TWI395440B - 具有動態功率調整之多載波接收機以及動態調整多載波接收機之功率消耗之方法 - Google Patents

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Description

具有動態功率調整之多載波接收機以及動態調整多載波接收機之功率消耗之方法
本發明涉及接收多載波(multi-carrier)信號，特別涉及到具有動態功率調整之多載波接收機以及動態調整多載波接收機之功率消耗之方法。
多載波調變方法，例如正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing，以下簡稱為OFDM)，現已得到普遍使用。OFDM係一種在20世紀70年代設計、使用多個不同的子載波來並行傳輸多個符號的調變方法。OFDM系統藉由k個復數正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)符號Xk 來形成其符號，每一子載波具有頻率，其中Tu 係子載波符號週期。每一OFDM子載波在頻域顯示頻譜。藉由在頻域將2N+1子載波相互間隔，每一子載波sinc(x)頻譜的初始峰值(primary peak)與其他任一子載波的零值相重合。從而，儘管子載波的頻譜重疊，子載波依然相互正交。OFDM作為一種能夠處理在無線環境中發生的通道毀損(channel impairment)的高度有效的頻譜傳輸架構而衆所周知。OFDM之基本出發點係將可用頻譜分割成多個子通道(子載波)。藉由設置所有的子載波窄頻帶，使子載波經歷幾乎平坦的衰落，從而簡化等化。
然而行動接收依然係OFDM系統相關的問題。行動接收機將經歷都卜勒頻移(Doppler shift)，其將損害每一子載波之間的正交，從而降低系統效能。在此情況下，由於來自一子載波的信號分量與來自其他子載波(通常為相鄰子載波)的信號分量相互干擾，載波間的相互干擾(inter-carrier interference，以下簡稱為ICI)發生。移動的接收機亦遇到時變通道(time-varying channel)的問題。時變通道亦限制了系統的效能。通常，使用ICI消除器來補償ICI，並且使用附加的具有前向糾錯(forward error correction)能力之長交錯器(long interleaver)來增進系統效能。舉例來說，手持式數位視訊廣播(Digital Video Broadcast Hand-held，以下簡稱為DVB-H)中具體說明了使用多重協定封裝-前向糾錯(multiprotocol encapsulation forward error correction,以下簡稱為MPE-FEC)來提供一交錯與糾錯的附加層，從而在行動環境中提供更加穩定的信號。
儘管ICI消除器與MPE-FEC可增進系統的效能，可此兩個特徵亦消耗較多的功率。由於手持裝置通常具有有限的電源，系統設計者必須要在系統效能與功率消耗之間折衷。
本發明為了同時滿足OFDM系統中行動接收機之系統效能與功率消耗的要求，提供了一種具有動態功率調整之多載波接收機與動態調整多載波接收機之功率消耗之方法。
本發明所披露的一種具有動態功率調整之多載波接收機，上述接收機包含：解調器，接收多載波信號；通道估測器，估測每一子載波之通道特性；載波間的相互干擾偵測器，估測載波間的相互干擾；系統效能偵測器，偵測系統效能；載波間的相互干擾消除器，當開啟時，將解調的上述多載波信號減去估測的載波間的相互干擾後輸出，當關閉時，輸出解調的上述多載波信號；決定電路，當載波間的相互干擾超出載波間的相互干擾閾值並且系統效能小於系統效能閾值時，開啟載波間的相互干擾消除器；以及等化器，依據估測的通道特性來等化上述載波間的相互干擾消除器的輸出信號。
本發明另一實施例提供一種動態調整多載波接收機之功率消耗之方法，包含：解調多載波信號，其中多載波信號包含多個子載波；依據解調的多載波信號，估測每一子載波之通道特性；從解調的多載波信號估測一載波間的相互干擾；偵測一系統效能；當載波間的相互干擾超出一載波間的相互干擾閾值並且系統效能小於一系統效能閾值時，從解調的多載波信號減去估測的載波間的相互干擾，得到一第一輸出信號；以及依據估測的通道特性來等化上述第一輸出信號，並且依據等化的多載波信號來更新系統效能。
本發明提供的具有動態功率調整之多載波接收機與動態調整多載波接收機之功率消耗之方法，藉由選擇性地開啟載波間的相互干擾消除器，可有效地降低接收機之平均功率消耗。
以下係根據多個圖式對本發明之較佳實施例進行詳細描述，本領域習知技藝者閱讀後應可明確了解本發明之目的。
第1圖係具有動態功率調整之多載波接收機之簡要示意圖。多載波接收機10包含解調器(demodulator)102、ICI偵測器(ICI detector)104、系統效能偵測器(system performance detector)106、決定電路108、ICI消除器110、通道估測器(channel estimator)112以及等化器(equalizer)114。多載波信號，可為OFDM信號或者多載波分碼多工多重存取(Multi-carrier Code Division Multiple Access,以下簡稱為MC-CDMA)信號，由解調器102接收。解調器102可藉由快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)來實現。解調后的多載波信號輸入至ICI消除器110、ICI偵測器104以及通道估測器112。通道估測器112估測每一子載波的通道特性，例如每一子載波的振幅與時間導數(time-derivative)。系統效能偵測器106偵測系統效能。在一些實施例中，系統效能可為信號雜訊比(signal-to-noise ratio，以下簡稱為SNR)或者位元錯誤率(bit error rate，以下簡稱為BER)。ICI偵測器104偵測ICI(例如ICI強度)。ICI與系統效能一同發送至決定電路108。僅僅當ICI超過ICI閾值並且系統效能小於系統效能閾值時，決定電路108開啟ICI消除器110。換言之，當ICI小於ICI閾值或者系統效能大於系統效能閾值時，ICI消除器110被關閉。ICI消除器110，當開啟時，從解調的多載波信號中減去估測的載波間的相互干擾。得到的信號被輸入至等化器114來正常等化信號。等化器114的操作依賴於通道估測器112提供的估測的通道特性。等化器114的輸出被輸入至系統效能偵測器106。在本發明一些實施例中，ICI偵測器104係一速度估測器，都卜勒頻率估測器、通道時變估測器、ICI消除量估測器、或者任何其他相似的監測ICI之估測器。系統效能偵測器106可為SNR估測器、BER估測器或者其他用來報告接收機之質量之估測器。
在本發明之一實施例中，為了在行動通道中增加都卜勒頻移之容忍性，等化器114之輸出更提供給一前向糾錯(forward error correction，以下簡稱為FEC)器。舉例來說，DVB-H具體說明了使用MPE-FEC來提供一交錯與糾錯的附加層，從而在行動環境中提供更加穩定的信號。第2圖係DVB-H傳輸機之簡要示意圖。DVB-H傳輸機包含IP封裝器(IP-encapsulator)202、裏德所儸門(Reed-Solomon，圖式與以下說明書中簡稱為RS)編碼器2011、外交錯器(outer interleaver)2012、卷積編碼器(convolutional encoder)2013、内交錯器(inner interleaver)2014、映射器(mapper)2015、OFDM調變器2016、數位至類比轉換器(digital-to-analog converter，在圖示與下文中簡稱為D/A)2017、以及射頻前端(radio frequency front end)2018。内交錯器2014以及外交錯器2012使錯誤隨機分佈，從而接收機内的RS編碼器與卷積編碼器，例如維特比(Viterbi)編碼器，可最大程度地使用隨機錯誤。IP封裝器202包含時間分片模組(timing-slicing module)206以及MPE-FEC204。時間分片模組206提供一彈性週期並且可用於DVB-H服務。時間分片週期可高至500ms，低至50ms。MPE-FEC204提供一附加的前向糾錯功能，從而允許接收機在特別困難接收條件下工作。MPE-FEC訊框設置為具有255行(column)與彈性數量列(row)的矩陣。第3圖繪示了一個MPE-FEC矩陣。依據傳輸條件，列的數量可從1變化至1024。矩陣中的每一位置係一訊息位元組(information byte)。MPE-FEC訊框之左側，包含最左側的191行，專署於IP資料報(IP datagram)與可能的填入(padding)，其稱為應用程式資料表(Application data table)。MPE-FEC訊框之右側，包含最右側的64行，專署於FEC碼之校驗訊息(parity information)，並稱為RS資料表，其包含RS資料與刪減的RS資料行。第4圖係應用程式資料表之佈局。如上所述在191行與可變數目個列的矩陣中包含IP資料報與填入資料。應用程式資料表中的每一位元組位置之位址在1-191倍的列編號的範圍中。同樣地，在第3圖所示的RS資料表中的每一位元組位置之位址在1-64倍的列編號的範圍中。藉由加上自IP資料報計算出來的校驗訊息，以及在分別的MPE-FEC區段(section)發送該校驗訊息，即使在較差的接收條件下，亦可輸出無錯誤(error-free)IP資料報(在MPE-FEC編碼后)。每一MPE-FEC區段包含由標頭與循環冗餘校驗(cyclic redundancy check，CRC)-32消耗的16位元組。藉由在MPE-FEC封包標頭使用循環冗餘校驗，如果循環冗餘校驗失敗，以旗標(flag)表示MPE-FEC封包内容不可靠。依據DVB-H標準，時間分片係在DVB-H系統中強制使用，而MPE-FEC為可選擇的使用。MPE-FEC標準與非MPE-FEC適應接收機回溯相容(backward compatible)。
第5a圖係具有動態功率調整之OFDM接收機之另一實施例之簡要示意圖。此舉例說明的OFDM接收機包含解調器531、ICI偵測器532、決定電路533、系統效能偵測器534、通道估測器535、ICI消除器536、等化器537以及FEC50。第5b圖係FEC50之實施例之舉例說明。在第5b圖中，FEC50包含解映射器(de-mapper)502、内解交錯器(inner deinterleaver)504、卷積解碼器506、外解交錯器(outer deinterleaver)508、RS解碼器510、解拌器(descrambler)512、傳輸流解多工器(transport stream de-multiplexer)514、以及IP封裝器516。IP封裝器516包含時間分片模組518以及MPE-FEC模組520。在第5b圖所示之區塊中，僅僅MPE-FEC模組520可選擇性地開啟。當接收到MPE-FEC叢發(burst)時，IP封裝器516需要以其記憶體來緩衝資料，用來在時間間隔中使用。對於每一接收到的屬於應用程式資料表或者RS資料表之區段，IP封裝器516在區段標頭中查找區段内的MPE-FEC訊框的開始位址，然後將MPE-FEC訊框設置在各自表中的正確位置。上述程序完成之後，所有接收到的叢發可依據循環冗餘校驗-32之校驗和而標出“可靠”或者“不可靠”。由於可省略MPE-FEC，IP封裝器516決定是否所有的MPE-FEC叢發被標出“可靠”。如果是，MPE-FEC模組520依舊保持關閉從而節省電源。否則，MPE-FEC模組開啟。MPE-FEC模組520，如果開啟，可在255位元組碼字中校正64個錯誤位元組。如果在一列中有少於64的不可靠位元組，MPE-FEC模組520可校正所有的錯誤。如果在一列中有多於64個不可靠位元組，MPE-FEC模組520將不能作任何校正，從而通常不糾錯而輸出位元錯誤。
由於MPE-FEC模組以及ICI消除器消耗功率，選擇性地開啟MPE-FEC模組以及ICI消除器可有效地降低功率消耗。這將減少接收機的平均功率消耗。整個多載波接收機能夠負荷弱ICI，因此當ICI微弱時不需要打開ICI消除器。
第6圖係依據本發明之實施例之動態調整接收多載波之功率消耗之方法之流程圖。該方法包含以下步驟：步驟S601：解調一多載波信號；步驟S602：估測通道特性；步驟S603：估測載波間的相互干擾；步驟S604：偵測系統效能；步驟S605：比較載波間的相互干擾、系統效能與其各自的閾值；步驟S606：減去載波間的相互干擾；步驟S607：等化解調的多載波信號，更新系統效能；步驟S608：MPE-FEC叢發是否“可靠”；步驟S609:RS解碼所有的MPE-FEC叢發。
在步驟S601中以解調一多載波信號開始，其中多載波信號包含多個子載波。多載波信號可為OFDM信號或者MC-CDMA信號。在步驟S602中，依據解調的多載-波信號，來估測每一子載波之通道特性。在步驟S603中，依據解調的多載波信號估測ICI(例如ICI強度)。在步驟S604中，偵測系統效能。在本發明之一些實施例中，系統效能係SNR或者BER。在步驟S605中，ICI與ICI閾值相比較，並且系統效能與系統效能閾值相比較。在步驟S606中，如果ICI超出ICI閾值並且系統效能低於系統效能閾值，從解調的多載波信號中減去估測的ICI。在步驟S607，解調的多載波信號依據估測的通道特性而等化，其中等化的多載波信號用來更新系統效能。如果在步驟S605中，ICI低於ICI閾值或者系統效能超出系統效能閾值，方法直接執行至步驟S607。在本發明之實施例中，載波間的相互干擾係速度、都卜勒頻率、通道時變或者其他類似。
在一些實施例中，等化多載波信號包含255個MPE-FEC叢發。MPE-FEC叢發在步驟S608中被檢查。每一叢發被標記“可靠”或者“不可靠”。如果多於一個叢發被標記“不可靠”，所有256個MPE-FEC叢發在步驟S609中被RS解碼。如果所有的MPE-FEC叢發標記為“可靠”，省略RS解碼。
所述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之範疇。任何習知技藝者可依據本發明之精神輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。
10．．．多載波接收機
102、531．．．解調器
104、532．．．ICI偵測器
106、534．．．系統效能偵測器
108、533．．．決定電路
110、536．．．ICI消除器
112、535．．．通道估測器
114、537．．．等化器
202、516．．．IP封裝器
2011．．．RS編碼器
2012．．．外交錯器
2013．．．卷積編碼器
2014．．．内交錯器
2015．．．映射器
2016．．．OFDM調變器
2017．．．D/A
2018．．．射頻前端
206、518．．．時間分片模組
204．．．MPE-FEC
50．．．FEC
502．．．解映射器
504．．．内解交錯器
506．．．卷積解碼器
508．．．外解交錯器
510．．．RS解碼器
512．．．解拌器
514．．．傳輸流解多工器
520．．．MPE-FEC模組
S601-S609．．．步驟
第1圖係具有動態功率調整之多載波接收機之簡要示意圖。
第2圖係DVB-H傳輸機之簡要示意圖。
第3圖繪示了一個MPE-FEC矩陣。
第4圖係應用程式資料表之佈局。
第5a圖係具有動態功率調整之OFDM接收機之另一實施例之簡要示意圖。
第5b圖係第5a圖所示之接收機之FEC之實施例之舉例說明。
第6圖係依據本發明之實施例之動態調整接收多載波之功率消耗之方法之流程圖。
10．．．多載波接收機
102．．．解調器
104．．．ICI偵測器
106．．．系統效能偵測器
108．．．決定電路
110．．．ICI消除器
112．．．通道估測
114．．．等化器

Claims (21)

  1. 一種具有動態功率調整之多載波接收機，包含：一解調器，接收一多載波信號，其中上述多載波信號包含多個子載波；一通道估測器，從解調的上述多載波信號中估測每一子載波之通道特性；一載波間的相互干擾偵測器，從解調的上述多載波信號估測載波間的相互干擾之一載波間的相互干擾；一系統效能偵測器，偵測一系統效能；一載波間的相互干擾消除器，當上述載波間的相互干擾消除器開啟時，將解調的上述多載波信號減去估測的載波間的相互干擾后輸出，當上述載波間的相互干擾消除器關閉時，輸出解調的上述多載波信號；一決定電路，當上述載波間的相互干擾超出一載波間的相互干擾閾僅並且上述系統效能小於一系統效能閾值時，開啟上述載波間的相互干擾消除器；以及一等化器，依據上述估測的通道特性來等化上述載波間的相互干擾消除器的輸出信號，其中上述等化的多載波信號提供至上述系統效能偵測器，以更新上述系統效能。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中當上述載波間的相互干擾小於上述載波間的相互干擾閾值時或者上述系統效能超出上述系統效能閾值時，上述決定電路關閉上述載波間的相互干擾消除器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之 多載波接收機，更包含一多重協定封裝-前向糾錯模組，其中上述等化的多載波信號包含255個叢發，每一上述叢發被標記“可靠”或者“不可靠”，如果所有的255個上述叢發被標記“可靠”，上述多重協定封裝-前向糾錯模組保持關閉來節省電源，否則，上述多重協定封裝-前向糾錯模組開啟。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中上述解調器係由一快速傅利葉轉換實現。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中上述系統效能偵測器係一信號雜訊比估測器，並且上述系統效能係一信號雜訊比。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中上述系統效能偵測器係一位元錯誤率估測器，並且上述系統效能係一位元錯誤率。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中上述載波間的相互干擾偵測器係一速度估測器，並且上述載波間的相互干擾係上述多載波接收機之速度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中上述載波間的相互干擾偵測器係一都卜勒頻率估測器，並且上述載波間的相互干擾係以都卜勒頻率表示。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中上述載波間的相互干擾偵測器係一通 道時變估測器，並且上述載波間的相互干擾係以通道時變表示。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中上述多載波信號係一正交分頻多工信號。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之具有動態功率調整之多載波接收機，其中上述多載波信號係一多載波分碼多工多重存取信號。
  12. 一種動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，包含：解調一多載波信號，其中上述多載波信號包含多個子載波；依據上述解調的多載波信號，估測每一子載波之通道特性；從上述解調的多載波信號估測載波間的相互干擾之一載波間的相互干擾；偵測一系統效能；當上述載波間的相互干擾超出一載波間的相互干擾閾值並且上述系統效能小於一系統效能閾值時，從上述解調的多載波信號減去估測的載波間的相互干擾，得到一第一輸出信號；以及依據上述估測的通道特性來等化上述第一輸出信號，並且依據上述等化的多載波信號來更新上述系統效能。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中當上述載波間的相互干擾 小於上述載波間的相互干擾閾值時或者上述系統效能超出上述系統效能閾值時，等化上述解調后的多載波信號。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中上述等化的多載波信號包含255個叢發，每一上述叢發被標記“可靠”或者“不可靠”，以及上述方法更包含當有一個以上的叢發被標記“不可靠”時，裏德所儸門解碼上述255個叢發。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中上述系統效能係一信號雜訊比。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中上述系統效能係一位元錯誤率。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中上述載波間的相互干擾係以上述多載波接收機之速度表示。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中上述載波間的相互干擾係以都卜勒頻率表示。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中上述載波間的相互干擾係以通道時變表示。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中上述多載波信號係一正交分頻多工信號。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之動態調整一多載波接收機之功率消耗之方法，其中上述多載波信號係一多載波分碼多工多重存取信號。
TW098125804A 2008-08-04 2009-07-31 具有動態功率調整之多載波接收機以及動態調整多載波接收機之功率消耗之方法 TWI395440B (zh)

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US12/185,232 US7664190B1 (en) 2008-08-04 2008-08-04 Multi-carrier receiver with dynamic power adjustment and method for dynamically adjusting the power consumption of a multi-carrier receiver

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