TWI446760B - 頻率誤差評估器 - Google Patents

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Description

頻率誤差評估器
本發明關於無線接收器。更特定言之，本發明關於一種評估及改正接收器中基帶頻率誤差的方法及裝置。
諸如用於無線傳輸/接收單元(WTRUs)及基地台中之常態化最小均方(NLMS)等化器的適應式接收器透過一迭代程序最佳化其相關濾波器抽頭值，該迭代程序要求多次迭代以逼近收斂。該等抽頭值隨時間經過而收斂至一被用來進行頻道評估的最小均方誤差(MMSE)解。
一NLMS接收器包含一具有一等化器濾波器的等化器，該濾波器在收斂過程中是連續的，因為其試著追蹤一時變頻道。其追蹤該頻道的複雜度越高，該等化器之抽頭值會離收斂更遠。一般而言，較快的頻道(亦即快速發展的頻道狀態)對於等化器來說難以追蹤。輸入等化器內之基帶中的殘餘自動頻率控制(AFC)誤差導致頻道表面上看來比實際還快。頻道之表觀速率的增加僅能藉由加大NLMS接收器所用NLMS演算法之階躍大小的方式予以部分緩和。該加大的階躍大小允許等化器濾波器更準確地追蹤〝快〞頻道，但也會加大MMSE解的誤差，這導致接收器的表現劣化。
運用頻道評估的接收器也會因殘餘AFC誤差而劣化。由於用於頻道評估之適當等化器濾波器的帶寬是頻道之表觀速率之一函數，大AFC誤差迫使使用無法有效抑制噪訊的寬頻帶濾波器，從而導致較不精準的頻道估計。想要有一簡單解決方案抑制殘餘AFC誤差。
本發明關於一種評估及改正接收器中基帶頻率誤差的方法及裝置。在一實施例中，一等化器對一樣本資料串流進行等化作業且以此等化作業為基礎產生濾波器抽頭值。一估算頻率誤差信號被以該等濾波器抽頭值之至少一者為基礎而產生。一旋轉相量被以該估算頻率誤差信號為基礎而產生。該旋轉相量與該樣本資料串流相乘以改正該樣本資料串流的頻率。在另一實施例中，一頻道評估器以指權重(finger weights)之至少一者為基礎進行頻道評估並且產生耙式接收器指權重。一估算頻率誤差信號被以該等指權重之至少一者為基礎而產生。
以下參照圖式說明較佳實施例，其中以相同數字代表相同元件。
在下文中，術語〝WTRU〞非侷限性包括一使用者設備(UE)、一移動站、一膝上型電腦、一個人數位助理(PDA)、一固接或移動用戶單元、一呼叫器、或任何其他能夠在無線環境中運作的裝置類型。在下文中，術語〝基地台〞非侷限性包括一存取點(AP)、一B節點(Node－B)、一網點控制器或是無線環境中之任何其他介接裝置類型。
本發明之特徵可被併入一積體電路(IC)內或被建構在一包含多重互連組件的電路內。
以下就NLMS等化器說明本發明。但應理解到NLMS等化器型接收器只是當作一實例提供，本發明可應用於執行任何其他適應式等化演算法的接收器以及運用頻道評估的接收器譬如塊型等化器及耙式接收器。
第1圖是一依據本發明一實施例用於去除殘餘AFC誤差之範例BFC系統100的方塊圖。BFC系統100可被併入一WTRU或一基地台內。BFC系統100包含一乘法器102、一等化器104、一頻率誤差評估器106、一控制器108及一數字控制振盪器(NCO)110。等化器104處理由一接收器前端(圖中未示)經由乘法器102提供的樣本資料串流112。該等化器可依據一NLMS演算法運作。然亦可運用任何其他類型的適應式等化器演算法。
等化器104產生之濾波器抽頭值114被提供為一送交頻率誤差評估器106的輸入。頻率誤差評估器106產生一估算頻率誤差信號116。AFC後的殘餘頻率誤差可被BFC僅以等化器104中至少一抽頭值之觀測為基礎或是從部分頻道估計譬如一耙式指複權重評估大幅降低。BFC係藉由以等化器104中一或多個抽頭值之觀測為基礎評估頻率誤差、產生一由一複正弦(或旋轉相量)、將輸入樣本資料串流乘上該相量以改正該輸入樣本資料串流並且將頻率改正的樣本118以一閉迴圈方式用於等化器104之輸入而達成。
殘餘頻率誤差係藉由定期測量等化器104之抽頭值之一或多者的相位變化(或是部分頻道估計)來評估。對等化器濾波器抽頭值114測得之不同樣本間的相位變化的大部分是因為噪訊及衰落。但是，因衰落及噪訊而造成的相位變化是零平均(例如平均值為零)。因此，任何樣本的期望平均值會是零，亦即信號的平均值是零。所以可利用濾波作業從整體相位變化(例如因殘餘AFC誤差所致)去除造成相位變化的噪訊和衰落分量，並且復原因頻率誤差所致的緩慢變動相位變化。
一旦由頻率誤差評估器106評估了頻率誤差，控制器108處理估算頻率誤差信號116以產生一頻率調整信號120。控制器108可單純地調整估算頻率誤差信號116之增益，或者可用一更複雜的演算法(例如比例－積分－微商(PID))處理估算頻率誤差信號116。頻率調整信號120被送到NCO 110，其產生一對應於頻率調整信號120的旋轉相量122。乘法器102將旋轉相量122乘上樣本資料串流112以產生頻率改正的樣本118輸入到等化器104。
殘餘AFC誤差在基帶中顯露為基帶信號中之一乘法誤差且具有一複正弦的形式，譬如g(t)*exp(j*2pi*f*t)，其中g(t)是想要的未劣化基帶信號且exp(j*2pi*f*t)是代表誤差的複正弦。藉由乘上exp(－j*2pi*f*t)，複正弦抵消而僅留下想要的信號g(t)。估算頻率誤差信號116輸入到控制器108，其隨後輸出一信號120，該信號舉例來說可為輸入之一成比例版本，例如四(4)倍估算頻率誤差信號116值。控制器108的輸出信號120亦可包含其他項，譬如一與估算頻率誤差信號116之積分及/或微商成比例的項。更常見的，輸出信號120亦可經刪減使其在某範圍以內或是有其他此類非線性函數用於該信號。NCO(110)取一頻率值做為一輸入，並且輸出一具備等於該輸入之值的瞬間頻率的強度恆定複信號，例如exp(j*2pi*f*t)，其中f是該輸入頻率。
第2圖是一第1圖之BFC系統100之頻率誤差評估器106的方塊圖。頻率誤差評估器106包含一抽頭值提取單元202、一延遲單元204、一共軛值產生器206、乘法器208和210、一反正切單元212、一強度偵測器214、一平均濾波器216、一相變濾波器218及一比較器220。等化器產生濾波器抽頭值114，其被送到頻率誤差評估器106。
在頻率誤差評估器106中，抽頭值提取單元202從濾波器抽頭值114(或者是從一頻道評估器)提取一適當抽頭值或抽頭值平均並輸出到一輸出信號203上以用來進行頻率評估。舉例來說，至少一對應於一特定頻道中一FSP的適當抽頭值可從等化器濾波器抽頭值114提取。抽頭值提取單元202亦可追蹤提取的抽頭值之頻率漂移。
提取的抽頭值203被轉送到一延遲單元204及一共軛值單元206。延遲單元204藉由輸出一滯後抽頭值205使提取的抽頭值203延遲一段預定時間。共軛值產生器係用來產生提取的抽頭值203之一共軛值207。乘法器208將滯後抽頭值205乘上共軛抽頭值207。乘法器208之輸出209具有一等於滯後抽頭值205與共軛抽頭值207間之相位差的相位值。此相位值與信號203之平均頻率成比例，因此亦與樣本資料串流112的平均頻率成比例。
反正切單元212測量乘法器208之輸出209之一角度值213。角度值213等於信號205與信號207間之相位差。因此求角度值213的平均就等同於求信號205與信號207間之相位差的平均。角度值213經相變濾波器218過濾以求角度值213的平均。實測平均相位差和已知延遲量被用來產生估算頻率誤差信號116。
舉例來說，在一延遲量D(秒)及以弳為單位測量之相位的條件下，頻率誤差評估器106的增益是1/(2*PI*D)。〝增益〞係指一具備一淨頻率誤差之信號(如信號114所示)變成估算頻率誤差信號116之一觀測值的變換。如果信號114具有1Hz的平均頻率，則估算頻率誤差信號116上的輸出值會是1/(2*PI*D)。
強度偵測單元214計算乘法器208之輸出209的強度並且發送一計算強度值215給比較器220之一第一輸入X並且給平均濾波器216以求平均。乘法器210將平均濾波器216之輸出信號217(亦即信號215之平均值)乘上一閾因子值219(例如有一值T的換算係數)以產生一閾信號222送到比較器220之一第二輸入Y。閾信號222之值可被設定為乘法器208輸出209之平均振幅之一分數。舉例來說，閾因子值T可被設定為1/3。比較器220比較計算強度值215與閾信號222的值，且在計算強度值215低於閾信號222的值時發送一保留信號221給相變濾波器218。
乘法器208輸出209之強度可被測量並與乘法器208輸出209之平均振幅做比較，藉此只要乘法器208輸出209之強度掉到一閾值以下時就暫停相變濾波器218。當濾波器218被暫停，估算頻率誤差信號116不會改變(亦即信號116不被更新)，輸入213未被使用，且濾波器218之內部狀態不會改變。信號209是相對較小之時保留信號221即為真。此具有每當信號213上的角度值是最為嘈雜時即予丟棄並且在頻道遭受深度衰落時改善估算頻率誤差信號116的效果。
另一選擇，可用一功率偵測器(圖中未示)取代強度偵測器214以計算乘法器208之輸出209的平均功率(亦即平方強度)，藉此以輸出209之瞬間功率與平均功率之一部分做比較。其他變異型亦屬可能。
第3圖是一依據本發明另一實施例用於去除殘餘AFC誤差之範例BFC系統300的方塊圖。BFC系統300可被併入一WTRU或一基地台內。BFC系統300包含一乘法器302、一耙式組合器(或一塊型等化器)304、一頻道評估器306、一頻率誤差評估器308、一控制器310及一NCO 312。
在一耙式接收器中，以針對指派給一耙式指之一特定多路徑分量的頻道評估為基礎決定一指權重。頻道評估器306產生耙式接收器指權重316，其被當作一輸入提供給頻率誤差評估器308。頻率誤差評估器308以一與第1圖和2所示頻率誤差評估器106相似的方式運作。
一旦由頻率誤差評估器308估算出頻率誤差，控制器310處理估算頻率誤差信號318以產生一頻率調整信號322。頻率調整信號322被送到NCO 312，其產生一對應於頻率調整信號322的旋轉相量324。乘法器302將旋轉相量324乘上樣本資料串流314以產生頻率改正的樣本320輸入到頻道評估器306和耙式組合器304。另一選擇，可用一塊型等化器取代耙式組合器304。
頻率誤差評估器308產生之估算頻率誤差信號318被控制器310及NCO 312處理，該NCO將一旋轉相量324加諸於樣本資料串流314。
第4圖是一依據本發明一實施例之方法400的高階流程圖，其包含用於改正一具有執行等化作業之等化器的無線通信接收器中之樣本資料串流頻率的方法步驟。在步驟405中，對一樣本資料串流進行等化作業。在步驟410中，以該等化作業為基礎產生濾波器抽頭值。在步驟415中，以該等濾波器抽頭值之至少一者為基礎產生一估算頻率誤差信號。在步驟420中，以該估算頻率誤差信號為基礎產生一旋轉相量信號。在步驟425中，將該旋轉相量信號乘上該樣本資料串流以改正該樣本資料串流的頻率第5圖是一方法500的流程圖，其包含用於以從第4圖方法400所用等化器產生之濾波器抽頭值中提取的一濾波器抽頭值為基礎產生估算頻率誤差信號的方法步驟。在步驟505中，從(第4圖之步驟410中產生的)濾波器抽頭值提取一適當抽頭值。在步驟510中，延遲該提取抽頭值。在步驟515中，產生該提取抽頭值之一共軛值。在步驟520中，將該提取抽頭值之共軛值乘上該滯後提取抽頭值以產生一相差信號，其代表該共軛提取抽頭值與該滯後提取抽頭值之間的相位差。在步驟525中，測量該共軛提取抽頭值與該滯後提取抽頭值之間的相位差。在步驟530中，藉由求該等實測相位差之平均而產生該估算頻率誤差信號。在步驟535中，以一閾信號之一值為基礎選擇性阻止該估算頻率誤差信號被更新。
第6圖是一依據本發明一實施例之方法600的流程圖，其包含用於以取平均的複數個提取抽頭值為基礎產生估算頻率誤差信號的方法步驟。在步驟605中，從(第4圖之步驟410中產生的)濾波器抽頭值提取複數個抽頭值。在步驟610中，求該等提取抽頭值的平均以產生該等提取抽頭值之一平均值。在步驟615中，延遲該平均抽頭值。在步驟620中，產生該平均抽頭值之一共軛值。在步驟625中，將該平均抽頭值之共軛值乘上該滯後平均抽頭值以產生一相差信號，其代表該共軛平均抽頭值與該滯後平均抽頭值之間的相位差。在步驟630中，測量該共軛平均抽頭值與該滯後平均抽頭值之間的相位差。在步驟635中，藉由求該實測相位差之平均而產生該估算頻率誤差信號。在步驟640中，以一閾信號之一值為基礎選擇性阻止該估算頻率誤差信號被更新。
第7圖是一依據本發明一實施例之方法700的流程圖，其包含用於比較相差信號之強度與閾信號之值以判斷是否應當阻止估算頻率誤差信號被更新的方法步驟。在步驟705中，計算相差信號之一強度。在步驟710中，求該相差信號之強度的平均。在步驟715中，藉由將一換算係數乘上該相差信號平均強度而產生閾信號。在步驟720中，比較該相差信號的強度與該閾信號的值。在步驟725中，若該相差信號強度低於該閾信號值則阻止該估算頻率誤差信號被更新。
第8圖是一依據本發明一實施例之方法800的流程圖，其包含用於比較相差信號之瞬間功率與閾信號之值以判斷是否應當阻止估算頻率誤差信號被更新的方法步驟。在步驟805中，計算相差信號之瞬間功率。在步驟810中，求該相差功率信號之瞬間功率的平均。在步驟815中，藉由將一換算係數乘上該相差信號平均瞬間功率而產生閾信號。在步驟820中，比較該相差信號的瞬間強度與該閾信號的值。在步驟825中，若該相差信號瞬間功率低於該閾信號值則阻止該估算頻率誤差信號被更新。
第9圖是一依據本發明一實施例之方法900的高階流程圖，其包含用於改正一具有執行頻道評估之頻道評估器的無線通信接收器中一樣本資料串流頻率的方法步驟。在步驟905中，對一樣本資料串流進行頻道評估作業。在步驟910中，以該頻道評估作業為基礎產生耙式接收器指權重。在步驟915中，以該等指權重之至少一者為基礎產生一估算頻率誤差信號。在步驟920中，以該估算頻率誤差信號為基礎產生一旋轉相量信號。在步驟925中，將該旋轉相量信號乘上該樣本資料串流以改正該樣本資料串流的頻率。
第10圖是一方法1000的流程圖，其包含用於以從第9圖方法900所用頻道評估器產生之耙式接收器指權重中提取的一指權重為基礎產生估算頻率誤差信號的方法步驟。在步驟1005中，從(第9圖之步驟910中產生的)耙式接收器指權重提取一適當指權重。在步驟1010中，延遲該提取指權重。在步驟1015中，產生該提取指權重之一共軛值。在步驟1020中，將該提取指權重之共軛值乘上該滯後提取指權重以產生一相差信號，其代表該共軛提取指權重與該滯後提取指權重之間的相位差。在步驟1025中，測量該共軛提取指權重與該滯後提取指權重之間的相位差。在步驟1030中，藉由求該實測相位差的平均而產生該估算頻率誤差信號。在步驟1035中，以一閾信號之一值為基礎選擇性阻止該估算頻率誤差信號被更新。
雖然以上已就較佳實施例特定組合說明本發明的特徵和元件，每一特徵或元件可被單獨使用而不連同較佳實施例其他特徵和元件或者是以有或沒有本發明其他特徵和元件的多種組合使用。
120、322．．．頻率調整信號
102、302、208、210．．．乘法器
203、217．．．輸出信號
205．．．滯後抽頭值
207．．．共軛抽頭值
209．．．輸出
213．．．角度值
215．．．計算強度值
219．．．閾因子值
222．．．閾信號
第1圖是一依據本發明一實施例之範例BFC系統的方塊圖，該系統包含一用於去除殘餘AFC誤差的頻率誤差評估器；第2圖是一第1圖系統100之頻率誤差評估器的方塊圖；第3圖是一依據本發明另一實施例之範例BFC系統的方塊圖；第4圖是一依據本發明一實施例之方法的高階流程圖，該方法用於改正一具有執行等化作業之等化器的無線通信接收器中的樣本資料串流頻率；第5圖是一方法的流程圖，該方法用於以從第4圖方法所用等化器產生之濾波器抽頭值中提取的一濾波器抽頭值為基礎產生估算頻率誤差信號；第6圖是一依據本發明一實施例之方法的流程圖，該方法用於以取平均的複數個提取抽頭值為基礎產生估算頻率誤差信號；第7圖是一依據本發明一實施例之方法的流程圖，該方法用於比較相差信號之強度與閾信號之值以判斷是否應當阻止估算頻率誤差信號被更新；第8圖是一依據本發明一實施例之方法的流程圖，該方法用於比較相差信號之瞬間功率與閾信號之值以判斷是否應當阻止估算頻率誤差信號被更新；第9圖是一依據本發明一實施例之方法的高階流程圖，該方法用於改正一具有執行頻道評估之頻道評估器的無線通信接收器中的樣本資料串流頻率；且第10圖是一方法的流程圖，該方法用於以從第9圖方法所用頻道評估器產生之耙式接收器指權重中提取的一指權重為基礎產生估算頻率誤差信號。
120．．．頻率調整信號
102．．．乘法器

Claims (10)

  1. 一種頻率誤差評估器，用於以至少一濾波器抽頭值為基礎產生一估算頻率誤差信號，該頻率誤差評估方法包括：一抽頭提取單元，用於從一等化器所產生的濾波器抽頭值中提取一適當抽頭值並且輸出該提取抽頭值；一延遲單元，耦接於該抽頭提取單元，用於延遲該提取抽頭值；一共軛值產生器，耦接於該抽頭提取單元及該延遲單元，用於產生該提取抽頭值的一共軛值；及一第一乘法器，耦接於該延遲單元及該共軛值產生器，用於將該提取抽頭值的共軛值乘上滯後提取抽頭值以產生一相差信號，其代表該共軛提取抽頭值與該滯後提取抽頭值間的相位差；一反正切單元，耦接於該第一乘法器的該輸出，用於以該相差信號計算一相位差值；一第一濾波器，用於平均該相位差值，藉此從該頻率誤差評估器輸出該平均相位差值以作為該估算頻率誤差信號；以及一比較器電路，配置以比較該相差信號的一強度或一功率與一閥值，並且在該相差信號的該強度或該功率低於該閥值時發送一保留信號給該第一濾波器，以導致該第一濾波器暫停。
  2. 如申請專利範圍第1項的頻率誤差評估器，其中該比較器電路包括：一強度偵測器，用於計算該相差信號的該強度；及一比較器，用於比較該相差信號的該強度與該閥值，並且 在該相差信號的該強度低於該閥值時產生該保留信號。
  3. 如申請專利範圍第2項的頻率誤差評估器，其中該比較器電路更包括：一第二濾波器，用於平均該相差信號的該強度；及一第二乘法器，用於將一換算係數乘上該相差信號的平均強度以產生該閥值。
  4. 如申請專利範圍第1項的頻率誤差評估器，其中該比較器電路包括：一功率偵測器，用於計算該相差信號的瞬間功率；及一比較器，用於比較該相差信號的瞬間功率與該閥值，藉此該比較器在該相差信號的該瞬間功率低於該閥值時產生該保留信號。
  5. 如申請專利範圍第4項的頻率誤差評估器，其中該比較器電路更包括：一第二濾波器，用於平均該相差信號的該瞬間功率；及一第二乘法器，用於將一換算係數乘上該相差信號的平均瞬間功率以產生該閥值。
  6. 一種頻率誤差評估器，用於以至少一濾波器抽頭值為基礎產生一估算頻率誤差信號，該頻率誤差評估器包括：一抽頭提取單元，用於從一等化器所產生的濾波器抽頭值中提取複數個抽頭值並且平均該等提取抽頭值，以產生該等提取抽頭值的一平均抽頭值；一延遲單元，耦接於該抽頭提取單元，用於延遲該平均抽頭值； 一共軛值產生器，用於產生該平均抽頭值的一共軛值；一第一乘法器，耦接於該延遲單元及該共軛值產生器，用於將該平均抽頭值的共軛值乘上滯後平均抽頭值以產生一相差信號，其代表該共軛平均抽頭值與該滯後平均抽頭值間的相位差；一反正切單元，耦接於該第一乘法器的該輸出，用於從該相差信號計算一相位差值；一第一濾波器，用於平均該相位差值，藉此從該頻率誤差評估器輸出該平均相位差值以作為該估算頻率誤差信號；及一比較器電路，用以比較該相差信號的一強度或一功率與一閥值，並且在該相差信號的該強度或該功率低於該閥值時發送一保留信號給該第一濾波器，以導致該第一濾波器暫停。
  7. 如申請專利範圍第6項的頻率誤差評估器，其中該比較器電路包括：一強度偵測器，用於計算該相差信號的該強度；及一比較器，用於比較該相差信號的該強度與該閥值，並且在該相差信號的該強度低於該閥值時產生該保留信號。
  8. 如申請專利範圍第7項的頻率誤差評估器，其中該比較器電路更包括：一第二濾波器，用於平均該相差信號的強度；及一第二乘法器，用於將一換算係數乘上該相差信號的平均強度以產生該閥值。
  9. 如申請專利範圍第6項的頻率誤差評估器，其中該比較器電路包括： 一功率偵測器，用於計算該相差信號的瞬間功率；及一比較器，用於比較該相差信號的該瞬間功率與該閥值，藉此該比較器在該相差信號的該瞬間功率低於該閥值時產生該保留信號。
  10. 如申請專利範圍第9項的頻率誤差評估器，其中該比較器電路更包括：一第二濾波器，用於平均該相差信號的該瞬間功率；及一第二乘法器，用於將一換算係數乘上該相差信號的平均瞬間功率以產生該閥值。
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