TWI463845B - 信號處理裝置及信號處理方法 - Google Patents

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Description

信號處理裝置及信號處理方法
本案與數位電視廣播技術相關，並且尤其與判斷數位電視信號之符號率(symbol rate)及載波頻率偏移(carrier frequency offset)的技術相關。
隨著通訊技術的進步，數位電視廣播的發展漸趨成熟。除了經由電纜線路傳送之外，數位電視信號也可透過基地台或人造衛星等設備以無線信號的型態被傳遞。第一代數位電視衛星廣播(digital video broadcasting-satellite,DVB-S)規範和第二代數位電視衛星廣播規範(DVB-S2)都是目前該領域中被廣泛採用的標準。
在DVB-S以及DVB-S2規範中，數位電視信號的符號率並非定值，而可為0到45兆赫茲間之一任意值；易言之，其可能範圍相當廣。由於接收端無法預先得知傳送端所選擇的載波頻道和符號率，接收端通常必須掃描所有的頻道和符號率範圍，隨後才能正確地將接收到的信號解碼還原。然而，令接收端針對所有參數組合逐一掃描會耗費大量時間，就效率和功率而言都不是理想的技術方案。
為滿足數位電視廣播系統中判定符號率及載波頻率偏移的需求，本案實施例提出信號處理裝置及信號處理方法，藉由根據預設條件搜尋頻譜的最小能量點，可排除頻譜中的雜訊區塊，進而找出符號率及載波頻率偏移。
根據本案之一具體實施例為一種信號處理裝置，用以接收對應於一原始信號之一頻譜線，其中包含一起點決定模組、一搜尋模組及一符號率決定模組。該起點決定模組係用以找出該頻譜線中之一最大能量，並根據該最大能量決定至少一搜尋起點。該搜尋模組係用以自該至少一搜尋起點沿著該頻譜線往能量較低處搜尋符合一預設條件之至少一最小能量。該符號率決定模組係用以根據該至少一最小能量決定該原始信號之符號率。
根據本案之另一具體實施例為一種信號處理方法，接收對應於一原始信號之一頻譜線。該方法首先找出該頻譜線中之一最大能量，並根據該最大能量決定至少一搜尋起點。隨後，該方法執行一搜尋步驟，自該至少一搜尋起點沿著該頻譜線往能量較低處搜尋符合一預設條件之至少一最小能量。根據該至少一最小能量，該原始信號之一符號率可被決定。
關於本案的優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本案之一實施例為圖一所示之信號處理裝置100，其中包含頻譜產生模組12、起點決定模組14、搜尋模組16及符號率決定模組18。於實際應用中，信號處理裝置100可被整合在適用DVB-S或DVB-S2規範的數位電視信號接收端之中，但不以此為限。
頻譜產生模組12負責接收並分析一原始信號，以產生該原始信號之一頻譜線(spectral line)。若信號處理裝置100係位於數位電視信號接收端，該原始信號可能為某一頻道的數位電視信號。實務上，頻譜產生單元12可將數位輸入信號分為多個區段(例如32段或64段)後個別進行快速傅利葉轉換，再將所有轉換結果之能量平方值疊加起來。也就是說，頻譜線實際上是由許多對應於不同頻率/能量的圖點所構成。此外，頻譜產生模組12可進一步對該疊加結果施以一平滑化程序(例如利用移動平均電路)，藉此濾除頻譜線中的部份雜訊。圖二(A)為頻譜產生模組12產生之一頻譜線範例。
於此實施例中，起點決定模組14首先找出該頻譜線中之一最大能量max和一初始最小能量min，如圖二(B)中所標示。就圖二(B)所繪示的情況而言，虛線20框出的區塊很可能是由雜訊貢獻的能量；因此，若直接根據起點決定模組14找出的最大能量max和初始最小能量min來決定該原始信號的符號率及/或載波頻率偏移(carrier frequency offset)，所得到的結果必然會有誤差。以下將說明信號處理裝置100是如何避免這種受到雜訊干擾而誤判符號率及/或載波頻率偏移的問題。
於此實施例中，起點決定模組14於找出該頻譜線中之最大能量max和初始最小能量min後，根據最大能量max及初始最小能量min決定至少一個搜尋起點。舉例而言，起點決定模組14可計算最大能量max與初始最小能量min的平均值avg，並找出頻譜線中對應於平均值avg的兩個點P1、P2做為搜尋起點。在初始最小能量min很小的情況下，平均值avg會約為最大能量max的一半，也就是低於最大能量max約3dB。須說明的是，搜尋起點所對應的能量值不以最大能量max與初始最小能量min的平均值avg為限，亦可為其他介於最大能量max和初始最小能量min之間的能量值，或是最大能量max本身。
於另一實施例中，起點決定模組14可找出頻譜線中之最大能量max，並以能量低於該最大能量之某一預設值的至少一點為搜尋起點。易言之，搜尋起點的選定依據不一定要包含初始最小能量min。此外，於另一實施例中，起點決定模組14亦可自P1、P2中選出任一個做為搜尋起點。
在起點決定模組14選定搜尋起點P1、P2之後，搜尋模組16分別自搜尋起點P1、P2沿著該頻譜線往能量較低處搜尋符合一預設條件的至少一最小能量點。以圖二(B)所繪示的情況為例，搜尋模組16可自搜尋起點P1開始往頻譜線的左端尋找，並且另自搜尋起點P2開始往頻譜線的右端尋找。於另一實施例中，在僅有一個搜尋起點的狀況下，即自該搜尋起點之左右端分別尋找。
於此實施例中，該預設條件包含最小能量點於頻譜線中所對應之斜率絕對值應小於一斜率門檻值。該頻譜線實際上是由許多對應於不同頻率/能量的圖點構成。就自搜尋起點P1開始的搜尋而言，通常離搜尋起點P1愈遠的圖點所具有的能量愈低，所對應的斜率絕對值也愈低。搜尋模組16可被設計為在發現一個圖點或連續多個圖點所對應的斜率絕對值低於某一特定值後，選擇該圖點或該多個圖點中的一個做為最小能量點。如圖二(C)所示，搜尋模組16經搜尋後找出兩個分別對應於搜尋起點P1、P2的最小能量點P3、P4；最小能量點P3、P4各自符合搜尋模組16採用的預設條件。相較於原本起點決定模組14找出的初始最小能量min，最小能量點P3、P4所對應的能量更接近真正的最小信號能量。
於另一實施例中，搜尋模組16可被設計為能持續選擇性地根據最新的搜尋結果更新該斜率門檻值。假設頻譜線中各圖點的橫軸間距皆相同，則兩相鄰圖點的能量差異即等效於一相對斜率。舉例而言，斜率門檻值可被設定為ΔMAX /10，其中ΔMAX 代表搜尋模組16在搜尋過程中目前所發現最大的兩圖點能量差異。若一最新能量差異大於一先前最大能量差異，搜尋模組16即根據該最新能量差異提高該斜率門檻值(ΔMAX /10)。相對應地，該預設條件可為：
E(i+1)-E(i)<連續發生五次，其中E(i+1)代表後一個圖點的能量，E(i)代表目前圖點的能量。
此外，搜尋模組16採用的預設條件可進一步包含最小能量點與最大能量max之能量差異應大於一能量門檻值。舉例而言，該預設條件可為：
E(i+1)-E(i)<且[avg-E(i+1)]>(max-avg)*3/4連續發生五次，其中的avg代表先前所述之平均能量，max則為起點決定模組14找出的最大能量。
在搜尋模組16找出最小能量點P3、P4之後，符號率決定模組18負責根據最小能量點P3、P4決定該原始信號之一符號率。於此實施例中，符號率決定模組18首先計算兩最小能量點P3、P4所對應之一頻率差異ΔF，再將頻率差異ΔF除以一衰落因數(roll-off factor)，做為該原始信號的符號率。
其中的N代表前述快速傅利葉轉換之運算點數，NP3 、NP4 分別為最小能量點P3、P4對應的橫軸座標，R代表原始信號被取樣的頻率。該取樣程序可能發生在頻譜產生模組12中，或是設置於頻譜產生模組12前端的接收電路中。衰落因數的大小會因不同的信號或接收電路之硬體特性而異，舉例而言，衰落因數的範圍可能在1.2~1.5之間。
於另一實施例中，符號率決定模組18亦可根據最大能量max和最小能量點P3、P4，重新評估該頻譜線中的修正後平均能量avg’，以頻譜線與修正後平均能量avg’之兩相交點之頻率差異值，做為該原始信號的符號率。
如圖三所示，信號處理裝置100可進一步包含一載波頻率偏移決定模組19，用以根據兩最小能量點P3、P4決定該原始信號的載波頻率偏移(carrier frequency offset,CFO)。於此實施例中，載波頻率偏移決定模組19根據最大能量max和最小能量點P3、P4，重新評估該頻譜線中的修正後平均能量avg’，並以頻譜線與修正後平均能量avg’之兩相交點為修正後搜尋起點P1’及P2’。載波頻率偏移決定模組19係根據下列方程式進行計算：
由上式可看出，載波頻率偏移決定模組19係計算兩修正後搜尋起點P1’、P2’所對應之一平均頻率，並以該平均頻率與一頻譜中心頻率之差異做為該原始信號之載波頻率偏移。於實際應用中，後續電路可再對信號處理裝置100產生的符號率及/或載波頻率偏移進行進一步的精細修正。
由以上說明可看出，根據本案之信號處理裝置100係藉由根據預設條件搜尋正確性較高的最小能量點，來排除虛線20框出的雜訊區塊，進而避免誤判符號率及載波頻率偏移。
根據本案之另一實施例為一種信號處理方法，其流程圖如圖四所示。首先，步驟S41為接收並分析一原始信號，以產生該原始信號之一頻譜線。接著，步驟S42為找出該頻譜線中之一最大能量，並根據該最大能量決定至少一搜尋起點。步驟S43則是自該至少一搜尋起點沿著該頻譜線往能量較低處搜尋符合一預設條件之至少一最小能量點。隨後的步驟S44為根據該至少一最小能量點決定該原始信號之一符號率。
須說明的是，先前在介紹信號處理裝置100時描述的數種電路操作流程變化(例如搜尋起點的決定方式、搜尋最小能量點的預設條件、符號率的決定方式、載波頻率偏移的決定方式)，亦可應用至圖四所繪示的信號處理方法中，其細節不再贅述。
如上所述，為滿足數位電視廣播系統中判定符號率及載波頻率偏移的需求，本案實施例提出信號處理裝置及信號處理方法，藉由根據預設條件搜尋頻譜的最小能量點，可排除頻譜中的雜訊區塊，進而找出可靠的符號率及載波頻率偏移，省去逐一掃描各種符號率可能性的麻煩。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本案之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本案之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本案所欲申請之專利範圍的範疇內。
100．．．信號處理裝置
12．．．頻譜產生模組
14．．．起點決定模組
16．．．搜尋模組
18．．．符號率決定模組
19．．．載波頻率偏移決定模組
20．．．雜訊區塊
P1、P2．．．搜尋起點
P3、P4．．．最小能量點
圖一為根據本案之一實施例中的信號處理裝置之方塊圖。
圖二(A)~圖二(C)為根據本案實施例之頻譜線及其相關圖點的範例。
圖三係繪示根據本案實施例之信號處理裝置進一步包含載波頻率偏移決定模組的範例。
圖四為根據本案之一實施例中的信號處理方法之流程圖。
100．．．信號處理裝置
12．．．頻譜產生模組
14．．．起點決定模組
16．．．搜尋模組
18．．．符號率決定模組

Claims (20)

  1. 一種信號處理裝置，接收對應於一原始信號之一頻譜線，該信號處理裝置包含：一起點決定模組，用以找出該頻譜線中之一最大能量，並根據該最大能量決定至少一搜尋起點；一搜尋模組，用以自該至少一搜尋起點沿著該頻譜線往能量較低處搜尋符合一預設條件之至少一最小能量；以及一符號率決定模組，用以根據該至少一最小能量決定該原始信號之一符號率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之信號處理裝置，其中該起點決定模組更找出該頻譜線中之一初始最小能量，以及根據該最大能量及該初始最小能量決定該至少一搜尋起點。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之信號處理裝置，其中該起點決定模組選擇介於該最大能量與該初始最小能量間之一中間能量，該至少一搜尋起點係對應於該中間能量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之信號處理裝置，其中該搜尋起點所對應之能量低於一預設值，該預設值低於該最大能量。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之信號處理裝置，其中該起點決定模組決定兩個搜尋起點，並且該搜尋模組分別自該兩搜尋起點沿著該頻譜線往能量較低處搜尋，以找出符合該預設條件之兩個最小能量。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之信號處理裝置，其中該符號率決定模組計算該兩最小能量所對應之一頻率差異，並根據該頻率差異以及一預設衰落因數產生該符號率。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之信號處理裝置，進一步包含：一載波頻率偏移決定模組，用以根據該兩最小能量修正該兩搜尋起點及其所對應之一平均頻率，並以該平均頻率與一頻譜中心頻率之差異為該原始信號之一載波頻率偏移。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之信號處理裝置，其中該預設條件包含該至少一最小能量於該頻譜線中對應之一斜率小於一斜率門檻值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之信號處理裝置，其中該搜尋模組選擇性地以一目前搜尋結果與一前一搜尋結果之一最新能量差異更新該斜率門檻值；若該最新能量差異大於一目前最大能量差異，該搜尋模組根據該最新能量差異提高該斜率門檻值。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之信號處理裝置，其中該預設條件進一步包含該最小能量點與該最大能量之能量差異大於一能量門檻值。
  11. 一種信號處理方法，接收對應於一原始信號之一頻譜線，包含：(a)找出該頻譜線中之一最大能量，並根據該最大能量決定至少一搜尋起點；(b)自該至少一搜尋起點沿著該頻譜線往能量較低處搜尋符合一預設條件之至少一最小能量；以及(c)根據該至少一最小能量決定該原始信號之一符號率。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之信號處理方法，步驟(a)進一步包含找出該頻譜線中之一初始最小能量，以及根據該最大能量及該初始最小能量決定該至少一搜尋起點。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之信號處理方法，其中步驟(a)包含選擇介於該最大能量與該初始最小能量間之一中間能量，且該至少一搜尋起點係對應於該中間能量。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之信號處理方法，其中該搜尋起點所對應之能量低於一預設值，該預設值低於該最大能量。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之信號處理方法，其中步驟(a)包含決定兩個搜尋起點，並且步驟(b)包含分別自該兩搜尋起點沿著該頻譜線往能量較低處搜尋，以找出符合該預設條件之兩個最小能量。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之信號處理方法，其中步驟(c)包含：計算該兩最小能量所對應之一頻率差異；以及根據該頻率差異以及一預設衰落因數產生該符號率。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之信號處理方法，進一步包含：根據該兩最小能量修正該兩搜尋起點及其所對應之一平均頻率，並以該平均頻率與一頻譜中心頻率之差異為該原始信號之一載波頻率偏移。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之信號處理方法，其中該預設條件包含該至少一最小能量於該頻譜線中對應之一斜率小於一斜率門檻值。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之信號處理方法，其中步驟(b)進一步包含：選擇性地以一目前搜尋結果與一前一搜尋結果之一最新能量差異更新該斜率門檻值；若該最新能量差異大於一目前最大能量差異，根據該最新能量差異提高該斜率門檻值。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之信號處理方法，其中該預設條件進一步包含該最小能量與該最大能量之能量差異大於一能量門檻值。
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