TWI392302B - 單載波／多載波共用接收器及其訊號處理方法 - Google Patents

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Description

單載波/多載波共用接收器及其訊號處理方法
本發明有關於單載波/多載波共用接收器，尤指一種具有碼間干擾消除單元的單載波/多載波共用接收器及其訊號處理方法。
在單載波系統的接收器中，通常會利用一個決策回授等化器(decision feedback equalizer)來消除通道效應以及改善通道在某些頻率點可能會遭遇到的嚴重衰退(deep fading)等問題，然而，在通道長度很長的情形下，決策回授等化器需要非常多階的係數而大量增加運算複雜度。
因此，在一些的單載波/多載波共用接收器中，為了降低運算複雜度，單載波訊號會與多載波一樣使用頻域等化器(frequency－domain equalizer)來進行等化操作而不使用傳統的決策回授等化器，然而，頻域等化器因為無法直接使用決策回授(decision feedback)的方式，因此性能會類似一個線性等化器(linear equalizer)，而無法有效地消除碼間干擾(Inter－Symbol Interference,ISI)。
因此，本發明的目的在於提供一種單載波/多載波共用接收器，使得可以在不大幅增加運算複雜度的情形下同時消除碼間干 擾，以解決上述的問題。
依據本發明之一實施例，一種單載波/多載波共用接收器包含有一離散傅立葉轉換單元、一頻域等化器、一反離散傅立葉轉換單元以及一碼間干擾消除單元。該離散傅立葉轉換單元係用來對一接收訊號進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號，該頻域等化器係用來對該頻域訊號進行等化運算以產生一等化後頻域訊號，該反離散傅立葉轉換單元係用來對該等化後頻域訊號進行反離散傅立葉轉換運算以產生一等化後時域訊號，以及該碼間干擾消除單元係用以對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號。
依據本發明之另一實施例，一種訊號處理方法包含有：對一接收訊號進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號；對該頻域訊號進行等化運算以產生一等化後頻域訊號；對該等化後頻域訊號進行反離散傅立葉轉換運算以產生一等化後時域訊號；以及對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號。
第1圖為本發明一實施例之單載波/多載波共用接收器100的示意圖。如第1圖所示，接收器100包含一離散傅立葉轉換單元110、一頻域等化器120、一反離散傅立葉轉換單元130、一碼間 干擾消除單元140以及一資料切割器150。
在接收器100的操作上，首先，離散傅立葉轉換單元110對一單載波接收訊號y(t)進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號Y(f)，之後，頻域等化器120對頻域訊號Y(f)進行等化運算以產生一等化後頻域訊號X(f)，接著，反離散傅立葉轉換單元130對等化後頻域訊號X(f)進行反離散傅立葉轉換以產生一等化後時域訊號x(t)，碼間干擾消除單元140之後對等化後時域訊號x(t)進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號x”(t)，最後，資料切割器150對碼間干擾消除後訊號x”(t)進行資料切割操作以產生一數位訊號d(t)。
此外，頻域等化器120係將頻域訊號Y(f)乘以頻域等化器120的係數W(f)以產生等化後頻域訊號X(f)，亦即X(f)＝W(f)* Y(f)一般等化器的係數W(f)係為通道之頻率響應H(f)的倒數(W(f)＝1/H(f))，然而，這種係數容易在通道之頻率響應H(f)很小的頻帶造成雜訊的放大，因此，在本實施例中，頻域等化器120係為一最小均方誤差(minimum mean squared error)等化器，亦即頻域等化器120的係數W(f)為 其中K為一常數，為雜訊功率的期望值。然而，最小均方誤差等化器雖然能避免在通道之頻率響應H(f)很小的頻帶造成 雜訊的放大，可是卻會使得等化後時域訊號x(t)會殘留有碼間干擾，進而影響到數位訊號d(t)的準確性。因此，本發明之碼間干擾消除單元140係用來消除此碼間干擾。
請參考第2圖，第2圖為第1圖所示之碼間干擾消除單元140的示意圖。如第2圖所示，碼間干擾消除單元140包含有加法器202、204、206以及208、資料切割器210、以及數位濾波器220以及222，以下將敘述碼間干擾消除單元140的操作。
首先，假設碼間干擾消除單元140係用來將對應一時間點(t)的等化後時域訊號x(t)進行資料切割操作以產生碼間干擾消除後訊號x”(t)，則此時，資料切割器210將對應一時間點(t＋L＋1)之等化後時域訊號x(t＋L＋1)進行資料切割操作以產生一切割後時域訊號d1(t＋L＋1)，其中L係為一正整數，因此，等化後時域訊號x(t＋L＋1)係為等化後時域訊號在時間點(t)之後的訊號值，之後加法器206計算等化後時域訊號x(t＋L＋1)以及切割後時域訊號d1(t＋L＋1)之一差值，此差值的意義即為在時間點(t＋L＋1)時，等化後時域訊號x(t＋L＋1)所具有的碼間干擾以及雜訊的總和，接著，此差值進入數位濾波器220的接頭延遲線(tapped－delay－line)中，在此時，數位濾波器220的接頭延遲線中係分別儲存有對應至時間點(t＋1)至(t＋L)之等化後時域訊號x(t＋1)至x(t＋L)所相對應的碼間干擾以及雜訊，在此定義一個向量p1 (t)來表示數位濾波器220的接頭延遲線中所儲存的資料： p1 (t)＝[(x(t＋1)－d1(t＋1)),(x(t＋2)－d1(t＋2)),...,(x(t＋L)－d1(t＋L))]之後，數位濾波器220將p1 (t)與數位濾波器220的係數w1 (t)作內積運算以輸出一濾波後訊號N1 (t)，加法器202計算等化後時域訊號x(t)以及濾波後訊號N1 (t)之差值以產生一初步碼間干擾消除後訊號x’(t)。
同時，加法器208計算等化後時域訊號x(t)以及數位訊號d(t)之一差值，此差值的意義即為在時間點(t)時，等化後時域訊號x(t)所具有的碼間干擾以及雜訊的總和，接著，此差值進入數位濾波器222的接頭延遲線(tapped－delay－line)中，在此時，數位濾波器222的接頭延遲線中係分別儲存有對應至時間點(t－1)至(t－M)之等化後時域訊號x(t－1)至x(t－M)所相對應的碼間干擾以及雜訊，其中M係為數位濾波器222的接頭數(tap)，在此定義一個向量p2 (t)來表示數位濾波器222的接頭延遲線中所儲存的資料：p2 (t)＝[(x(t－1)－d(t－1)),(x(t－2)－d(t－2)),...,(x(t－M)－d(t－M))]之後，數位濾波器222將p2 (t)與數位濾波器222的係數w2 (t)作內積運算以輸出一濾波後訊號N2 (t)，加法器204計算初步碼間干擾消除後訊號x’(t)以及濾波後訊號N2 (t)之差值以產生碼間干擾消除後訊號x”(t)。
需注意的是，上述依據濾波後訊號N1 (t)以及N2 (t)來計算出碼間干擾消除後訊號x”(t)的步驟僅為本發明之一實施例，在本發明之其他實施例中，等化後時域訊號x(t)可以先計算與濾波後訊號 N2 (t)的差值，之後再計算與濾波後訊號N1 (t)的差值以得到碼間干擾消除後訊號x”(t)；或是直接計算等化後時域訊號x(t)與濾波後訊號N1 (t)以及N2 (t)總和(N1 (t)＋N2 (t))的差值以得到碼間干擾消除後訊號x”(t)，這些設計上的變化均隸屬於本發明的範疇。
此外，碼間干擾消除後訊號x”(t)可以僅依據等化後時域訊號x(t)與濾波後訊號N2 (t)的差值或是等化後時域訊號x(t)與濾波後訊號N1 (t)的差值來得到，亦即在第2圖所示之碼間干擾消除單元140中，濾波後訊號N1 (t)的相關元件(資料切割器210、加法器202、206以及數位濾波器220)以及濾波後訊號N2 (t)的相關元件(加法器204、208以及數位濾波器222)中其中之一可以移除。
在本發明中，若是找到適當的係數w1 (t)以及w2 (t)，則濾波後訊號N1 (t)以及N2 (t)的總和可以近似等化後時域訊號x(t)所對應的碼間干擾，因此，將等化後時域訊號x(t)減去濾波後訊號N1 (t)以及N2 (t)可以確實去除掉碼間干擾，而數位訊號d(t)的正確性也會大幅提高。
此外，數位濾波器220以及222的係數w1 (t)以及w2 (t)可以利用最小均方法(Least Mean Square method,LMS method)來得到，舉例而言，首先，定義w1 (t)以及w2 (t)如下：w1 (t)＝[w(t,1),w(t,2),...,w(t,L)]；w2 (t)＝[w(t,－1),w(t,－2),...,w(t,－M)]； 則w1 (t)以及w2 (t)可以修正如下：w1(t)＝w1(t－1)＋R*p1(t)*conj(d(t)－x”(t))；w2(t)＝w2(t－1)＋S*p2(t)*conj(d(t)－x”(t))；其中R、S為常數，conj()為共軛複數(complex conjugate)的運算。
此外，上述使用最小均方法來得到數位濾波器220以及222的係數w1 (t)以及w2 (t)的演算法僅為本發明之一範例說明，在本發明之其他實施例中，可採用遞迴最小平方(Recursive Least Square,LMS)或任何其他演算法來加以實施，而這些設計變化亦屬本發明的範疇。
需注意的是，本發明之接收器100係分別依據等化後時域訊號x(t)所對應之時間點之後的複數個時間點的訊號值以及等化後時域訊號x(t)所對應之時間點之前的複數個時間點的訊號值以分別產生濾波後訊號N1 (t)以及N2 (t)，其中濾波後訊號N1 (t)以及N2 (t)的總和可以近似等化後時域訊號x(t)所對應的碼間干擾，然而，在本發明之其他實施例中，接收器可以僅利用濾波後訊號N1 (t)或是N2 (t)來近似等化後時域訊號x(t)所對應的碼間干擾。簡單而言，在本發明之另一實施例中，可以將加法器204、208以及數位濾波器222移除，亦即將該初步碼間干擾消除後訊號x’(t)係作為該碼間干擾消除後訊號x”(t)，而資料切割器150對初步碼間干擾消除後訊號x’(t)進行資料切割操作以產生數位訊號d(t)。此外，在本發明之 另一實施例中，可以將加法器202、206、資料切割器210以及數位濾波器220移除，亦即加法器204計算等化後時域訊號x(t)以及濾波後訊號N2 (t)之差值以產生碼間干擾消除後訊號x”(t)，這些設計上的變化均隸屬於本發明的範疇。
簡要歸納本發明，本發明之單載波/多載波共用接收器包含有一離散傅立葉轉換單元、一頻域等化器、一反離散傅立葉轉換單元以及一碼間干擾消除單元，其中當接收器對一單載波接收訊號進行訊號處理時，因為頻域等化器無法消除單載波接收訊號的碼間干擾，因此，本發明之碼間干擾消除單元係用來消除此殘留的碼間干擾，以使得後續的資料切割運算能具有更高的準確性。
以上所述僅為本發明之實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧單載波/多載波共用接收器
110‧‧‧離散傅立葉轉換單元
120‧‧‧頻域等化器
130‧‧‧反離散傅立葉轉換單元
140‧‧‧碼間干擾消除單元
150、210‧‧‧資料切割器
202、204、206、208‧‧‧加法器
220、222‧‧‧數位濾波器
第1圖為本發明一實施例之單載波/多載波共用接收器的示意圖。
第2圖為第1圖所示之碼間干擾消除單元的示意圖。
100‧‧‧單載波/多載波共用接收器
110‧‧‧離散傅立葉轉換單元
120‧‧‧頻域等化器
130‧‧‧反離散傅立葉轉換單元
140‧‧‧碼間干擾消除單元
150‧‧‧資料切割器

Claims (16)

  1. 一種單載波/多載波共用接收器，包含有：一離散傅立葉轉換單元，用來對一接收訊號進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號；一頻域等化器，耦接於該離散傅立葉轉換單元，用來對該頻域訊號進行等化運算以產生一等化後頻域訊號；一反離散傅立葉轉換單元，耦接於該頻域等化器，用來對該等化後頻域訊號進行反離散傅立葉轉換運算以產生一等化後時域訊號；以及一碼間干擾消除單元，耦接於該反離散傅立葉轉換單元，用以對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號；其中該碼間干擾消除單元包含有：一第一資料切割器(210)，用來對該等化後時域訊號進行一資料切割操作以產生一切割後時域訊號；一第一加法器(206)，用來計算該等化後時域訊號以及該切割後時域訊號之一差值；一第一數位濾波器(220)，用來依據該第一加法器在不同時間點所計算出之複數個差值以產生一第一濾波後訊號；以及一第二加法器(202)，用來計算該等化後時域訊號以及該第一濾波後訊號之差值以產生對應該碼間干擾消除後訊號之一初步碼間干擾消除後訊號。
  2. 如申請專利範圍1項所述之接收器，其中該第二加法器係計算該第一濾波後訊號與對應一目前時間點之該等化後時域訊號之差值以產生該初步碼間干擾消除後訊號，以及該複數個差值係為該等化後時域訊號在該目前時間點之後的複數個時間點的訊號值經由該第一資料切割器以及該第一加法器所產生。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之接收器，其中該初步碼間干擾消除後訊號係作為該碼間干擾消除後訊號，且該接收器另包含有：一第二資料切割器(150)，用來對該初步碼間干擾消除後訊號進行資料切割操作以產生一數位訊號。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之接收器，另包含有：一第二資料切割器(150)，用來對該碼間干擾消除後訊號進行資料切割操作以產生一數位訊號；該碼間干擾消除單元另包含有：一第三加法器(208)，用來計算該等化後時域訊號以及該數位訊號之一差值；一第二數位濾波器(222)，用來依據該第三加法器在不同時間點所計算出之複數個差值以產生一第二濾波後訊號；以及一第四加法器(204)，用來計算該初步碼間干擾消除後訊號以及該第二濾波後訊號之差值以產生該碼間干擾消除後訊號。
  5. 如申請專利範圍4項所述之接收器，其中該第四加法器係計算該第二濾波後訊號與對應一目前時間點之該初步碼間干擾消除後訊號之差值以產生該碼間干擾消除後訊號，以及該複數個差值係為該等化後時域訊號在該目前時間點之前的複數個時間點的訊號值經由該第三加法器所產生。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之接收器，其中該頻域等化器係為一最小均方誤差(minimum mean squared error)等化器。
  7. 一種訊號處理方法，包含有：對一接收訊號進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號；對該頻域訊號進行等化運算以產生一等化後頻域訊號；對該等化後頻域訊號進行反離散傅立葉轉換運算以產生一等化後時域訊號；以及對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號；其中對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生該碼間干擾消除後訊號的步驟包含有：提供一資料切割器以對該等化後時域訊號進行資料切割操作以產生一切割後時域訊號；提供一第一加法器以計算該等化後時域訊號以及該切割後時域訊號之一差值；依據該第一加法器在不同時間點所計算出之複數個差值 來進行數位濾波操作以產生一第一濾波後訊號；以及計算該等化後時域訊號以及該第一濾波後訊號之差值以產生對應該碼間干擾消除後訊號之一初步碼間干擾消除後訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之訊號處理方法，其中對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生該碼間干擾消除後訊號的步驟另包含有：計算該第一濾波後訊號與對應一目前時間點之該等化後時域訊號之差值以產生該初步碼間干擾消除後訊號，以及該複數個差值係為該等化後時域訊號在該目前時間點之後的複數個時間點的訊號值經由該資料切割器以及該第一加法器所產生。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之訊號處理方法，其中該初步碼間干擾消除後訊號係作為該碼間干擾消除後訊號，且該訊號處理方法另包含有：對該初步碼間干擾消除後訊號進行資料切割操作以產生一數位訊號。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之訊號處理方法，另包含有：對該碼間干擾消除後訊號進行資料切割操作以產生一數位訊號；以及 以及對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生該碼間干擾消除後訊號的步驟包含有另包含有：提供一第二加法器，用來計算該等化後時域訊號以及該數位訊號之一差值；依據該第二加法器在不同時間點所計算出之複數個差值來進行數位濾波作業以產生一第二濾波後訊號；以及計算該初步碼間干擾消除後訊號以及該第二濾波後訊號之差值以產生該碼間干擾消除後訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之訊號處理方法，其中對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生該碼間干擾消除後訊號的步驟另包含有：計算該第二濾波後訊號與對應一目前時間點之該初步碼間干擾消除後訊號之差值以產生該碼間干擾消除後訊號，以及該複數個差值係為該等化後時域訊號在該目前時間點之前的複數個時間點的訊號值經由該第二加法器所產生。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之訊號處理方法，其中對該頻域訊號進行等化運算以產生該等化後頻域訊號的步驟包含有：對該頻域訊號進行最小均方誤差(minimum mean squared error)等化運算以產生該等化後頻域訊號。
  13. 一種單載波/多載波共用接收器，包含有： 一離散傅立葉轉換單元，用來對一接收訊號進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號；一頻域等化器，耦接於該離散傅立葉轉換單元，用來對該頻域訊號進行等化運算以產生一等化後頻域訊號；一反離散傅立葉轉換單元，耦接於該頻域等化器，用來對該等化後頻域訊號進行反離散傅立葉轉換運算以產生一等化後時域訊號；一碼間干擾消除單元，耦接於該反離散傅立葉轉換單元，用以對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號；以及一資料切割器(150)，用來對該碼間干擾消除後訊號進行資料切割操作以產生一數位訊號；其中該碼間干擾消除單元包含有：一第一加法器(208)，用來計算該等化後時域訊號以及該數位訊號之一差值；一數位濾波器(222)，用來依據該第一加法器在不同時間點所計算出之複數個差值以產生一濾波後訊號；以及一第二加法器(204)，用來計算該等化後時域訊號以及該濾波後訊號之差值以產生該碼間干擾消除後訊號。
  14. 一種單載波/多載波共用接收器，包含有：一離散傅立葉轉換單元，用來對一接收訊號進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號； 一頻域等化器，耦接於該離散傅立葉轉換單元，用來對該頻域訊號進行等化運算以產生一等化後頻域訊號；一反離散傅立葉轉換單元，耦接於該頻域等化器，用來對該等化後頻域訊號進行反離散傅立葉轉換運算以產生一等化後時域訊號；以及一碼間干擾消除單元，耦接於該反離散傅立葉轉換單元，用以對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號；其中該頻域等化器係為一最小均方誤差(minimum mean squared error)等化器。
  15. 一種訊號處理方法，包含有：對一接收訊號進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號；對該頻域訊號進行等化運算以產生一等化後頻域訊號；對該等化後頻域訊號進行反離散傅立葉轉換運算以產生一等化後時域訊號；對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號；以及對該碼間干擾消除後訊號進行資料切割操作以產生一數位訊號；以及對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生該碼間干擾消除後訊號的步驟包含有：提供一加法器以計算該等化後時域訊號以及該數位訊號之 一差值；依據該加法器在不同時間點所計算出之複數個差值來進行數位濾波作業以產生一濾波後訊號；以及計算該等化後時域訊號以及該濾波後訊號之差值以產生該初步碼間干擾消除後訊號。
  16. 一種訊號處理方法，包含有：對一接收訊號進行離散傅立葉轉換以產生一頻域訊號；對該頻域訊號進行等化運算以產生一等化後頻域訊號；對該等化後頻域訊號進行反離散傅立葉轉換運算以產生一等化後時域訊號；以及對該等化後時域訊號進行碼間干擾消除操作以產生一碼間干擾消除後訊號；其中對該頻域訊號進行等化運算以產生該等化後頻域訊號的步驟包含有：對該頻域訊號進行最小均方誤差(minimum mean squared error)等化運算以產生該等化後頻域訊號。
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