TW451580B - Decision directed phase detector - Google Patents

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451530 五、發明說明（l) 本案請求美國優先專利申請案第60/085, 861號申請曰 1 998年5月18日（代理人檔案編號SAR 1 2881P)之權益，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’特別本發 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，VSb信號相對於量化器（限幅器） 袖樣信號的相位之相差必須偵測與追蹤。圖1說明習知數 位電視接收器之相位追蹤迴路1〇〇之方塊圖。此種習知迴 路定義於1' ATSC數位電視標準使用指南文件A/54，先進電 視系統協會1995年4月12日。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⑶）信號。因VSB 信號的I及Q成份可藉濾波函數其近似休伯特（Hilbert)變 換關聯’故濾波器1 04用於由I信號導出Q信號。濾波器為 有限脈波響應（F I R)濾波器具有固定反對稱係數，每隔一

C 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1〇6其係 由振盡器（例如數值控制振盪器（NC〇))ii2驅動，而NCO又 係由來自相位偵測器1 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（[， 及Q’）。相位偵測器108比較I，信號與導出的q，信號，且產

451580 五、發明說明（2) 生一相差偵測信號（e)其表示VSB信號之相差，迪敗★ α 、 〜吩穩波器 1 1 0 (低通濾波器）用於由相差信號e過濾較高階成份。 上，組合振盪器信號及I及Q輸入信號於複合倍增器1〇2際 部可產生反旋I及Q信號。說明之電路1〇〇為閉路追鞭 $ 其補償I及Q信號之載波相差，故可於解調器内部抽樣提 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等人乂聯 盟VSB HDTV接收器之硬想有效相位/增益追縱迴路,_，ieee 消費者電子装置仲裁’ 632-63 9頁，42卷第三期1 996年8 月。 〇 因Q信號係由I信號導出而合成相位追蹤用之複合信號， 導出的信號無法經常準確表示Q信號，亦即多路徑及相位 失真可能造成VSB信號之I及Q成份交又糕合，而使導出的q 信號錯誤代表真實Q信號。當Q信號被錯誤代表時，相位追 蹤迴路將產生錯誤的相差而使迴路失真量化I資料。結果J 資料載有的資訊無法回復》 因此業界存在有一種需求為決策導向之相位偵測器，其 比較I及Q信號產生相差及使用符號決策資訊來提升相差信 號的準確度。 〇 發明概诫 ^ 至目前為止先前技術之關聯缺點可由決策導向之相位偵 測器克服’該偵測器使用由限幅器（量化器）輸出的資料來 輔助相差積測過程而決定含有同相位（丨）及正交相位（Q)成 份（1及0信號）之殘邊帶（VSB)信號之複合信號的相差。相

451580 五、發明說明（3) 位偵測器包含一減法器具有一輸入耦合至〖信號及第二輸 入竊合至限幅器之資料輸出’表示一符號内部之取樣點波 幅。量化信號由I信號扣除而產生△ I信號^ Q信號經處理 而決定其正負號及波幅。正負號及波幅值乘在—起，結果 以ΔΙ信號倍增而產生VSB信號之相差。此種相差信號用於 數位電視接收器而由VSB信號提取出資料信號用於解調。 圖式之簡單說明 本發明之教示經由考慮後文就附囷說明之詳細說明將更 容易明了 ，附圖中： 圖1說明先前技術用於數位電視信號接收器之相位追蹤〇 迴路之方塊圖； 圖2說明使用本發明之決策導向相位偵測器而解調VSB信 號之數位電視接收器.之方塊圖； 圖3說明合併本發明之決策導向相位偵測器之相位追蹤 迴路；及 圖4說明本發明之決策導向相位偵測器之細節方塊圖。 為了輔助了解，於可能時使用相同參考編號來表示各圖 共通的相同元件。 詳細說明 圖2說明用於數位電視接收器之該型殘邊帶（VSB)信號接ϋ 收器100之簡化高階方塊圖。接收器100包含調諧器202， 類比至數位（A/D)轉換器204，振盪器216，複合尼奎斯特 濾波器206，複合等化器208，時序復原電路214 ,載波復 原電路210及解碼器21 8。含VSB信號之頻帶由天線或有線

第7頁 4 5 15 8 0 五、發明說明（4) 電視系統（圖中未顯示）耦合至調諧器202。調諸器由頻帶 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204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。抽樣信號係由振重器216 產生。數位化VSB信號耦合至複合尼奎斯特濾波器，其 由該VSB信號提取同相位（I)信號及正交相位（q)信號。 I及號耗合至複合尊化器208及時序復原電路214。時 序復原電路214復原來自I及Q信號之符號時序資訊並提供 一時序調整信號至振盡器216。如此於通帶數位信號之符〇 號由A/D轉換器202最適當抽樣。複合等化器208為通帶等 化器，其適合等化I及Q信號而由信號中去除傳輪通路失 真，使信號可以極少.符號間干擾（ISI)解調《等化後之I及 Q信號耦合至載波復原電路210，該電路含有本發明之相位 追蹤迴路21 2。 載波復原電路2 1 0決定I及Q信號之相差而產生一旋轉後 之相差彳§號由等化器用於減少isr及旋轉後的相差信號。I 信號由載波復原電路210耦合至解碼器218，於此處資料由 I信號中提取出。解碼器218最終產生音頻及視訊信號用於 顯示。 〇 圖3說明合併本發明之相位追蹤迴路212之方塊圖。迴路 212含有複合倍增器300，資料限幅器302，相位偵測器 304，迴路濾波器306及數值控制振盪器（NCO)308。複合倍 增器3 0 0之輸入為已經由VSB信號提取且等化的I及Q信號β

第8頁 451530 五、發明說明（5) NC0 308之輸出耦合至一對複合倍增器300之輸入，故若迴 路作業適當，則使用I及Q信號乘以NCO輸出信號須反旋I及 Q信號’去除任何相位跳動及產生穩定的I信號其可於最佳 位置抽樣（限幅）而獲得最大波幅的I信號（亦即樣本準確代 表被傳輸的符號位階）。 複合倍增器之同相位（Γ)輸出耦合至限幅器（量化器） 302之輸入，限幅器係以定期基準抽樣〗’信號。抽樣速率 大致等於符號速率。限幅器302之輸出為代表Γ信號波幅 樣本之資料信號D。8-VSB中，有8種不同由限幅器302產生 的位階或符號值。量化Γ信號（資料信號D )耦合至相位偵〇 測器304之一輸入’及I’及Q，信號耦合至相位偵測器3〇2之 另二輸入。如此相位偵測器3 〇 4以決策導向模操作故限幅 器3 02所做的資料決策用於準確產生相差（e)。相差經由可 低通濾波相差信號之迴路濾波器3〇6耦合而產生阢〇 3〇8之 控制信號。如此MCO之相位響應相位偵測器3〇4產生的相差 使來自NCO之輪出信號可補償VSB信號之相差β 圖4說明圖3之決策導向相位偵測器3 〇 4。VSB信號中，預 期信號含有I值其具有分立的已知位階例如8階。q值可 變，故畲於Q值（縱軸）相對於I值（橫軸）之線圖檢視時信號 呈現=如8條縱線。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。偵測器304 t ,此種角度可經由從丨，信號之理想量化 波幅估計Γ信號補償值之對切值決定β對切估 式川挪⑶，）IQ’ It圖4電路計算此種對切估值如下

第9頁 451530 五、發明說明（6) 述。 特別I ”信號柄合至加法器4 0 0，及決策信號D耗合至加法 器400之負終端（作業如同減法器），故量化I’信號由未量 化I’信號扣除而產生一 Δ1信號。Q’信號耗合至波幅處理 方塊402其產生一波幅代表信號（丨·丨·>，此處^為大於或 等於0之整數值），及正負號處理方塊4 04其產生一正負號 代表信號（例如sgn( ·))。由Q’信號導出的波幅及正負號 值於第一乘法器406彼此相乘。第一乘法器的輸出（亦即 (sgn(Q’）|Q’ |n)耦合至第二乘法器408而使該信號乘以 △ I信號而產生相差（e)。藉此方式使用決策導向過程產生〇 相差（e)。 圖4電路假定經由限幅器302有零延遲。於延遲情況下， Γ及Q’輸入必須被延_遲來補償限幅器延遲。 可產生相差（e)之相位偵測器3 0 4之數學表示式如下： e = (I’ _D)(Sgn(Q，）丨 Q，卜 表示式（I’-D)為限幅器302之輸出量化相差，亦即 號。表示式中之參數η為設計參數其可改變而修改迴路性 能。值η加權Q’輸出用於控制信號相位的重要性且典型為〇 〇、1或2 〇η之負值也可使用但較為難以於硬體執行 正值遞増將迴路偏轉成為使用由具有大Q，波幅樣本產生的 相位估值之負值遞增強迫迴路響應η並偏轉迴路使用由 具有小Q’波幅樣本產生的相位估值。值η=〇使迴路忽略q，

4515 30 五、發明說明（7) 信號波幅用於計算相位估值。 雖然已經顯示合併本發明之教示之多個具體例且於此處 詳細說明，但業界人士顯然可做出多種仍然符合此等教示 之變化具體例。 〇 〇

Claims (1)

1. 在巧號8810圆於车"H ^ B故乂 巧年月左日L正 六、申請專利範園 —---獅无 1. 一種決策導向之相位偵測器，其係用於偵 (V S B )信號的相差’該偵測器包含： 測一殘邊帶 一減法器，具有一第一輸入耦合至同相位（1)信號及一 第二輸入耦合至量化I信號，其中該量化丨信號由丨信號中 減掉而產生一ΔΙ信號； 正交信號波幅處理區塊，其具有一正交相位⑶）信號 作為輪入且具有一輸出搞合至第一乘法器之第一终端； 一正交信號正負號處理區塊，其具有該正交相位（Q)信 號作為輸入且具有一輸出耦合至該第一乘法器之第二終 端’該第一乘法器之輸出係耦合至第二乘法器乘以△丨信 號而產生一可表示VSB信號之相差之相差信號。 2.如申請專利範圍第1項之決策導向之相位偵測器，其 中該正交#號波幅處理區塊產生q信號之第^次羃絕對值， 此處η為整數值。 3 ·如申請專利範圍第1項之決策導向之相位偵測器，其 中該正交信號正負號處理區塊產生Q信號之正負號值。 4. 一種數位電視接收器，用於解調一殘邊帶（VSB)信 號，該接收器包含： 一調諧器，用於由複數VSB通道中選定一 VSB信號； 一類比至數位轉換器，用於以由一振盪器建立之抽樣速 率量化被選定的VSB信號； 一複合尼奎斯特濾波器，用於由被量化的VSB信號提取 一同相位（I)信號及一正交相位（Q)信號； 一複合等化器，用於等化該I及Q信號； 一載波復原電路，用於由1信號提取I資料；

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   2000.11.06.012 4 515 8 0 案號 88108088 M f a 修正 六、申請專利範圍 其中該載波復原電路進一步包含一相位追蹤迴路其具有 一決策導向之相位偵測器其使用I及Q信號二者用於決定 VSB信號之相差。 5. 如申請專利範圍第4項之數位電視接收器，其中該相 位追蹤迴路包含： 一複合乘法器，用於使一相位經調整的振盪器信號乘以 I及Q信號而產生相位經調整的I及Q信號： 一限幅器，用於量化相位經調整的I信號而產生I資料信 ， 一決策導向之相位偵測器，用於使用該I資料信號決定 VSB信號之相差；及 一迴路濾波器，用於濾波該相差而產生相位經調整的振 盪器信號。 6. 如申請專利範圍第5項之數位電視接收器，其中該決 策導向之相位偵測器包含： 一減法器具有一第一輸入耦合至該〗信號及一第二輸入粞 合至I資料信號，其中I資料信號由I信號扣除而產生一 ΔΙ 信號； 一正交信號波幅處理區塊，具有該I信號作為一輸入其 具有一輸出耦合至第一乘法器之第一终端； 一正交信號正負號處理區塊，具有該Q信號作為一輸入 其具有一輸出耦合至第一乘法器之第二終端，該第一乘法 器之輸出係耦合至第二乘法器而乘以ΔΙ信號俾便產生一 相差信號其表示VSB信號之相差。 7. 如申請專利範圍第6項之數位電視接收器，其中該決

   O:\58\58537.ptc 第2頁 2000.11.06.013 4515 8 Ο _案號 88108088 月 曰 修正 六、申請專利範圍 策導向之相位偵測器中之正交信號波幅處理區塊產生Q信 號之第η次羃絕對值，其中η為整數值。 其中該正 該VSB信號 該方法包含 8. 如申請專利範圍第6項之數位電視接收器 交信號正負號處理區塊產生Q信號之正負號值 9. 一種決定殘邊帶（VSB)信號之相差之方法 具有一同相位（I)信號及一正交相位（Q)信號 下列步驟： 由I信號扣除量化I信號而產生一 ΔΙ信號； 波幅處理Q信號而產生一 Q信號之波幅值； Ο 正負號處理Q信號而產生該Q信號之正負號值； 波幅值乘以正負號值而產生一第一倍增信號； 第一倍增信號乘以該A I信號而產生一代表VSB信號之相 差之相差信號。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其令該波幅處理步驟 產生Q信號之第η次幂絕對值，其中η為整數-值。 11. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該正負號處理步 驟產生該Q信號之正負號值。 ：J

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