TWI282680B - Frequency recovery apparatus and method for use in digital broadcast receiver - Google Patents

Description

1282680 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於可用於一數位廣播接收器中的一種 頻率恢復設備與方法，且特別是關於一種粗調頻率恢復設 備與方法，其係對一種地面數位電視廣播（DVB-T )廣播 接收器中的一取樣位移有很強的阻抗。 【先前技術】

一般而言，一 DVB-T廣播系統能利用一種正交分頻 多工（OFDM )方案來執行資料傳輸/接收。 根據上述OFDM方案之基本原則，將一種具有高傳 輸速率之資料流分割成多種資料流，其中之每一種都具有 低傳輸速率，且利用多種次載波同時傳輸該分割之資料流。 由於上述OFDM方案具有多種優點，已廣泛將之用 來傳輸/接收廣播信號，其最重要的優點在於OFDM方案對 於頻率選擇性衰減或窄頻干擾有很強的阻抗。 可利用一種以多種載波間之正交性為基礎的反快速 傅利葉轉換（IFFT )有效率地實作多種載波系統。 一 OFDM接收器基本上可執行一载波恢復作業以便 將一所想信號同步化。一頻率同步化作業允許一傳輸器之 一種無線電頻率（RF )載波頻率和一接收器之無線電頻率 載波頻率一致。 傳輸器與接收器之載波頻率間的不同稱為「頻率位 移」。OFDM方案對於頻率位移之阻抗非常弱。 1282680 在根據OFDM方案傳輸的一信號中，頻率位移會導 致兩種非常嚴重的問題。一個問題是，當利用快速傅利葉 轉換（FFT )過程來解調一信號時，經由個別次載波傳輸 之該信號的強度會減低。另一個問題在於，由於發生了載 波間干擾（ICI )，無法繼續維持次載波之間的正交性。 換句話說，在OFDM方案中次載波之間的頻率區間 相對於一傳輸頻帶中者較狹窄，使得一較小頻率位移也可 能對次載波造成重大的影響。

因此，當根據 OFDM方案來傳輸/接收一所想信號 時，可將頻率同步化技術能視為能夠改進OFDM接收器之 效能的一種重要技術， OFDM方案可控制兩種模式中作業之頻率同步化動 作。上述兩種模式為一粗調頻率同步化模式以及一細調頻 率同步化模式。 粗調頻率同步化模式可估計最接近一初始頻率位移 的一種次載波區間的整數倍，且對該估計之結果進行補償。 細調頻率同步化模式估計低於鄰近次載波間之區間 的一半之一種頻率位移，且ώ估計之頻率位移為基礎來補 償一頻率。 換句話說，粗調頻率同步化方法能夠將一種高於次載 波區間之初始頻率位移減低到該次載波區間之一半或更 低。能夠利用細調頻率同步化方法來補償減低到次載波區 間的一半或更低之頻率位移。 如上所述，粗調頻率同步化方法必須估計最接近初始 6 1282680 頻率位移之次載波區間的整數倍。第1圖中闡明了上述粗 調頻率位移估計器的一種基本組態。 第1圖為一區塊圖闡明一傳統粗調頻率位移估計器。 第1圖中所示之粗調頻率估計器可執行FFT輸出信 號以及FFT輸出信號之延遲結果之間的相關性，使得其可 決定一種可作為一粗調頻率位移的一預定領航樣式之改變 值，由此可產生最大對應值。

為了決定上述粗調頻率位移，一領航樣式產生器1 2 1 在一 2k模式會產生45種領航樣式，且在一 8k模式會產生 175種領航樣式。領航樣式產生器121可產生在2k模式或 在8k模式中後置值為0之領航樣式以外其他的數值。 利用由領航樣式產生器1 2 1產生之連續領航資訊，在 一交互相關器119中，將FFT單元107產生之現用符元、 以及延遲11 7產生的延遲一符元之符元進行相關，使得交 互相關器11 9可產生其相關結果。 一估計器1 1 5可接收相關器11 9之輸出值，追蹤一資 料區間中含有之多種相關值間的一種最大值，並利用該最 大值之位置資訊來估計一粗調頻率位移。 上述頻率位移之產生，是因為通過FFT單元107之 一種接收之信號的頻率會在一頻域上移動。若沒有頻率位 移，會在一資料區間終結處的一種特定位置產生來自該相 關值間的最大值。 因此，根據最大值位置之變異能估計該粗調頻率位 移。 7 1282680 第1圖Φ & 一 f所不之一累加器113可補償上述 所產生的粗調頻率位移。 …私中 右在上述粗調頻率位移估計方法之前 時鐘位移，且钤太丄 文屋生一取樣 且該產生之取樣時鐘位移通過了 σ 一 107，FFT 單- ri 早疋 兀107會將該取樣時鐘位移轉換成一種相位變 異值’使該相位變異值對該粗調頻率位移 種負面影響。 τ π果以成一

換句話說，一般而言，若取樣時鐘位移為100ppm， 曰在對應》2k模式中的四種符元之一種預定距離的區間 上’插人或略過一種單一樣本。在8k模式的情形中，會在 對應於一單一符元之-種預定距離的區間i，插入或略過 一種單一樣本。 因此，在2k模式中一頻率位移對取樣時鐘位移之影 響稍微強了一點，但在2k模式中其對取樣時鐘位移之阻抗 非常低。 換句話說，在8k模式令，利用上述傳統粗調頻率位 2估計之設備及其方法在一預定取樣時鐘位移環境（如， 右取樣時鐘位移為l〇〇ppm ) 丁估計頻率位移時，比起Η 拉式中更為困難。 【發明内容】 相對應地，本發明係關於一種可用於一數位廣播接收 裔中的頻率恢復設備與方法，其能夠顯著排除由於先前技 藝之限制與缺點所造成的一或更多種問題。 8

1282680 本發明的一種目的在於提供一種用於估計一粗調 率位移的設備與方法，其能更正確地估計一頻率位移， 論在何種模式中。 關於本發明之額外優點、目標與特徵，部份將於下 中敘述，且習知技藝人士可藉由檢視下文說明或由本發 之實作中，更加了解。可藉由書面說明與申請專利範圍 及附隨圖示中特別指出的結構，了解本發明之其他目標 優點。 為了達到符合本發明之目的於此處具體化且廣泛 述之這些目標與其他優點，一種可用於一數位廣播接收 中以接收根據一種正交分頻多工（OFDM )方案傳輸之 位廣播信號的頻率恢復設備，至少包含：一分割視窗可 於分割第一資料單元其係由OFDM符元轉換成頻域值、 及第二資料單元其係為受到某些區間個別地延遲之第一 料單元，產生分割之資料單元，且僅會傳送來自分割之 料單元中的某些資料單元；一領航樣式產生器可用於產 一種與分割之視窗中的每一種所含有之資料單元相關聯 領航樣式；以及一交互相關器可用於執行來自在領航樣 產生器所產生之領航樣式的一種個別位置上的第一資料 元與第二資料單元之間的相關，且產生相關合成值。 在較佳的情形中，該OFDM符元為一種8k模式中 符元。 在較佳的情形中，係由一快速傅利葉轉換作業來執 該頻域值。 頻 不 文 明 以 與 描 器 數 用 以 資 資 生 的 式 單 之 行 9 1282680 在較佳的情形中，第二資料單元為由一種單一 OFDM-符元區間延遲之第一資料單元的資料。 在較佳的情形中，該分割視窗僅會傳遞分割成一預定 大小之資料區間的第一資料單元與位在分割之資料區間的 前端與後端部份之一種預定大小引入範圍區間之第二資料 單元，允許將第一與第二資料單元以外其他區間之資料後 置成0，並產生後置結果。

在較佳的情形中，該預定大小之資料區間有一種2k 模式的區間大小。 在較佳的情形中，引入範圍區間之大小係由對應於 1 7 0資料單元之一種預定大小指明。 在較佳的情形中，該分割視窗至少包含四種視窗，其 中每一種可將8k模式的一資料區間分割成各自具有一 2k 模式資料區間大小的資料區間。 在較佳的情形中，該領航樣式產生器至少包含四種樣 式產生器，其中每一種可分別產生與來自8k模式資料單元 的2k模式區間大小之資料區間相關聯之領航樣式。 在較佳的情形中，該交互相關器至少包含四種相關 器，其中每一種可執行在能夠產生來自8k模式資料單元的 2k模式區間大小之資料區間的一種單一視窗之輸出資料 以及該單一視窗之輸出資料的延遲資料兩者之間的交互相 關。 在較佳的情形中，可用於數位廣播接收器中之頻率恢 復設備至少更包含：一估計器可用於在由四種交互相關器

10 1282680 產生之交互相關值之間產生一最大交互相關值。

在本發明的另一種態樣中，提供了一種可用於根據一 正交分頻多工（OFDM )方案傳輸之一種數位廣播信號的 頻率恢復方法，其至少包含下列步驟：a )分割第一資料單 元，其係由OFDM符元轉換成頻域值、以及第二資料單元 其係為受到某些區間個別地延遲之第一資料單元，僅傳遞 來自分割之資料單元的某些資料單元，允許將剩餘的資料 後置成〇，並產生後置結果；b )產生與分割之資料區間相 關聯之領航樣式；c )在所產生與分割之資料區間相關聯之 領航樣式的個別位置上，執行第一資料單元之後置結果與 第二資料單元之後置結果之間的相關，並產生相關值；以 及d )由相關值間估計一最大相關值作為一頻率位移 必須了解，上述一般說明以及下文關於本發明之詳細 說明僅為示範與說明性質，其用意係在於對申請專利範圍 中所述之本發明提供進一步的解釋。 【實施方式】 此處將對本發明之較佳具體實施例進行詳細的參照 與說明，並在附隨圖示中闡明其實施例。 第2圖闡明對應於一單一符元中之連續領航的次載 波位置，在2k模式中將之定義為1 705個樣本且在8k模式 中將之定義為6 8 1 7個樣本。 如第2圖中所示，在2k模式中產生了 45個領航樣 式，且在8k模式中產生了 175個領航樣式。 11 1282680 然而，事實上，可將0插入至符元的一部份中，使得 該資料能進行FFT/IFFT處理。該插入之資料區間稱為一 保護頻帶。 因此，領航樣式包含於2k模式中擴充的2048個樣本 中，以及8k模式中擴充的8192個樣本中。 第 3圖闡明與頻率位移相關聯之上述交互相關器的 輸出值。

如第3圖中可得知，若一相對頻率s為0，即，若沒 有頻率位移，一相關值會達到在結束一符元之一種特定位 置上的最大相關值。 然而，若發生了頻率位移，會根據頻率位移改變該最 大相關值之位置。 該相對頻率位移係由當一實際頻率位移被一次載波 區間分割時所計算的一特定值來表明。 第4圖為一區塊圖，闡明根據本發明之一種較佳具體 實施例，可用於一數位廣播接收器之一種頻率恢復設備中 的一粗調頻率位移估計器。 下文將參照第 4圖來描述一粗調頻率位移估計器之 具體實施例。 如第4圖中所示，一粗調頻率位移估計器之具體實施 例包括一 FFT單元401 ; —延遲403 ;四種分割視窗405、 407、409、與411 ;四種分割領航樣式產生器413、415、 417、與419;四種交互相關器421、423、425、與427; 以及一估計器429。FFT單元401可接收數位OFDM符元， 12 1282680 在該接收之OFDM符元上執行一 FFT進程，並將符元轉 換成頻域值。延遲403可接收轉換成頻域值之現用資料， ▲ 並以一單一符元區間來延遲該接收之資料。四種分割視窗 _ 405、4〇7、409、與4H之每一種可接收現用資料以及已通 過延遲403之先前資料。在8k模式中，四種分割視窗4〇5、 407、409、與4H之每一種可通過對應於一 2k模式資料區 間之1 705個資料單元（或1 704個資料單元）以及對應於 • 一引入範圍之資料單元，且可將剩餘資料值後置成〇。在 8k模式中’分割領航樣式產生器413、415、417、與419 之每一種可產生對應於2k模式之45個領航樣式（或44 個領航樣式）’且允許將剩餘領航樣式後置成〇。交互相關 益 42 1、423、425、與 427 使得分割視窗 405、407、409、 與4 1 1之輸出值可和在來自分割領航樣式產生器4丨3、 415、417、與419之領航樣式的位置上之延遲4〇3的輸出 值相關’且最後可產生相關值。估計器4 2 9可利用來自交 互相關器產生之多種分割相關值間的最大相關值，估計一 | 粗調頻率位移。 下文將描述上述根據本發明之粗調頻率位移估計器 的作業之具體實施例。 FFT單元401可接收多種轉換成數位值之8k模式 OFDM符το ’在該接收之0FDM符元上執行一傅利葉轉 換，並產生合成值。 在此種情形中’若在接收之〇Fdm符元中出現一頻 率位移，OFDM符元在通過FFT單元4〇1時會產生一種頻 13 1282680 率之變異。 若在一種轉變成頻域之8k模式資料區間中的資料、 以及其他由一單一符元區間延遲之資料通過了分割視窗 405、407、409、與411，則對應於來自包括於該區間中之 上述資料間的2k模式之1 705個資料單元（或1 704個資料 單元）、以及對應於引入範圍之資料會通過上述視窗，且會 過遽剩餘資料。

在此種情形中，該引入範圍係以一種任意設定之資料 區間來表明，以便追蹤在分割之視窗中的資料區間之前端 與後端的最大相關值之一種位置變異。一般而言，將引入 範圍設定於介於-170至+170之範圍中。 第5圖闡明根據本發明可用於一數位廣播接收器之 一種頻率恢復設備的示範性分割視窗。下文將參照第5 圖敘述通過上述視窗之資料的範圍。 對於同時定義為8192個擴充之樣本且包括在8k模式 中的一保護區間之一種單一資料區間，將之分割成對應於 四種2k模式之多種資料區間以及對應於引入範圍之資料 區間。 由對應於 2k模式之 1 705個樣本組成的資料區間 (即，由0到1 7 04個資料），以及對應於在資料區間之方 向（±)中出現的引入範圍之其他資料可通過第3圖中標 示為405的一種1/4視窗。將剩餘區間之資料後置為0。 以一字符「X」來標示後置成〇之資料。 由對應於 2k模式之 1 704個樣本組成的資料區間 14 l28268〇 二:，由+ 1 705到3408個資料），以及對應於在資料區間之 標（）中出現的引入範圍之其他資料可通過第3圖中

、肩^ 4 〇 7 6A

、 種2/4視窗。剩餘區間之資料後置為〇。 區間，以此類推，介於4784至6487個資料之間的一種資料 範圍以及對應於在資料區間之方向（土）中出現的引入 窗。=其他資料可通過第3圖中標示為4〇9的一種3/4視 對應介於6488至8191個資料之間的一種資料區間，以及 資：於在資料區間之方向（土”出現的引入範圍之其他 '可通過第3圖中標示為411的一種4/4視窗。 及 由4874至6487的資料區間中之剩餘區間的資料，以 64 8 8至8 1 9 1的資料區間中之剩餘區間的資料，皆奋 後置成0。 曰 在8k模式中，分割領航樣式產生器4 i 3、4 i 5、4 i 7、 與419的每一種可產生對應於2k模式之45個領航樣式（或 44個領航樣式）。 如第2圖中所示，1/4領航樣式產生器413可從在心 二式中產生之1 7 7個連續領航樣式間，產生對應於2 k模式 之45個領航樣式（即，由〇到丨7〇4個樣式）。將除了前述 4 5個領航樣式以外的剩餘部份後置成〇。 2/4領航樣式產生器415可產生對應於2k模式的44 個領航樣式，即，由1 752至3408個領航樣式，且將除了 前述4 4個領航樣式以外的剩餘部份後置成〇。 以此類推，3 /4領航樣式產生器4 1 7僅會產生由3 4 5 6 至5112之領航樣式，4/4領航樣式產生器419僅會產生由 15 .1282680 5160至6816之領航樣式，且將除了上述領航樣式以外之 剩餘領航樣式後置成0。 交互相關器421、423、425、與427可識別由分割領 航樣式產生器413、415、417、與419產生之領航樣式的 位置資訊，在分割視窗405、407、409、與411之輸出值 以及當該分割視窗之輸出值被一單一符元延遲時所計算之 值兩者間執行相關，並輸出該相關結果。 換句話說，交互相關器421、423、425、與427的每 一種可在位於一預定位置之第一資料單元與第二資料單元 之間執行交互相關，而在前述預定位置會產生具有對應於

與427產生之個別相關計算值。 四種分割相關最大值間之一 _ 估計器429可利用來自四種分 種卓一最大值來估計一頻率位移。 的原因在於，這種利用

利用上述方法來估計頻率位移的 分割相關值之最大值來估計頻率位移含 Ϊ6 1282680 因此，亦可減低取樣時鐘位移之影響，並造成頻率位 移估計誤差的減低。 由上述說明可以了解，根據本發明可用於估計一頻率 位移的一種設備與方法，即便在8 k模式中亦能更正確地估 計一頻率位移，不論模式為何。

習知技藝人士可名牌，可對本發明進行多種修改與變 形，而不致於脖離本發明之精神與範圍。因此，本發明之 本意應包括此類修改與變形，只要其屬於附隨申請專利說 明與其等價物之範圍中。 【圖式簡單說明】 此處加入附隨之圖示以提供對本發明進一步之了解，且其 構成本說明書之一部份，闡明本發明之具體實施例（們）， 且可和文字說明一同解釋本發明之原則。圖示如下： 第1圖為一區塊圖闡明一傳統粗調頻率位移； 第2圖闡明一般連續領航位置； 第3圖闡明一種與一頻率位移相關之相關器的輸出信號； 第4圖為一區塊圖闡明根據本發明之一種較佳具體實施例 的一種粗調頻率位移估計器；以及 第5圖闡明根據本發明之示範性分割視窗。 【主要元件符號說明】

101 ADC 103 防護區間移除 107 FFT單元 109 NCO 17 •1282680

113 累加 器 115 估計器 117 延遲 119 交互相關器 121 領航樣式產生器 401 FFT單元 403 延遲 405、 407、 409 、 411 分割視窗 413、 415、 417 、 419 領航樣式產生器 421 ' 423 > 425 、 427 交互相關器 429 估計 器 18

Claims (1)

1282680 拾、申請專利範圍： 1. 一種頻率恢復設備，其可用於一數位廣播接收器中以接 收根據一正交分頻多工（OFDM )方案傳輸之數位廣播信 號，其包含：

一分割視窗，其係可用於將第一資料單元以及第二資 料單元個別地分割成某些區間（intervals )，其中該第一資 料單元係由OFDM符元轉換成頻域值，而該第二資料單元 係為關於受到延遲的第一資料單元，並且該分割視窗僅會 傳送來自第一資料單元與第二資料單元之該分割區間中之 一區間内的各資料單元； 一領航樣式產生器，其係可用於產生一種與分割之視 窗中的每一種所含有之資料單元相關聯的領航樣式；以及 一交互相關器，其係可用於執行來自在領航樣式產生 器所產生之領航樣式的一種個別位置上之分割視窗的第一 資料單元之部份與第二資料單元之部份兩者間的相關 (correlation )，且產生相關合成值。 2.如申請專利範圍第1項所述之頻率恢復設備，其中該 OFDM符元為一種8k模式中之符元。 3 .如申請專利範圍第1項所述之頻率恢復設備，其中由一 快速傅利葉轉換作業來執行該頻域值。

19 1282680 4.如申請專利範圍第1項所述之頻率恢復設備，其中該第 二資料單元為受到一單一 OFDM符元區間延遲之第一資料 單元的資料。

5 .如申請專利範圍第1項所述之頻率恢復設備，其中該分 割視窗僅會傳遞某些資料單元也就是第一資料單元中之一 種預定大小之資料區間的資料單元以及位在該預定大小之 資料區間的前端及後端之一種引入範圍區間之資料單元， 允許將預定大小之資料區間以及引入範圍區間以外的剩餘 區間之資料單元後置（P a d d e d )成0，並產生後置結果。 6.如申請專利範圍第5項所述之頻率恢復設備，其中該預 定大小之資料區間擁有一種2k模式區間大小。 7.如申請專利範圍第5項所述之頻率恢復設備，其中該引 入範圍區間之一部份的大小係由對應於1 7 0資料單元之一 種預定大小指明。 8 .如申請專利範圍第5項所述之頻率恢復設備，其中該分 割視窗至少包含四種視窗，其中每一種可傳遞該預定大小 之資料區間中對應於一 2k模式區間大小的資料單元，以及 一 8k模式區間大小中之資料單元以外的引入範圍區間中 之資料單元。

20 1282680 9.如申請專利範圍第8項所述之頻率恢復設備，其中該領 航樣式產生器至少包含四種樣式產生器，其中每一種可由 來自8k模式資料單元中產生與2k模式區間大小之資料區 間相關聯之領航樣式。

1 0.如申請專利範圍第8項所述之頻率恢復設備，其中該 交互相關器至少包含四種相關器，其中每一種可在由一單 一分割視窗傳遞之一種第一資料單元中的輸出資料以及第 二資料單元中的輸出資料兩者間，執行交互相關，前述第 二資料單元由該單一分割視窗在所產生與分割視窗傳遞之 輸出資料相關聯的領航樣式之個別位置所傳遞。 11.如申請專利範圍第1 〇項所述之頻率恢復設備，其更包 含： 一估計器，其係可用於在由四種交互相關器所產生之交 互相關值之中產生一最大交互相關值。 12· —種可用於根據一正交分頻多工（OFDM)方案傳輸之 一數位廣播信號的頻率恢復方法，其包含下列步驟： a )分割第一資料單元其係由 OFDM符元轉換成頻域 值、以及第二資料單元其係為受到某些區間個別地延遲 之第一資料單元，僅傳遞來自分割區間中的資料單元中

21 @/>月替換頁 1282680 第ffp丨號專利年P月修正 的某些資料單元，允許將剩餘的資料後置成〇，並產生 後置結果； b )產生與分割之資料區間相關聯之領航樣式； c )在所產生與傳遞之資料區間相關聯之領航樣式的個 別位置上，執行第一資料單元之後置結果與第二資料單 元之後置結果之間的相關，並產生相關值；以及 d )由相關值間估計一最大相關值作為一頻率位移。

1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之頻率恢復方法，其中： 步驟a )中之OFDM符元為8k模式中之符元。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項所述之頻率恢復方法，其中： 由一快速傅利葉轉換方法來執行步驟a )中之頻域值。

1 5.如申請專利範圍第1 2項所述之頻率恢復方法，其中： 步驟a )中之第二資料單元為受到一單一 OFDM符元區間 延遲之第一資料單元的資料。 1 6.如申請專利範圍第1 2項所述之頻率恢復方法，其中 該步驟a)包括下列步驟： 分割步驟，其係用以將第一與第二資料單元分別分割 22 1282680 成四部份，其中每一者擁有一 2k模式區間大小； 傳遞步驟，其係用以傳遞一 2k模式區間大小之一種資 料區間以及包含於位在具有 2k模式區間大小之資料區間 的前端與後端部份之一種預定大小之引入範圍區間中的資 料單元；以及 允許步驟，其係用以允許將剩餘區間中除了傳遞之資 料區間以外的部份後置成0。

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