征基底δ，其中该n个特征向量为对应于该n个特征值的特征向量。较佳地，选取单元1624所选取的该n个特征值为多个特征值λ₀～λ_K-1中最大的n个特征值。选取单元1624所选取的特征向量的个数n可视实际情况有所调整，n可为1至K的任一正整数，以n＝2为例，选取单元1624选取多个特征值λ₀～λ_K-1中最大的两个特征值λ₀、λ₁，并选取对应于特征值λ₀、λ₁的特征向量δ₀、δ₁当作特征基底δ。增益单元1626 根据该一特征值λ_k计算一特征增益G_k。于一实施例中，G_k＝λ_k/(λ_k+σ²)，其中σ²为相关于噪声能量或信杂比的一常数，其可视实际状况调整。在n＝2的情况下，增益单元1626输出对应于特征值λ₀、λ_1-的特征增益G₀、G₁为特征增益G。

估测单元164耦接于平均单元160以及特征单元162，用来根据相位误差平均向量y、至少一特征基底δ以及至少一特征增益G，计算剩余相位误差p。

图9为本发明实施例估测单元164的方块图。估测单元164包括分量单元 1640、1641以及一加总单元ADD3，分量单元1640根据相位误差平均向量y，特征基底δ₀与特征增益G₀，计算分量c₀；相似地，分量单元1641根据相位误差平均向量y，特征基底δ₁与特征增益G₁，计算分量c₁，加总单元ADD3用来根据分量c₀、c₁，产生该剩余相位误差p。请住意，图7所绘示的估测单元164 为选取单元1624所选取的特征向量的个数n＝2的实施例，但本发明不限于此，在其他实施例中，估测单元164中分量单元的数量是与选取单元1624所选取的特征向量的个数n相对应。

在一实施例中，分量单元1640包括一内积单元IP0、一纯量乘法器MPS0 以及一向量乘法器MPV0。内积单元IP0用来计算相位误差平均向量y与特征基底δ₀的一内积δ₀ ^Ty，在一实施例中，内积单元IP0包括一乘法器MP0、一加法器ADD0以及一缓存器Q0，乘法器MP0用来将该相位误差平均向量y中多个相位误差平均值y₀～y_K-1与特征基底δ₀中的多个特征基底元素逐项相乘，加法器ADD0及缓存器Q0用来将多个相位误差平均值y₀～y_K-1与该多个特征基底元素逐项相乘的结果进行累加，以产生内积δ₀ ^Ty。纯量乘法器MPS0执行纯量与纯量之间的乘法运算，用来将内积δ₀ ^Ty乘以特征增益G₀，以产生一相乘结果G₀(δ₀ ^Ty)，向量乘法器MPV0执行向量与纯量之间的乘法运算，用来将相乘结果G₀(δ₀ ^Ty)乘以特征基底δ₀，以产生分量c₀，其可表示为c₀＝ G₀(δ₀ ^Ty)·δ₀。分量单元1641具有与分量单元1640的电路结构相同而不再赘述，分量单元1641可输出分量c₁，分量c₁可表示为c₁＝G₁(δ₁ ^Ty)·δ₁。加总单元ADD3将分量c₀、c₁相加以输出向量c₀+c₁，其中向量c₀+c₁中即为该剩余相位误差p。

综上所述，本发明利用剩余相位恢复装置对一相位恢复装置输出的相位恢复信号进行第二阶段的相位恢复，可减少残留相位误差，以降低符元错误率或位错误率，达到提升系统效能的功效。

Claims

1.一种相位恢复装置，包括：

一相位恢复模块，用来对一接收信号进行一第一阶段相位恢复，以产生一第一相位恢复信号；以及

一剩余相位恢复模块，用来对该第一相位恢复信号进行一第二阶段相位恢复，以产生一第二相位恢复信号。

2.如权利要求1所述的相位恢复装置，其特征在于，该剩余相位恢复模块包括：

一开回路相位误差估测器，耦接于该相位恢复模块，用来估测对应于该第一相位恢复信号的一相位误差；

一剩余相位估测器，耦接于该开回路相位误差估测器，用来根据该相位误差，计算一剩余相位误差；以及

一剩余相位补偿器，耦接于该相位恢复模块以及该剩余相位估测器，用来根据该剩余相位误差，补偿该第一相位恢复信号的相位。

3.如权利要求2所述的相位恢复装置，其特征在于，该剩余相位估测器包括：

一平均单元，用来对该相位误差进行平均运算，以产生一相位误差平均向量；

一特征单元，用来根据该相位误差平均向量，计算至少一特征基底以及对应于该至少一特征基底的至少一特征增益；以及

一估测单元，耦接于该平均单元以及该特征单元，用来根据该相位误差平均向量、该至少一特征基底以及该至少一特征增益，计算该剩余相位误差。

4.如权利要求3所述的相位恢复装置，其特征在于，该平均单元包括一加法器、一缓存器以及一乘法器，该加法器及该缓存器用来对该相位误差进行一累加运算，该乘法器用来将该累加运算的累加结果乘以一相位误差累加个数的一倒数。

5.如权利要求3所述的相位恢复装置，其特征在于，该特征单元包括：

一矩阵单元，用来产生对应于该相位误差平均向量的一共变异数矩阵；

一分解单元，用来对该共变异数矩阵进行一分解运算，以产生该共变异数矩阵的多个特征向量以及多个特征值；

一选取单元，用来自该多个特征值中选取至少一特征值，并自该多个特征向量中选取至少一特征向量为该至少一特征基底，其中该至少一特征向量对应于该至少一特征值；以及

一增益单元，用来根据该至少一特征值，计算该至少一特征增益。

6.如权利要求3所述的相位恢复装置，其特征在于，该估测单元包括：

至少一分量单元，用来根据该相位误差平均向量、该至少一特征基底以及该至少一特征增益，计算至少一分量；以及

一加总单元，用来根据该至少一分量，产生该剩余相位误差。

7.如权利要求6所述的相位恢复装置，其特征在于，该至少一分量单元包括：

一内积单元，用来计算该相位误差平均向量与该至少一特征基底的一内积；

一纯量乘法器，用来将该内积乘以该至少一特征增益，以产生一相乘结果；以及

一向量乘法器，用来将该相乘结果乘以该至少一特征基底，以产生该至少一分量。

8.如权利要求7所述的相位恢复装置，其特征在于，该内积单元包括一乘法器、一加法器以及一缓存器，该乘法器用来将该相位误差平均向量中多个相位误差平均值与该至少一特征基底中的多个特征基底元素逐项相乘以产生多个相乘结果，该加法器及该缓存器用来将该多个相乘结果以产生该内积。

9.如权利要求1所述的相位恢复装置，其特征在于，接收信号包含多个数据信号以及多个导频信号，该相位恢复模块包括：

一相位估测模块，包括：

一导频相位估测单元，用来根据该多个导频信号，计算多个导频相位误差；

一权重单元，用来计算对应于该多个导频相位误差的多个权重值；以及

一结合单元，用来根据该多个导频相位误差及该多个权重值，计算对应于该多个数据信号的多个相位误差，其中该多个相位误差为该多个导频相位的线性组合；以及

一相位补偿模块，用来根据该多个相位误差，补偿该多个数据信号的相位。

10.一种相位恢复方法，包括：

对一接收信号进行一第一阶段相位恢复，以产生一第一相位恢复信号；以及

对该第一相位恢复信号进行一第二阶段相位恢复，以产生一第二相位恢复信号。

11.如权利要求10的相位恢复方法，其特征在于，对该第一相位恢复信号进行该第二阶段相位恢复，以产生该第二相位恢复信号的步骤包括：

估测对应于该第一相位恢复信号的一相位误差；

根据该相位误差，计算一剩余相位误差；以及

根据该剩余相位误差，补偿该第一相位恢复信号的相位。

12.如权利要求11的相位恢复方法，其特征在于，根据该相位误差，计算该剩余相位误差的步骤包括：

对该相位误差进行平均运算，以一相位误差平均向量；

根据该相位误差平均向量，计算至少一特征基底以及对应于该至少一特征基底的至少一特征增益；以及

根据该相位误差平均向量、该至少一特征基底以及该至少一特征增益，计算该剩余相位误差。

13.如权利要求12的相位恢复方法，其特征在于，计算该至少一特征基底以及对应于该至少一特征基底的该至少一特征增益的步骤包括：

产生对应于该相位误差平均向量的一共变异数矩阵；

对该共变异数矩阵进行一分解运算，以产生该共变异数矩阵的多个特征向量以及多个特征值；

自该多个特征值中选取至少一特征值，并自该多个特征向量中选取至少一特征向量为该至少一特征基底，其中该至少一特征向量对应于该至少一特征值；以及

根据该至少一特征值，计算该至少一特征增益。

14.如权利要求12的相位恢复方法，其特征在于，根据该相位误差平均向量、该至少一特征基底以及该至少一特征增益，计算该多个剩余相位误差的步骤包括：

根据该相位误差平均向量、该至少一特征基底以及该至少一特征增益，计算至少一分量；以及

根据该至少一分量，产生该剩余相位误差。

15.如权利要求11的相位恢复方法，其特征在于，根据该相位误差平均向量，计算至少一分量中一第一分量的步骤包括：

计算该相位误差平均向量与该至少一特征基底的一内积；

将该内积乘以该至少一特征增益中对应于该第一特征基底，以产生一相乘结果；以及

将该相乘结果乘以该至少一特征基底，以产生该至少一分量。