TW390079B - Carrier control loop for a receiver of digitally transmitted signals - Google Patents

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經濟部中央標準局只工消費合作社印裝 B7 五、發明説明（1 ) 詳細說明： 本發明係有關一種用於數位傳送信號接收器之載波控 制環，諸信號係利用正交調變法而傳送作爲符號》已知的 此種傳輸方法的例子如下：頻移調變（Frequency Shift Keying ;簡稱 F S K )、相移調變（Phase Shift Keying :簡稱P S K )、二進位相移調變（BinaryPhase Shift Keying ;簡稱BPSK)、四進位相移調變（ Quaternary Ph a s e S h i f t Ke y i n g ;簡稱 QPSK)、及 正交調幅（Quadrature Amplitude Modulation;簡稱 QAM)。用於這些方法的接收機雳路都是習知的，且在 ·.一一· 設計上是大致#仍的。其中一個重要的組成要素是類比或 數位載波控制迴路，此種控制迴路確保一正交解調器係在 正確的相位及頻率下工作。正交解調器係用來將正交調變 信號解調，因而可利用一符號辨識裝置，經由各分離的正 交信號分量而決定最終可重建所需資料流的個別符號。此 種方式需要載波控制迴路中之正交解調器在正確的相位及 頻率下工作，使兩個正交信號分量可以可靠地被分離》 對於數位傳輸信號接收機而言，使用了愈來愈务的全 數位式電路技術，此種全數位式電路技術在穩定性、再生 性、及不受干擾等基本優點是廣爲人知的。只有在信號頻 率太高而不適合數位化的地方使用類比級。用於數位化的 名別介面所在之處取決於在所需特徵値與相關電路複雜性 間之折衷，而其中重要的量所需的數位化頻率，而數位化 頻率接收機中所用的系統時脈所大致決定，且該數位化頻 • —- 本纸乐尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4坭彳Μ 210X 297公筇）-4- ---------------訂------ (請先閱讀背面之ίΐ意事項再填ItT本頁) \\

經濟部中央梂準局貝工消费合作社印3L 五、發明説明（2 ) 率受限_於所採的么β丨丨蕾政坊術。對於所實施的電路而言 ，在載波控制迴路之前（_例如在調諧器或中頻級之中）進 行k位i是較有利的+因爲此時整個載波控制迴路的信號 處理都是數位化的。 數位化輸入信號的數位正交解調使用一對數位轉換信 號，此種數位轉換信號的數位値曲線是正弦及餘弦形。一 數位振盪器使用一溢位累積器及一正弦及餘弦表而形成個 別的正弦及餘弦値。該數位振盪器的溢位頻率與該轉換信 號對的頻率相同。系統時脈頻率與轉換頻率間之比値愈大 ，溢位累積器的頻率準確度將愈好，在本質上係由待累積 的數値的位元數及對應的累積器位元數決定解析度。 U確俣足交解調器中用於解調之混頻過程係在正，確 的相位及頻銮下進行，係利用一回授裝置控制可變頻率振 盪器之相位及頻率。爲達到此一目的，一錯誤偵測器利用_ 正交解調器及後續各級的輸出，而決定相位及頻率移t ,而這些偏移値指示轉換信號對的相位及頻率偏移各別所 ， 需値有多琿。最後，形成該可f頻率振盪器之一控制信號_ 滅〆 "** ___ 。若無此種鎖相控制，則隨後將一符號指定給一 -一 - - 位位置或相位範圍將是不可能的。當信號受限於頻帶，且 干擾或雜訊重叠在信號上時，原來精準的相位位置模糊化 成一個區域性的相位及振幅範圍，而在不利的狀況下各相 位界限相互重叠。此種數位編碼的已知優點在於：可易於 在接收機端將原始的資料流解碼，而數位編碼對傳輸路徑 上或接收機中之干擾是較不敏感的。自此種習用技術出發 本紙張尺度適用中國國家揲準（CNS ) Α4規格（2丨0><297公釐i~~77] (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線

經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（3 ) ，本發明之一目的在於使接收機端對干擾更不敏感。 爲達到此一目的，將載波控制迴路耦合到一評估裝置 ，而決定偵測器中自載波控制迴路的信號（尤其自符號辨 識裝置的信號）所量測的各別相位偏移値及（或）頻率偏 移値之一可靠性値，並根據所決定的可靠性値而控制載波 控制迴路。 本發明係依據下列認知：在嚴重干擾的信號之情形由 ，符號辨識的不確定性不只是扮演了一個極重要的角_色， 而且在載波控制迴路本身中之控制動作也對不正確的辨識 有實質的影響。在嚴重干擾的信號之情形中.控制裝置對 雜訊相位及/或頻率偏移値有過於敏感甚或不正確的反應 ，並嘗試不斷地重新調整相丨立。因此，在評估過程中之相 位基準變得相當不可靠，且大幅降低了對各別符號的正確 辨識。利用一可靠性値的加入，可根據所量測的雜訊或干 擾位準而適應性地控制該載波控制迴路。爲達到此一目的 ,在較小的可靠性値下，該載波控制迴路變得在整體上較 不敏感，或對較高頻的寄生成分較不敏感，或者調整其控 制時間常數。對各別偏移値的個別處理特別有效：在較低 可靠性値時，相關聯的相位或頻率偏移値對控制的影響很 小，甚或沒有影饗，但是在足夠的可靠性値時，相關聯的 相位及頻率偏移値對控制有正常的或較高的影響。此種加 權或阻塞之優點在於：單一擾動甚或類似整段出現的擾動 將不會干擾到現有的相位狀況，因而不需要改變控制斜率 或控制速率。因此，只要可靠地辨識信號，載波控制迴路 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Α4現格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ -6 -

經濟部中央梯隼局員工消费合作社印装 五、發明説明（4 ) 仍然可易於追蹤迅速的改變。 爲了決定可靠性値，須評估干擾所引發的特徵信號改 變。如前文所述，所界定的符號位置隨著干擾的增加而在 相位上及振幅上都有所擴展。如果將有高斯分佈的雜訊以 無相關性之方式重叠在兩個正交信號分量上視爲一干擾模 型，則可計算正確或錯誤辨識符號的機率。亦可根據可以 數學方式計算的機率分佈而解釋並評估所量測的相位及振 幅偏移値，使這些偏移値代表一可靠性量測値。該等偏移 値愈小，則可靠性愈大，且該評估將供應一錯誤符號的不 確定性愈低。對於本發明對載波控制迴路的影響而言，可 量測的偏移値與可計算的可靠性値間之關聯性是否準確是 不重要的；此種關聯性亦取決於只能視爲實際狀況的近似 法之各別干擾模型。因此，例如以設定所量測偏移値的臨 界値等的改良方式，即足以較粗略地決定可靠性値。 當然，亦可以複雜許多的電路或以諸如評估解調後信 號或尙未解調信號中由雜訊誘發的變化等另一種方式形成 可靠性値。利用濾波器電路時，決定可能限於大部分與調 變無關的頻率範圍。 在可靠性評估中的另一面向是偏移値對控制迴路各別 的影響。偏移値應該使控制迴路改變其狀態或是保持在現 有狀態1藉由將機率値加權，即可強調諸如現有狀態或改 變後的狀態。諸如以機率値乘以由所量測相位離開各別所 需符號値的距離決定之一拉力値，即可完成上述加權。 如果可分別執行對相位及振幅偏移的決定，則將是特 本纸張尺度適用中國國家捸準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 訂 線 經濟部中央橾準局貝工消费合作杜印製 五'發明说明（5 ) 別有利的。爲達到此一目的，一分解器將各正交信號分量 的笛卡兒座標轉換成極座標。對於數位系統而言，根據 CORD I C技術的反覆式分解器特別適用。可經由適當 的特性曲線或特性曲線族評估可靠性値，其中該特性曲線 或特性曲線族係將用於控制的新値指定給個別的偏移値。 可將該特性曲線或特性曲線族儲存在表中。在最簡單的情 形中·將由一《曲特性曲線、一個一端或兩端限制、或一 個一端或兩端信號抑制構成該特性曲線或特性曲線族。可 以臨界値偵測器輕易實施此種特性曲線，且在只需要控制 阻塞裝置時，亦可將該臨界値偵測器設計成上下限幅比較 器。 對於載波控制迴路而言，回授裝置代表迴路_澳波器， 用以將所量測的相位及頻率偏移値轉換成一振盪器控制信 號。可利用一比例積分徹分·（ Proportional-Integral- Derivative : 簡稱 P I D ) 控制器構造完成 良好的控制動 • · ____ 作，此種PID控制器構造使用相位偏移値及頻率偏移値 作爲輸入信號。利用可靠性値所控制的選通裝置或阻塞裝 置，即可中斷對這些信號的處理。甚至可在回授裝置中的 處理之前，利用各別的濾波器電路將各偏務値2P滑化，或 使這些偏移値不會有信號游逸》移動時間平均（1^(^丨112· Time-Averager :簡稱MTA )濾波器特別適用於此種用途 ,這是因爲時脈信號的中斷對各別偏移値的影響與對一抑 制閘的影響相同。如果同時需要減少資料货輸速率，則 MTA濾波器特別適用。 (請先閱1*背面之注意事項再填转本頁) 訂 啟 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -8- 五、發明説明（6 ) 對於座標轉換而言，利用一種經過修改的 CORDIC技術是相當有利的，在此種經過修改的 CORD I C技術中，係將各正交信號分量對映到第一象 限，以供評估。將正負號作適當的顛倒，及（或）互換各 正交信號分量，即可完成將各正交信號分量對映到第一象 限。如果不只以不同的相位界定符號，並以不同的振幅界 定符號，則可靠性値的決定可能在分解器之前需要作振幅 標準化，其中該分解器係進行一種以現有正交信號分量乘 以相關聯符號的所需値之複數乘法。減掉一個與鏡像相位 値的調變相關之相位修正値，即可形成相關聯的相位偏移 値。對於QPSK調變而言，相位修正値諸如爲ττ/4。 模減法利用至少兩個在時間上相互跟隨的相位値形成一頻 率偏移値。在二的補數系統中，以捨棄溢位及正負號位元 之方式執行該模減法。 現在將參照各附圖而詳細說明本發明及一較佳實施例 ，這些附圖有： 圖1是一數位傳輸信號接收機之方塊圖； 經濟部中央橾準局負工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖2是載波控制迴路的子電路之示意圖； 圖3至6是相位鏡像之向量圖； 圖7示出一 I — Q圖中之機率分佈； 圖8示出一相位振幅圖中之機率分佈； 圖9示出一QP SK調變之I —Q機率分佈； 圖1 0是第一象限的相關聯之相位振幅圖； 圖11示出以拉力加權的機率分佈； 本紙乐尺度適用中國國家梯率（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） -9 -

五、發明説明（7 ) 圖1 2是在d — b座標上的可靠性圖； 圖13至15是具有不同S/N値之可靠性圖；以及 圖16至18示出用於可靠性決定的臨界範圍。 符號說明 1 載波控制環 2 數位信號源 3 正交解調器 4 符號辨識裝置 5 抽樣插入器 6 倪 奎 斯特接 收 機濾波器 7 符 號 決定級 8 分解 器 9 偵 測 器 1 0 回 授裝置 1 1 可 變頻率 振 盪器 1 2 評估加權 裝 置 1 3 係 數記憶 體 1 4 轉 換器 2 0 t 2 1 臨 界値偵測器 2 2 » 2 5 延 遲 元件 2 3 減 法器’ 2 4 I 2 6 加 法 器 3 0 ，3 1 阻 塞 裝 3 2 j 3 3 邏 輯 級 3 4 延 遲級 (請先Μ讀背面之注意事項再填转本頁) 訂 Γ 經濟部中央梂準局男工消费合作社印製 圖1之方塊圖在本質上示出一數位傳輸信號接收機的 m —載波控制迴路（1 )之各功能單元。係以諸如一調諧器 、一轉換器、或一有線電視接收器等的一數位信號源（2 )代表輸入。數位信號源（2 )包含一類比至數位轉換器 ，用以利用一系統時脈而將輸入的信號數位化，並將該數 位化信號s 1傳送到一正交解調器（3 )。正交解調器（ 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（2丨Ο X 297公釐） -10- Β7 Β7 經濟部中央樣準局負工消费合作社印製 五、發明説明（8 ) 3) 的輸出是一同相分量i1及一正交分量q1。正交信 號分量i 1、ql被傳送到一符號辨識裝置（4),該符 號辨識裝置（4)包含諸如一抽樣插入器（5)、一倪奎 斯特接收機濾波器（6)、一符號決定級（7)等的傳統 電路、以及通常會有的一分解器（8 )，符號辨識裝置（ 4) 輸出的一同相分量I及一正交分量Q輸入該分解器（ 8)。在分解器（8)之前可設有一標準化級，該標準化 級係如前文所述執行一複數乘法。 載波控制迴路（1)又包含一偵測器（9),用以形 成一相位偏移値0 d及一頻率偏移値f d。在輸入端上， 分解器（8 )將一相位値0供應到偵測器（9 )。偵測器 (9 )之後爲一回授裝置（1 0 )，自偵測器（9 )將相 位及頻率偏移値輸入到該回授裝置（10),回授裝置（ 1 0 )又將一控制信號s t提供給一可變頻率振盪器（ 1 1 )。可變頻率振盪器（1 1 )產生一對轉換信號 C 0 s、s i η,並將這對轉換信號供應到正交解調器（ 3)。因而完成了載波控制迴路（1)。 · 前文所述之載波控制迴路（1)對應於傳統的電路。 係經由一評估加權裝置（1 2 )獲致根據本發明的載波控 制迴路（1 )之改良式作業，在圖1所示實施例中之該評 估加權裝置（1 2 )之輸入端係耦合到分解器（8 )，而 該評估加權裝置（1 2 )利用分解器之輸出信號決定可靠 性値，並利用這些可靠性値控制回授裝置（1 〇 )。評估 裝置（1 2 )以一種類似偵測器（9 )之方式產生一相位 本紙張尺度通用中國國家標毕·（ CNS ) Λ4規格（210x29?公处）-11 - {請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央搮準局貞工消費合作社印装 Λ7 _ β7 五、發明説明（9 ) 偏移値0 d ,或將該相位偏移値；ef d供應到評估裝置（ 1 2 )。被對映到第一象限成爲鏡像的振幅値及（或）絕 對値b係直接傳送到評估裝置（12)。因而可經由兩個 對稱臨界値11、02 (請參閱圖12)而以一種簡單之 方式評估相位偏移値0 d。在絕對値b上，臨界値b 1、 b 2在所需振幅上與値1並不對稱（請參閱圖12)。甚 至可選擇較大的臨界値b 2大到很少被絕對値b超過，因 而解決上述問題。經由臨界値的評估可得到一第一選通信 號g 1及一第二選通信號g2,用以控制回授裝置（10 )內的諸如邏輯閘等阻塞裝置（30)、 （31)。一係 數記億體（1 3 )將減波係數c 1、c 2、c 3供應到 PID回授裝置（1〇)。 在圖1所示的方塊圖中，符號辨識裝置（4)之後爲 一轉換器（1 4)，用以將所辨識的符號轉換成一串列資 料流¢3 a t。抽樣插入器（5 )決定應自正交信號分量 il、Ql提取符號値之最佳時機》在該數位式實施例中 ，抽樣插入器純粹以內插法數學方式利用各相鄰特定値形 成正確的抽樣時機。抽樣插入器（5 )之輸出信號是正交 信號分童i 2、Q 2，並將該等正交信號分量傳送到倪奎 斯特接收機濾波器（6 ),倪奎斯特接收機濾波器（6 ) 通常亦執行一個自系統時脈到符號頻率的抽樣率轉換。在 Q P S K調變的情形中，可利用倪奎斯特接收機濾波器（ 6)輸出的正交信號分量i 3、Q 3之正負號，而輕易地 在符號辨識裝置（4)中將該分量i 3、q3解碼。在符 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ο------ΐτ------_ 1 (請先閲請背面之注意Ϋ項再填寫本頁) -12- 五、發明説明（10) 號辨識裝置（4)輸出端上的正交信號分量i 4、Q4只 包含用來界定個別符號的最高有效位元。爲了形成偵測器 (9)中之偏移値0d、fd、以及評估裝置（12)中 之相關聯可靠性値，各對正交信號應包含所能得到的最多 位元，因此，將亦具有較低符號頻率的正交信號分量i 3 、Q3用於評估。在本質上處理可靠性値形成的下列說明 中，只使用正交信號分量較具一般性的參考記號I、Q。 圖2以一示意与_摔p示电回授裝置（1 〇 )及評估裝 置（1 2 )之一實施例將該回授裝置（1 〇 )設計成一 Ρ I D捽制器，用以處理在比例部分Ρ及積分部分I r中 之相位偏移値0 d ,並處理微分部分D中之頻率偏移値^ f d。評估裝置（1 2 )在輸入部分中包含一用於絕對値 b之臨界値偵測器（2 0 )、及一用於相位値0或相關聯 偏移値0 d之臨界値偵測器（2 1 )。相關聯的臨界値分 別是振幅臨界値bl、 b2以及相位臨界値01、 02。 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 亦將一個具有兩個臨界値的臨界値偵測器稱爲上下限幅比 較器（window comparator )。將圖2中之個別功能單元 指定給評估裝置（1 2 )或回授裝置（10 )對其互動是 不重要的。 一延遲元件（2 2 )及一減法器（2 3 )利用相位偏 移値0 d形成一頻率偏移値f d。如果例如不斷地增加頻 率偏移値，則此意指正交信號分置I、Q所界定的向量係 在一固定頻率下旋轉。減法器（2 3 )輸出端上的差異隨 即保持固定，且其値是頻率偏移之正確量測値。如果可變 本纸張又度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公楚） -13- 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印装 五、發明説明（n ) 頻率振盪器（11)正好利用正交信號載波頻率產生其轉 換信號對c 〇 s、s i η,則合成向量停止，因而頻率偏 移値f d將固定爲零》然而，適當的正交解調要求該合成 向量也沒有一相位偏移値0 d ,這是因爲有一栢位偏移値 時將使基準相位不正確。在回授裝置（1 0 )中利用積分 部分Ir執行相位的重新調整，因而修正了被延長的相位 偏移。積分部分I r包含一個具有一加法器（2 4)及一 延遲元件（2 5 )之累積器迴路。如我們所習知的，積分 部分Ir的控制斜率不得是陡急的，因爲在陡急時將發生 搜索作業。對於時間較短的相位偏移値0 d而言，需要一 個較陡急的控制斜率，P I D控制器的比例部分P引發此 種較陡急控制斜率的需要，該PID控制器的較大重定力 或拉力係與各別相位偏移値0 d成正比。加法器（24) 及加法器（2 6 )結合個別控制分量，且總和値形成可變 頻率振盪器（1 1 )値之控制信號s t。可利用施加係數 cl、 c2、 c3的三個乘法器（27)、 (28),( 2 9 )改變P I D控制器的個別分量之影響。 相位偏移値及頻率偏移値f d的^號路徑分別包 含阻塞裝置（30)、 （31),圖中係將這些阻塞裝置 示爲開關，且可利用阻塞裝置阻隔各別的信號路徑。每當 評估裝置（12)決定各別偏移値fd的可靠性値 不足時，即產生阻隔。如果例如兩個臨界値偵測器（2 0 )、（2 1 )中之一臨界値偵測器感測到所施加的値位於 預設的臨界値之外時，則一個諸如邏輯"或’閘的邏輯級 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） -14 -

經濟部中央揉準局及工消费合作社印$L 五 、發明説明 ( 12 ) 1 1 ( 3 2 ) 將 阻 隔 阻 塞 級 ( 3 0 ) 0 藉 由 相 位 差 異 的 形 成 而 1 I 將 頻 率偏 移値 f d 與 至 少 兩 個 相 位 偏 移 値 0 d 結合 〇 如 果 I I 發 現 這些 相 位 偏 移値 0 d 的 至 少 — 個 是 不 可 靠 時 9 一 邏 輯 請 1 1 級 ( 3 3 ) 將 阻 隔 頻 率 偏 移 値 f d 之 阻 塞 裝 置 ( 3 1 ) 0 先 閲 讀 1 1 臨 界 値偵 測 器 ( 2 0 ) 利 用 兩 個 在 時 間 上 對 應 的 振 幅 値 推 背 之 1 1 導 該 可靠 性 値 0 如 果 — 個 或 兩 個 値 位 於 預 定 臨 界 値 b 1 、 注 意 京 1 I b 2 上或 之 外 > 則 現 有 的 頻 率 偏 移 値 f d 是 不 可 靠 的 > 且 項 再 1 1 阻 塞 裝置 ( 3 1 ) 將 阻 隔 該 現 有 的 頻 率 偏 移 値 f d 0 亦 可 寫 本 亡 1 以 —* 邏輯 负 或 ff 閘 實 施 該 邏 輯 級 ( 3 3 ) 〇 延 遲 級 ( 3 4 頁 1 1 ) 提 供閘 ( 3 3 ) 的輸, 人信號之時間補償。 1 1 請_注 意 > p 2 所 示 之 評 估 裝 置 ( 1 2 ) 只 代 表 許 多 變 1 1 形 中 之一 種 變 形 〇 當 該 評 估 裝 置 ( 1 2 ) 只 需 要 兩個 臨 界 訂 1 値偵 測器 ( 2 0 ) ( 2 1 ) 、 兩 個 簡 單 的 邏 輯 級 ( 3 2 ·. 1 1 [ ) % (3 3 ) 及 — 個 延 遲 級 ( 3 4 ) 用 以 控 制 兩 個 阻 1 1 塞 裝 置（ 3 3 ) 、 ( 3 1 ) 時 9 該 評 估 裝 置 ( 1 2 ) 是 特 1 1 別 簡 單的 > 但 是 相 當 有 效 的 > 因 爲 該 評 估 裝 置 ( 1 2 ) 同 f vr 時 利 用絕 對 値 b 及 相 位 値 或 相 位 偏 移 値 0 d 來 決 定 各 可 靠 1 I 性値 :在使 用 — 個 利 用 C 〇 R D I C 技 術 的 分 解 器 ( 8 ) 1 1 I 時 > 可爲 了 上 述 巨 的 而 取 得 相位値 0 及 絕 對 値 b 0 如 果 評 1 1 估 裝 置（ 1 2 ) 在 形 成 可 靠 性値時 只 使 用 兩個 値 0 d 中 的 1 1 — 値 ，則 此 種 方 式 亦 有 對 傳 統 電 的 改 良 > 但 是 卻失 掉 了 1 1 易 於 達到的優點 〇 1 i 圖3 在 — 向 量 圖 的 第 — 象 限 中 示 出 相 位 偏 移 値 0 d 的 1 1 I 形 成 係爲 現 有 相 位 値 0 之 ―― 函 數 t 而 第 一 象 限 中 之 現有 相 1 1 1 本紙》：又度適用中國國家梂準（€泌）六4说格（210父297公釐） -15-

經濟部中央梯準局身工消费合作社印装 五、發明説明（13 ) 位値係與鏡像相位値0m相同。圖4至6是將三個象限 Q 2到Q 4之鏡像對映到第一象限Q 1之向量圖。爲了簡 化鏡像對映或角旋轉的表示法，假設一個具有四個符號 S 1至S 4的QP SK調變。對於一較大數目的符號而言 ，亦即對於一個較大的字母系統而言，基本的鏡像對映動 作並未改變。兩個正交信號分量I、 Q界定所要對映的相 位値0m。以形成絕對値及（或）以適當交換兩個正交信 號分量I、 Q之方式，完成將相位値之鏡像對映到鏡像相 位値0。利用此種方法時，指定給各別象限Q 2、Q 3、 Q 4的相位偏移値0 d在其係位於相關聯的符號象限的界 限內之情形下，以具有完全相同大小及正負號之方式被對 映到第一象限Q1。保持鏡像相位値0m與鏡像符號 S2 ' S3 /、或S4<間之角關係。爲了自鏡像相位 値分m得到各別的相位偏移値0 d，以鏡像相位値0 m減 掉與各別調變技術相關且對應於相關聯符號的鏡像相位値 之上述相位修正値0 c。在使用Q P S K調變的所示實例 中，相位修正値0 c具有第一符號S 1及鏡像符號S 2 / 、S3", S4-之値0c = ?r/4。下文示出在所有四 個信線中形成鏡像相位値0m之定律： 第一象限Q1自分=0到tt/2 : J0m = arctan (Q/I)， .第二象限Q 2自0 = π / 2到π : π m = arctan(| I | / Q ), 第三象限Q3自到3π/2:0m= (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本纸張尺度逋用中國國家橾率（CNS ) A4说格（210X297公釐） -16- 經濟部中央標準局月工消费合作社印製 五、發明説明（14 ) arcta (IQI/I I I)， 第四象限Q4自办= 3τγ/2到Ο : 0m = arctan(I/|Q|)。 圖7示出當有無相關性的雜訊重叠在笛卡兒I - Q平 面上的正交信號分量I，Q時該等正交信號分量τ Q\ 機率分佈/7，其中該雜訊具有高斯分佈。因爲I及Q分量 間之正交關係，所以如果合成向量長度被標準化時，則實 際上該合成向量長度必然具有1的値。圖7示出要以正交 信號分量I、Q代表位於第一象限中4 5度角相位値上的 第一符號S 1之情形。在沒有干擾的情形下，在符號S 1 的座標1=0,701及Q=0.701上的兩個分量I 、Q將必須有値τ? = 1,且在其他位置上的値爲零。圖7 示出了 I及Q分量之一高斯分_佈，其最大値係位於符號 S 1。如果信號雜訊比S /N增加，則符號S 1上的機率 分佈變得較高且較窄；如果信號雜訊比降低時，則符號 S1上的機率分佈最大値減少，且鐘形曲線因而變得較寬 〇 圖8示出對應p圖7之機率分佈，該機率分佈係繪製 在一個由相位偏移値0 d及絕對値b所界定的笛卡兒平面 。機率分佈形成的鐘形曲線不再是如圖7般的旋轉對稱。 然而，這只是絕對値b及相位偏移値0d標度的問題，圖 中所示相位偏移値0 d係自一 1 8 0度到+ 1 8 0度。 圖9以類似圖7之方式示出以四個相同可能性的符號 SI、S2、S3、S4進行QPSK調變時在I— Q平 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

本纸張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- _________B7 五、發明説明（15 ) 面上的機率分佈77 »四個符號値係位於由正交信號分量I 、0的正負號所決定之四個象限中。以指定各別象限而對 四個符號之可靠隔離不再有可能性，這是因爲對於象限界 限1=0及Q = 〇而言，出現一個相鄰符號的機率値π是 相當大的。此種情形在圖1 〇中也相當明顯，圖1 〇對應 於第一象限，且包含第一符號値S 1及其他象限的所有鏡 像符號値S i β。在圖1 〇的空間表示法中，所示之機率 分佈係繪製在代表相位偏移値0 d及絕對値b的笛卡兒 座標上。圖1 0在伸展頻率偏移標度上對應於圖8 ,但不 同處在於所有四個符號現在都有相同的發生機率77。 經濟部中央揉準扃負工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用機率分佈D來決定可靠性時，將造成所用的偏移 値限於指定給圖1 0所示最高機率範圍的那些偏移値。如 果將各別的機率値7?與來自相位偏移値0 d的各別拉力或 重定力結合，則可得到與所量測相位偏移値0 d的可靠性 相關之較淸楚資訊》必須考慮到四個符號S 1到S 4中每 一符號的實際影響，而不只是考慮到鏡像對映的條件。將 指定給各別符號的機率値（請參閱圖1 0 )乘以實際的相 位偏移値0d,再相這四個乘積相加，即可完成上述步驟 。所得結果形成一可用之可靠性値z，係在代表相位偏移 値0 d及絕對値b的笛卡兒座標上以一空間表示法之方式 在圖1 1中示出該可用之可靠性値z。以所有四個機率 將實際相位偏移値加權，即可將可靠性値z $標準化 〃，該標準化之可靠性値現在可以是正値或負値。正的可 靠性値z對應於一個正的拉力，而負的可靠性値z對應於 本纸張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 18 _ 五 '發明説明（16 ) ~個負的拉力。在圖1 1所示的可靠性分佈z中，我們可 以淸楚地區別拉力正負號類似於各別相位偏移値0 d的那 些範圍。可靠性値z與拉力方向之間有正確關聯性的那些 範圍係示於圖11之明亮部分，拉力方向錯誤的那些範圍 係示於黑暗部分，而拉力方向中性的那些範圍係示於灰色 部分。決定適用可靠性値z之關鍵在於：只有能造成正確 控制方向的那些相位偏移値0 d才能用於控制載波控制迴 路，因而這些相位偏移値0 d對應於具有正確正負號的那 些可靠性範圍。相反地，在載波控制中至少必須排除相位 偏移値的這些範圍,·可自圖1 1之可靠性圖中看出上 述行刑。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 圖1 2是對應於圖1 1所示俯視圖之可靠性圖，其中 各灰階之意義與圖11相同》所示各線是可靠性値z相同 的線，且對應於等高線表示法。該圖示出：對於較小的絕 對値b而言，可靠性減少，且不應利用所量測的相位偏移 値运d執行控制。在圖12中，一個0.7個臨界値bl 將大量地切掉不可靠的範圍。較大的絕對値b是不具關鍵 性的，因而可執行或選擇一個足夠大的第二切換臨界値 b2,例如b223。對於相位偏移値而言，可靠性 値2的最大値並非位於理論上的符號値±45度，而是在 這些値之下，這是因爲鄰近符號的影響在此處較小。也易 於自圖1 2 中看出此種情形。足夠可靠性的可能界限係 在諸如相位偏移値0 1= + 3 5度及0 2= — 3 5度。 圖1 3至1 5是可靠性値z在不同的信號雜訊比S/ ^---------------—-—------- -19- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明説明（17 ) N時之俯視圖。圖13示出S/N=9分貝時之圖，圖 14示出S/N=6分貝時之圖，圖15示出S/N=3 分貝時之圖。當然，可用的可靠範圍隨著S/N比的增加 而增加。可靠性値z的最大値及評估的可靠性隨之增加。 對於降低的S/N比而言，可靠性最大値發生了以不同的 方式向較大的b値移動之情形。S/N= 3分貝的圖1 5 的圖形中示出不可靠範圍大致大於可靠範圍。此時，載波 控制迴路無法再進行滿意的控制。請注意，圖13至15 之灰階對應於圖1 1 之灰階，但並不對應於圖1 2之灰 階。， 可易於自圖16至18中利用個別機率的加權重疊決 定可靠性値z。尤其可看出不連續性，.而係由機率値乘以 各別拉力所得到的値造成此種不連續性。在本文的用法中 ，術語^拉力〃意指最大可到實際符號的相位偏移値，而 不只是在第一象限中之相位偏移値。在圖16、17、及 18中之每一圖中，係在三個信號雜訊比分別爲s/N = 9分貝、S/N=6分貝、及S/N=3分貝時，繪製可 靠性値z相對於相位偏移値0 d之圖。圖1 6係以絕對値 b = l . 5作爲共同參數。圖17中曲線之共同參數爲絕 對値b=l,且圖18中曲線之共同參數爲絕對値 0 . 5。圖16中之可靠性特徵値z示出弱信號S/N = 3分貝在0度時有一個小的不連續性，其中絕對値 1 . 5係作爲一參數。請參閱圖17，在較小的絕對値b =1時，在0度的該不連續性稍微增加。在此同時，整個 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210>：297公釐） -20- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局貞工消费合作社印装 Λ7 __B? 五、發明説明（18 ) 3分貝曲線係位於不可靠範圍，此即意指可靠性値z在五 處有錯誤的正負號。請參閱圖1 8，對於更小的値b = 0 . 5而言，S/N=3分貝及S'/N=6分貝時的曲線 亦係位於不可靠範圍，亦即具有錯誤的正負號》此外，S /N = 6分貝時的可靠性特徵値z現在於〇度上‘亦有一不 連續性。S/N=3分貝曲線之不連續性變得比圖17更 大9這些不連績性遵循上述的加權重叠模型而決定可靠性 値z。如果實際上有一曲線色持在有足銳女可靠性的範圍 ，則該模型對_意際狀況提供了良好的近似。〆 請注意，對載波控制迴路的改良及相關聯的方法可易 於適用於不同的1路技術。該迴路滴用於可用於此種^ 接收機的單晶積體電路實施例。熟悉本門技術者可自行考 慮是否要以一可程式處理器實施部分的功能或全系列的作 業。印我們所習知的，利用一處理器的宥旆例之優點在於 :由於處理器f由可程式的參數而可適用於各種工作，所 以此種路更具座彈一。此外，考利用適當的程式，則甚 至在整合到積體電路之後在處理中之介入也是可能的。 本纸張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -21 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1 · 一種用於數位傳輸信號接收機之載波控制環（1 )，該載波控制環（1 )沿著信號流動的方向包含一正交 解調器（3)、一符號辨識裝置（4)、一個用來形成一 相位偏移値（0 d)及（或）一頻率偏移値（f d)之偵 測器（9)、一回授裝置（1〇)、及一個連接到該正交 解調器之可變頻率振盪器（1 1 )，該載波控制環之特徵 在於： —評估裝置（1 2 )利用該載波控制環（1 )之信號 而決定在該偵測器（9 )中量測的各別相位偏移値（0 d )及（或）頻率偏移値（fd)之一可靠性値（z),並 根據所決定的可靠性値（z )而控制該載波控制環（1 ) 〇 2 .如申請專利範圍第1項之載波控制環（1 ),其-· 中該評估裝置（1 2)評估一相位値（0)及（或）一絕 對値（b ),而係由一分解器（8 )利用該正交解調器（ 3 )所產生的一同相分量（I )及一正交分量（Q)形成 該相位値（0 )及（或）該絕對値（b )。 經濟部中央揉準局負工消費合作杜印製 (請先聞讀背面之注$項再填寫本I ) 3 .如申請專利範圍第2項之載波控制環（1)，其 中該評估裝置（1 2 )包含一個用於相位値（0 )或相位 偏移値（0d)之第一臨界値偵測器（21)、及/或一 個用於絕對値（b )或決定偏移値之第二臨界値偵測器（ 2 0)。 4 .如申請專利範圍第3項之載波控制環（1 )，其 中該第一阻塞裝置（3 0 )係根據該第一臨界値偵測器（ 本紙張尺度適用中國國家«準（CNS ) A4规格（210X297公ϋ · 22 · i、申請專利範圍 2 1 )之輸出而被控制，及/係根據該第二臨界値偵測器 (2〇)之輸出而控制一第二阻塞裝置（31)。 (請先《讀背面之注$項再填寫本頁) 5 .如申請專利範圍第4項之載波控制環（1 ),其 中該相位偏移値（0 d )傳送到該回授裝置（1 〇 )係利 用該第一阻塞裝置（3 0)而阻隔，且係利用該第二阻塞 裝置（3 1 )而阻隔將該頻率偏移値（f d )傳送到該回 授裝置（1 0 )。 6 .如申請專利範圔第1項之載波控制環（1),其 中該回授裝置（1 0 )對應於一P I D控制器，其中該相 位偏移値（0 d )係傳送到一比例部分（B )及一積分部 分（I r)，而頻率偏移値（fd)係傳送到一微分部分 (D )。 7 .如申請專利範圍第6項之載波控制環（1 ),其 中該回授裝置（10)包含至少一個乘法器（27、28 、29),且其中係將一係數（cl、 c2、 c3)施加 到該乘法器，作爲一放大因數。 經濟部中央橾準局男工消費合作社印裝 8 .如申請專利範圍第2項之載波控制環（1 ),其 中該分解器（8 )被以該同相分量（I )及正交分量（Q )輸入者，利用一種將第一、第二、第三、或第四象限中 之相位値（0 )以鏡像方式對映到第一象限中之修改後 C 0 R D I C技術，以如下所示之方式形成一鏡像相位値 (必 m ): 對於範圍 je> = 〇 到 7γ/2 :办 m=a r c t_an (Q / I )， 本紙張尺度適用t國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -23- A8 B8 C8 _____ D8 六、申請專利範圍 對於範圍 0 = ττ/2 到 7Γ : 0m=a r c t an ( | I I / Q ), 對於範圍0 = 7T到3π/2 :夯m=a r c t an ( I Q丨/丨I I )，以及 對於範圍 0 = 3π/2 到 0 : 0m=a r c t an ( I / I Q I )。 9 .如申請專利範圍第8項之載波控制環（1 ),其 中該相位偏移値（0 d )係以該鏡像相位値（0m)減掉 —個與一調變相關的相位修正値（0 c )而形成。 1 0 .如申請專利範圍第1項之載波控制環（1 )， 其中該偵測器（9 )利用模減法而自該相位偏移値d )或相位値（0)形成該頻率偏移値（fd)。. 1 1 .如申請專利範圍第6項之載波控制環（1 ), 其中該回授裝置（1 0 )包含至少一個MTA濾波.器，且 係在一足夠的可靠性値（z )下起動該等MTA濾波器之 控制時脈，並在一個不足的可靠性値（z )下抑制該等 Μ T A濾波器之控制時脈。 ----------- (請先《讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 訂 經濟部中央揉準局員工消費合作社印裝 本紙诔尺度逋用_國國家椹準（匸奶）六4规格（210乂297公釐） -24-