TW319933B - - Google Patents

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經濟部中夬棋率局貝工消费合作社印策 319933 A7 B7 五、發明説明（1) 發明之技術領域 本發明係概括關於數位通信之領域。本發明尤指供以殘 邊帶調變定時回復之裝置及一種供完成此裝置之方法。 發明之背景 殘邊帶調變（VSB)最近經Grand Alliance選擇在正交幅 度調變（quadrature amplitude modulation,簡稱 QAM)作 爲供HDTV (高解析度電視）地面廣播之調變標準。在數位 電纜傳輸領域，殘邊帶調變也具有重要性。 目前用於數位視頻傳輸測試之僅有殘邊帶調變系統，係 Zenith所設計。該2611丨1:丨1設計有相當大量之類比處理，其 中接收機正好在等化器之前以符號速率對所接收之信號取 樣，藉以將所接收之信號轉換爲數位信號。在Zenith系統 ，使用數據中之低頻訓練脈衝完成定時回復。如果脈衝頻 率高，大部份符號便用於定時而非傳輸數據，導致带宽無 效率。如果脈衝頻率低，則定時回復電路以很低速率接收 資訊，並因此會聚很慢。 理想爲，接收機類比數位轉換器（analog t() digital converter’簡稱ADC)以與發射機之數位類比轉換器 (digital to analog converter,簡稱DAC)完全相同之相 位及頻率取樣。因爲發射機及接收機實際上單獨計時並 且僅名義上爲相同頻率，故ADC以略爲不同之頻率及未知 之相位對數據取樣。因此需要定時回復，以校正接收機時 鐘上之頻率及相位誤差。定時回復一般產生與相位及/或 頻率誤差成比例之輸出，其然後由一反饋系統用以直接調 本紙張尺度逍用中國固家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ---------L^.,T (請先Μ讀背面之注項再填寫本I ) 訂 經濟部中央標準局wc工消费合作社印袈 A7 B7 五、發明説明（） 2 整ADC取樣速率，或對ADC之輸出重新取樣。由於殘邊帶調 變接收機之市場成長並且償格滑落，在殘邊帶調變接收機 之數位處理量將會增加。因之，需要開發一種供殘邊帶調 變之數位定時回復設計。在正交幅度調變系统，最受歡迎 之數位定時回復設計，爲帶緣组份最大化，其最初係由 Godard於1978年5月在"Passband Timing’ Recovery in an All-Digital Modem Receiver", IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-26，No.5所提出。帶緣組扮最 大化爲一種直接自通帶信號摘取定時相位資訊，而不必將 信號解調及解碼之方法。其爲一種無需訓練脈衝，並且接 收ADC之輸出作爲其輸入，而無反饋環路之盲目定時回復 技術。然而，帶緣组份最大化直接應用於殘邊帶調變時， 便不見效。 發明之概述 因之，需要供在殘邊帶調變定時回復之裝置及方法，俾 完成一種全數位式接收機。 根據本發明，提供定時回復之裝置及方法，其消除或實 際減少與先前電路及方法關耨之種種缺點。 在本發明之一方面，該裝置自所接收之殘邊帶（VSB)調 變信號產生一左側分信號及一右側分信號，並且濾波器 B 1 (f)及B r (f)分别過濾左側及右側分信號。經濾波之信 號然後予以一起倍增，而不取任一信號之複共軛，如在帶 緣組份最大化（BECM)之情形。 在本發明之另一方面，所產生之輸出信號可用於反饋環 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨〇父297公釐） (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 訂 經濟部中央橾準局負工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（3) 路，以調節類比數位轉換器之樣本速率，或輸入爲ADC輸 出之内插器之重新取樣位置。 在本發明之又一方面，一種供自接收機所接收之殘帶邊 調變信號回復定時資訊之方法自上述…丨!信犹產生一左側 分信號，並將VSB信號乘以ej2nfr t以產生一右側分信號 。左側及右側分信號均予低通濾波，並且經濾波之信號予 以一起倍增，而不首先取任一信號之複共軛。所獲得之信 號然後用以控制VSB信號取樣之速率。 附圈之簡要説明 爲更佳瞭解本發明，請參照附圈，其中： 圖1爲根據本發明之旨意所構成之定時回復電路及算法 ，其一種實施例之方塊圈； 圈2爲一複基帶電路之圈形表示； 圈3爲一右偏移複基帶電路之國形表示； 圈4爲一左偏移複基帶電路之圈形表示； 圈5爲曲線圈，示△函數邊緣在頻率平面之位置； 圈6爲曲線圈，示s=-i在頻率平面之線積分位置； 圖7A爲帶緣組份最大化之圖形表示； 圖7B爲根據本發明之定時回復方法之圖形表示；以及 圈8爲使用一種根據本發明之旨意所構成之一階反饋環 路之定時回復電路及算法，其一種實施例之方塊圖。 發明之詳細説明 圖1 一 4中示本發明之（諸）較佳實施例，相同參考數字 用以指各闺中之相同及對應部份。 本紙張尺度逍用中國11家槺芈（CNS ) M规;洛（210X297公釐） ----------ft- (請先閱讀背面之注意^項再填寫本頁) 订 經濟部中央樣準局W：工消费合作社印裝 319933 A7 B7 五、發明説明（4 ) 請麥照S 1 ,所接收之信號X(t)予以提供爲至根據本發 明之旨意所構成之定時回復算法及電路10之信號。基帶信 號x(t)爲下列形式： x(t)-D βπΛ(ί-ηΓ-τ,), ⑴ 其中an爲第η輸入數據符號，Τ'爲符號遇期，h(t)爲複 膽衝形狀’其頻課爲發射機輸出信號之正頻率部份之調變 頻锵，以及i s爲將予估計之定時相位誤差。_ 2中示複 基帶頻講。請察知基帶信號不必如在正交幅度調變之情形 繞零頻率轴線定中，或如在VSB之情形僅位於零頻率轴線 之一側。後随之導數將適用於任何h(t)之較一般情形。 帶緣组份爲使信號之頻锊向右及向左偏移，致使頻譜之 邊緣爲在原點，然後並低通濾波所產生。如同一般化之情 形，假設允許分别如圈3及4中所示之任何向右偏移f Γ 及向左偏移fl，以分别產生右側分信號r(t)及左側分信 號l(t)。向右頻移之效應產生： jr{tj eJ2nf* =έ 'e你…"….，力 < t-ηΓ-τ·) e你…卜nr”·， (2) n *Σ a«r，*r(t-nr-T#), fl 其中an(r)=anej2nfr(nT+£s)，並爲已旋轉之數據向量，以及 hr (〇=}1(1:)42*^^爲調變之脈衝形狀。同樣，左側分信 號爲：

Ht) «D^'A^t-nr-T,» , (3) η 本紙0L尺度遘用中國國家梯率（CNS ) Μ规格（210X297公釐） (#先閲讀背面之注$項再填窝本頁) .κ,4_ 訂 A7

五、發明説明（5) 其中如⑴:^^伽^⑽+^“’並爲已旋轉之數據向量， h 1 (t) = h(t)ej2nf丨t爲調變之腺衝形狀。 以及 右側分信號及左側分信號各提供作爲至二 及1^⑴之輸入，以分别產生入⑴及心）。減Γ⑴ Br (OSB! (f)較佳爲具有極窄帶寬之低通逯波器 波之信號爲： 已逯 X(t) -Σ ei7n,* dft <«) v{ti μΣ*,'Br[f2) (5) ------------η4— C請先閑讀背面之注$項再填寫本頁} 於是輸出爲： g(t)=A (t)a (t) 如圈1中所示。請察知就帶緣组份最佳化而言， λ (t)*// (t)，其中在諸項一起倍增前取a 如果數據爲獨立並完全相同分布，並爲零平均' 則 (6) 訂 ψ.，Γ'«.，，Ί*δ (n*m) (7) 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印装 其中％叫丨心1爲符號乘方。輸出之期望値於是爲： φ( t J ]=ei，n J-f,tfjH[frfr)Hlf2-f1)BIlfl)BlU2)e ^'r^〇 ^ e -J?n )f> .f>) n 並且自指數和轉換爲△和： <β> 本紙張尺度逍用中國困家搮準（CNS ) Α4规格（210X297公* ) 五、發明説明（6 A7 B7 -|Σδ( … 其中Ef = i 1 + f r爲右及左側分信珑之頻偏移。圈5 ,丨，示 二維平面積分轉移爲一雄線積分，其示△函數邊緣在頻率 平面之位置。故而 Γ (l〇> 殘邊帶調變有一解決辦法，其有一頻譜寬度略超過〗/2T之 脈衝形狀。設定f r =0,因而H(f-f r )=H(f)有一邊緣在原 點’並有邊緣在零及s/2T，其中s依何一邊緣在原點而爲 + 1或-1 °就k=s而言，方程⑽中積分中之第二項爲 ’其有邊緣在s/2T及s/T。因此積分中之首二項不在一邊 緣與相位資訊垂疊。要除去方程⑽中期望値對時間之相依 性，設定 Λ1 (U) ---------/»-------iT------- (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 以便對於k=2，Ef + k/T二0。濾波器Br (f)KB i (f)選擇 爲致使僅只線積分在k=S爲具有意義。 作爲確定Br (f)及B 1 (f)之一項實例，請考慮設定s = _l 。△函數邊緣位置爲如圖6中所示。點部位20-24表示能 量在二轴線之g置。只有在水平及垂直陰影部位垂疊之處 ，積分才會產生一種非零結果。垂直陰影部份26表示如果要 本紙張尺度逋用中國國家揉率（CNS ) A4洗格·（ 210X297公釐> 經濟部中央橾準局貝Η消費合作杜印繁 A7 ---一‘___B7_—_五、發明説明（） 7 保持所考慮之部位約在-1/2T所需要2Br (f)超過f 1之帶 通部位。水平陰影部位27表示濾波器B 1 (f)超過f2之位 置。 种於k=-l，二险影部位26及27以及二除影部位20及23與 △函數邊緣重合，並產生一種非零結果。因爲無其他△函 數邊緣通過所有四.部位20，23，. 26及27之相交處，故可进 明所選擇之濾波器對也捨棄所有與其他k値關聯之諸项。 但請察知，如果強制B 1 (f)爲實濾波器，以便在原點反晚 水平陰影部位27,則與k=-2關聯之△函數邊緣將會通過所 有四部位之相交處。k=-2項因此在求和上將會具有重要意 義。但如強制Br (f)爲實，則無△函數邊緣及所有四部位 之其他相交處存在，因而無额外不希望之項加至求和算法。 因此，就圈7中所示之選定滅波器及s^l而言，最後結 果爲： 所希望之結果爲一修改型帶緣組份最大化（modified band edge component maximization,簡稱MBECM)函數，其期 望值爲依定時相位誤差而定之相位。 圈7A及7B中以圖解方式突顯帶緣组份最大化與修吹型帶 緣组份最佳化間之差異。在帶緣组份最大化，係如阐7A中 所示，使原來頻講偏移k/T而藉以形成影像。爲了影像重 疊原點，原點之寬度必須至少爲1/T，其對正交幅度調變 爲正確，但對殘邊帶調變則否β因此’帶緣組份最大化紂 -9 本紙張尺度適用中國國家標準（cns )Α4规招：（210x297公兼） {請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁) <—/1- 訂 Λ A7 3iS933 _B7_______ 五、發明説明（8) 殘邊帶調變並不見效。 但如H7B中所示，在修改型帶緣组份最大化’係在使姨 諸偏移IT前將原來頻譜反映於其一邊緣周圍而藉以形成 影像。偏移1/T於是導致影像重疊殘邊帶調變之原點’因 爲原點之邊緣及影像之邊緣分開二倍影像之長度。 請參照圈8，圈示根據本發明之旨意所構成之定時回復 電路30。粗線用以標示複信號。自頻道所接收之類比基帶 信號x(t)提供作爲至類比數位轉換器（ADC) 32之輸入，其 將x(t)轉換爲數位信號。設定f r =0及f 1 =1/T，然後以低 通濾波器Bi (f)及Br (f)分别將所獲得之調變左側及右側 分信號l(t)及r(t)濾波。爲使定時回復電路30之設計保持 簡單，使用單極無限脈衝響應（infinite impulse response, 簡稱IIR)濾波器36及38，以便在類比數位轉換 器32之4/T取樣速率選擇： flr(2) =-_1 1*0.95β^π/<*·1 (13) 及 Β，(Ζ) Τ*0.95β-^η/,ζ"1 <14) 回想Br (Ζ)也可爲實：

Biz) =__l_— 1 +2 (0.95) cos (3n/4) z'l + (0.95)zz·2 (15> 經過濾之信號U (t)及λ (t)予以相乘，以產生g(t)。 在Zenith爲HDTV所建議之殘邊帶調變設計，等化器以符 -10 - 本紙張尺度適用中國國家榡準（CMS ) Α4規格(210X297公釐） ---------·〇------tr-----Μ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央搮準局員工消費合作社印繁 A7 B7 五、發明説明（9) 號速率取樣。輸出g(t)予以提供至低通濾波器40,以消除 雜訊。低通濾波器可爲一種有極點在0.9999之單極濾波器 ，以獲得修改型帶緣组份最大化輸出之運轉平均。來自濾 波器40之平均然後予以旋轉，以除去結果中之相位偏壓， 並提供至相位檢測器電路42。來自相位檢測器42之輸出然 後以零陏或固定之比例換算提供至環路濾波器44。來自環 路遽波器44之輸出使用作爲至電|控制振逢器（v〇itage controlled oscillator,簡稱VC0)之控制輸入，其改變 類比數位控制器32之取樣頻率。類比數位控制器以正確頻 率及相位取樣時，l(t)變爲調變輸出。 人們曾建議其他更複雜之算法，在供正交幅度調變之帶 緣组份最大化將環路接通，例如N.K. Jablon, "Timing Recovery for Blind Equalization", 22nd Asilomar Conf. Signals, Syst, Comput. Rec., Pacific Grove, CA 1988年 10月；以及N.K· Jablon, "Joint Blind

Equalization, Carrier Recovery, and Timing Recovery for High-Order QAM Signal Constellations", IEEE

Transactions on Signal Processing, VOL. 40, No.6, 1992年6月。此等算法可用以改進供殘邊帶調變之修改型 帶緣組份最大化之性能，因爲修改型帶緣组份最大化輸出 包含基本上與帶緣组份最大化輸出相同之資訊。 本發明在Alan Gatherer之"Band Edge Component

Maximization for Timing Recovery in Vestigial

Sideband Modulation"也有説明，並於1995年9月Π日提 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（ίο) 交至 International conference on Communications,經 併於此處作爲參考。 雖然本發明及其優點業經詳細説明，但請予瞭解，其中 可作成各種變化，替代及更改，而不偏離後附申請專利範 圍所界定之精神及範圍。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 -a Λ ! 經濟部中央裸準局負工消費合作社印裝 -12 - 本紙張U適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申yg：利範圍 置，包含： 邊帶調變（VSB)信號之接收機定時回復之裝 第一裝置，供使所接收之信號在第一方向頻移第一預 定量，以供產生一第一頻移信號； 第二裝置，供使所接收之信號在第一方向頻移第二預 定量，以供產生一第二頻移信號； 第一濾波器，耦合至第一頻移裝置，以供過濾第一頻 移信號； 第二濾波器，耦合至第二頻移裝置，以供過濾第二頻 移信號；以及 供倍增上述已濾波信號，而不取其任一之複共軛並產 生一輸出信號之裝置，自該信號可摘出定時資訊。 .根據申請專利範園第1項之裝置，其中上述第一濾波器 爲： Biz) 1 0.95e^Jn/4z*1 3.根據申請專利範圍第1項之裝置，其中上述第二濾波器 爲： (2)=. l^0.S5e'j3n/Az'1 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部中夬梂準局貝工消費合作社印襲 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中上述第一濾波器 爲： Br(z) 1+2 (0.95) cos (3π/4)ζ'1 + (0.95ϊ2ζ-2 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS)A4規格.（ 210X297公釐） 經濟部中夬#车局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 ____ 六、申請專利範圍 5. 根據申請專利範園第1項之装置，其中上述第一類移裝 置使所接收之信號乘#ej2nil 1，其中f 1爲向左頻移之 量。 6. 根據申請專利範团第1項之裝嚴’其中上述第二頻移装 S使所接收之信號乘以ej2nirt，其中ir爲向右頻移之 量。 7. 根據申請專利範園第1項之裝粟，其中上述第一頻移裝 置使所接收之信號向左頻移1/T，其中T爲所發射信號 中符號之符號遇期。 8. 根據申請專利旄团第1項之裝籯，其中上述第二頻移裝 置使所接收之信號偏移零量。 9. 根據申請專利範園第1項之裝置，其中上述第二頻移裝 置使所接收之信號乘以。 10. 根據申請專利範園第1項之裝置，另包含一反饋環路 接收上迷輸出信號，並產生控制信號控制所接收信號之 取樣速率。 11. 根據申請專利範圍第1項之裝置，另包含： 一第三低通濾波器，接收上述輸出信號並產生一運轉 平均； 一相位檢測器，耦合至該第三低通濾波器，並檢測上 述運轉平均之相位； 一環路濾波器，耦合至該相位檢測器，並產生濾波之 輸出； 一電壓控制振盪器，耦合至該環路濾波器，並響應該 14 .破 C 本紙張认逋用中家榡率（CNS )从胁（21QX297公董) --------C裝-- (請先閱讀背面之注^^項再填寫本頁) 訂 X Α8 Β8 C8 D8 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 313933 六、申請專利範圍 濾波之輸出而產生控制信號；以及 一類比數位轉換器，耦合至該電壓控制振4器接收上 述VSB信號，其取樣速牟受上述控制信號所控制。 12. —種供自一接收機所接收之殘邊帶調變信號回復定時 資訊之方法，包含下列步驟： 使VSB信號向左頻移預定量，藉以產生VSB信號之左側 分信號； 使VSB信號向右頻移預定量，藉以產生VSB信號之右側 分信號； 過濾上述左侧分信號；並產生濾波之左側分信號； 過濾上述右倒分信號，並產生濾波之右側分信號；以 及 將上述濾波之左及右分信號相乘，而不取任一信號之 複共軛，藉以產生具有定時訊息之輸出信號。 13. 根據申請專利範園第12項之方法，其中上述左側分信 號濾波步騍包括使用濾波器 Bj{z) -L_. l+0.95e^Jn/42-i 之步驟。 14. 根據申請專利範園第12項之方法，其中上述右側分信 號濾波步政包括使用濾波器 Biz) =-1- 1 ♦0.95β^η/,ζ-1 之步驟。 -15 - 本紙張尺度逍用中國菌家梂準（CNS ) Μ規格（210Χ297公釐） (请先閲讀背面之注$項再填寫本頁)

   經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 15. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中上迷右側分信 號濾波步驟包括使用濾波器 (r) *--—i__ 1 (0.95) cos <3π/4) ♦ (〇. 95)2ζ*3 之步驟。 16. 根據申請專利範团第12項之方法，另包含自上迷輪出 信號產生控制信號並控制上述VSB信號取樣速率之步味。 17. 根據申請專利範团第12項之方法，另包含下列步裸： 將上迷輸出信號低通濾波並產生運轉平均； 檢洌該運轉平均之相位； 將上迷運轉平均環路濾波並產生濾波之信號；以及 控制接收上述VSB信號之類比數位轉換器之取樣速率。 18. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中上迷右側分信 號產生步驟包括不使上述VSB信號頻移之步骒。 19. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中上述右側分信 號產生步驟包括使上述VSB信號向右頻移1/Τ之步驟，# 中Τ爲在該VSB信號中所發射符號之符號速率。 20. —種供自一接收機所接收之殘邊帶（VSB)調變信號回 復定時資訊之方法，包含下列步驟： 自上述VSB信號產生左側分信號； 將該VSB信號乘以ej2nfr t，並產生右側分信號； 過濾該右側分信號； 將上述濾波之左及右側分信號相乘，而不取任一信號 之複共耗，並產生輸出信號；以及 參' * 16 * , 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 以一自上述輸出信號所計算之取樣速率對上述VSB信 號取樣。 21. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中上述VSB信號 相乘步味包括將該VSB信號乘以e”"i 之步明I。 22. 根據申請專利範園第20項之方法，其中上述低远滅波步 驟包括以 l+0.95e'-<Jn/,z'1 (17) (1Θ) Γ 1 ♦0.95eiJn/4z*1 低通濾波，並供分别對上述左及右側分信號低通濾波之 步驟。 (請先閲讀背面之注$項再填寫本f) ,ιτ A ! 經濟部中央梯準局具工消費合作社印装

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