TWI442741B - 通道估測及符元邊界偵測方法 - Google Patents

通道估測及符元邊界偵測方法 Download PDF

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Description

通道估測及符元邊界偵測方法
本發明係有關一種符元邊界偵測方法，特別是關於一種用於第二代歐規地面數位電視廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2,DVB-T2)系統的通道估測及符元邊界偵測方法。
正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是一種高效率之多路徑調變/解調變技術，其利用多個載波同時傳送資料，以提昇資料傳輸速率。近年來，正交分頻多工技術已被採用於各無線通訊系統中，如第二代歐規地面數位電視廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2,DVB-T2)系統。
第二代歐規地面數位電視廣播系統中使用T2訊框(T2-frame)來傳送數位廣播訊號。請參考第一圖，係為T2訊框1的架構示意圖。T2訊框1係由正交分頻多工符元(OFDM symbols)組成，其包含一組第一前置符元(preamble symbol,P1 symbol)11、多組第二前置符元(P2 symbol)13以及資料符元15。接收訊號時，必須先解出第一前置符元11中的相關參數資訊，如傳輸型態(transmission type)，才能往後解開第二前置符元13，進而獲得資料符元15的內容。
數位廣播訊號被封裝成多個T2訊框1架構的封包23，並經由多個路徑通道(path channel)被傳送至接收端，而由於通道脈衝響應(channel impulse response，CIR)通常皆非理想，為避免「符際干擾」(inter-symbol interference，ISI)的問題，一般會在符元間額外加入一段循環前置(Cyclic Prefix，CP)資料，以作為防護區間(Guard Interval,GI)。為了有效避免符際干擾，尤其在多路徑架構(multi-path scheme)下，接收器必須決定接收訊號的正確起始位置，即符元的邊際。
請參考第二圖，係為傳統偵測符元邊界的示意圖。如第二圖所示，T2訊框1架構的封包23經由多個路徑通道(path channel)Pa1,Pa2被傳送，每一封包23前端都加入循環前置21的資料。一開始，符元邊界視窗25係根據第一個路徑通道Pa1決定的，如圖中的虛線框。一旦在目前符元邊界視窗25下解訊號時發現有封包錯誤(packet error)，再移動符元邊界視窗25的位置，並偵測是否有封包錯誤，如此重複上述步驟，直到找出具有最小符際干擾的符元邊界視窗25。然而，每次調整符元邊界視窗25的位置，都必須依序解出一組第一前置符元P1以及多組第二前置符元P2，如此會耗費非常多的找尋時間。
因此，亟需提出一種新穎的通道估測及符元邊界偵測方法，期有效率的估測通道態樣，進而偵測出最佳的符元邊界。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種符元邊界偵測方法，其能在第二代歐規地面數位電視廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2,DVB-T2)系統中有效率的估測出通道態樣，並根據估測出的通道態樣來偵測出最佳的符元邊界。
本發明係揭示一種符元邊界偵測方法，用以偵測一接收訊號(received signal)之符元邊界(symbol boundary)，接收訊號包含複數個資料串(data burst)，分別經由複數個路徑通道(path channel)被傳輸，其中每一資料串包含複數個前置符元(preamble symbols)。所述之符元邊界偵測方法包含以下步驟：首先，根據解碼後的前置符元產生至少一相關樣示(correlation pattern)，然後，將相關樣式與接收訊號進行一交叉相關性(cross correlation)運算，以產生至少一通道脈衝響應(channel impulse response,CIR)的相關結果，最後，根據相關結果依序調整一符元邊界視窗的位置，以分別計算全部路徑通道的符際干擾值(inter-symbol interference)，並取具有最小符際干擾值的資料串之符元邊界視窗為一最佳符元邊界視窗。
本發明又揭示一種通道估測方法，係適用於一接收器(receiver)，接受器接收一接收訊號(received signal)，接收訊號包含複數個資料串(data burst)，分別經由複數個路徑通道(path channel)傳至接收器，其中每一資料串包含複數個前置符元(preamble symbols)。所述之通道估測方法包含以下步驟：首先，根據解碼後的前置符元產生至少一相關樣示(correlation pattern)，接著，將相關樣式與接收訊號進行一交叉相關性(cross correlation)運算，以產生至少一通道脈衝響應(channel impulse response,CIR)的相關結果。其中，根據相關結果來決定接收訊號的符元邊界(symbol boundary)。
習知
1‧‧‧T2訊框
11‧‧‧第一前置符元
13‧‧‧第二前置符元
15‧‧‧資料符元
21‧‧‧循環前置
23‧‧‧封包
Pa1,Pa2‧‧‧路徑通道
25‧‧‧符元邊界視窗
本發明
3‧‧‧無線通訊系統
31‧‧‧發射器
33‧‧‧接收器
35,37‧‧‧天線
39‧‧‧路徑通道
4‧‧‧T2訊框
41‧‧‧第一前置符元
43‧‧‧第二前置符元
45‧‧‧資料符元
411‧‧‧第一部分
412‧‧‧第二部分
413‧‧‧第三部份
414‧‧‧第四部份
61‧‧‧第一相關樣示
62‧‧‧第二相關樣示
63‧‧‧第三相關樣示
C0,CX,CGI,CCH_Len-1‧‧‧路徑通道
CP‧‧‧循環前置
91‧‧‧符元邊界視窗
93‧‧‧最佳符元邊界視窗
S101-S119‧‧‧步驟
第一圖顯示T2訊框的架構示意圖。
第二圖顯示傳統偵測符元邊界的示意圖。
第三圖係為本發明實施例之無線通訊系統之基本架構示意圖。
第四圖係為本發明實施例之T2訊框的架構示意圖。
第五圖係為本發明實施例之第一前置符元的架構示意圖。
第六圖係為本發明實施例之利用第一前置符元產生的相關樣示及其相關結果之示意圖。
第七圖係為本發明實施例之相關結果經消除程序後的合併結果示意圖。
第八圖係為本發明實施例之使用第二相關樣示與第三相關樣示進行左到右消除程序與右到左消除程序來估測通道脈衝響應態樣的結果之例示圖。
第九圖係為本發明實施例之多路徑通道中傳送接收訊號之架構示意圖。
第十圖係為本發明實施例之符元邊界偵測方法之步驟流程圖。
首先，請參考第三圖，係為本發明實施例之無線通訊系統之基本架構示意圖。如第三圖所示，無線通訊系統3中至少包含一發射器(transmitter)31與一接收器(receiver)33，其中發射器31與接收器33各具有天線35、37。發射器31透過天線35將訊號發射出去，而接收器33則透過天線37接收訊號，再經過一些訊號處理步驟(如：解調、解碼等)，以得到可利用的資訊。訊號係經由複數個路徑通道(path channels)39傳至接收器33。具體來說，無線通訊系統3係為第二代歐規地面數位電視廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2,DVB-T2)系統，其使用T2訊框(T2-frame)來傳送數位廣播訊號，如各電視節目頻道的訊號。
在多路徑架構(multi-path scheme)下，接收器33接收的一接收訊號，意即數位廣播訊號，包含複數個資料串(data burst)，分別同時經由路 徑通道39傳遞。資料串係封裝成T2訊框(T2-frame)的格式來傳遞，請參考第四圖，係為本發明實施例之T2訊框4的架構示意圖。T2訊框4係由正交分頻多工符元(OFDM symbols)組成，其包含一組第一前置符元(preamble symbol,P1 symbol)41、多組第二前置符元(P2 symbol)43以及資料符元45。第一前置符元41夾帶了快速傅立葉轉換大小(fast Fourier transform size，FFT size)、傳輸型態(transmission type)等重要傳輸參數；而第二前置符元43夾帶了防護區間(Guard Interval,GI)型態、編碼速率(code rate)等參數。為了接收DVB-T2訊號，必須先解出第一前置符元41中的相關參數資訊，一旦確定第一前置符元41，才能偵測符元邊界。
偵測並解碼收到的第一前置符元41後，接收器33便根據解碼出的參數重新產生第一前置符元41，如第五圖所示，重新產生的第一前置符元41係由2048個符元組成，分為四個部份(part1-part4)411-414。基於第一前置符元41的架構，可產生至少一種特製的相關樣示(correlation pattern)。
請參考第六圖，係為本發明實施例之利用第一前置符元41產生的相關樣示及其相關結果之示意圖。如第六圖所示，第一相關樣示(pattern 1)61係由第一前置符元41的第二部分412和第三部份413組成。第二相關樣示(pattern 2)62係由第一前置符元41的第一部分411、542個0位元和第三部份413組成。第三相關樣示(pattern 3)63係由第一前置符元41的第二部分412、482個0位元和第四部份414組成。在不失真通道環境(perfect channel)下，相關樣式61-63與接收訊號會進行一交叉相關性(cross correlation)運算，以產生通道脈衝響應(channel impulse response,CIR)的相關結果(correlation result)。
以第一相關樣示(pattern 1)61為例，其與接收訊號進行交叉相關性運算所產生的相關結果如左圖所示。相關結果具有三個主要脈 衝(pulse)，然而，在不失真通道環境(perfect channel)下，應該只能存在一個路徑，因而只能有一個脈衝。因此，應消除圖中兩個訊號較弱的脈衝，以獲得正確的通道脈衝響應估測態樣。
為了便於消除訊號較弱的脈衝，本發明特別使用第二相關樣示62與第三相關樣示63來進行消除程序。以第二相關樣示62及其相關結果為例，主要路徑在0的位置，且需要消除的脈衝(即在482和542的路徑)皆在具有最大脈衝的路徑之右邊，因而使用一左到右消除程序(Left-to-Right(L to R)cancellation)來消除在482和542的路徑。左到右消除程序係利用公式(1)來達成。這裡的s(t)表示接收訊號，t表示所接收到取樣索引(sample index)，且N表示消除路徑之範圍。α1係表示在482的脈衝相對於在0的脈衝之增益比值，意即α1=c(482)/c(0)；而α2係表示在542的脈衝相對於在0的脈衝之增益比值，意即α2=c(542)/c(0)。
t=0~N s(t+482)=s(t+482)-s(t)×α1 s(t+542)=s(t+542)-s(t)×α2. (1)
同樣地，若以第三相關樣示63及其相關結果為例，主要路徑在542的位置，且需要消除的脈衝(即在0和60的路徑)皆在具有最大脈衝的路徑之左邊，因而使用一右到左消除程序(Right-to-Left(R to L)cancellation)來消除在0和60的路徑。右到左消除程序係利用公式(2)來達成。這裡的s(t)表示接收訊號，t表示所接收到取樣索引(sample index)，且N表示消除路徑之範圍。α3係表示在60的脈衝相對於在542的脈衝之增益比值，意即α3=c(60)/c(542)；而α4係表示在0的脈衝相對於在542的脈衝之增益比值，意即α4=c(0)/c(542)。
t=N~0 s(t-482)=s(t-482)-s(t)×α3 s(t-542)=s(t-542)-s(t)×α4. (2)
除了使用上述同方向消除程序(successive cancellation)所得到的相關結果，另一具體實施例中，亦可將左到右消除程序和右到左消除程序所得到的相關結果合併，如第七圖所示，以增加主要路徑相對於雜訊的訊號強度比。
請參考第八圖，係為本發明實施例之使用第二相關樣示62與第三相關樣示63進行左到右消除程序與右到左消除程序來估測通道脈衝響應態樣的結果之例示圖，其中圖中的通道是一個具有延遲的單一頻率網路(single frequency network)通道。如第八圖所示，藉由左到右消除程序與右到左消除程序，可消除相關結果中訊號較弱的脈衝，以獲得正確的通道脈衝響應估測態樣。一具體實施例中，可預設一脈衝門檻值，消除後剩下的脈衝之訊號強度若小於脈衝門檻值，則將其設為0，以過濾之。
在多路徑架構(multi-path scheme)下，接收器33必須決定接收訊號的符元邊界，為了有效避免符際干擾，所決定的符元邊界最好在引致最小符際干擾值的位置。引致的符際干擾值可根據估測出的通道脈衝響應資訊來估測出，進而偵測具有最小符際干擾值的符元邊界。
請參考第九圖，係為本發明實施例之多路徑通道中傳送接收訊號之架構示意圖。如第九圖所示，接收訊號的資料串被封裝成多個T2訊框4架構的封包，並經由多個路徑通道被傳送至接收端33。每一封包前端都加入循環前置(Cyclic Prefix，CP)資料，以作為防護區間(Guard Interval,GI)。一開始，符元邊界視窗91會根據第一個路徑通道決定，如圖中的實線框，然 而，在所估測出的通道態樣下(從相關結果獲得)，目前決定的符元邊界視窗91之位置並不是具有最小符際干擾值。而在多個路徑通道中傳送接收訊號，所引致的符際干擾值可大略藉由估測出的通道脈衝響應資訊(從相關結果獲得)來估測出。例如，符元邊界視窗91所引致的符際干擾值可由公式(3)估測。
ISI(0)=c CH_Len-1*s(N-(CH_Len-GI))+c GI-△*s(N-(CH_Len-GI-△))+C GI *s(N-1)ISI(1)=c CH_Len-1*s(N-(CH_Len-GI-1))+c GI-△*s(N-(CH_Len-GI-△-1))⋮ISI(n)=.......... (3)N：FFT size
這裡的ISI(n)係指在符元邊界視窗91中，第(n+GI)個符元的所有符際干擾值，如此便計算出在符元邊界視窗91中，各符元位置的所有符際干擾值。而每次移動符元邊界視窗91，都重複上述動作。之後，再利用公式(4)加總各位置算出的符際干擾值，例如，EISI(0)係在符元邊界視窗91中，各符元分布於路徑通道CGI-CCH_Len-1的符際干擾總值。符際干擾總值EISI(0)係總和在第(GI)個符元(=ISI(0))、第(GI+1)個符元(=ISI(1))、…、第(CH_Len-1)個符元(=ISI(CH_Len-1))的際干擾值，其中，CH_Len係指通道的長度。根據公式(4)，發現當符元邊界視窗91移動d個符元後所計算出的符際干擾總值(EISI(d))最小，即找出最佳符元邊界視窗，如圖中虛線框93。
最後，請參考第十圖，係為本發明實施例之符元邊界偵測方法之步驟流程圖。所述之符元邊界偵測方法之步驟如下： 首先，接受器33接收一接收訊號中的資料串及第一前置符元P1(步驟S101)，並解碼第一前置符元P1(步驟S103)。接著，根據第一前置符元P1及其特定格式產生相關樣示(步驟S105)，這邊以第二相關樣示62為例。
之後，便將所產生的相關樣式(第二相關樣示62)與接收訊號進行交叉相關性運算，以產生通道脈衝響應的相關結果(步驟107)。為了獲得更正確的通道態樣，便進行左到右消除程序與右到左消除程序來消除相關結果中訊號較弱的脈衝(步驟S109)。接著，判斷剩下的脈衝之訊號強度是否小於預先設定的脈衝門檻值(步驟S111)，若有，則需將其設定為0(步驟S113)，以簡化之後計算符際干擾總值的時間。
根據相關結果估測出通道脈衝響應態樣後，便依序調整符元邊界視窗91的位置，根據公式(3)、(4)分別計算各符元位置的所有符際干擾值(步驟S115)，最後取具有最小符際干擾值的資料串之符元邊界視窗93為最佳符元邊界視窗(步驟S117)。由於具有最小符際干擾值的符元邊界視窗有時域偏移量，因此須進行符元時域位移(symbol timing shift)程序來避免偏移(步驟S119)。
如前述，傳統偵測符元邊界需要耗費許多時間。所以藉由本發明之技術，根據前置符元的特定格式來產生相關樣示，並使用交叉相關性運算來獲得通道脈衝響應的相關結果。利用同方向消除程序消除訊號較弱的脈衝，以獲得更正確的通道態樣。有了通道態樣資訊後，再利用本發明提出的公式來計算出具有最小符際干擾值的符元邊界。如此一來，能有效率地估測出正確通道態樣，並快速地偵測符元邊界。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修 飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
C0,CX,CGI,CCH_Len-1‧‧‧路徑通道
CP‧‧‧循環前置
91‧‧‧符元邊界視窗
93‧‧‧最佳符元邊界視窗

Claims (17)

  1. 一種符元邊界偵測方法，用以偵測一接收訊號(received signal)之符元邊界(symbol boundary)，該接收訊號包含複數個資料串(data burst)，分別經由複數個路徑通道(path channel)被傳輸，其中每一該資料串包含複數個前置符元(preamble symbols)，該符元邊界偵測方法至少包含下列步驟，包含：偵測並解碼該前置符元；根據解碼後的該前置符元產生至少一相關樣示(correlation pattern)；進行一通道估測程序(channel estimation procedure)，包含：將該些相關樣式與該接收訊號進行一交叉相關性(cross correlation)運算，以產生至少一通道脈衝響應(channel impulse response,CIR)的相關結果；根據該相關結果依序調整一符元邊界視窗的位置，以分別計算全部該些路徑通道的符際干擾值(inter-symbol interference)；及取具有最小符際干擾值的該資料串之該符元邊界視窗為一最佳符元邊界視窗。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之符元邊界偵測方法，其中該相關結果具有複數個脈衝(pulse)，而該通道估測程序之步驟中更包含：從該相關結果中消除訊號較弱的該些脈衝；及合併每一該相關結果中剩下的該些脈衝之強度(power)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之符元邊界偵測方法，其中該些脈衝包含一第一脈衝和一第二脈衝，該第一脈衝的訊號強度大於該第二脈衝的訊號強度，而於消除訊號較弱的該些脈衝之步驟中包含：計算該第二脈衝相對於該第一脈衝的一增益比值；及 該第二脈衝減去該第一脈衝乘以該增益比值之值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之符元邊界偵測方法，其中該通道估測程序之步驟中更包含：預設一脈衝門檻值；及剩下的該些脈衝之訊號強度若小於該脈衝門檻值，則過濾之。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之符元邊界偵測方法，其中該些資料串分別具有一循環字首(cyclic prefix,CP)，而於計算全部該些路徑通道的符際干擾值之步驟中更包含：在每一該些符元邊界視窗中，計算各位置之所有符元的符際干擾值；及加總在各位置算出的符際干擾值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之符元邊界偵測方法，其中於產生該相關樣示步驟之前更包含：判斷該路徑通道的長度是否大於該循環字首的長度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之符元邊界偵測方法，其中該相關樣示包含部份之該前置符元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之符元邊界偵測方法，其中該相關樣示係由部份之該前置符元以及複數個0位元組成。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之符元邊界偵測方法，其中該接收訊號係由複數個正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)符元組成。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之符元邊界偵測方法，係適用於第二代歐規地面數位電視廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2,DVB-T2)系統。
  11. 一種通道估測方法，係適用於一接收器(receiver)，該接受器接 收一接收訊號(received signal)，該接收訊號包含複數個資料串(data burst)，分別經由複數個路徑通道(path channel)傳至該接收器，其中每一該資料串包含複數個前置符元(preamble symbols)，該通道估測方法至少包含下列步驟：接收並解碼該前置符元；根據解碼後的該前置符元產生至少一相關樣示(correlation pattern)；及將該些相關樣式與該接收訊號進行一交叉相關性(cross correlation)運算，以產生至少一通道脈衝響應(channel impulse response,CIR)的相關結果，該相關結果具有複數個脈衝(pulse)；從該相關結果中消除訊號較弱的該些脈衝；以及合併每一該相關結果中剩下的該些脈衝之強度(power)以決定該接收訊號的符元邊界(symbol boundary)。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之通道估測方法，其中該些脈衝包含一第一脈衝和一第二脈衝，該第一脈衝的訊號強度大於該第二脈衝的訊號強度，而於消除訊號較弱的該些脈衝之步驟中包含：計算該第二脈衝相對於該第一脈衝的一增益比值；及該第二脈衝減去該第一脈衝乘以該增益比值之值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之通道估測方法，更包含：預設一脈衝門檻值；及剩下的該些脈衝之訊號強度若小於該脈衝門檻值，則過濾之。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之通道估測方法，更包含：根據該相關結果依序調整一符元邊界視窗的位置，以分別計算各位置之所有符元的符際干擾值(inter-symbol interference)；及取具有最小符際干擾值的該資料串之該符元邊界視窗為 一最佳符元邊界視窗。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之通道估測方法，其中該相關樣示包含部份之該前置符元。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之通道估測方法，其中該相關樣示係由部份之該前置符元以及複數個0位元組成。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之通道估測方法，係適用於第二代歐規地面數位電視廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2,DVB-T2)系統。
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