TWI550298B - 回音辨別裝置與方法 - Google Patents

Description

回音辨別裝置與方法

本發明是關於回音辨別裝置與方法，尤其是關於能夠在通訊通道中辨別是否有回音發生的回音辨別裝置與方法。

在某些通訊系統中，傳送端之無線電波是以非指向性的方式來傳播，故會經由許多不同的路徑到達接收端，因此接收端會收到一個以上的訊號，由於傳播路徑不同，該些不同訊號會有不同程度的衰減與延遲，這些衰減與延遲會造成資料傳輸率不穩定，形成多重路徑傳播效應。另外，當傳送與接收端的相對位置移動，傳送及/或接收端於移動路徑上可得的傳播通道不同，使得傳送訊號之振幅、相位產生變動和延遲，接收端收到的訊號個數也會變動，簡言之，多重路徑傳播會因訊號傳送的延遲現象使訊號之接收產生變化。再者，多重路徑傳播亦可解釋如下：在時域上由傳送端送出一個脈衝訊號，此時若多重路徑效應造成複數個可解析的路徑，接收端會收到來自不同路徑卻包含相同資訊的訊號，每個可解析路徑的訊號皆有特定的延遲，就像山谷的回音一般，其會造成符元干擾(Instersymbol interference，ISI)，從而影響傳輸品質。因此，正確地辨別回音的發生並採用適當的等化及訊號處理來加以消除是必要的。

在已知技術中，接收端電路利用通道估測器產生估測通道響應，並在時域(Time Domain)觀察估測通道響應來判別通道之情形，具體來說，已知技術的缺點在於：通道響應可隨著時間變化，因此在時域觀察通道響應訊號之變化時，接收端並無法辨別係通道響應的實際變化，亦或者係多通道現象造成的回音效應所進一步造成之變化，進而可能導致採用錯誤的通訊機制，降低通訊傳輸效能。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種回音辨別裝置與一種回音辨別方法，以辨別通道中是否有回音發生。

本發明提出一種回音辨別裝置，該回音辨別裝置之一實施例包含：一通道估測單元，用於接收一基頻訊號，並依據該基頻訊號之複數個子載波，以產生複數個估測通道響應；一轉換單元，用於轉換該複數個估測通道響應，以產生複數個估測通道頻率響應；一計算單元，用於依據該複數個估測通道頻率響應，分別計算該複數個子載波中個別子載波之一代表值以產生複數個代表值；一特徵值產生單元，依據該複數個代表值產生一特徵值；以及一判斷模組，依據該特徵值與該複數個代表值，判斷有無回音發生。

本發明另揭露了一種回音辨別方法，由一接收器來執行，包含下列步驟：接收一包含有複數個子載波之基頻訊號；依據該基頻訊號之複數個子載波，以產生複數個估測通道響應；轉換該複數 個估測通道響應，以產生複數個估測通道頻率響應；依據該複數個估測通道頻率響應分別計算該複數個子載波中個別子載波之一代表值以產生複數個代表值；依據該複數個代表值產生一特徵值；以及依據該特徵值與該複數個代表值，判斷有無回音發生。

本發明之回音辨別裝置與方法利用通訊系統中接收端電路中的通道估測單元所得之估測通道響應，並且藉由觀察所述估測通道響應在頻譜上所呈現的特性，再加以分析比較與計數統計，來辨別通道是否有回音。相較於習知技術，本發明可避免在時域中難以觀察而容易誤判的問題，使通訊系統得以參考本發明所得出之辨別結果來進行相應調整以消除回音。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

100‧‧‧回音辨別裝置

110‧‧‧通道估測單元

120‧‧‧轉換單元

130‧‧‧計算單元

140‧‧‧特徵值產生單元

150‧‧‧判斷模組

151‧‧‧比較單元

152‧‧‧計數單元

153‧‧‧決定單元

S310~S360‧‧‧步驟

〔圖1〕是本發明之回音辨別裝置之一實施例的示意圖；〔圖2〕是本發明之回音辨別裝置之另一實施例的示意圖；以及〔圖3〕是本發明之回音辨別方法之一實施例的示意圖。

本發明之揭露內容包含回音辨別裝置與方法，能夠得知通道中是否有回音的發生。該裝置與方法可應用於無線通訊之接收端，尤其是正交分頻多工基頻接收器。

在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者能夠依本說明書之揭露內容來選擇等效之元件或步驟來實現本發明，亦即本發明之實施並不限於後敘之實施例。

請參閱圖1，其是本發明之回音辨別裝置之一實施例的示意圖。本實施例之回音辨別裝置100包含：一通道估測單元110、一轉換單元120、一計算單元130、一特徵值產生單元140、與一判斷模組150，其中上述電路之任意組合可整合在一積體電路中或為個別電路。本實施例之回音辨別裝置100可應用於無線通訊系統中之接收端電路，其中該無線通訊系統可為採用正交分頻多工技術之數位音視訊廣播系統，例如數碼聲音廣播(Digital Audio Broadcasting，DAB)、數位多媒體廣播-地面/手持DMB-T/H(Digital Multimedia Broadcast-Terrestrial/Handheld，DMB-T/H)、地面數位多媒體廣播(Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB)、綜合數位服務廣播(Integrated Services Digital Broadcasting，ISDB-T)、高品質混合式數位廣播(High-Definition Radio，HD Radio)等。

請再參閱圖1，所述通道估測單元110接收一基頻訊號，其中該基頻訊號包含有複數個子載波，並依據該基頻訊號之複數個子載波估測一時間點位之通道響應，以產生複數個估測通道響應，藉此觀察訊號所經過的無線通道之通道特性。舉例來說，在正交分頻多工之系統中，該複數個子載波為互相正交，每一個所傳輸的符碼資訊藉由複數個子載波所組成，通道估測單元110可對對應一符碼的複數個子載波所傳輸的不同載波通道實施估測，以得到對應一符碼的複 數個子載波通道之複數個通道響應。在一實施例中，所述基頻訊號可為脈衝訊號，則所述通道估測單元110產生者為估測通道脈衝響應。在另一實施例中，通道估測單元110採用符號式通道估測(Pilot-Symbol-Aided Estimation)技術。

所述通道估測單元110所產生之估測通道響應會輸入至轉換單元120，用於依據所述估測通道響應將其由時域的通道響應轉換為頻域的通道響應，以產生複數個估測通道頻率響應，並藉此觀察無線通道之頻譜特性。舉例來說，在正交分頻多工之系統中，對應一符碼的複數個子載波通道之複數個通道響應，可透過轉換單元120轉換為複數個通道頻率響應。在一實施例中，轉換單元120之實施可為採用快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform)技術之一快速傅立葉轉換單元。

所述轉換單元120產生之估測通道頻率響應會輸入至計算單元130，用於依據所述估測通道頻率響應分別計算基頻訊號所包含的複數個子載波中個別子載波的一代表值，以產生複數個分別對應於所述複數個子載波的複數個代表值。舉例來說，在正交分頻多工之系統中，對應一符碼的複數個子載波通道之複數個通道頻率響應，可透過計算單元130分別計算每一子載波通道所對應通道頻率響應之代表值。在一實施例中，計算該代表值之方式可為計算該估測通道頻率響應之能量值，例如為絕對值之平方值或者絕對值之平方根值。

所述計算單元130產生之複數個能量值會輸入至特徵值產生單元140，用於計算所述分別對應於複數個子載波的複數個代 表值，以產生一特徵值。舉例來說，在正交分頻多工之系統中，對應一符碼的複數個子載波通道之複數個代表值，可透過特徵值產生單元140計算對應該符碼之特徵值，在一實施例中，可為所有子載波通道所對應之各代表值之平均值，在另一實施例中，可依據複數個子載波通道的特性進行加權平均值、或僅針對部分之子載波通道所對應之代表值(意即權重為非零之子載波通道)進行特徵值計算。

所述特徵值產生單元140產生之特徵值會輸入至判斷模組150，判斷模組150依據該特徵值得出一第一門檻值，所述第一門檻值為該特徵值乘以一特定比例，所述特定比例係由實施者設定。判斷模組150可依據所述特徵值與該複數個代表值得出複數個比較結果，舉例來說，該第一門檻值可設定為該特徵值之110%，判斷模組150可依據該第一門檻值與對應一子載波通道之一代表值產生一比較結果，因此在正交分頻多工之系統中，對應一符碼的複數個子載波通道之複數個代表值，可透過判斷模組150，依據第一門檻值與複數個代表值以產生複數個比較結果。接著，再依據所述複數個比較結果產生一計數值，並依據此計數值來判斷通道有無回音發生，並得到所述判斷結果。舉例來說，當第一門檻值設定為該特徵值之110%，且對應一子載波通道之一代表值大於該第一門檻值時，則增加一峰計數值(peak count)之數值；並且，判斷模組150亦可另設置一第二門檻值，當第二門檻值設定為該特徵值之90%，且對應一子載波通道之一代表值小於該第二門檻值時，則增加一虛計數值(null count)之數值，其中依據該峰計數值與該虛計數值之總和即可判斷對應一符碼的複數個子 載波通道中，具有異常偏離通道特徵的現象，並據以判斷有無回音發生。在一實施例中，若所述計數值(可為峰計數值與虛計數值其中之一者，或其計數之總和)大於一預定值，則判斷通道有回音發生，其中所述預定值為一可程式門檻值或實施者依其它規則設定之值。

請參閱圖2，其是圖1之回音辨別裝置100之另一實施例的示意圖，如圖所示，判斷模組150可進一步包含：一比較單元151、一計數單元152、與一決定單元153，其中任二或全部上述電路可整合在一積體電路中或為個別電路。所述比較單元151用於將所述計算單元130所產生之該複數個代表值中的所有代表值或部分代表值與該第一門檻值加以比較，以得出複數個比較結果。計數單元152依據所述複數個比較結果產生相應之計數值。決定單元153依據所述計數值與一預定值，判斷通道是否有回音發生，並得到判斷結果。在一實施例中，所述第一門檻值為所述特徵值產生單元140產生之特徵值乘以一特定比例。在一實施例中，所述第一門檻值為大於特徵值之一高門檻值，所述高門檻值例如等於所述特徵值乘以1.1或1.2，接著，比較單元151所包含之一第一比較器比較對應一子載波通道之一代表值與所述高門檻值以產生比較結果，若比較結果為代表值大於高門檻值，則計數單元152所包含之一第一計數器產生的一第一計數值加一，此時該第一計數值代表峰計數值，為計數對應子載波通道大於該高門檻值之計數。在同一或不同實施例中，亦可設定一第二門檻值，所述第二門檻值為低於所述特徵值之一低門檻值，所述低門檻值例如等於所述特徵值乘以0.8或0.9，則比較單元151所包含之一第二比較 器比較對應一子載波通道之一代表值與所述低門檻值，若代表值小於低門檻值，則計數單元152所包含之一第二計數器產生的第二計數值加一，此時該第二計數值代表虛計數值，為計數對應子載波通道小於該低門檻值之計數。至於判斷是否有回音產生的方式可如下述：將第一計數值及第二計數值相加，若第一計數值及第二計數值之和大於一預定值，則判斷通道有回音發生；亦可將第一計數值或第二計數值個別與所述預定值比較，若第一計數值與第二計數值其中之一者大於預定值，則判斷通道有回音發生。承前所述，高低門檻值的比較和計數可同時或選擇性地實施。另，所述比較單元151可包含一個或複數個比較器，於同一實施例或不同實施例比較代表值與高低門檻值。

請再參閱圖2，以下以一實施例說明本發明回音辨別裝置100之運作。在此實施例中，回音辨別裝置100位於一地面數位多媒體廣播(Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB)系統或數位多媒體廣播-地面/手持(Digital Multimedia Broadcast-Terrestrial/Handheld，DMB-T/H)系統之接收端，用於接收基頻訊號，所述基頻訊號為正交分頻多工訊號，其包含複數個互相正交的子載波，訊號是以訊號框為單位，一個基本的訊號框是由訊號框頭(Frame Header)和訊號框體(Frame Body)組成，訊號框頭包含虛擬雜訊碼，訊號框體則是由正交分頻多工符碼(Symbol)組成。回音辨別裝置100位於地面數位多媒體廣播系統或數位多媒體廣播-地面/手持系統之接收端，通道估測單元110接收基頻訊號，在一時間點位(例如對應一訊號框或一符碼)，依據基頻訊號之複數個子載波，估測通 道響應以產生複數個估測通道響應；轉換單元120將估測通道響應由時域響應轉換為頻域響應，以產生估測通道頻率響應；計算單元130依據估測通道頻率響應計算複數個子載波中的N個子載波的個別代表值以產生N個代表值，其中所述N個子載波可為複數個子載波的全部或部分；N個子載波中的一第一子載波係對應一第一代表值，一第二子載波係對應一第二代表值，依此類推；接著，所述N個代表值會輸入至特徵值產生單元140，所述特徵值產生單元140計算所述N個特徵值以產生一特徵值，例如可為平均值，或者可依據複數個子載波通道的特性之加權平均值；所述特徵值以及N個代表值皆輸入至判斷模組150；判斷模組150之比較單元151比較所述第一代表值與第一門檻值以產生比較結果，其中第一門檻值是依據特徵值而設定，若比較結果為第一代表值大於第一門檻值，則判斷模組150之計數單元152產生之計數值加一；同樣地，所述比較單元151比較所述第二代表值與第一門檻值以產生比較結果，其中第一門檻值是依據特徵值而設定，若比較結果為第二代表值大於第一門檻值，則計數單元152產生之計數值加一；在所述N個代表值皆如前述步驟進行比較以及計數之後，計數單元152產生之計數值即反映一累加結果，並且如前所述，判斷模組150亦可設置一第二門檻值，第二門檻值是依據特徵值而設定，且若比較結果為各代表值小於第二門檻值，則判斷模組150之計數單元152產生之計數值加一，其餘原理原則相同，不在此贅述。將此計數值(即累加結果)與一預定值比較，若計數值大於所述預定值，則判斷通道有回音發生，意即對應一時間點位具有異常偏離通道特徵的現 象。請注意，本實施例中所敘述步驟之順序僅為示例，在實施為可能的前提下，不同步驟順序的實施亦包含於本發明之實施範圍。

另外，除圖1所示之裝置發明外，本發明也提出一種回音辨別方法，是由圖1位於無線通訊接收端電路之回音辨別裝置100或其等效電路來執行。如圖3所示，該方法之一實施例包含下列步驟：

步驟S310：接收一包含有複數個子載波之基頻訊號。

步驟S320：依據所述基頻訊號之複數個子載波以產生複數個估測通道響應；本步驟可藉由圖1之通道估測單元110或其等效電路來執行。

步驟S330：轉換所述估測通道響應，以產生複數個估測通道頻率響應；本步驟可藉由圖1之轉換單元120或其等效電路來執行。在一實施例中，本步驟可透過：執行一快速傅立葉轉換程序以產生所述估測通道頻率響應。

步驟S340：依據所述估測通道頻率響應分別計算所述複數個子載波中個別子載波之一代表值以產生複數個代表值；本步驟可藉由圖1之計算單元130或其等效電路來執行。在一實施例中，計算該代表值之方式可為計算該估測通道頻率響應之能量值，例如為絕對值之平方值或者絕對值之平方根值。

步驟S350：依據所述複數個代表值產生一特徵值；本步驟可藉由圖1之特徵值產生單元140或其等效電路來執行。

步驟S360：依據所述特徵值與所述複數個代表值之複數個比較結果產生一計數值，並依據所述計數值判斷有無回音發生；本步驟可藉由圖1之判斷模組150或其等效電路來執行。在一實施例中，本步驟尚包含：計算所述複數個代表值之一平均值以產生所述特徵值。在另一實施例中，本步驟可透過：計算所述複數個代表值之一加權平均值以產生所述特徵值。在一實施例中，本步驟尚包含：比較代表值與門檻值，若代表值大於第一門檻值，則增加計數值。在一實施例中，本步驟尚包含：比較代表值與第二門檻值，若能量值小於第二門檻值，則增加計數值。在一實施例中，本步驟尚包含：若計數值大於一預定值，則判斷有回音發生。

由於本技術領域具有通常知識者可藉由圖1及圖2之裝置發明的揭露內容來瞭解圖3之方法發明的實施細節與變化，因此重複及冗餘之說明在此予以省略。

承前所述，本發明回音辨別裝置100之實施例係利用無線通訊系統中接收端電路的通道估測單元110來接收基頻訊號，並依據所述基頻訊號進行通道估測得出估測通道響應；接著進行時域至頻域轉換程序以得出估測通道頻域響應，即，觀察所述估測通道響應在頻域上所呈現的特性；然後在取得通道響應之能量值後再加以分析比較與計數統計，藉此辨別通道是否有回音。相較於習知技術，本發明可避免在時域中因訊號變動而難以觀察所造成之容易誤判的問題，進而能夠正確地辨別是否有回音的發生。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧回音辨別裝置

110‧‧‧通道估測單元

120‧‧‧轉換單元

130‧‧‧計算單元

140‧‧‧特徵值產生單元

150‧‧‧判斷模組

Claims (16)

1. 一種回音辨別裝置，包含：一通道估測單元，用於接收一基頻訊號並依據該基頻訊號之複數個子載波，產生複數個估測通道響應；一轉換單元，用於轉換該複數個估測通道響應，產生複數個估測通道頻率響應；一計算單元，用於依據該複數個估測通道頻率響應，分別計算該複數個子載波中個別子載波之一代表值，以產生複數個代表值，該計算單元分別計算該複數個子載波中個別子載波之一能量值，以作為該代表值；一特徵值產生單元，依據至少部份之該複數個代表值之一平均值產生一特徵值；以及一判斷模組，依據該特徵值與該複數個代表值，判斷有無回音發生。
2. 如申請專利範圍第1項所述之回音辨別裝置，其中該計算單元所計算之該能量值為該估測通道頻率響應之絕對值之平方值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之回音辨別裝置，其中該計算單元所計算之該能量值為該估測通道頻率響應之絕對值之平方根值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之回音辨別裝置，其中該特徵值產生單元計算該複數個能量值之一加權平均值以產生該特徵值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之回音辨別裝置，其中該判斷模組包含： 一比較單元，用於比較該複數個代表值與一第一門檻值，產生複數個第一比較結果，其中該第一門檻值依據該特徵值決定；一計數單元，用以依據該複數個第一比較結果，產生一計數值；以及一決定單元，用以依據該計數值判斷有無回音發生。
6. 如申請專利範圍第5項所述之回音辨別裝置，其中該比較單元更用於比較該複數個代表值與一第二門檻值，產生複數個第二比較結果，且該計數單元依據該複數個第一比較結果與該複數個第二比較結果，產生該計數值。
7. 如申請專利範圍第5項所述之回音辨別裝置，其中，若該計數值大於一預定值，則判斷有回音發生。
8. 如申請專利範圍第1項所述之回音辨別裝置，其中該通道估測單元所接收之該基頻訊號對應一符碼。
9. 一種回音辨別方法，由一接收器來執行，包含下列步驟：接收一包含有複數個子載波之基頻訊號；依據該基頻訊號之複數個子載波，產生複數個估測通道響應；轉換該複數個估測通道響應，以產生複數個估測通道頻率響應；依據該複數個估測通道頻率響應，分別計算該複數個子載波中個別子載波之一代表值，以產生複數個代表值，其中計算該代表值之步驟包含：分別計算該複數個子載波中個別子載波之一能量值，以作為該代表值；依據該複數個代表值產生一特徵值；以及 依據該特徵值與該複數個代表值，判斷有無回音發生。
10. 如申請專利範圍第9項所述之回音辨別方法，其中計算該能量值之步驟包含：計算該估測通道頻率響應之絕對值之平方值，以作為該能量值。
11. 如申請專利範圍第9項所述之回音辨別方法，其中計算該能量值之步驟包含：計算該估測通道頻率響應之絕對值之平方根值，以作為該能量值。
12. 如申請專利範圍第9項所述之回音辨別方法，其中產生該特徵值之步驟包含：計算該複數個能量值之一加權平均值以產生該特徵值。
13. 如申請專利範圍第9項所述之回音辨別方法，包含：比較該複數個代表值與一第一門檻值，產生複數個第一比較結果，其中該第一門檻值依據該特徵值決定；依據該複數個第一比較結果，產生一計數值；以及依據該計數值判斷有無回音發生。
14. 如申請專利範圍第13項所述之回音辨別方法，另包含：比較該複數個代表值與一第二門檻值，產生複數個第二比較結果，其中該第二門檻值依據該特徵值決定，且該計數值係依據該複數個第一比較結果與該複數個第二比較結果所產生。
15. 如申請專利範圍第13項所述之回音辨別方法，包含：若該計數值大於一預定值，則判斷有回音發生。
16. 如申請專利範圍第9項所述之回音辨別方法，其中接收一包含有複數個子載波之基頻訊號之步驟中，該基頻訊號對應一符碼。