TWI324466B - Carrier recovery circuit and method - Google Patents
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Description
1324466 • 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於正交分頻多工（〇rth〇g〇nal Frequency Division Multiplexing, 〇FDM)，尤指正 交分頻多工系統内的載波回復電路和載波回復的方法。 【先前技術】 在載波回復（Carrier recovery)中，估計一個傳送器 • 和接收器之間的載波頻率偏移能將傳送器和接收器之間的載 波頻率同步化。近年來，正交分頻多工（Orthogonal
Frequency Division Multiplexing, qfdm)的重要性 已獲付廣泛的庄思，尤其當正交分頻多工系統中每個子頻道更 緊密的配置在一起時，對於擷取資料而言，以精確的載波解調 ' 變變得相當重要。 在正父分頻多工系統中，傳送器在頻域子頻道調變資料 時，每個子頻道皆有-個相對應的子載波，然後傳送器將已在 • 子頻道調變的資料和一帶有載波頻率fct的載波調變在一 起，並且將載波機的資料轉換到時域，續由無線頻道傳送 到接收器。接㈣用帶有載波頻率fGr的當地載波訊號t 解調變’使得資料可以復原。如果接收器載波辭fcr和傳 送器載波頻率fct的頻率不同，接收器就不能正確接收資料， 所以需要載波回復方法將兩邊的訊號頻率同步化。 習知技術中使用兩個連續之正交分頻多工符號可以估計 載波頻率偏移’且兩個連續之正交分頻多工符號之關係為將第 -符號移動-相位差之後即等於第二符號，其中，此正交分頻
Client’s Docket No.:VTT05-0075 TT's Docket No:0608-A40454-TWFl.d〇c^Kathy Chuang /2006-06-01 1324466 夕工付號稱為"導頻符號（pilot symbol) 〃或"訓練序列 (training sequences)"，此相位差為 exp[j2n(wT)]，而且表示傳送器和接收器之間的裁 波頻率偏移（fcr _ fct) ，τ為一個正交分頻多工訊樞 (frame)的取樣期間。 王
為了執行載波回復’在傳送器中，導頻符號被加入每個正 交分頻多工訊框内然後被接收器接收，以藉由比較兩個連續正 父分頻多工訊框的導頻符號以產生頻率偏移值Af。第1圖顯 示驾知技術中兩個連續正交分頻多工訊框的導頻符號之調變 號分佈圖（constellation diagram) ’因為在調變號分佈 圖中，每個點皆代表每一符號之數位資料被轉換到頻域時之相 對應的相位與振幅，所以從每個點在圖中所佔據的位置可以得 知各不同點之間的相位差，因而從這些相位差便能得知各不^ 符號之頻率差異。本圖式包括第一正交分頻多I符號的導頻符 號100a、b、c、d和第二正交分頻多工符號的導頻符號丄⑽二 b、 c、d »導頻符號100a、b、c、d和導頻符號、匕、 c、 d間分別的角度差Λθ由下列式子來獲得解偏移值^ : Δί = ΔΘ / (2n*T) (i) 第2a和2b圖顯示習知技術中之載波回復電路的方塊圖。 參考第2a圖’顯示-習知接收器，包括延遲元件_、 解調變器202a和202b’頻域轉換器2〇4時2〇扑、相位差 偵測器2〇6、濾波器2〇8、振盪器21〇、和等化器212。 收器初始化之後，當接收到目前資料Dl時，接收 收目前貢料Di並且保存延遲元件200内的先前資料d ，缺
Client’s Docket No.:VTTO5-0075 TT^ DocketNo:0608-A40454-TWFl.doc/Kathy Chuang/2006-05 30 1324466 後解調變器202a和202b估田& 咖I和目前資料載， 和204b卜將先前資料Di 在頻域轉換器204a 域’在等化器2!2中，頻率等化先二^、Dl由頻域轉換到時 而在相位差偵測器206中，由先1和目』前資料Dl， 獲得各相對應的導頻符號，並^由^^和目前資料仏中 的頻率偏移，振= = Δ，決定兩者間 -△ f解調變資料Di和下—個資料I Μ接耆用更正頻率 參考第2b圖，顯示一習知接收器处，包括 頻域轉換器222、緩衝5| 224 4 解調k咨220、 228、振盪器23。：等^ 調變、轉換、以及在镑接收器此具備接收、解 以及在緩衝益224内保存先前資 卿 變目前資料Di，接著在頻域轉換器：二力，， 孚目刖貝料h由頻域轉換到時域，而由緩衝器 資料Dl ’等化H 232辭糾切 ° $目前 f相位細器-中，由先前氣和目二二 相對應的導頻符號，並藉由滤波器228過據頻率偏料^ =組成以及，率偏…決定 ==，，_ 更，二 因為接收器2a和2b使用兩個連續資料 符號來計算頻―4 = ;: = 遲，並且f路會辭_。所以本發日卿了—種電路和^
Client’s Docket N〇.:VIT05-0075 IT's Docket No:0608-A40454-TWFl.doc/Kathy Chuang /20〇6-〇5.3〇 1324466 法，用以減低頻率偏移的計算延遲和簡化接收器電路。 【發明内容】 有鑑於此，本發明提出一種載波回復電路（carrier rec〇very circuit)，用以接收正交分頻多工 ^〇rthogonal Frequency Divisi〇nMuitipiexing,正 父分頻多工）資料，此載波回復電路包括一解調變器、一頻域 轉換器、-等化器、-頻率偏移偵測器、和—補償器。解調變 器用一載波訊號解調變上述正交分頻多工資料。頻域轉換器搞 接到上述解調變器，轉換上述解調變的正交分頻多工資料到頻 域。等化器輕接到上述頻域轉換器，等化上述轉換的的正交分 頻多=資料。頻率偏㈣測器輕接到上述等化器，從上述等化 2二2多工#料中’操取一相位參考資料’根據上述相位 二考貝，和上述載波回復電路内1定㈣，決定一頻率偏 ㈣输到上賴率偏㈣㈣， 補償上述载波訊號。 义用千m移 时此外’本發明另提出—_波回復魏，包括 态、一頻率偏移偵測器、和一 〜產生 訊號由—輸入㈣產生—相波 路内之-預定 1:決考述載波回復電 率偏移她絲㈣峨糊上述頻 上述相位參考資料和上述载波回復電路内之；定==
Client's Docket No.： VIT05-0075 頻率偏移；以及根據上述頻率，補償補償上述載波訊號。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下。 【實施方式】 ^在此必須說明的是，於下揭露内容中所提出之不同實 施例或範例，係用以說明本發明所揭示之不同技術特徵， 其所描述之特定範例或排列係用以簡化本發明，然非用以 限定本發明。此外，在不同實施例或範例中可能重覆使用 相同之參考數字與符號，此等重覆使用之參考數字與符號 係用以說明本發明所揭示之内容，而非用以表示不同實= 例或範例間之關係。 & 雖然本發明之揭露用於一正交分頻多工系統，揭露之 電路和方法也可以適用於其他系統，熟習此技藝者可以根 據本發明的精神作適當地調整。 第3圖顯示本發明實施例中之载波回復電路的方塊 圖’包括符號產生器30 ’頻率偏移偵測器32，和補償器 34。符號產生器30耦接到頻率偏移偵測器32、補^器 34、然後到符號產生器30。載波回復電路3可以用於一 接收器，用以達成傳送器和接收器間之載波頻率同步化 (carrier frequency synchronization) 〇 符號產生器30從傳送器接收輸入資料Din，用更正頻 率-Δί對輸入資料Din執行載波解調變，用以產生相位失 考資料Dp。相位參考資料Dp是傳送器和接收器都事先知
Client's Docket N〇.:VIT05-0075 TT*s Docket No:0608-A40454-TWFl.doc/Kathy Chuang/2006-05-30 I的特定符號，在傳送前置人於輸人資料Din，而且可 从為一導頻符號（pilot symb〇1)。輸入資料❿可以為 —正交分頻多工資料，一分頻多工（Freguenq 二1S1〇n Multiplexing，FDM)資料，或任何帶有相 位多考資料的訊號。輸人資料Din在傳送器内調變並且傳 运到接收ϋ。此外，在傳送n的傳送器载波解fct可能 和接收器載波頻率fcr不同’因此需要载波頻率回復 (carrier frequency recovery) 〇 頻率偏移偵測器32能接收來自符號產生器3〇的相位 :考資料Dp並根據相位參考資料Dp和一預定資料 以決定頻率偏移Μ。頻率偏移Af為在接收器的傳送器載 波頻率fCt和接收器載波頻率fcr的頻率差別。預定資料 DPre為傳送器和接收器都知道的上述預定符號。接收哭可 =事先估計或儲存Dpre。Dpre可以料頻符號或任何合 適的參考訊號。
頻率偏移Af，用 fct和接收器載 補償器34由頻率偏移偵測器32接收 以補償頻率偏移，和同步傳送器載波頻率 波頻率f c r。 第4圖顯示第3圖中之載波回復電路的詳細方塊圖， 其中符號產生器3G包括解調變器3QQ、頻域轉換器3〇2、 等化器3Q4，頻率偏移偵測器32包括相位_器32〇、 濾波器322,以及補償器34包括振34〇。解調變器 3〇0搞接到頻域轉換@ 302、等化器304、相位债測器 32〇、濾波器322、振盪器34〇、然後到解調變器_
Client's Docket No.：VIT05-0075 TT's Docket N〇:0608-A40454-TWF1 .doc/Kathy Chuang /2006-05-30 11 解調變器3〇0使用更正頻率-Af對輸入資料Din執 订载波解調變，接著頻域轉換器3〇2將輸入資料Din從時 域轉換到頻域，等化器3〇4頻率等化輸入資料Din用以移 除頻道選擇性衰落效應（channel selective fading effect)。解調變器300可以為一乘法器，將輸入資料 Dln和接收器载波訊號Scr相乘。頻域轉換器3〇2應用離 政傅力葉變換（Discrete Fourier Transform, DFT) % 廣算法將輸入資料Din由時域轉換到頻域。離散傅力葉變 換演算法可以是快速傅力葉變換（Fast Fourier Ti：anSform' FFT)。輸入資料〇;111包括資料符號和相位 參考資料Dp。 相位偵測器32〇接收相位參考資料Dp，估計相位參考 資料Dp和預定資料Dpre間的相位差Δθ，並且根據相位 差ΔΘ和下列方程式產生頻率偏移。 Δί = ΔΘ/(2πΝ) (2) 鳙 其中Af是頻率偏移； △Θ是相位差；以及 N是正交分頻多工資料的取樣數目。 濾波器322接著將不想要的頻率組成過濾掉並且輸出 頻率偏移Af。最後，振盪器340由濾波器322獲得頻率 偏移Af，根據頻率偏移調整以及產生更正頻率_八£， 使知傳送器和接收器的輸入資料Din同步。振盪器340 可以是數控振盪器（Numerically controlled Oscillator, NCO)或電壓控制振盪器（v〇ltage
Client’s Docket No.:VTT05-0075 TT's Docket No:0608-A40454-TWFl.doc/Kathy Chuang /2006-05-30 12 1324466
Controlled Oscillator, VCO) 〇 第5圖顯示本發明實施例中之載波回復方法的流程 圖，應用於第4圖中之載波回復電路。 在初始化之後，步驟ss〇2中解調變器3〇〇接收和解 調變輸入資料Din。 步驟S5〇4中，頻域轉換器3〇2將輸入資料Dh由時 域轉換到頻域，藉此由相對應的子載波擷取相位參考資料 • 〇Ρ。上述頻域轉換可以由離散傅力葉變換實現。離散傅力 葉變換演算法可以是快速傅力葉變換。 下-步在步驟S5Q6中，等化器3。4頻率等化輸入資 料Din，用以移除頻道選擇性衰落效應，使得相位參考資 料DP可以和載波回復電路3内的預定資料Dpre比較。、 • 步驟S5〇8中，相位偵測器32〇獲取相位參考資料 Dp，並且估計相位參考資料Dp和預定資料Dpre之間的 相位差ΔΘ。相位偵測器32〇只藉由一單獨正交分頻多工框 • 之相位參考資料DP以及載波回復電路3内的預定資料
Dpre，來決定頻率偏移，使得頻率偏移 比第2圖中之接收器2#2b來的快。的十异速度 接著步驟S510巾’相位债測器32〇用方程式2和相 位差ΑΘ產生頻率偏移Af。 步驟SS12中，濾波器322從相位偵測器32〇的輸出 過濾不想要的頻率組成，用以產生送到振盪器“Ο的頻率 偏移Af。 步驟SSI4中，振盪器振盪器34〇用頻率偏移μ補償
Client's Docket No.：VIT05-0075 TT^ Docket N〇:0608-A40454-TWF1 .doc/Kathy Chuang /2006-05-30 13 1324466 更正頻率-Af，藉此移除頻率偏移Af。 載波回復方法5〇接著回到步驟ss〇2用更正頻率* 解調變輸人資料Din’並且重複步驟S5Q2、s5〇4、s5〇6、 卿8、S51Q、S512、和S514—直到方法⑼完成。 第6圖顯示本發明實施例中之調變號分佈圖 (constellation diagram)，使用第5圖之载波回復 方法50 ’包括相位參考資料6術、卜c、d和預定資料 602a>、t)、c、d〇 、 在載波回復方法50初始化之後，步驟S5Q2用更正頻 率-Μ解調變輸入資料Din，步驟S5〇4轉換輸入資料仙 到頻域，㈣S506頻率等化輸入資料如，然後由輸入 資料Din擷取相位參考資料Dp。相位參考資料Dp為相位 參考資料6_、b、c、d中之一。步驟ssl〇甲，如果相 位參考資料600a為相位參考資料郎，相位差糊是相位 參考資料6〇〇a和預定資料間的相位差施。步驟 ssi2中，頻率偏移Afa由聊2產生’於步驟μ工*中將 頻率偏移Afa從載波頻率移除，並且在步驟ss〇2 _，使 用補償過的頻率偏移Af解調變輸入資料Din。 本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和 範圍内，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示習知技術中兩個連續正交分頻多工框的導頻
Client's Docket No.:VIT05-0075 TT's DocketNo:0608-A40454-TWFl.doc/Kathy Chuang/2006-05-30 1^24466 符號之調變號分佈圖。 ϊ 和顯技術中之載波回復電路的方境圖 =3圖顯不本發明實施财之餘回復電路的方塊圖。 第4圖顯示第3圖中之載波回復電路的詳細方塊圖。 第5圖顯示本發明實施例中之毅回復方法的流程圖。 第6圖顯示本發明實施例中之調變號分佈圖。 【主要元件符號說明】
200 -延遲元件；2〇4a,b _頻域轉換器；2〇6 _相 位差偵測器；208 -濾波器；21〇 —振盪器；212 _ 等化器；222 -頻域轉換器；226 -相位偵測器；228 慮波器’ 230 -振盤器；232 -等化器；30 -符號 產生器；32 -頻率偏移偵測器；34 一比較器；3〇 -符號產生器；300-解調變器；302 -頻域轉換器；3〇4 -等化器；32 -頻率偏移偵測器；320 -相位偵測器； 322 -濾波器；34 -比較器；340 —振盪器；S500 -初始化；S5〇2-用更正頻率-Af解調變輸入資料Din; S5〇4_將輸入資料Din由時域轉換到頻域；S5〇6_專 化輸入資料Din; S5〇8 -以相位參考資料Dp和預定 資料Dpre來估計相位差ΔΘ; S510 -根據相位差Δθ產 生頻率偏移Af ; S512 -將頻率偏移Af分離出來； S514 -以頻率偏移Af補償更正頻率-Af。
Client’s Docket No.:V1T05-0075 TT's Docket No:0608-A40454-TWFl.doc/Kathy Chuang/2006-05-30
Claims (1)
- 修正本 案號095119377 98年4月20日 游抑10日修正替換頁 十、申請專利範圍： 種載波回设電路（carrier recovery circuit)，接收正交分頻多工（〇rth〇g〇nai Freguency D：LvlslonMultiplexing，〇fd⑷資料，該電路包括： 一解調變LX利用―載波訊號解調變上述正交分 工資料； ' >頻域轉換g ’麵接到上述解調變^，帛以將上述解調變 的正交分頻多工資料轉換到頻域； 等化裔，耦接到上述頻域轉換器，用以等化上述已轉換 到頻域的正交分頻多工資料； ，率偏私L，_接到上述等化器，用以從上述已等 二:;::多工資料中’擷取-相位參考資料而根據上述相 率偏irf=述載波回復電路内之-預定㈣以決定一頻 率偏：==r移偵測器’_據上述頻 其中上 述相作* 專利㈣第1項所述之载波回復電路 κ '考資料是一導頻符號（Pilot symbol)。 其中上 述頻第1項職之触回復電路 考資料和上’麵接到上述等化器，用以估計上述相位參 貝糾上_定簡_-相位差ΛΘ;以及 頻率偏移她’減到上述她㈣根據上述 16 1324466 碎年翊必日修正聲換頁 相位差ΔΘ以產生上述頻率偏移△【。 4·如U利範1)第！項所述之載波回復電路，其中上 述解調憂Htc-乘法器，將上述正交分頻多玉資料乘以上述载 波訊號。 5·如申請專纖圍第i項所述之紐回復電路，其中上 述頻域轉換器使用離散傅力葉變換（Discrete F〇urier Transform)轉換上述解調變的正交分頻多工資料到頻域。 6·如申叫專利範圍第3項所述之載波回復電路，其中上 述頻率偏移Af為： ’、 △f = Αθ/ (2πΝΤ8) 其中Af是上述頻率偏移； △Θ是上述相位差； Ts疋上述正交分頻多工資料的取樣週期，·以及 N是上述正交分頻多工資料的取樣數目。 7· 一種載波回復電路，包括： 付號產生态，用以利用一載波訊號，以從一輪入資料 中，產生一相位參考資料； 一頻^偏移躺器，祕到上述符號產生ϋ以從上述 相位參考㈣和上述載波喊電_之—敎資料以決定一 頻率偏移Af ;以及 補4貝器，耦接到上述頻率偏移偵測器，用以根據上述 率偏移Af以補償上述載波訊號。 8·如申料利翻第7項解之載波回復電路，其中上 17 鄉V月切日修正替換頁 述相位參考資料是-導頻符號（Pilot symbol) 〇 9.如冑請專鄕㈣7項所狀載肋 述輸入資料是一正交分頻多工資料。 其中上 述二1=圍第7項所述之載波回復電路，上 和上：:=的耦:::=:計上述相位參考資料 差△====墙目位娜，根據上述相位 上述觸1Q娜之編復電路，其中 = Δθ/ (2πΝΤ3) 其中Af是上述頻率偏移； △Θ是上述相位差； Ts是上述正交分頻多工資料的取樣週期；以及 N疋上述正交分頻多工資料的取樣數目。 H Γ1如申請專利範圍第7項所述之載波回復電路，其中上 、 祕麵率偏移仙器和上述符 儿生斋，並用上述頻率偏移調整上述載波訊號。 13.如申請專利範圍第7項所述之載波回復電路， 述付號產生器包括： ，'平上 一解調變器，用 料；以及 以利用上述載波訊號解調變上述輸入資 18苹變^^換11，_彳上述解調㈣，_用離散傅力 茶交換以將上述解調變的輸入資料轉換到頻域。 傅力 卜、二4广申請專利範圍第13項所述之載波回復電路， :==::，_上述頻域轉換器- 15.種载波回復的方法，用於一接收器，包括： 利用一载波訊號，以從—輸人資料中，產生一她參考資 攸上述相位參考資料和一載波回復電路内 料’決定一頻率偏移心；以及 預疋-貝 根據上述頻率偏移Δ£,補償上述載波訊號。 16.如申請專利範圍第15項所述之載波回復的方法，苴 中上述相位參考資料是一導頻符號（PUot symboD。，、 7··如申请專利範圍第15項所述之載波回復的方法，且 中上述決定步驟包括： /、 估叶上述相位參考資料和上述預定資料間的一相 △Θ ;以及 & 根據上述相位差，產生上述頻率偏移Af。 18.如申請專利範圍第17項所述之載波回復的方法，其 中上述頻率偏移Af為： 一 Δί = ΔΘ/(2πΝΤ8) 其中Af是上述頻率偏移； △Θ是上述相位差； 19 1.324466 •離月切日修正替換頁 Ts是上述正交分頻多工資料的取樣週期；以及 N是上述正交分頻多工資料的取樣數目。 19.如申請專利範圍第15項所述之載波回復的方法，其 中上述補償步驟包括利用上述頻率偏移調整上述載波訊號。 2〇.如申請專利範圍第ls項所述之載波回復的方法，其 中上述產生步驟包括： 利用上述載波訊號解調變上述輸入資料；以及 利用離散傅力葉變換以將上述解調變的輸入資料轉換到 頻域。 21.如申請專利範圍第2〇項所述之載波回復的方法，其 中上述離散傅力葉變換是快速傅力葉轉換（Fast Fourier Transform, FFT)。 22 .如申請專利範圍第15項所述之载波回復的方法，更 包括等化上述轉換的輸入資料。 2；Β·如申請專利範圍第15項所述之載波回復的方法，其 中上述輸入資料是正交分頻多工資料。 20
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2006
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