TW202114365A - 具射頻干擾消除機制之電子系統及相關射頻干擾消除方法 - Google Patents

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Abstract

電子系統包含前饋等化器、反饋等化器、射頻干擾取消器，以及控制電路。前饋等化器和反饋等化器調整電子系統中一傳輸通道之通道響應，並消除電子系統中存在的射頻干擾。射頻干擾取消器用來消除電子系統中存在的射頻干擾。在射頻干擾取消器呈關閉時，控制電路依據消除射頻干擾前之一訊號錯誤量、電子系統之訊號錯誤量，或電子系統之訊號雜訊比來開啟射頻干擾取消器。在射頻干擾為開啟時，控制電路依據射頻干擾取消器之響應量、消除射頻干擾前之訊號錯誤量、電子系統之訊號錯誤量，或電子系統之訊號雜訊比來關閉射頻干擾取消器。

Description

具射頻干擾消除機制之電子系統及相關射頻干擾消除方法
本發明相關於一種具射頻干擾消除機制之電子系統及相關射頻干擾消除方法，尤指一種具高效能和低耗電射頻干擾消除機制之電子系統及相關射頻干擾消除方法。
隨著通訊技術以及超大型積體電路(VLSI)技術的快速發展，有線通訊與無線通訊的應用都變得越來越廣泛。先進的新電信技術必須與前幾代的行動系統共同存在而構成複雜的無線電環境，其它像是數位電視廣播及區域網路的無線射頻裝置會持續地發出新的信號來源，也有可能使得現有無線電服務受干擾而中斷。由於環境限制越來越多，眾多新型態的無線電服務會爭取數量有限的合適基地台，在運作時彼此之間更容易互相干擾。此外，隨著越來越多的智慧型商品能夠使用射頻(radio frequency, RF)訊號互相交流，如何降低射頻干擾(radio frequency interference, RFI)對通訊品質的影響是重要課題。
隨著科技發展，汽車業已從傳統車市逐漸朝向節能化的電動車與智慧化車用電子的車聯網與先進駕駛輔助系統(advanced driver assistance systems, ADAS)等兩方面行進。智慧化車用電子會利用智慧感知和控制來提供更安全的駕駛輔助和更合理的路線規劃，同時引進新一代的互聯網娛樂系統來提升旅行的樂趣。因此，智慧化車用電子內會存在涉及多種協議或標準的通訊需求，例如車載通訊的專用短程通訊(dedicated short range communications, DSRC)或LTE-V標準、定位用的GPS協定、與互聯網通信的WiMax或WLAN標準等。這些標準或協議所採用的頻段、抗干擾方式和傳輸距離等各不相同，因此智慧化車用電子對消射頻干擾的需求很高。然而，智慧化車用電子屬於資源有限的嵌入式系統，其中射頻干擾消除運作的耗電佔整體功耗的比例相當高，因此在實現射頻干擾消除時如何兼顧效能和資源為重要議題。
本發明提供一種具射頻干擾消除機制之電子系統，其包含一前饋等化器、一反饋等化器、一射頻干擾取消器，以及一控制電路。該前饋等化器用來調整該電子系統中一傳輸通道之通道響應，並消除該電子系統中存在的射頻干擾。該反饋等化器用來調整該電子系統中該傳輸通道之通道響應。該射頻干擾取消器用來消除該電子系統中存在的射頻干擾。該控制電路用來在該射頻干擾取消器呈關閉時，依據消除射頻干擾前之一訊號錯誤量、該電子系統之一訊號錯誤量，或該電子系統之一訊號雜訊比來判斷是否開啟該射頻干擾取消器；以及在該射頻干擾為開啟時，依據該射頻干擾取消器之一響應量、消除射頻干擾前之該訊號錯誤量、該電子系統之該訊號錯誤量，或該電子系統之該訊號雜訊比來判斷是否關閉該射頻干擾取消器。
本發明另提供一種消除射頻干擾之方法，其包含一電子系統之一前饋等化器調整該電子系統中一傳輸通道之通道響應，並消除該電子系統中存在的射頻干擾；一電子系統之一反饋等化器調整該電子系統中該傳輸通道之通道響應；偵測該電子系統之一射頻干擾取消器之一響應量或消除射頻干擾前之一訊號錯誤量；偵測該電子系統之一訊號錯誤量或一訊號雜訊比；以及在該射頻干擾取消器呈關閉時，依據消除射頻干擾前之該訊號錯誤量、該電子系統之該訊號錯誤量，或該電子系統之該訊號雜訊比來判斷是否開啟該射頻干擾取消器。
本發明另提供一種消除射頻干擾消除之方法，其包含一電子系統之一前饋等化器調整該電子系統中一傳輸通道之通道響應，並消除該電子系統中存在的射頻干擾；一電子系統之一反饋等化器調整該電子系統中該傳輸通道之通道響應；偵測該電子系統之一射頻干擾取消器之一響應量或消除射頻干擾前之一訊號錯誤量；偵測該電子系統之一訊號錯誤量或一訊號雜訊比；以及在該射頻干擾取消器被開啟時，依據該射頻干擾取消器之該響應量、消除射頻干擾前之該訊號錯誤量、該電子系統之該訊號錯誤量，或該電子系統之該訊號雜訊比來判斷是否關閉該射頻干擾取消器。
第1圖為本發明實施例中一種具高效能和低耗電射頻干擾消除機制之電子系統100的功能方塊圖。電子系統100包含一前饋等化器(feedforward equalizer, FFE)10、一反饋等化器(feedback equalizer, FBE)20、一射頻干擾消除器30、一第一偵測電路40、一第二偵測電路50、兩加法器62和64、一切割器(slicer)70，以及一控制電路80。前饋等化器10可依據其輸入端接收到之一輸入訊號SIN 以產生一訊號S1。加法器62之兩輸入端分別耦接於前饋等化器10與反饋等化器20之輸出端，可依據前饋等化器10之輸出訊號S1與反饋等化器20之輸出訊號S2來產生一訊號S3。加法器64之兩輸入端分別耦接於射頻干擾消除器30和加法器62之輸出端，可依據加法器62之輸出訊號S3與射頻干擾消除器30之輸出訊號S4來產生一訊號S5。切割器70之輸入端耦接於加法器64之輸出端，而輸出端耦接於反饋等化器20之輸入端，可依據加法器64之數位輸出訊號S5來產生一數位訊號S6。反饋等化器20可依據切割器70所輸出之訊號S6來產生訊號S2。
隨著資料傳輸速率的增加以及調變技術的進步，通訊系統中符元間干擾(Inter-symbol interference, ISI)、串音干擾(cross talk)和訊號偏差(skew)也成為益發嚴重的問題。因此，本發明電子系統100內會設置前饋等化器10和反饋等化器20來減低或消除可能的符元間干擾。前饋等化器10和反饋等化器20中通常包含數位濾波器，用來以可變的響應(response)來補償傳輸通道所造成的影響。透過改變數位濾波器所使用的濾波器係數可將數位濾波器的響應調整成趨近於傳輸通道之通道響應(channel response)的倒數，進而減低符元間干擾的問題。
概略地說，前饋等化器10可對訊號進行預均衡來緩解接收端均衡的壓力，其通常是由有限脈衝響應濾波器來實現，亦即將延時的訊號按不同的權重相加，控制權重的大小即可調整均衡強度以實現通道補償。在一實施例中，由於通道對訊號的損耗主要出現在從0到1或從1到0跳轉過程，本發明之前饋等化器10可由數位高頻濾波器來實作，亦即提高輸入訊號SIN 中的高頻分量來產生訊號S1，透過在訊號跳轉時發送更多的能量來補償通道損耗。然而，前饋等化器10之實作方式並不限定本發明之範疇。
概略地說，反饋等化器20可將判決後的訊號S6反饋到訊號S1上，其概念是依據已偵測到一個位元來計算出此位元所造成的符元間干擾，進而扣除這個位元對後面接收序列所造成的符元間干擾。在一實施例中，反饋等化器20可由數位高頻濾波器來實現，透過非線性均衡技術(判決後的訊號S6為數位訊號，其和原數位輸入訊號SIN 之間具一時間延遲)來只放大高頻訊號，而不會放大高頻噪聲。然而，反饋等化器20之實作方式並不限定本發明之範疇。
在本發明實施例中，前饋等化器10和反饋等化器20中的濾波器可採用最小平方誤差(least mean square, LMS)演算法、正規化最小平方誤差(normalized least mean square, NLMS)演算法、遞迴式最少平方(recursive least square,  RLS)演算法，或其它演算法來收斂出最佳的濾波器係數。然而，前饋等化器10和反饋等化器20中的濾波器所採用之演算法並不限定本發明之範疇。
加法器62可將前饋等化後之訊號S1和反饋等化後之訊號S2加總後，再輸出通道補償後之相對應訊號S3。在本發明實施例中，加法器62可由合適數量和類型的邏輯閘來實作。然而，加法器62之實作方式並不限定本發明之範疇。
由於前饋等化器10和反饋等化器20是針對通道效應來設計，其雖能降低干擾，但並無法即時有效地消除電子系統100內射頻干擾，因此本發明另使用射頻干擾消除器30來消除射頻干擾的影響。射頻干擾消除器30的運作概念是產生一個與輸入訊號中射頻干擾訊號幅度相同且相位相反的補償訊號S4，在與訊號S3合成後即能抵銷射頻干擾訊號的影響。更詳細地說，射頻干擾消除器30會依據消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER來收斂出消除射頻干擾所需之響應，進而輸出補償訊號S4。在本發明實施例中，射頻干擾消除器30可由可調適性濾波器(adaptive filter)來實作，並採用多時延信號合成技術來實現對原始輸入訊號的濾波，從而達到干擾對消的目的。然而，射頻干擾消除器30所採用之技術並不限定本發明之範疇。
加法器64可將通道補償後之訊號S3和用來補償射頻干擾之訊號S4加總後，再輸出消除射頻干擾後之相對應訊號S5。在本發明實施例中，加法器64可由合適數量和類型的邏輯閘來實作。然而，加法器64之實作方式並不限定本發明之範疇。
切割器70可使用固定的切割模式(即使用固定的預設閥值)來對訊號S5進行資料切割的工作，亦即依據預設閥值來將數位訊號S5判定為0或1之數位訊號S6。在本發明實施例中，切割器70可由箝制電路、電容和比較器來實作。然而，切割器70之實作方式並不限定本發明之範疇。
第一偵測電路40可偵測訊號S3和S6之值，並依此計算出射頻干擾消除器30之響應量RS和消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER，並將計算結果傳送至控制電路80。如前所述，射頻干擾消除器30會依據消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER來收斂出相對應的響應。當電子系統100內存在的射頻干擾越大，射頻干擾消除器30之響應量RS和消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER越大。
第二偵測電路50可偵測訊號S5和S6之值，並依此求出電子系統100之錯誤量(error term)ET或訊號雜訊比(signal-to-noise ratio) SNR，並將計算結果傳送至控制電路80。當電子系統100遇到的射頻干擾越大，測得的訊號雜訊比SNR越小。
第2圖為本發明實施例中電子系統100運作時之流程圖，其包含下列步驟：
步驟210： 關閉射頻干擾消除器30；執行步驟220。
步驟220： 針對消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER大於第一臨界值TH1之第一條件、電子系統100之錯誤量ET大於一第二臨界值TH2之第二條件，以及電子系統100之訊號雜訊比SNR小於一第三臨界值TH3之第三條件，判斷第一至第三條件中是否至少其中之一成立；若是，執行步驟230；若否，執行步驟210。
步驟230： 重設射頻干擾消除器30，並接著開啟射頻干擾消除器30；執行步驟240。
步驟240： 針對射頻干擾消除器30之響應量RS大於第四臨界值TH4之第四條件、消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER大於第五臨界值TH5之第五條件、電子系統100之錯誤量ET大於第六臨界值TH6之第六條件，以及電子系統100之訊號雜訊比SNR小於第七臨界值TH7第七條件，判斷判斷第四條件至第七條件中是否至少其中之一成立；若是，執行步驟240；若否，執行步驟250。
步驟250： 重設射頻干擾消除器30；執行步驟210。
在步驟210中，電子系統100會關閉射頻干擾消除器30。由於車用電子對功耗的要求，一般會將射頻干擾消除器30的初始狀態設為關閉，並接著在步驟220中判斷是否需要開啟射頻干擾消除器30。
在步驟220中，控制電路80會依據第一至第三條件來判斷是否需要開啟射頻干擾消除器30，其中第一條件為消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER大於第一臨界值TH1，第二條件為電子系統100之錯誤量ER大於第二臨界值TH2，而第三條件為電子系統100之訊號雜訊比SNR小於第三臨界值TH3。電子系統100內的射頻干擾會造成收斂訊號雜訊比的衰減，甚至會影響資料封包的傳送。而射頻干擾消除器30會依據消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER來收斂出相對應的響應，進而抵銷訊號錯誤量ER的影響。因此，當第一條件、第二條件或第三成立時，代表電子系統100內可能存在有射頻干擾。
在一實施例中，當第一至第三條件中任一條件成立時，控制電路80就會判定電子系統100內存在的射頻干擾會影響通訊品質，此時接著在步驟230中會重設並開啟射頻干擾消除器30，進而即時而有效率地消除射頻干擾。在另一實施例中，當第一至第三條件都成立時，控制電路80才會判定電子系統100內存在的射頻干擾會影響通訊品質，此時接著在步驟230中會重設並開啟射頻干擾消除器30，進而即時而有效率地消除射頻干擾。
由於射頻干擾消除器30之運作相當耗電，在對消除射頻干擾的需求不高時可被關閉以節省耗能。在步驟240中，控制電路80會依據第四至第七條件來判斷是否需要關閉射頻干擾消除器30，其中第四條件為射頻干擾消除器30之響應量RS大於第四臨界值TH4，第五條件為消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER大於第五臨界值TH5，第六條件為電子系統100之錯誤量ET大於第六臨界值TH6，而第七條件為電子系統100之訊號雜訊比SNR小於第七臨界值TH7。如前所述，電子系統100內的射頻干擾會造成收斂訊號雜訊比的衰減，甚至會影響資料封包的傳送。而射頻干擾消除器30會依據消除射頻干擾前之訊號錯誤量ER來收斂出相對應的響應，進而抵銷訊號錯誤量ER的影響，且射頻干擾消除器30的響應量RS正比於射頻干擾大小。因此，當第四條件、第五條件、第六條件或第七條件成立時，代表電子系統100內可能依舊存在有射頻干擾。
在一實施例中，當第四至第七條件中任一條件成立時，控制電路80就會判定電子系統100內依舊存在有足以影響通訊品質之射頻干擾，此時會在射頻干擾消除器30持續運作的情況下再次執行步驟240之判斷步驟。在另一實施例中，當第四條件、第五條件、第六條件和第七條件都成立時，控制電路80才會判定電子系統100內依舊存在有足以影響通訊品質之射頻干擾，此時會在射頻干擾消除器30持續運作的情況下再次執行步驟240之判斷步驟。
在步驟240中，當第四條件、第五條件、第六條件和第七條件皆不成立時，控制電路80會判定電子系統100內已經不存在有射頻干擾，或是存在的射頻干擾不至於影響通訊品質，此時會執行步驟250以重設射頻干擾消除器30，並接著執行步驟210以關閉射頻干擾消除器30，進而降低電子系統100的耗能。
在一實施例中，電子系統100是由數位電路來實作以處理數位訊號。在另一實施例中，電子系統100其中一部分可由類比電路來實作。
本發明之電子系統100使用前饋等化器10、反饋等化器20和射頻干擾消除器30來消除射頻干擾。當判定電子系統100內存在的射頻干擾會影響通訊品質時，電子系統100中的前饋等化器10、反饋等化器20和射頻干擾消除器30皆為開啟，因此可以有效地消除射頻干擾的影響。當判定電子系統100內存在地射頻干擾不會影響通訊品質時，電子系統100中的前饋等化器10和反饋等化器20為開啟，但射頻干擾消除器30為關閉，因此可以在對消除射頻干擾的需求降低時降低電子系統100的耗能。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10:前饋等化器 20:反饋等化器 30:射頻干擾消除器 40:第一偵測電路 50:第二偵測電路 62、64:加法器 70:切割器 80:控制電路 100:電子系統 210~250:步驟 S1~S6:訊號 RS:響應量 ER:消除射頻干擾前之訊號錯誤量 ET:錯誤量 SNR:訊號雜訊比
第1圖為本發明實施例中一種具高效能和低耗電射頻干擾消除機制之電子系統的功能方塊圖。 第2圖為本發明實施例中電子系統運作時之流程圖。
10:前饋等化器
20:反饋等化器
30:射頻干擾消除器
40:第一偵測電路
50:第二偵測電路
62、64:加法器
70:切割器
80:控制電路
100:電子系統
S1~S6:訊號
RS:響應量
ER:消除射頻干擾前之訊號錯誤量
ET:錯誤量
SNR:訊號雜訊比

Claims (10)

  1. 一種具射頻干擾消除機制之電子系統，其包含： 一前饋等化器(feedforward equalizer)，用來調整該電子系統中一傳輸通道之通道響應，並消除該電子系統中存在的射頻干擾； 一反饋等化器(feedback equalizer)，用來調整該電子系統中該傳輸通道之通道響應； 一射頻干擾取消器(radio frequency canceller)，用來消除該電子系統中存在的射頻干擾；以及 一控制電路，用來： 在該射頻干擾取消器呈關閉時，依據消除射頻干擾前之一訊號錯誤量、該電子系統之一訊號錯誤量(error term)，或該電子系統之一訊號雜訊比(signal-to-noise ration)來判斷是否開啟該射頻干擾取消器；以及 在該射頻干擾為開啟時，依據該射頻干擾取消器之一響應量、消除射頻干擾前之該訊號錯誤量、該電子系統之該訊號錯誤量，或該電子系統之該訊號雜訊比來判斷是否關閉該射頻干擾取消器。
  2. 如請求項1所述之電子系統，其另包含： 一第一加法器，其包含： 一第一輸入端，耦接於該前饋等化器之一輸出端； 一第二輸入端，耦接於該反饋等化器之一輸出端；以及 一輸出端； 一第二加法器，其包含： 一第一輸入端，耦接於該射頻干擾取消器之一輸出端； 一第二輸入端，耦接於該第一加法器之該輸出端；以及 一輸出端；以及 一切割器(slicer)，其包含： 一輸入端，耦接於該第二加法器之該輸出端；以及 一輸出端，耦接於該反饋等化器之一輸入端。
  3. 如請求項2所述之電子系統，其另包含： 一第一偵測器，用來提供該射頻干擾取消器之該響應量或偵測消除射頻干擾前之該訊號錯誤量，其包含： 一第一端，耦接於該第一加法器之該輸出端和該第二加法器之該第二輸入端之間； 一第二端，耦接於該切割器之該輸出端；以及 一輸出端，耦接於該控制電路；以及 一第二偵測器，用來提供該電子系統之該訊號錯誤量或該訊號雜訊比，其包含： 一第一端，耦接於該切割器之該輸入端； 一第二端，耦接於該切割器之該輸出端；以及 一輸出端，耦接於該控制電路。
  4. 一種消除射頻干擾之方法，其包含： 一電子系統之一前饋等化器調整該電子系統中一傳輸通道之通道響應，並消除該電子系統中存在的射頻干擾； 一電子系統之一反饋等化器調整該電子系統中該傳輸通道之通道響應； 偵測該電子系統中一射頻干擾取消器之一響應量或消除射頻干擾前之一訊號錯誤量； 偵測該電子系統之一訊號錯誤量或一訊號雜訊比；以及 在該射頻干擾取消器呈關閉時，依據消除射頻干擾前之該訊號錯誤量、該電子系統之該訊號錯誤量，或該電子系統之該訊號雜訊比來判斷是否開啟該射頻干擾取消器。
  5. 如請求項4所述之方法，其另包含： 在該射頻干擾取消器呈關閉時當判定消除射頻干擾前之該訊號錯誤量大於一第一臨界值、該電子系統之該錯誤量大於一第二臨界值，或該電子系統之該訊號雜訊比小於一第三臨界值時，開啟該射頻干擾取消器。
  6. 如請求項4所述之方法，其另包含： 在該射頻干擾取消器呈開啟時，依據該射頻干擾取消器之該響應量、消除射頻干擾前之該訊號錯誤量、該電子系統之該訊號錯誤量，或該電子系統之該訊號雜訊比來判斷是否關閉該射頻干擾取消器。
  7. 如請求項6所述之方法，其另包含： 在該射頻干擾取消器呈開啟時當判定該射頻干擾取消器之該響應量大於一第四臨界值、消除射頻干擾前之該訊號錯誤量大於一第五臨界值、該電子系統之該訊號錯誤量大於一第六臨界值，或該電子系統之該訊號雜訊比小於一第七臨界值時，不關閉該射頻干擾取消器。
  8. 一種消除射頻干擾消除之方法，其包含： 一電子系統中一前饋等化器調整該電子系統中一傳輸通道之通道響應，並消除該電子系統中存在的射頻干擾； 一電子系統中一反饋等化器調整該電子系統中該傳輸通道之通道響應； 偵測該電子系統之一射頻干擾取消器之一響應量或消除射頻干擾前之一訊號錯誤量； 偵測該電子系統之一訊號錯誤量或一訊號雜訊比；以及 在該射頻干擾取消器被開啟時，依據該射頻干擾取消器之該響應量、消除射頻干擾前之該訊號錯誤量、該電子系統之該訊號錯誤量，或該電子系統之該訊號雜訊比來判斷是否關閉該射頻干擾取消器。
  9. 如請求項8所述之方法，其另包含： 在該射頻干擾取消器呈開啟時當判定該射頻干擾取消器之該響應量大於一第一臨界值、消除射頻干擾前之該訊號錯誤量大於一第二臨界值、該電子系統之該訊號錯誤量大於一第三臨界值，或該電子系統之該訊號雜訊小於一第四臨界值時，不關閉該射頻干擾取消器。
  10. 7、9中任一項所述之方法，其另包含： 在開啟或關閉該射頻干擾取消器前，重設該射頻干擾取消器。
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