TW421970B - Symbol sign directed phase detector - Google Patents

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4£1 97 Ο 五、發明說明（1) ^'~~ 本案請求美國暫時專利申請案第60/085, 864號之權益， 申請曰1998年5月18曰 > 該案揭示内容併述於此以供參 考。 概略而言本發明係關於數位電視信號接收器，特别本發 明係關於一種殘邊帶（VSB)信號接收器之相位偵測器。 揭示背景 為了由利用用於高傳真電視（HDTV)傳輸系統之殘邊帶 (VSB)信號準確提取資料，該VSB信號必須藉振盪器解調， 振盈器可復原基帶VSB之載有資料真實部分用於輸入至量 化器（限幅器）。圖1說明習知數位電視接收器之相位追縱 迴路100之方塊圖。此種習知迴路定義於“ATSC數位電視 標準使用指南’’文件A/54，先進電視系統協會1 995年4月 12曰。該標準提示使用一相位追蹤迴路其僅對真實信號 (例如同相位信號）作業》如此為了決定VSB信號之相差， 由I信號導出正交相位（q)信號，因VSB信號的I及Q成份可 藉濾波函數其近似休伯特（H i丨ber t )變換關聯，故濾波器 104用於由I信號導出q信號。濾波器為有限脈波響應（FIR) ’慮波器具有固疋反對稱係數’每隔一個係數等於零。I信 號於延遲器102延遲一段等於濾波器104長度的時間。 為了補償相差’I及q信號耦合至一複合倍增器其係 由振盈器（例如數值控制振盪器（NC〇))112驅動，而NC〇又 係由來自相位偵測器丨〇 8之相差信號控制。NCO輸出信號的 相位經調變而校正相差並產生相位調整後的I及q信號（厂 及Q’）。相位偵測器1〇8比較丨’信號與導出的9，信號，且產

第7頁 ^21 97 0 五、發明說明（2) 生一相差偵測信號（e)其表示VSB信號之相差。迴路濾波器 11 0 (低通濾波器）用於由相差信號e過濾較高階成份β實際 上，組合振盪器信號及I及Q輸入信號於複合倍增器102内 部可產生反旋Γ及Q’信號。說明之電路100為閉路追蹤電 路其補償I及Q信號之載波相差，故可於解調器内部抽樣提 取來自VSB信號之資料而形成相當穩定的同相位（I)信號。 使用導出I成份之相位追蹤電路之範例敘於Lee等人“大聯 盟VSB HDTV接收器之硬體有效相位/增益追蹤迴路”， IEEE消費者電子裝置仲裁，632-63 9頁* 42卷第三期1996 年8月及1998年1月6日獲頒之美國專利5, 706, 057。 圖2示例說明於時間域之VSB信號之真實（I)及虛擬（Q)成 份。該圖表示隔離符號的主要成份，亦即一符號由多個零 波幅符號環繞，及示例說明VSB信號之I成份與Q成份間之 休伯特變換。於非零符號序列中，圖2波形於符號時間沿 時間軸複製。負波幅符號為由圖2波形反相的波形。如此 指定符號之虛擬部分含有由其二毗鄰符號促成的能量β例 如於三符號序列中，若第一符號（“前”符號）及第三符號 (“後”符號）具有不同極性’則第二符號之虛擬成份具有 大正值或大負值。相反地’當第一符號及第三符號具有相 同極性時’第二符號之虛擬成份具有小值。此種符號間干 擾（ISI)造成VSB信號之偵測相位之相差，其無法藉圖1之 相位追蹤迴路校正。要言之，由通訊頻道產生的相差藉符 號順序之符號的相對正負號調變而無需考慮因通道引起的 相差。結果此種相差成份就符號解碼過程變成隨機雜訊而

97〇 五 '發明説明（3) 可能造成相位追蹤過程的誤差。 因此業界需要有一種相位偵 訊 來改良相位偵測過程的準確度。。、吏用符號正負號資 Μ 先前技術之缺點係藉由—藉相彳☆ 节丨笼饳灶缺1： έ "走这〜 m相位價測器克服，該相位偵 測器使用符號正負唬資訊輔助相差偵偵 信號如殘邊帶（VSB)信號之相差。，過程而決疋—複合 準類比信號）及一第二輸入耦合至限 器具有-輸入相合至丨信號(亦差即未相量位化读：器包广^ 拖細4β — -认、/未$化數位值其偶爾稱作 中虽器（量化器）之資料 輸出’該限幅器表示於一符號内部之_取樣點波幅（亦即 -相位值代表VSB信號之-Μ位階）。未量化信號由量化 號扣除而產生一 △ I信號。I信號也經處理而決定本符號^ 正負號q前/後符號處理器決定前一符號（前）與後—符^號 (後）之正負號值且比較該等正負號與本符號之正負號。正 負號由前一符號改變至後一符號將於相差信號產生大b致虛 擬成份其易藉相位追蹤迴路追蹤。若符號之正負號（前至^ 後）未改變’則相差之虛擬成份極小且幾乎無法追^及補 償。如此當前/後處理器偵測得此種符號正負號組合時迴 路被去能。如此符號正負號資訊被用於“校正”或“閉 控”相差。此種相差信號用於數位電視接收器由—VSB信 號中提取一資料信號用於解調。 圈式之簡單說明 本發明之教示經由考慮後文就附圖說明之詳細說明將更 容易明了 ，附圖中：

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器之相位追縱 五、發明說明（4) 圖1說明先前技術用於數位電視信號接收 迴路之方塊圖； 圖2說明VSB信號之一符號之主要真實及虛擬成份； 圖3說明使用本發明之相位偵測器用於解調VSB信號之一 數位電視接收器之方塊圖； ° 圖4說明合併本發明之相位偵測器之相位追蹤迴路； 圖5說明本發明之相位偵測器之細節方塊囷； 圖6說明2-VSB信號之分散作圖； 圖7說明具有正相差之2-VSB信號之分散作圖；及 圖8說明具有負相差之2-VSB信號之分散作圖。 為了有助於瞭解於可能時相同參考編號用於指示各圖共 通的相同元件。 ~ 詳細說明 圖3說明用於數位電視接收器之該型殘邊帶（VSB)信號接 收器300之簡化高階方塊圖。接收器3〇〇包含調諸器Mg， 類比至數位（A/D)轉換器3 04，振盪器316，複合尼奎斯特 渡波器3 0 6，複合等化器3 0 8 ’時序復原電路31 4，載波復 原電路310及解碼器31 8。含VSB信號之頻帶由天線或有線 電視系統（圖中未顯示）耦合至調諧器302。調諧器3〇2由頻 帶中選擇單一VSB信號並於通帶（例如if)頻率產生該VSB信 號。通帶VSB信號藉A/D轉換器304轉成通帶數位信號，故 類比VSB信號概略藉一種抽樣信號數位化，該抽樣信號具 有速率為VSB符號信號之1至4倍。抽樣信號係由振盪器316 產生。數位化VSB信號耦合至複合尼奎斯特濾波器3 06，其

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J 五 '發明說明（5) 由該VSBk號提取同相位（I)信號及正交相位（q)信號 I及Q信號耦合至複合等化器308及時序復原電路314。時 序復原電路3 1 4復原符號時序資訊並提供一時序調整信號了 至振盪器316。如此於通帶數位信號之符號*A/I)轉換器 304最適當抽樣。複合等化器3〇8為通帶等化器，其適合等 化I及Q信號而由信號中去除傳輸通路失真，使信號可以極 少符號間干擾（ISI)解調。等化後之丨及〇信號耦合至載波 復原電路310，該電路含有本發明之相位追縱迴路gig。 載波復原電路31 0決定I及q信號之相差而產生一旋轉後 =相差信號由等化器用於減少ISI及旋轉後的相差信號。ι 號由載波復原電路31 〇耦合至解碼器3丨8，於此處資料由 I信號中提取[解碼器318最终產生音頻及視訊信號用於 顯示。 圖二併本發明之相位追蹤迴路312之方塊圖。迴路 2 a有後„倍增器4〇〇，資料限幅器4〇2，相位偵 迴路遽波器4 06及數值控制振逢器（nc〇)4〇8、。複合倍 :::正之:經由vsb信號提取且等化的同相位⑴ L波及正交相位（Q )信號^座igg LL , ^ 竿類比數位信號）。NCO 4 08之輸 ，合至-對複合倍增器4。。之輸入，故若迴路作業適輸 自*則使用I及Q信號乘以NC〇輸出信號須反則信號，去除 (vn: ί ΐ產生穩定的1 ’信號其可於最佳位置抽樣” (限μ而獲得最大波幅的ί’信 輸的符號位階）。 Κ 4干雊代衣极得 複合乘法器（同相位（I，、 寸日仅u 唬）之輸出耦合至限幅器（量

第11頁 42 197 0 <4 五、發明說明（6) 化器）402之輸入’限幅器以預定基準抽樣I，信號。抽樣速 率大致同符號速率且意圖使限幅器抽樣基帶VSB信號的真 實（載有資訊）部分。接收得之VSB信號與NCO間之任何相差 將導致限幅器抽樣VSB信號之真實與虛擬成份之混合物。 限幅器402之輸出為資料信號D其表示I’信號之波幅樣本。 8-VSB中’有8種不同由限幅器402產生的位階或符號值。 量化Γ信號（資料信號D)耦合至相位偵測器4 〇 4之一輸入， 及I’信號耦合至相位偵測器402之第二輸入。相位偵測器 404使用量化及未量化I信號而於符號正負號閘控模作業， 因此限幅器4 0 2所做的資料決策用於準確產生相差（e)，當 可產生不正確的相差資訊時相位偵測器的輸出被去能。相 差經由可低通濾波相差信號之迴路濾波器4〇6耦合而產生 NCO 408之控制信號。如此NCO 408之相位響應相位偵測器 404產生的相差調整，故來自NC〇之輸出信號補償VSB信號 之相差，而限幅器將可最適當抽樣丨，信號。 圖5說明圖4之符號正負號導向之相位偵測器4 〇 4。VSB信 號中，預期#號含有I值其具有分立的已知位階，例如 HDTV信號有8階。為了簡化後文說明，假定二階VSB信號 (2-VSB)為輸入信號。q值可變故信號（分散作圖）顯然例如 為二縱線’當於圖6之q值（縱軸）相對於I值（橫軸）之線圖 檢視。VSB信號之相位旋轉介於接收的信號與預期信號間 產生夾角，例如縱線以對應相位角之角度歪斜。圖7及8分 別說明具有正及負相差之2-VSB之分散作圖。偵測器4〇4 中，夾角4測定作為耦合至1^(：〇之相差信號（e)(抽樣及未

第12頁 五、發明說明（7) 抽樣I ’信號間之差異）。 特別I’信號耦合至組合器50 0之負終端及決策信號〇 耦合至纟且合器500 (作為減法器）之正（+ )終端，故未量化Γ 信號由量化I’信號扣除而產生信號（相差）。信號耦 合至一單位延遲器502其延遲ΑΙ信號達一符號時間。前/ 後符號處理器528分析三符號集合（例如符號丨，2及3 ;此處 12為目前符號，符號丨為“前”符號及符號3為“後” · 符號）。處理器528決定各符號的正負號且比較決定的正負 號而形成一信號（S1)其表示符號2虛擬部分之預期正負 號，及一第一 k號（S2)其用於閘控相位偵測器之相差信號 輸出β 如前文背景部分討論，若第一及第三符號具有相異正負 號’則相差將大於單純由於相對符號正負號之名目值，換 &之第一及第二符號具相反正負號，則符號2之虛擬部分 具有一大的正或負成份。此種大成份可藉迴路追蹤。相反 地，若符號1及3之正負號具有相同正負號’則符號2關聯 之相差大致小於名目值。如此相差不夠大無法由迴路追 蹤，迴路可能錯誤地改變NC0的相位。如此響應此種符號 正負號組合’相差信號被去能（閘控）俾便確保NC〇之特定 相位符號不會變更。 特別Θ /後處.理器5 2 8對符號2之虛擬部分提供預期正負 號值，並決定符號2之虛擬部分是否具有足夠波幅來提供， 相差之準確測量值。 未量化I彳5號也耦合至符號決定區塊516其於I，未量化

第13頁 1970 五、發明說明（8) 信號大於零（亦即為正）時產生HIGH輸出信號。來自區塊 516之信號耦合至一單位延遲器518其延遲信號達一符號時 間。區塊518的輸出也耦合至反相器52()。反相器52〇之輸 出代表符號2虛擬部分之預期正負號，若符號2之虛擬部分 為正則輸出為HIGH ’否則輸出為LOW。反相器520之輸出外 加至間區塊514 ’該區塊每次於來自反相器52〇之信號大於 0.5時產生+ 1輸出，否則輪出為一丨。閾區塊514之輸出耦合 至乘法器506。乘法器將來自區塊5〇2之△ j信號乘以閾區 塊514之輸出。如此區塊514之正負號變更將造成ΔΙ信號 之正負號改變。正負號經過校正之相差信號耦合至乘法器 5 0 8之輸入。 X0R閘522之輸出（符號正負號變更信號）耦合至一單位延 遲器5 24，其延遲符號正負號之變更信號達一個符號。單 位延遲器5 24之輸出連同單位延遲器524之輸入耦合至第二 X0R閉526 〇X0R閘526之輸出耦合至乘法器5〇8之輸入。來^ 自X0R閘526之輸出信號為閘控信號（S2)，若預期虛擬成份 不大且相差信號可能有錯，則閘控信號將引起來自乘法器 508之零輸出；否則正負號經過校正之相差信號通過乘法 器5 0 8將用於控制NC0。當第一及第三符號具有相同極性 (正負號）時預期虛擬成份視為“不大”。 下表摘述影響圖5之相位偵測器4 〇4之輸出信號正負號 信號（此表顯示圖7及8各象限之信號值）： …

4 2 1 θ'7：· 五、發明說明（9) 圖7 Δ I之 符號3 符號2虛擬部分 閾區塊514 相差輸出e 象限 ------ 孚負號 正負號 之預期正負號 之輸出 之正負號 1 〜-- 一正 負=0 正=1 +1 正 2 —— 正 負=0 正=1 +1 正 _3 負 it=l 負=0 ------- -1 正 4 —〜 負 正 負=0 -1 "―---- 正 圖8 象限 〜· . | 1 -^〜 負=0 正=1 +1 負 2 負 負=0 正=1 + 1 負 3 —正 正=1 負=0 -1 7\ 負 4 1--- 正 正=1 負=0 L_-l 負 右有二正負號改 號改變；則符號!及符付號;1 為至2符3改變，或無正 的輸出將由乘法器508閉控切斷。負㉟’則相位偵測器 個if j顯示及詳細說明合併本發明之教示之多 他變化具體例。 劳對°併此等教示内容做出多種其

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Claims (1)

1. 42 1 r 六、申請專利範圍 I 一種相位偵測器，用於偵測一複合 一 相也偵測器包含： °戒之相差，該 一減法器具有一第—輪入搞合至同相位 第一輪入耦合至量化丨信號， 丨）信號及— 除而產生- 信號； 其中“5號由置化I信號中扣 月1】/後符號處理器，具有I作號作真給 數符號決定各符號之正負號並響應^符為輸入用於處理複 符號至次一符號之正負號變 〜义負號決疋一 _ . ^ 4 ^ 貝現變更，該刖/後符號處理器產生 負唬校正信號及一相差閘控信號； 备& 第—乘法器具有△1信號作為第一輸入及該相差正 為第二輸入，且具有-輸出其為正負號經 過校正的相差信號；及 a _ 一&第二乘法器具有該正負號經過校正的相差信號作 ^第-輸入及相！閘控#號作為第二輸入及纟有一輸出其 為經過閘控之相差》 2.如申请專利範圍第1項之相位偵測器，直中該前/後 符號處理器包含： 一符號正負號決定電路，具有丨信號作為一輸入用於 產生一電流符號正負號信號； 一第一延遲器用於延遲該電流符號正負號信號； 一第一XOR閘用於對該電流符號正負號信號及該經過 延遲之電流正負號信號執行排它〇R函數而產生一正負號變 更的信號’其指示電流符號與前一符號間的正負號變更； 一第二延遲器用於延遲該正負號變更信號；

   第16頁 4 申請專利範圍 — —第二XOR閘用於對被延遲的正負號變更作 號變更信號執行排它〇R函數而產生相差閘控信^广及正負 3 .如申請專利範圍第2項之相位偵測器，其: 負號決定電路進一步包含： ' 〜符號正 '一正負號偵測器用於產生正負號信號； 一反相器用於反相正負號信號；及 一閘處理器用於當被反相後之正負號作 產生相差正負號校正信號為+ 1及當經過"儿於5時 小於0. 5時為-1 之正負號信號 4. —種相位追縱迴路，包含： 一複合乘法器用於產生一相差經過校正 一限幅器用於產生該相差經校正的信 L號； 一符號正負號導向相位偵測器用於^理^量化值； #號之量化值及相差經校正信號而產生一 目差經校正 一迴路遽波器用於渡波該相差：及 差’ 一振盪器用於對複合乘法器產生一 __ 乘法器之相位係響應經遽波之相差 "動彳°說，複合 5, 。如申請專利範圍第4項之相位追蹤ς 正負號導向相位偵測器包含： *其中該符發· 一減法器具有一第一輸入耦合至該 " 號及一第二輸入耦合至一量化之相差經校差2校正的信 該相差經校正的信號由該量化經校正 的信珑，龙中 - △ I信號； 號中扣除而i生 __ ' 的化號作為

   前/後符號處理器，具有該相差 97〇 .气f 六、申請專利範圍 輸入用於處理複數符號決定各符號之正負號及決定由符號 至次一符號之正負號變更，響應各符號之正負號，前/後 符號處理器產生一相差正負號校正信號及一相差閘控信 號； 一第一乘法器具有該ΔΙ信號作為第一輸入及該相差 正負號校正信號作為第二輸入，及具有一輸出其為正負號 經過校正之相差信號；及 —第二乘法器具有該正負號經校正之相差信號作為 第一輸入及相差閘控信號作為第二輸入，且具有一輸出其 為經閘控之相差。 6. 如申請專利範圍第5項之相位追蹤迴路，其中該前/ 後符號處理器包含： 一符號正負號決定電路，具有相差經校正的信號作 為輸入用於產生電流符號正負號信號； 一第一延遲器用於延遲該電流符號正負號信號； 一第一XOR閘用於對電流符號正負號信號及經延遲的 電流正負號信號執行排它OR函數而產生一正負號變更信號 其指示目前符號與前一符號間之正負號變更； 一第二延遲器用於延遲該正負號變更之信號；及 一第二X0R閘用於對被延遲的正負號變更信號及正負 號變更信號執行排它OR函數而產生相差閘控信號。 7. 如申請專利範圍第6項之相位追蹤迴路，其中該符號 正負號決定電路進一步包含： 一正負號偵測器用於產生一正負號信號；

   第18頁 97〇 六、申請專利範圍 一反相器用於反相該正負號信號；及 一閾處理器用於當被反相之正負號信號大於〇. 5時產 生相差正負號校正信號為+1及當被反相之正負號信號小於 0. 5時為—1。 8. —種數位電視信號接收器，包含： 一調諧器用於由一組信號中選出一信號； —類比至數位轉換器用於數位化經選定的信號； 一濾波器用於由經選定的信號產生同相位（〗）信號及 正交（Q)相位信號； 一複合等化器用於減少I及Q信號之符號間千擾； 一載波復原電路具有相位追蹤迴路含有一複合乘法 器用於響應等化I信號產生相差經校正的I信號，一限幅器 用於產生相差經校正的I信號之量化值，—符號正負號導 向之相位偵測器用於處理相差經校正的I信號之量化值且 相差經校正的I信號而產生一相差，一迴路濾波器用於濾 波该相差’及一振盪器用於對複合乘法器產生一驅動信 號’该乘法器具有之相位係響應經濾波的相差調整；及 一解碼器用於解碼該相差經校正的I信號之量化值 而產生音頻及視訊信號。 9 ·如申請專利範圍第8項之數位電視信號接收器’其中 該符號正負號導向相位偵測器包含： ^ 一減法器具有一第一輸入耦合至該相差經校正的信 號及一第二輸入耦合至一量化之相差經校正的信號，其中 S玄相差經校正的信號由該量化經校正的信號中扣除而產生

   第19頁 421 970 y、申請專利範圍 / △ I信號； -前/後符號處理器’具有該相差經校正 輸入用於處理複數符號決定各符號之正負號及決=為 至次一符號之正負號變更，響應各符號之正負號疋號 符號處理器產生一相差正負號校正信號及一相差":後 號； 徑、 一第一乘法Is具有該信號作為第一輪入 正負號校正信號作為第二輸入，及具有一輸出其：；，差 經過校正之相差信號；及 負藏 一第一乘法器具有該正負號經校正之相差信號作為 第一輪入及相差閘控信號作為第二輸入，且具有一輸出其 為經閘控之相差β 1 〇 ·如申請專利範圍第9項之數位電視信號接收器，其中 該前/後符號處理器包含： 一符號正負號決定電路，具有相差經校正的信號作 為輸入用於產生電流符號正負號信號； 一第一延遲器用於延遲該電流符號正負號信號； —第一XOR閘用於對電流符號正負號信號及經延遲的 電",L正負號信號執行排它OR函數而產生一正負號變更k號 其指示目前符號與前一符號間之正負號變更； 一第二延遲器用於延遲該正負號變更之信號；及 —第二X0R閘用於對被延遲的正負號變更信號及正負 號變更信號執行排它OR函數而產生相差閘控信號。 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項之數位電視信號接收器，其

   第20頁 421970 六、申請專利範团 中該符號正負號決定電路進一步包含 一正負號偵測器用於產生一正負號信號； 一反相器用於反相該正負號信號；及 處理器用於當被反相之正負號信號大於0.5時產 0 5時為!正信號為+ 1及當被反相之正負號信號小於 1上-種執行符號正負號導向之相位偵測方法，該方法 包含下列步驟： 由量彳匕之同相位I信號中扣除未量化之同相位（〇信 號而產生一 ΔΙ信號； 處理複數符號決定各符號之正負號，亦即決定由一 符號至次一符號之正負號變更，響應各符號之正負號， 前/後符號處理器產生一相差正負號校正信號及—相差閉 控信號； 該△ I信號乘以該相差正負號校正信號而產生一正負 號經校正的相差信號；及 響應該相差閘控信號閘控該正負號經校正之相差信 號。 13.如申請專利範圍第12項之方法，其中該處理步驟進 一步包含下列步驟： · 決定目前符號之正負號； 延遲目前符號之正負號； 對目前符號正負號及延遲目前符號執行排它⑽函數 而產生一正負號變更信號其指示目前符號與前一符號間之

   第21頁 A2137( 六、申請專利範圍 正負號變更； 延遲該正負號變更信號； 對延遲正負號變更信號及正負號變更信號執行排它 OR函數而'產生相差閘控信號。 14.如申請專利範圍第13項之方法，其中該決定步驟進 一步包含下列步驟： 對I信號產生一正負號信號； 反相該正負號信號；及 當被反相之正負號信號大於0. 5時產生相差正負號校 正信號為+1 ;而當被反相之正負號信號小於0. 5時為-1。

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