TWI383580B - 數位解調變裝置以及數位解調變方法 - Google Patents

Description

數位解調變裝置以及數位解調變方法

本發明是有關於一種數位解調變裝置，且特別是有關於一種數位解調變裝置及數位解調變方法。

電視訊號傳輸系統在現代人的生活中已廣為使用。傳統的電視訊號傳輸系統之接收器包含數位解調變裝置，以做為頻率鎖相迴路，用以鎖住輸入訊號之頻率。近年來，數位頻率鎖相迴路被用以取代傳統類比的頻率鎖相迴路。然而，如何在鎖住輸入訊號之頻率的過程中，適時地放大或縮減鎖相迴路頻寬，以準確地鎖住頻率，是相當困難的挑戰。如果調整的時機不正確，則整體解調變系統之效能將大幅降低。並且，如果在經過很長的一段時間，系統都無法鎖定輸入訊號的頻率，亦須要重置之機制來使系統重新開啟追蹤鎖定之過程。

因此，如何設計一個新的數位解調變裝置及數位解調變方法，使輸入頻率能在適時地放大或縮減鎖相迴路頻寬後，快速地被鎖定，乃為此一業界亟待解決的問題。

因此本發明的目的就是在提供一種數位解調變裝置，係設置於接收器內，其中數位解調變裝置係接收輸入訊號，數位解調變裝置包含：分相器、複數乘法器、頻率自 動控制器、限制器、重複追蹤器、相位偵測器、振盪器以及後乘法器。分相器用以根據輸入訊號產生複數訊號；複數乘法器用以將複數訊號乘以第一相位訊號及第二相位訊號以產生第一基頻帶訊號及第二基頻帶訊號；頻率自動控制器用以接收第一基頻帶訊號以產生第一輸出訊號；限制器用以根據第一輸出訊號以產生一趨勢訊號；重複追蹤器用以根據第一輸出訊號產生調整訊號；相位偵測器用以將趨勢訊號及第二基頻帶訊號相乘以產生相乘訊號及根據調整訊號對相乘訊號進行調整；振盪器用以根據相位偵測器之輸出，產生第一及第二相位訊號；以及後乘法器用以將趨勢訊號分別乘以第一及第二基頻帶訊號，以產生數位解調變輸出。

本發明的另一目的是在提供一種數位解調變方法，係用於數位解調變裝置中，以調整鎖相迴路頻寬，數位解調變方法包含下列步驟：根據輸入訊號產生複數訊號；將複數訊號乘以第一相位訊號及第二相位訊號以產生第一基頻帶訊號及第二基頻帶訊號；根據第一基頻帶訊號以產生第一輸出訊號；根據第一輸出訊號以產生趨勢訊號；將趨勢訊號及第二基頻帶訊號相乘以產生相乘訊號；產生調整訊號；接收相乘訊號並根據調整訊號，藉由改變數位解調變裝置之至少一頻寬變數，調整相乘訊號之相位，以產生第二輸出訊號；根據第二輸出訊號產生第一及第二相位訊號；以及將趨勢訊號分別乘以第一及第二基頻帶訊號，以產生數位解調變輸出。

本發明之優點在於能夠利用即時地移除頻率及相位之誤差，以鎖定複數訊號，並能在雜訊過大無法鎖住頻率時，進行數位解調變裝置的重置，以重新啟動鎖頻過程，進行快速地鎖頻，而輕易地達到上述之目的。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，該技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

請參照第1圖，係為本發明之一實施例之接收器1之方塊圖。接收器1包含調諧器10、數位解調變裝置12以及影像處理器14。調諧器10用以自天線接收無線射頻(radio frequency；RF)訊號11，並且將無線射頻訊號11轉換為中頻訊號(intermediate frequency；IF)、經過帶通濾波並控制調整中頻訊號之振幅。再經過類比至數位的轉換後，類比的中頻訊號即轉換為數位訊號13，即數位解調變裝置12之輸入訊號13。數位解調變裝置12接收輸入訊號13，並以頻率追蹤機制對輸入訊號13的頻率進行鎖定，以移除所接受的訊號中，頻率以及相位上的誤差。在鎖定輸入訊號13的頻率之後，產生基頻訊號15。影像處理器14更進一步的對基頻訊號15做處理，如等化(equalization)、解碼、解交錯(de－interleaving)、解隨機化(de－randomizing)，以產生影像訊號17至顯示面板上(未繪示)。

第2圖係為本發明之第一實施例中之數位解調變裝置12之方塊圖。數位解調變裝置12包含：分相器200、複數乘法器202、頻率自動控制器204、限制器206、重複追蹤器212、相位偵測器218以及振盪器214。分相器200用以接收如前所述之輸入訊號13，並進一步將輸入訊號13分成實部及虛部，以產生複數訊號S201。複數乘法器202實質上包含一實部乘法器202a及一虛部乘法器202b，以將複數訊號S201乘以第一相位訊號S203及第二相位訊號S205以產生第一基頻帶訊號S207及第二基頻帶訊號S209。其中第一及第二相位訊號S203、S205間之相位差係為90度。第一基頻帶訊號S207對應至相乘後之實部，而第二基頻帶訊號S209對應至相乘後之虛部。

頻率自動控制器204用以接收第一基頻帶訊號S207以產生第一輸出訊號S211。當第一基頻帶訊號S207與系統內部之一電壓控制振盪器(未繪示)之輸出電壓間的頻率誤差愈小，則第一輸出訊號S211的絕對值愈大。而相反地，當頻率誤差愈大，則第一輸出訊號S211的絕對值愈小。當內建之電壓頻率大於第一基頻帶訊號S207的頻率時，第一輸出訊號S211的值即為正值，而小於時即為負值。限制器206接著根據第一輸出訊號S211以產生趨勢訊號S213。當第一輸出訊號S211係為正值，則趨勢訊號S213係為＋1，而當第一輸出訊號S211係為負值或0，則趨勢訊號S213係為－1。

相位偵測器218包含乘法模組208以及相位自動控制 器210。乘法模組208用以將趨勢訊號S213及該第二基頻帶訊號S209相乘以產生相乘訊號S215。相位自動控制器210接收相乘訊號S215及由重複追蹤器212產生之調整訊號S217，以藉由改變相位自動控制器210之至少一鎖相迴路頻寬變數(迴路增益、Ki、Kp)，調整相乘訊號S215之相位。

重複追蹤器212偵測頻率自動控制器204之第一輸出訊號S211，並將第一輸出訊號S211與複數個臨界值進行比較以產生調整訊號S217。其中，臨界值係可根據輸入訊號13而計算出來。舉例來說，於一實施例中，臨界值係根據輸入訊號13於一現在時間間隔中之一振幅強度之平均絕對峰值(absolute peak value)決定。於其他實施例中，重複追蹤器212係偵測第一輸出訊號S211於一預設時間間隔內之一平均值與臨界值進行比較以產生調整訊號S217。在經過相位自動控制器210對鎖相迴路頻寬變數之調整後，相位自動控制器210產生一相乘訊號之調整結果S215’，並輸出至振盪器214。振盪器214於本實施例中係為係為一數值控制震盪器，以根據相乘訊號之調整結果S215’產生第一及第二相位訊號S203、S205。一旦複數訊號S201之頻率被鎖定住，第一及第二基頻帶訊號S207及S209即透過一後乘法器216的處理後，輸出至影像處理器14。後乘法器216將趨勢訊號S213分別乘以第一及第二基頻帶訊號S207及S209，以產生數位解調變輸出。

第3圖更進一步繪示了本發明之第一實施例，於第2 圖中所示之相位自動控制器210之方塊圖。相位自動控制器210主要包含一具有迴路增益之放大器30，以及兩個頻寬變數控制器31(Ki)及32(Kp)。於其他實施例中，係可根據不同之調整需求而設計不一樣的相位自動控制器。由重複追蹤器212所產生之調整訊號S217，實質上控制了放大器30以及頻寬變數控制器31、32，以調整鎖相迴路頻寬。相位自動控制器210更包含了開關33及低通濾波器34。開關33係在頻寬變數之調整期間斷開，並在調整結束後，連接至相乘訊號S215。其中，開關33係僅在複數訊號S201被鎖定後，經過低通濾波器34接收相乘訊號S215，以產生無雜訊的相乘訊號之調整結果S215’。

為詳細說明由重複追蹤器212提供之頻率鎖定機制，請參照第4圖，係為本發明一實施例中，第2圖所繪示之重複追蹤器212，在輸入訊號未被鎖定時，重複追蹤器212產生調整訊號S217以進行追蹤之流程圖。於步驟401，重複追蹤器212根據輸入訊號13的平均值計算複數個臨界值。舉例來說，於本實施例中，係根據輸入訊號13即時之現在平均值計算最小臨界值thr_L、中間臨界值thr_M以及最大臨界值thr_H。計算之方式可以表示為：thr_L＝A *(現在平均值)thr_M＝B *(現在平均值)thr_H＝C *(現在平均值)

其中A、B、C係為適當選擇的常數，且A<B<C。

臨界值係用以判斷鎖相迴路頻寬的收斂狀況。頻率自 動控制器204之第一輸出訊號S211的絕對值將在頻率誤差接近0時，變成一個較大的數字。

在步驟402中，係判斷複數訊號S201在一臨界時間間隔內是否被鎖定住。當複數訊號S201於一臨界時間間隔內均並未被鎖定，第一輸出訊號S211將在步驟403中與最小臨界值thr_L進行比較。當第一輸出訊號S211小於最小臨界值thr_L，則重複追蹤器212將於步驟404中重置數位解調變裝置12。而當第一輸出訊號S211大於最小臨界值thr_L，重複追蹤器212將判斷數位解調變裝置12係在雜訊相當大的情況下，但是複數訊號S201仍然是可以信賴的，並於步驟405中進一步判斷複數訊號S201係已被鎖定。

如果尚未超過臨界時間間隔，則於步驟406中，將判斷第一輸出訊號S211是否大於中間臨界值thr_M。當第一輸出訊號S211大於中間臨界值thr_M時，重複追蹤器212產生之調整訊號S217將於步驟407a中對頻寬變數進行調整，以在未低於一最小頻寬臨界值的情形下，縮減數位解調變裝置12之鎖相迴路頻寬，以接近複數訊號S201之頻率。當第一輸出訊號S211小於中間臨界值thr_M時，重複追蹤器212產生之調整訊號S217將於步驟407b中對頻寬變數進行調整，以在未高於一最大頻寬臨界值的情形下，增加數位解調變裝置12之鎖相迴路頻寬，以接近複數訊號S201之頻率。最大頻寬臨界值及最小頻寬臨界值為了避免鎖相迴路頻寬過大或過小而設置。於步驟408中，將判斷第一輸出訊號S211是否大於最大臨界值thr_H。當第一輸 出訊號S211係大於最大臨界值thr_H，則重複追蹤器212將於步驟409判斷複數訊號S201係已被鎖定。當第一輸出訊號S211係小於最大臨界值thr_H，則將返回步驟401以繼續追蹤複數訊號S201之頻率。

請參照第5圖，係為本發明一實施例中，第2圖所繪示之重複追蹤器212，在複數訊號S201被鎖定後，系統由於干擾變成不穩定時，重複追蹤器212產生調整訊號S217以進行追蹤之流程圖。如果雜訊在接收器1中突然產生，則輸入訊號將被雜訊所影響，而頻率鎖定機制將無法再鎖住之前已被鎖定的複數訊號S201。因此，重複追蹤器212必須產生調整訊號S217以儘快重新鎖定複數訊號S201。在步驟501中，將如前述之步驟401一般，計算複數個臨界值。接著於步驟502，係將第一輸出訊號S211與最小臨界值thr_L進行比較，以判斷第一輸出訊號S211是否小於最小臨界值thr_L。當第一輸出訊號S211小於最小臨界值thr_L，則於步驟503，將檢查鎖相迴路頻寬是否大於最大頻寬臨界值。如第一輸出訊號S211並未小於最小臨界值thr_L，則將返回步驟501。當第一輸出訊號S211小於最小臨界值thr_L，且鎖相迴路頻寬係小於最大頻寬臨界值時，調整訊號S217係於步驟504產生以調整至少一頻寬變數，以增加數位解調變裝置12之鎖相迴路頻寬。如果鎖相迴路頻寬係大於最大頻寬臨界值時，則重複追蹤器212將重置數位解調變裝置12。

請參照第6圖，亦為本發明一實施例中，第2圖所繪 示之重複追蹤器212，在複數訊號S201被鎖定後，系統由於干擾變成不穩定時，重複追蹤器212產生調整訊號S217以進行追蹤之流程圖。首先，在步驟601中，將仍如前述之步驟501一般，計算複數個臨界值。接著於步驟602，係將第一輸出訊號S211與最大臨界值thr_H進行比較，以判斷第一輸出訊號S211是否大於最大臨界值thr_H。當第一輸出訊號S211大於最大臨界值thr_H，則於步驟603，將檢查鎖相迴路頻寬是否小於最小頻寬臨界值。如第一輸出訊號S211並未大於最大臨界值thr_H，則將返回步驟601。當第一輸出訊號S211大於最大臨界值thr_H，且鎖相迴路頻寬係大於最小頻寬臨界值時，調整訊號S217係於步驟604產生以調整至少一頻寬變數，以縮減數位解調變裝置12之鎖相迴路頻寬。如果鎖相迴路頻寬係大於最大頻寬臨界值時，則重複追蹤器212將不做處理而返回步驟601。

本發明所提供之數位解調變裝置及數位解調變方法，係可即時地移除頻率及相位之誤差，以鎖定複數訊號S201。如果因為過多的雜訊而無法對複數訊號S201進行鎖定，則重複追蹤器將重置數位解調變裝置以重新啟動新的追蹤鎖定程序，以儘速地重新鎖定複數訊號S201。

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

1‧‧‧接收器

10‧‧‧調諧器

11‧‧‧無線射頻訊號

12‧‧‧數位解調變裝置

13‧‧‧輸入訊號

14‧‧‧影像處理器

15‧‧‧基頻訊號

17‧‧‧影像訊號

200‧‧‧分相器

S201‧‧‧複數訊號

202‧‧‧複數乘法器

202a‧‧‧實部乘法器

202b‧‧‧虛部乘法器

S203‧‧‧第一相位訊號

204‧‧‧頻率自動控制器

S205‧‧‧第二相位訊號

206‧‧‧限制器

S207‧‧‧第一基頻帶訊號

208‧‧‧乘法模組

S209‧‧‧第二基頻帶訊號

210‧‧‧相位自動控制器

S211‧‧‧第一輸出訊號

212‧‧‧重複追蹤器

S213‧‧‧趨勢訊號

214‧‧‧振盪器

S215‧‧‧相乘訊號

S215’‧‧‧相乘訊號調整結果

216‧‧‧後乘法器

S217‧‧‧調整訊號

218‧‧‧相位偵測器

30‧‧‧放大器

31、32‧‧‧頻寬變數控制器

33‧‧‧開關

34‧‧‧低通濾波器

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖係為本發明之一實施例之接收器之方塊圖；第2圖係為本發明之第一實施例中之數位解調變裝置之方塊圖；第3圖係為本發明之第一實施例中之相位自動控制器之方塊圖第4圖係為本發明一實施例中，第2圖所繪示之重複追蹤器在輸入訊號未被鎖定時，重複追蹤器產生調整訊號以進行追蹤之流程圖；第5圖係為本發明一實施例中，第2圖所繪示之重複追蹤器，在複數訊號被鎖定後，系統由於干擾變成不穩定時，重複追蹤器產生調整訊號以進行追蹤之流程圖；以及第6圖係為本發明一實施例中，第2圖所繪示之重複追蹤器，在複數訊號被鎖定後，系統由於干擾變成不穩定時，重複追蹤器產生調整訊號以進行追蹤之流程圖。

1‧‧‧接收器

10‧‧‧調諧器

11‧‧‧無線射頻訊號

12‧‧‧數位解調變裝置

13‧‧‧輸入訊號

14‧‧‧影像處理器

15‧‧‧基頻訊號

17‧‧‧影像訊號

Claims (18)

1. 一種數位解調變(demodulator)裝置，係設置於一接收器(receiver)內，其中該數位解調變裝置係接收一輸入訊號，該數位解調變裝置包含：一分相器(phase splitter)，用以根據該輸入訊號產生一複數訊號(complex signal)；一複數乘法器，用以將該複數訊號乘以一第一相位訊號及一第二相位訊號以產生一第一基頻帶訊號及一第二基頻帶訊號；一頻率自動控制器，用以接收該第一基頻帶訊號以產生一第一輸出訊號；一限制器，用以根據該第一輸出訊號以產生一趨勢訊號(trend signal)；一重複追蹤器，用以根據該第一輸出訊號產生一調整訊號；一相位偵測器，用以將該趨勢訊號及該第二基頻帶訊號相乘以產生一相乘訊號及根據該調整訊號對該相乘訊號進行調整，其中該相位偵測器更包含：一乘法模組，用以將該趨勢訊號及該第二基頻帶訊號相乘以產生該相乘訊號；以及一相位自動控制器，用以接收該相乘訊號，以及根據該調整訊號，藉由改變該相位自動控制器之至少一頻寬變數，調整該相乘訊號之相位，其中該相位自動控制器更包含一放大器及複數對頻寬變數控制器， 該至少一頻寬變數係為該放大器及該等頻寬變數控制器之迴路增益；一振盪器，用以根據該相位偵測器之一輸出，產生該第一及該第二相位訊號；以及一後乘法器，用以將該趨勢訊號分別乘以該第一及該第二基頻帶訊號，以產生一數位解調變輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之數位解調變裝置，其中該第一及該第二相位訊號間之相位差係為90度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之數位解調變裝置，其中該第一基頻帶訊號係為該複數乘法器之實部輸出，該第二基頻帶訊號係為該複數乘法器之虛部輸出。
4. 如申請專利範圍第1項所述之數位解調變裝置，其中該重複追蹤器根據複數個臨界值以產生該調整訊號，該等臨界值係根據該輸入訊號於一現在時間間隔中之一振幅強度之平均絕對峰值(absolute peak value)決定。
5. 如申請專利範圍第4項所述之數位解調變裝置，其中該重複追蹤器偵測該第一輸出訊號，並將該第一輸出訊號與該等臨界值進行比較以產生該調整訊號。
6. 如申請專利範圍第4項所述之數位解調變裝置，其中該重複追蹤器更偵測該第一輸出訊號，並將該第一輸出訊號於一預設時間間隔內之一平均值與該等臨界值進行比較以產生該調整訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之數位解調變裝置，其中該振盪器係為一數值控制震盪器(numerically controlled oscillator；NCO)。
8. 一種數位解調變方法，係用於一數位解調變裝置中，以調整一鎖相迴路頻寬，該數位解調變方法包含下列步驟：根據該輸入訊號產生一複數訊號；將該複數訊號乘以一第一相位訊號及一第二相位訊號以產生一第一基頻帶訊號及一第二基頻帶訊號；根據該第一基頻帶訊號以產生一第一輸出訊號；根據該第一輸出訊號以產生一趨勢訊號；將該趨勢訊號及該第二基頻帶訊號相乘以產生一相乘訊號；產生一調整訊號；接收該相乘訊號並根據該調整訊號，藉由改變該數位解調變裝置之至少一頻寬變數，調整該相乘訊號之相位，以產生一第二輸出訊號；根據該第二輸出訊號產生該第一及該第二相位訊號； 以及將該趨勢訊號分別乘以該第一及該第二基頻帶訊號，以產生一數位解調變輸出。
9. 如申請專利範圍第8項所述之數位解調變方法，於產生該調整訊號前，更包含下列步驟：根據該輸入訊號於一現在時間間隔中之一振幅強度之平均絕對峰值計算複數個臨界值；以及將該第一輸出訊號與該等臨界值進行比較以產生該調整訊號。
10. 如申請專利範圍第8項所述之數位解調變方法，於產生該調整訊號前，更包含下列步驟：根據該輸入訊號於一現在時間間隔中之一振幅強度之平均絕對峰值計算複數個臨界值；以及將該第一輸出訊號於一預設時間間隔內之一平均值與該等臨界值進行比較以產生該調整訊號。
11. 如申請專利範圍第9項所述之數位解調變方法，其中該等臨界值包含一最大臨界值、一中間臨界值以及一最小臨界值，當該第一輸出訊號小於該最小臨界值時，該數位解調變裝置之至少一頻寬變數係經由調整而增加，以增加該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬，當該第一輸出訊號大於該中間臨界值時，該數位解調變裝置之至少一頻 寬變數係經由調整而減少，以縮減該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬。
12. 如申請專利範圍第10項所述之數位解調變方法，其中該等臨界值包含一最大臨界值、一中間臨界值以及一最小臨界值，當該第一輸出訊號小於該最小臨界值時，該數位解調變裝置之至少一頻寬變數係經由調整而增加，以增加該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬，當該第一輸出訊號大於該中間臨界值時，該數位解調變裝置之至少一頻寬變數係經由調整而減少，以縮減該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬。
13. 如申請專利範圍第9項所述之數位解調變方法，其中該等臨界值包含一最大臨界值、一中間臨界值以及一最小臨界值，當該輸入訊號之頻率於一臨界時間間隔內並未被鎖定，並且該第一輸出訊號係小於該最小臨界值，該數位解調變裝置將被重置。
14. 如申請專利範圍第10項所述之數位解調變方法，其中該等臨界值包含一最大臨界值、一中間臨界值以及一最小臨界值，當該輸入訊號之頻率於一臨界時間間隔內並未被鎖定，並且該第一輸出訊號係小於該最小臨界值，該數位解調變裝置將被重置。
15. 如申請專利範圍第9項所述之數位解調變方法，其中該等臨界值包含一最大臨界值、一中間臨界值以及一最小臨界值，當該第一輸出訊號小於該最小臨界值，並且該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬係小於一最大頻寬臨界值時，該數位解調變裝置之至少一頻寬變數係經由調整而增加，以增加該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬。
16. 如申請專利範圍第10項所述之數位解調變方法，其中該等臨界值包含一最大臨界值、一中間臨界值以及一最小臨界值，當該第一輸出訊號小於該最小臨界值，並且該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬係小於一最大頻寬臨界值時，該數位解調變裝置之至少一頻寬變數係經由調整而增加，以增加該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬。
17. 如申請專利範圍第9項所述之數位解調變方法，其中該等臨界值包含一最大臨界值、一中間臨界值以及一最小臨界值，當該第一輸出訊號大於該最大臨界值，並且該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬係大於一最小頻寬臨界值時，該數位解調變裝置之至少一頻寬變數係經由調整而減少，以縮減該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬。
18. 如申請專利範圍第10項所述之數位解調變方法，其中該等臨界值包含一最大臨界值、一中間臨界值以及一最小臨界值，當該第一輸出訊號大於該最大臨界值， 並且該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬係大於一最小頻寬臨界值時，該數位解調變裝置之至少一頻寬變數係經由調整而減少，以縮減該數位解調變裝置之該鎖相迴路頻寬。