TWI335165B - Timing synchronization for m-dpsk channels field of the disclosure - Google Patents

Description

^35165 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明與無線數位通信系統有關，更 尺荷心言夕盘伟田墓 分相移信號之數位同步有關。 、 先前申請案之參考 此申請案已於2003年3月19曰在美國提 、㈢托出專利申請，申 請案號為10/391,978。 【先前技術】 二進制資訊自一發 組狀態。此等符號 元。每一符號可表 在數位通信中，會透過一序列符號將 射器傳達至一接收器且每一符號具有一 之不同狀態係用以表示欲發送之資訊位 示一或多個位元。 在無線數位通信中’欲發射之信號係藉由將其頻率中心 偏移至稱作載波頻率之-特定_而進行調變。—特定的 調變方法係在某-稱作符號週期之週期之持續時間期間改 變載波頻率之相中符號之相表示數位資訊。此調變方 法係稱作相移鍵控（phase shift keying ; PSK)。 在接收器中摘測PSK調變符號需要發射器本地振盪器頻 率與接收器本地振盪器頻率之間精確匹配。兩頻率之任何 失配將降低在接收器中恢復資訊位元流之能力。兩振盪器 之間的頻率差異如接收器中所見係稱作載波頻率誤差。頻 率誤差對接收器可靠性之影響可藉由使用差分相移鍵控 (DPSK)調變而最小化，其中將資訊位元編碼到目前符號盘 先前符號之相差異中。若相差異具有_狀態，則差分相 1335165 移鍵控（DPSK)調變係稱作Μ差分相移鍵控（M_DpSK)調 變。 · 在差分相移鍵控（DPSK)之最簡單版本（稱作2差分相移鍵 控（2-DPSK))中，在任何相鄰符號之間存在兩個可能的相 差異，通常為零與180度（7Γ弧度因而每一符號表示一位 几。藉由使用多於兩個的相狀態，多個位元可由每一符號 表示。例如，4差分相移鍵控（4_DPSK)表示每一符號需要4 個可能的相差異之兩位元。一般言之，將此類調變方法指 定為Μ差分相移鍵控，其中撾係可能的相改變之整數，通 常為2之冪且每一符號表示log2(M)個位元。 在夕個發射器共用一通信通道之數位通信中，單一發送 中所包含的發送符號序列係、组織在具有特定格式之一封包 中。封包通常包含不同攔位’例如用於自動增益控制 (automatic gain control ; AGC)之序言攔位、用於接收器在 時序與載波頻率方面與發射器同步之同步欄位、訊息⑴搁 位、誤差校正攔位以及資料承載搁位。4了接收一封包， 接收器必須將其區域頻率及封包到達時序與發射器之區域 頻率及封包到達時序同步。該特定數位通信實施標準之一 範例已知一般稱作藍芽高速。 在接收II與發射器之間執行時序同步所廣泛使用之—方 法係計算進入接收信號與一預定同步圖案信號之相關。在 相關操作中’接收器將-序列表示敎同步圖案信號之值 與-序列所接收信號值相乘並將此等乘法結果求和以认出 相關。當相關結果超出某一臨限，接收器決定已债測到一 1335165 封包到達且到達時間係用以標記上述每一攔位之位置。此 程序係稱作時序同步對於每一相關計算，需要計算一序 列乘法與加法且每一乘法係兩個多位元值相乘。接收到每 樣本時的要計算該相關。》了正規化相關以補償未知的 進入接收信號之功率位準，需要額外的電路。此正規化操 作需要與相關等級相同的計算’導致傳統的功率與成本效 率低的同步方法。 因而，在無線通信系統中需要便於功率與成本高效之一 時序同步之方法與設備以偵測封包到達。 【發明内容】 以下說明應用於2差分相移鍵控通道上所發送封包之時 序同步之本發明之一較佳具體實施例。任何熟習此等技術 者可谷易地將該等方法擴展到任何其他M差分相移鍵控系 統。 在圖1中，解調變器10接收所發射之一信號5，其中載波 頻率已使用2差分相移鍵控進行調變。通常所發射信號為 一無線信號，例如一遵循藍芽高速或中速標準信號或一遵 循802.11(b)標準信號。解調變器1〇移除載波頻率以產生一 2差分相移鍵控基頻信號15。信號15係一複數值信號，信 號15之實數部分係同相信號⑴且信號之虛數部分係稱作正 交信號。 一類比至數位（Analog-to-Digital ; A/D)取樣模組20自複 數值IQ信號15產生兩序列數位樣本值。視圖26說明所取樣 信號25，其中表示兩符號。兩符號之每一個之中心已指 90821 1335165 不。所說明每一符號之四個樣本處之取樣 取樣逮率；然而可使·用其他取樣迷率。、、/…、里’ 同步偵測模組30使用所取樣的2差 25以產生-㈣鍵控基頻信號 * - ^ 1 '、樣本間隔片斷45之值以 表不封包到達時序或封包之開始。 Λ 更明確吉之，符號中心 樣本索引35與樣本間隔片斷45識別封包中—特定符號中心 之位置’通常為同步圖案之第一符號。所伯測之此時序將 用以導出封包剩餘欄位之時序。參考表示—同步圖案信號 =一部分之視圖38 ’符號中心樣本索引35指示符號中心先 則之一樣本；樣本η+2係已進行索引或已識別樣本。樣本 間隔片斷45對來自符號中心樣本索引35之符號中心提供一 精確的時間估計。樣本間隔片斷45之值表示樣本週期之用 以提供一更好的時序解析度（與僅由一特定樣本之索引所 獲得之解析度相比）之一部分。 【實施方式】 在圖2中，一相差分偵測模組110使用複數值之所取樣2 差分相移鍵控基頻信號25以產生相差分樣本丨丨5，其係表 示具有一符號分離度之兩信號值之間之相差異之複數值。 符號分離度應理解為每一符號之樣本數目，不包括重疊部 分。例如’如本文所述具有一符號間隔之兩帶符號樣本應 為圖26中的樣本11+1與11+5。 在一位元相關模組12〇内部，一位元恢復模組122使用相 差刀樣本115以產生一候選位元流12 7 ’ 一二進制相關模組 126使該候選位元流127與一預定同步位元圖案124相關以 1335165 產生位το相關值125。預定同步位元圖案124係一序列單一 位元，其表示一特定同步圖案將產生之一預期序列的單一 位元值。將參考圖3更詳細地論述位元相關模組之操作。 在一信號相關模組丨30内部，一樣本相關模組132使相差 刀樣本115與-預定同步符號圖案i 34相關以產生信號相關 值135。由於符號中心處的信號值大小係相等的（雖然其極 化係不同的）’故可㈣—序列表示同步圖案信號在其符 號中心處之信號值之位元表示預定同步符號圖案134。藉 由此做法，相關操作中的乘法與加法/減法簡化成僅為加 法/減法，從而大幅度降低成本與功率。在一具體實施例 中，預定同步符號圖案134係與預定同步位元圖案124關 聯，因為其可與預定同步位元圖案124；Nj^信號相關值 135表示以使用每一第四樣本之樣本速率之一相關值。為 了增強計算效率，對於每一符號僅採用一樣本（假設位於 符號中心）來計算信號相關值135。參考圖4。採用此有效 的方法，將預定同步符號圖案134減少為一序列由+15或_18 所表不之符號值，從而將乘法簡化為加法與減法。 時序偵測邏輯模組14〇内的資料封包偵測模組142使用位 疋相關值125以產生-峰值到達指示器。峰值決定模組144 使用峰值到達指$ ϋ與信號相關值135以產生符號中心樣 本索引35與樣本間隔片斷45。 在圖3中顯示，藉由相差分偵測模組u〇自複數值之所取 樣2差分相移鍵控基頻信號以計算出複數值相差分樣本 115°來自信號25之每-複數樣本乂⑻係與早出現—符號時 1335165 間之複數樣本之共軛相乘。使用複數共軛計算產生兩樣本 之相差異。 在位元恢復模組122中，相差分樣本丨15之實數部分係與 一零臨限比較以自相差分樣本115產生候選位元流127，其 中所採用之候選位元流127之每一位元具有+1或_丨之一 值。在此具體實施例十將相差分樣本丨15之虛數部分忽 略，原因係已採用1作為相差異零度並採用〇作為相差異 180度對預定同步位元圖案124進行編碼。在二進制相關模 組126中，具有κ個位元每一個具有+1或_丨之一值） 之預定同步位元圖案i 2 4係以樣本速率與來自一丨位元偏移 暫存器中所儲存之候選位元流127之位元相關以產生位元 相關值125。所示具體實施例具有4個樣本之一符號分離 度。此相關結果，即每一樣本時間期間一多位元數位值組 成位元相關值125。應明白，因為模組126中之相關使用簡 單的單一位疋值乘法而非標準信號相關中所使用的成本高 甚多的多位元數位值乘法，所以可實現高效率。 圖4顯不信號相關模組13〇之一特定實施方案。具有κ個 單位元值s*)且每一個具有+1或-1之一值之預定同步 符號圖案134係藉由樣本相關模組ι32按符號分離度（每一 第四位元）與相差分樣本115相關。該等結果係儲存於一先 進先出之暫存器堆疊中，用於儲存多位元值。此相關結 果’即每一樣本時間期間一多位元數位值組成信號相關值 135。應明白’因為相關模組132中所使用之樣本係按符號 分離度且因為預定同步符號134係一序列+15或_ls，所以樣 90821 -11- 1335165 本相關模組132中的乘法係簡化成加法或減法。 圖5顯示時序偵測邏輯模組⑽之―特定具體實施例。資 料封包债測模組142中的暫存器㈣與邮）連續儲存位元 相關值125之兩連續值。當㈣中之值係大於臨限P(適於 以封包格式所使用之特定同步圖案）且邮）中之值係小於 R/(4)中之值時，已㈣到同步圖案或封包且峰值到達指示 器已判定（其啟動峰值決定模組丨44)。 峰值決；t模組！44連續儲存五個連續的信號相關值135。 此等值係儲存於暫存器〜⑴至Ri⑺中。信號相關值_ 與位凡相關值R2(4)對應於相同的樣本時間，如㈣⑼與 汉2⑺-般。當設定峰值到達指示器時，暫存器〜（以 Rl(5)中之值係橫跨緊接在+值到達指示器之前之符號時間 之W相關值。模組144中之—峰值調譜演算法選擇暫存 以⑴至R1(5)，將具有最大值之暫存器作為符號中心樣 本索引35。最大值及其2個鄰近值係用於一多項式估計中 以求出-二次（二度）多項式曲線峰值。基於與符號相關值 匹配之-非線性多項式之此峰值表示實際峰值到達時間 (具有-更高的解析度）。符號中心樣本索引35係先於實際 峰值之樣本索引，且樣本間隔片斷45表示自符號中心樣本 索引35至所估計之實際峰值之片斷樣本間隔。 a本申請案中的各種功能與組件可使用一資訊處理機例如 資料處理器或複數個處理裝置來實施。此類資料處理器可 為微處理器、微控制器、微電腦、數位信號處理器 '狀態 機、邏輯電路及/或基於操作指令或以預定義方式操作數 90821 -12- 1335165 位資訊之任何裝置。一般言之，各種功能及由方塊圖所表 示之系統可較容易地由熟習此項技術者使用本文所列出之 —或多個實施技術進行實施。當使用用於發出指令之一資 料處理㈣’指令可儲存於㈣H該記憶體可為一 ^ 一記憶體裝置或複數個記憶體裝置。該記憶體裝置可為唯 讀記憶體I置、It機存取記憶體裝£、磁^記憶體、軟碟 記憶體、硬碟機記憶體、外部磁帶及/或任何儲存數位資 訊之裝置。應明白，當資料處理器透過一狀態機或邏輯電 路實施其-❹個功能時’儲存對應指令之記憶體可叙入 包括一狀態機及/或邏輯電路之電路内，或該記憶體可能 係不必要的，因為使用組合邏輯執行該功能。該資訊處理 機可為-系統或-系統之部分’例如電腦、個人數位助理 (personal digital assistant ; PDA)、手持運算裝置、電境視 訊盒、具有網際網路能力之裳置如蜂巢式電話及類似者。 先前對圖式之詳細說明係參考形成本發明之一部分的隨 附圖式中已圖解顯示本發明得以實施之特定具體實施 例。此等具體實施例的詳細說明已足以使熟習此項技術者 實施本發明’而且應瞭解可利用其他具體實施例並且可進 行邏輯、機械、化學及電改變而不會背離本發明的精神或 範圍為了避免m此項技術者實施本發明所不必要的 細節，，說明可賓略熟f此項技街者所已知的某些資訊。此 外併入本毛明之原理之其他許多變化的具體實施例可較 蓉易地由熟習此項技術者加以構造。因而，本發明並非意 相反地，本發明意欲涵蓋 欲受限於本文所述之特定形式 -13-

丄丄OO 可，理地包含財發明之精神與料内之此類替代、修改 及等效物。因巾，不應狹隘理解前述詳細說明，而且本發 明之範圍僅由所附之中請專利範圍界定。 【圖式簡單說明】 圖1係與使用本發明$忽:妹t ^ *月之符喊與封包同步相關之一無線差 分相移鍵控（DPSK)接收器之部分之方塊圖。 圖2係依據本發明之一同㈣測模組之方塊圖。 圖3係在本發明之一同㈣測模組中所包含之相差μ 測模組與位元相關模組之詳細方塊圖。 圖4係在本發明之—同步偵測模組中所包含之信號相關 模組之詳細方塊圖。 圖5係在本發明之一同步偵測模組中所包含之時序偵測 邏輯模組之詳細方塊圖。 【圖式代表符號說明】 5 2差分相移鍵控接收信號 10 解調變器 15 2差分相移鍵控基頻信號 20 類比至數位取樣模組 25 所取樣之2差分相移鍵控基頻信號 26 視圖 30 同步偵測模組 35 符號中心樣本索引 38 視圖 45 樣本間隔片斷 90821 -14- 1335165 110 相差分偵測模組 115 相差分樣本 120 位元相關模組 122 位元恢復模組 124 同步位元圖案 125 位元相關值 126 二進制相關模組

127 候選位元流 130 信號相關模組 132 樣本相關模組 134 同步符號圖案 135 信號相關值 140 時序偵測邏輯模組 142 資料封包偵測模組 144 峰值決定模組

90821 -15-

Claims (1)

1335165 r〇Q 第093102641號專利申請案 7 S ί>- -中文申請專利範圍替換本(99年7月） 年月日修正替換頁 拾、申請專利範圍： 1 · 一種差分相移信號接收器，其包含： 一解調變器，其包含一第一輸入以接收一差分數位相 移信號及一輸出以提供—差分相移基頻信號； 一類比至數位取樣模組，其包含搞合於該解調變器之 輸出之一輸入，及一輸出以提供所取樣之—相移基頻信 號；及 一同步偵測模組，其包含： 耦合於該類比至數位取樣模組之輸出之一輸入； 一第一輸出，其提供識別所取樣之該差分相移基 頻信號之一樣本之一符號中心樣本索引，該差分相 移基頻信號與所接收之一符號之一中心具有一預定 義關係， 一第二輸出，其提供用於識別自由該符號中心樣 本索引所識別之樣本至所接收之該符號之一估計中 心之一樣本週期之一片斷部分之一樣本間隔片斷； 一相差分偵測模組’其用以接收所取樣之差分相 移基頻信號且用以產生一序列相差分樣本； 一 k號相關模組，其回應於該相差分偵測模組， 該信號相關模組包括一樣本相關模組，該樣本相關 模組具有一第一輸入以接收該序列相差分樣本及一 第二輸入以接收一預定同步符號圖案該預定同步 符號圖案與該預定同步位元圖案關聯，該樣本相關 模組用以產生符號相關值；及 90821-990729.doc J 7.讲_ 年月日修正替換頁 一時序偵測4輯模組，其S應於該信號相關模組 以產生該符號中心樣本索引與該樣本間隔片斷。 2. 如申請專利範圍第1項之接收器，其中該樣本與所接收 之該符號之中心之該預定義關係識別緊接在所接收之該 符號之中心之前之樣本。 3. 如申請專利範圍第1項之接收器’其中所接收之該符號 係一同步圖案之一部分。 4 _如申請專利範圍第1項之接收器，其中該同步偵測模組 進一步包含： 一位元相關模組’其回應於該相差分偵測模組，該位 元相關模組包括回應於該序列相差分樣本並產生一恢復 候選位元流之〆位元恢復模組，該位元相關模組包括一 二進制相關模組’該一進制相關模組具有一第一輸入以 接收該恢復候選位元流及一第二輸入以接收一預定同步 位元圖案’該二進制相關模組用以產生位元相關值；及 該時序偵測邏輯模組進一步回應於該位元相關模組。 5. 如申請專利範園第4項之接收器，其中該時序偵測邏輯 模組包括一資料封包偵測模組以基於對該等位元相關值 之一比較來偵測一資料封包之到達。 6. 如申請專利範園第4項之接收器，其進一步包含一峰值 決定模組以使用多項式估計來決定該樣本間隔片斷之 值。 7. —種差分相移信號接收器’其包含： 一相差分偵測模組’其用以接收一差分相移鍵控信號 90821-990729.doc 1335165 年月日修正替換胃 且用以產生一序列相差分樣本；

一位元相關模組，其回應於該相差分偵測模組，該位 元相關模組包括回應於該序列相差分樣本並產生一恢復 候選位元流之一位元恢復模組’該位元相關模組包括一 二進制相關模組’該二進制相關模組具有：一第一輸入 以接收該恢復候選位元流及一第二輸入以接收一預定同 步位元圖案，該二進制相關模組用以產生位元相關值； 一信號相關模組，其回應於該相差分偵測模組，該信 號相關模組包括一樣本相關模纟且，該樣本相關模組具有 一第一輸入以接收該序列相差分樣本及一第二輸入以接 收一預定同步符號圖案’其中該樣本相關模組對該等相 差分樣本之一所選取子集執行一相關，該信號相關模組 用以產生信號相關值；及

一時序偵測邏輯模組’其回應於該位元相關模組並回 應於該信號相關模組，該時序彳貞測邏輯模組基於該等位 元相關值與該等信號相關值產生一同步指示器。 8. 一種同步所接收之一差分相移信號之方法，該方法包 含： 接收一差分相移鍵控信號； 解調變該差分相移鍵控信號以產生一基頻差分相移鍵 控信號； 決定自該基頻差分相移鍵控信號所導出之一序列相差 分樣本； 自該序列相差分樣本恢復一候選位元流； Ο 90821-990729.doc

年月曰修正替換頁 使S亥候選位元流與一 - 元流相關值； 預以步位-圖案相關以產生位 。按一符號分離度使該序列相差分樣本與-預定同步符 號圖素相關以產生信號相關值； ^ 將該等位元流相關值與— 包. 、L限比較以偵測一資料封 對所偵測之該資料封句舳 > 執仃峰值調諧以基於該等信號 相關值決定一樣本間隔片斷；及 基於所偵測之該資料封台乃 了匕及该樣本間隔片斷決定關於 所谓测之該資料封包之—開私拉戸目 网始時間之同步時序。 9.如申請專利範圍第8項之方 ^ ^ $弋方法，其令在一組該等相差分 樣本内之相差分樣本之—子隼 果係在與該預定同步符號相 關期間使用。 10·如申請專利範圍第8項之方、本 力去’其_該收到的相差分相 移鍵控信號係一藍芽標準信號。

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