TWI575896B - 訊號偵測方法及裝置 - Google Patents

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Description

訊號偵測方法及裝置
本發明係指一種訊號偵測方法及裝置，尤指一種可用於一通訊系統之訊號偵測方法及裝置。
電力線通訊（Power Line Communication，PLC）為近年來發展出的通訊技術，其可將封包、資料或資訊利用現有電力線進行傳輸。由於電力線路涵蓋的範圍和普及度遠高於目前各種有線的通訊線路，使用者不需額外鋪設線路，只需要透過電源插座即可進行資料傳輸。
由於電力線通訊系統中的訊號傳遞往往伴隨著電力的傳送，因此容易受到雜訊或直流訊號的干擾。在習知技術中，訊號的偵測是在接收端設置一延遲相關器（delay correlator），用來判斷前置（preamble）訊號中的重複週期訊號。然而，上述延遲相關性的訊號偵測方式在雜訊較大時無法順利偵測出前置訊號，特別是在電力線通訊網路中，往往因為大量雜訊的存在而無法順利進行訊號偵測。此外，當通道中直流訊號較大時，也可能造成訊號偵測的誤判，因而降低訊號判斷的可靠度，以造成整體訊號處理效率的下降。有鑑於此，實有必要提出一種新的訊號偵測方法，以解決上述問題。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種用於一通訊系統之訊號偵測方法及裝置，其可用於例如電力線通訊系統等雜訊較大的環境，能夠有效降低雜訊和直流訊號對訊號偵測所造成的干擾。
本發明揭露一種訊號偵測方法，用來偵測一通訊系統中的一訊號。該訊號偵測方法包含有取出該訊號的一第一週期成分與相鄰於該第一週期成分之至少一第二週期成分；將該第一週期成分與該至少一第二週期成分中的每一第二週期成分分別相減後進行平方，以計算出至少一第一平方值，再將該至少一第一平方值加總，進而取得一第一偵測參數；將該第一週期成分與該至少一第二週期成分中的每一第二週期成分分別相加後進行平方，以計算出至少一第二平方值，再將該至少一第二平方值加總，進而取得一第二偵測參數；將該第二偵測參數除以該第一偵測參數，以取得一偵測函數；以及當該偵測函數的數值大於或等於一第一臨界值時，判斷偵測到該訊號，當該偵測函數的數值小於該第一臨界值時，判斷未偵測到該訊號。
本發明另揭露一種訊號偵測裝置，用來偵測一通訊系統中的一訊號，該訊號偵測裝置包含有一第一延遲單元、一第一運算單元、一第二運算單元、一除法器及一第一判斷模組。該第一延遲單元可用來對該訊號的一第一週期成分進行延遲，以取出相鄰於該第一週期成分之一第二週期成分。該第一運算單元耦接於該第一延遲單元，其中，該第一運算單元包含有一減法器、一第一平方單元及一第一加總單元。該減法器可用來將該第一週期成分與該第二週期成分相減，以取得一相減結果。該第一平方單元可用來對該相減結果進行平方，以計算出一第一平方值。該第一加總單元可用來對一週期中的該第一平方值加總，以取得一第一偵測參數。該第二運算單元耦接於該第一延遲單元，其中，該第二運算單元包含有一加法器、一第二平方單元及一第二加總單元。該加法器可用來將該第一週期成分與該第二週期成分相加，以取得一相加結果。該第二平方單元可用來對該相加結果進行平方，以計算出一第二平方值。該第二加總單元可用來對該週期中的該第二平方值加總，以取得一第二偵測參數。該除法器耦接於該第一運算單元及該第二運算單元，可用來將該第二偵測參數除以該第一偵測參數，以取得一偵測函數。該第一判斷模組耦接於該除法器，可用來接收該偵測函數，並於該偵測函數的數值大於或等於一第一臨界值時，判斷偵測到該訊號，於該偵測函數的數值小於該第一臨界值時，判斷未偵測到該訊號。
如上所述，在一般通訊系統中，接收端係採用一延遲相關器（delay correlator）來進行訊號偵測，延遲相關器會持續運作，以判斷接收到的訊號是否包含前置（preamble）訊號中的重複週期訊號。若判斷出前置訊號時，代表封包到達接收端，因此接收端會開始接收訊號；若未判斷出前置訊號時，接收端則不會進行接收，並持續進行偵測。
以電力線通訊（Power Line Communication，PLC）系統的訊號傳輸為例，接收端會持續判斷是否偵測到前置訊號。根據電力線通訊協定，每一封包的前置訊號具有固定的週期性格式。請參考第1圖，第1圖為一電力線通訊系統中一封包的前置訊號格式之示意圖。如第1圖所示，前置訊號包含9個週期成分，每一週期成分的長度為L，6.5個週期成分為SYNCP，後方的2.5個反相的週期成分為SYNCM，在前置訊號的最前端包含半個週期長度的訊號。
延遲相關器的運作方式係將前置訊號延遲一個週期L之後，與其本身進行積分，其計算方式如下： ；                                                     (1)
其中，p(t)和p(t-L)代表訊號的兩相鄰週期成分，w(t)及w(t-L)則代表訊號中的雜訊。由於p(t)和p(t-L)為相同週期訊號的兩週期成分，具有極高的相關性（即訊號波形相同或近似相同）。因此，積分後可產生較大的輸出值，接收端即可根據此輸出值來判斷是否接收到前置訊號。然而，當通道中的雜訊較大或訊號衰減量較多，造成雜訊遠大於訊號時，第(1)式可簡化為： ；                                                                                        (2)
在此情形下，延遲相關器只能偵測到雜訊但無法偵測到訊號，因此，此訊號偵測方式無法適用於雜訊干擾較大且訊號衰減較多的電力線通訊系統。
另一方面，當延遲相關器接收到直流訊號時，其輸出的數值為： ；                      (3)
其中，V_DC代表直流訊號。在此情形下，直流訊號V_DC會產生較大的輸出值，可能造成接收端對前置訊號的誤判。若接收端誤判前置訊號到達時，會開始進行訊號接收，後端在進行解碼之後，會解出錯誤的資料並丟棄，造成運算資源的浪費且降低處理器的效率。
本發明提出了一種訊號偵測方法，可在接收端的數位邏輯電路中針對接收到的訊號進行運算，以實現前置訊號的偵測。請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一訊號偵測流程20之示意圖。如第2圖所示，訊號偵測流程20可實現於一電力線通訊系統之一接收端電路，用來偵測封包的前置訊號，其包含以下步驟：
步驟200：   開始。
步驟202：   取出訊號的一第一週期成分與相鄰於第一週期成分之至少一第二週期成分。
步驟204：   將第一週期成分與至少一第二週期成分中的每一第二週期成分分別相減後進行平方，以計算出至少一第一平方值，再將至少一第一平方值加總，進而取得一第一偵測參數。
步驟206：   將第一週期成分與至少一第二週期成分中的每一第二週期成分分別相加後進行平方，以計算出至少一第二平方值，再將至少一第二平方值加總，進而取得一第二偵測參數。
步驟208：   將第二偵測參數除以第一偵測參數，以取得一偵測函數。
步驟210：   當偵測函數的數值大於或等於一第一臨界值時，判斷偵測到前置訊號，當偵測函數的數值小於第一臨界值時，判斷未偵測到前置訊號。
步驟212：   結束。
以下針對訊號偵測流程20搭配第1圖所示的前置訊號格示舉例進行說明。
在電力線通訊系統中，假設前置訊號的一第一週期成分為p[n]，且週期長度為L，接收端可取出相鄰於第一週期成分p[n]之至少一第二週期成分p[n-L]、p[n-2L]、p[n-3L]、...等（步驟202）。根據電力線通訊的封包格式，前置訊號包含連續7個相同的週期成分，扣除第一週期成分之外，上述至少一第二週期成分最多可包含6個週期成分。需注意的是，至少一第二週期成分之數量可根據系統需求以及不同通訊系統的應用而進行調整，其不應以此為限。
接著，第一週期成分p[n]與至少一第二週期成分中的每一第二週期成分可分別相減後進行平方，以計算出至少一第一平方值，再將至少一第一平方值加總，進而取得一第一偵測參數S 1[n]（步驟204）。舉例來說，若上述至少一第二週期成分包含有3個第二週期成分p[n-L]、p[n-2L]及p[n-3L]，第一偵測參數S 1[n]可透過以下方式來計算： ； (4)
其中，p代表週期成分中的訊號，w代表相對應的雜訊。由第(4)式可知，第一偵測參數S 1[n]中的3個主要成分為第一週期成分p[n]分別與第二週期成分p[n-L]、p[n-2L]及p[n-3L]相減後進行平方所取得的3個第一平方值。
此外，第一週期成分p[n]與至少一第二週期成分中的每一第二週期成分可分別相加後進行平方，以計算出至少一第二平方值，再將至少一第二平方值加總，進而取得一第二偵測參數S 2[n]（步驟206）。舉例來說，若上述至少一第二週期成分包含有3個第二週期成分p[n-L]、p[n-2L]及p[n-3L]，第二偵測參數S 2[n]可透過以下方式來計算： (5)
其中，p代表週期成分中的訊號，w代表相對應的雜訊。由第(5)式可知，第二偵測參數S 2[n]中的3個主要成分為第一週期成分p[n]分別與第二週期成分p[n-L]、p[n-2L]及p[n-3L]相加後進行平方所取得的3個第二平方值。
為簡化計算，在以下實施例中，至少一第二週期成分僅包含單一第二週期成分p[n-L]，在此情形下，第一偵測參數S 1[n]及第二偵測參數S 2[n]可分別簡化為： ；(6) 。(7)
值得注意的是，兩訊號相加後平方加總可表示為訊號的4倍能量，訊號p[n]與p[n-L]為相同週期訊號上的不同週期成分，因此，訊號p[n]及p[n-L]具有相同波形，在此情形下， ；                                                                                                     (8)
且訊號p[n]與p[n-L]的能量可表示為： ；                                                  (9)
另一方面，雜訊w[n]及w[n-L]的能量可表示為： ；                                                       (10)
需注意的是，根據加成性白高斯雜訊（Additive White Gaussian Noise，AWGN）的特性，不同訊號上的雜訊相關性為0，且雜訊與訊號之間的相關性也為0，即 ；                                                    (11)
將第(8)～(11)式分別代入第(6)及(7)式可得到： ；                                                                                                  (12) ；                                                                                             (13)
因此，當計算出第一偵測參數S 1[n]及第二偵測參數S 2[n]之後，再將第二偵測參數S 2[n]除以第一偵測參數S 1[n]，即可取得偵測函數ξ[n]如下（步驟208）： ；                                             (14)
其中，γ代表前置訊號的訊雜比（Signal to Noise Ratio，SNR）。亦即，偵測函數ξ[n]的數值等於二倍的訊雜比加1。另一方面，若接收端電路未收到週期性的訊號而只有雜訊出現時，可得到 ；                                                                                                           (15)
也就是說，偵測函數ξ[n]在偵測到前置訊號時會出現大於1的數值，在未偵測到訊號時的數值則等於1。因此，可設定大於1之一臨界值η 1，以在偵測函數ξ[n]的數值大於或等於臨界值η 1時，判斷為偵測到訊號，並在偵測函數ξ[n]的數值小於臨界值η 1時，判斷為未偵測到訊號（步驟210）。在一實施例中，亦可根據系統對訊雜比的需求來決定臨界值大小，例如可設定當訊雜比γ大於或等於一最低訊雜比γ min時判斷為偵測到訊號，當訊雜比γ小於最低訊雜比γ min時判斷為未偵測到訊號，在此情形下，臨界值η 1可設定為1+2γ min。
進一步地，若上述計算方式採用多個第二週期成分與第一週期成分進行相減或相加之運算時，第一偵測參數S 1[n]與第二偵測參數S 2[n]會等比例提升。由於偵測函數ξ[n]係第二偵測參數S 2[n]與第一偵測參數S 1[n]相除而得，在第一偵測參數S 1[n]與第二偵測參數S 2[n]等比例提升的情況下，不會影響偵測函數ξ[n]的計算結果。
上述訊號偵測流程及方法可由數位邏輯電路來實現。請參考第3A圖，第3A圖為本發明實施例一訊號偵測裝置30之示意圖。如第3A圖所示，訊號偵測裝置30包含有一延遲單元302、運算單元310及320、除法器330及判斷模組340。延遲單元302可對前置訊號之第一週期成分p[n]進行延遲，並取出相鄰於第一週期成分p[n]之一第二週期成分（例如p[n-L]）。運算單元310及320耦接於延遲單元302，可分別用來計算第一偵測參數S 1[n]及第二偵測參數S 2[n]。除法器330耦接於運算單元310及320，可將第二偵測參數S 2[n]除以第一偵測參數S 1[n]，以取得偵測函數ξ[n]。判斷模組340再接收偵測函數ξ[n]以進行判斷。當偵測函數ξ[n]的數值大於或等於一第一臨界值時，判斷模組340會判斷為偵測到前置訊號，當偵測函數ξ[n]的數值小於第一臨界值時，判斷模組340會判斷為未偵測到前置訊號。
詳細來說，運算單元310包含有一減法器312、一平方單元314、一加總單元316及一置換單元318。減法器312可將第一週期成分p[n]與至少一第二週期成分中的一第二週期成分p[n-L]相減，以取得一相減結果。平方單元314可對相減結果進行平方，以計算出一第一平方值。加總單元316再對一週期中的第一平方值加總，以取得第一偵測參數S 1[n]。也就是說，加總單元316可視為第(6)式中的加總符號Σ，以計算一週期中的第一平方值總和（即k=0至k=L-1之總和）。置換單元318可將該週期中的第一平方值置換為下一週期中的另一第一平方值，在此例中週期長度為L。也就是說，訊號偵測裝置30可持續從通道中接收訊號，並將新的訊號取代舊的訊號以持續產生新的計算結果。另一方面，運算單元320包含有一加法器322、一平方單元324、一加總單元326及一置換單元328。加法器322可將第一週期成分p[n]與至少一第二週期成分中的一第二週期成分p[n-L]相加，以取得一相加結果。平方單元324可對相加結果進行平方，以計算出一第二平方值。加總單元326再對一週期中的第二平方值加總，以取得第二偵測參數S 2[n]。也就是說，加總單元326可視為第(7)式中的加總符號Σ，以計算一週期中的第二平方值總和（即k=0至k=L-1之總和）。置換單元328可將該週期中的第二平方值置換為下一週期中的另一第二平方值。也就是說，訊號偵測裝置30可持續從通道中接收訊號，並將新的訊號取代舊的訊號以持續產生新的計算結果。除此之外，加總單元316及326可簡略地由一延遲器及一加法器所構成，置換單元318及328可簡略地由一延遲器及一減法器所構成，如第3A圖所示。
值得注意的是，第3A圖之訊號偵測裝置30之電路結構僅為本發明眾多實施方式當中的一種。舉例來說，請參考第3B圖，第3B圖為本發明實施例另一訊號偵測裝置30’之示意圖。如第3B圖所示，訊號偵測裝置30’之運作方式及結構類似於訊號偵測裝置30，故功能相同的訊號及元件皆以相同符號表示。訊號偵測裝置30’與訊號偵測裝置30的主要差異在於，在訊號偵測裝置30’之運算單元310及320中，電路排列方式為置換單元、加總單元及平方單元。在此情形下，置換單元可將一週期中的相減結果或相加結果置換為下一週期中的另一相減結果或另一相加結果。相較之下，在訊號偵測裝置30之運算單元310及320中，電路排列方式為平方單元在前，置換單元及加總單元在後。儘管排列方式不同，但訊號偵測裝置30’之電路結構仍可達到相同功效，即產生第一偵測參數S 1[n]、第二偵測參數S 2[n]，並據以計算出偵測函數ξ[n]。關於訊號偵測裝置30’之運作方式可參考前述針對訊號偵測裝置30之說明，於此不贅述。
除此之外，上述訊號偵測裝置中僅包含單一延遲單元及二個運算單元，其電路結構可實現相關於單一第二週期成分p[n-L]的運算結果（即第(6)及(7)式）。在另一實施例中，一訊號偵測裝置可包含多個延遲單元及二倍的運算單元，其中部分運算單元與運算單元310具有相似的結構，部分運算單元與運算單元320具有相似的結構。在此情形下，可將運算單元所產生的結果進一步加總，以實現相關於多個第二週期成分（如p[n-L]、p[n-2L]、p[n-3L]等）之運算結果（如第(4)及(5)式）。本領域具通常知識者可根據第3A、3B圖之電路結構及上述說明，推知多個第二週期成分之情形下的實現方式，於此不贅述。
請參考第4A圖，第4A圖為本發明實施例一前置訊號及接收端電路進行前置訊號偵測之示意圖。如第4A圖所示，前置訊號大約在時間區間10000～20000之內被接收到，其中，每一方框代表前置訊號之一週期成分，最後2個方框表示反相的週期成分，最前方的小方框代表半個週期長度的訊號，其符合電力線通訊所規範的前置訊號格式（如第1圖所示）。第4A圖並繪示根據上述計算方式（第(4)～(15)式）所得到的第一偵測參數S 1[n]、第二偵測參數S 2[n]及偵測函數ξ[n]的波形。由第4A圖可知，在接收端電路尚未接收到前置訊號時，偵測函數ξ[n]持續位於0dB。接著，偵測函數ξ[n]會在接收到前置訊號時明顯上升，隨後因接收到前置訊號後段的反相週期成分而下降至0dB以下。接收端即可根據系統需求，選擇大於0dB之一臨界值，並根據偵測函數ξ[n]是否超過臨界值來判斷是否偵測到前置訊號。
值得注意的是，本發明的訊號偵測方法在雜訊較大或訊號衰減量較大的情形之下仍然適用。詳細來說，只要雜訊符合加成性白高斯雜訊的特性，計算出的偵測函數ξ[n]數值必然會等於二倍的訊雜比加1。若接收端僅接收到雜訊時，偵測函數ξ[n]的數值必然會等於1。當雜訊較大甚至大於訊號強度的情況下，即使訊雜比再小，偵測函數ξ[n]的數值仍會大於1。因此，相較於習知延遲相關器無法處理雜訊較大或訊號衰減量較大的情況，本發明透過偵測函數ξ[n]之計算所實現的訊號偵測方法在雜訊較大甚至大於訊號強度的情況下仍可正常運作，具有更強大的訊號偵測能力。
除此之外，上述運算流程係以電力線通訊系統之前置訊號的偵測作為範例，但不應以此為限。只要欲偵測的訊號具有週期特性，即可藉由不同週期成分之間的相減或相加來取得第一偵測參數S 1[n]及第二偵測參數S 2[n]，進而計算出偵測函數ξ[n]以進行訊號偵測。
需注意的是，若接收到的訊號存在直流偏壓時，上述偵測函數ξ[n]的計算方式仍可能會受到影響。舉例來說，當直流訊號存在時，第二偵測參數S 2[n]會等於： ；                                                                             (16)
其中，V_DC代表一直流訊號。此外，由於第一偵測參數S 1[n]為兩訊號相減，相減後第一偵測參數S 1[n]將不存在直流成分。在此情形下，第二偵測參數S 2[n]與第一偵測參數S 1[n]相除而得的偵測函數ξ[n]仍然具有直流成分。該直流成分可能會造成前置訊號的誤判。
請參考第4B圖，第4B圖為直流訊號存在時一前置訊號及接收端電路進行前置訊號偵測之示意圖。如第4B圖所示，在接收到前置訊號之前，由於直流訊號的影響，造成偵測函數ξ[n]上升或維持在高檔，接收端可能因此而誤判為已接收到前置訊號，因而開始接收訊號。
對此，本發明提出了匹配濾波（match filter）的方式，用來解決直流訊號所造成的誤判問題。同樣地，匹配濾波亦可透過接收端的數位邏輯電路來實現，並可結合前述偵測函數ξ[n]的計算方式，以進行訊號偵測。
請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一匹配濾波器50之示意圖。如第5圖所示，匹配濾波器50包含有延遲單元502_1～502_(L-1)、乘法器504_1～504_L、一加總單元506及一判斷模組508。延遲單元502_1～502_(L-1)可取出前置訊號之L個訊號成分（如r[n]、r[n-1]、r[n-2]、...、r[n-(L-1)]）。乘法器504_1～504_L則用來接收一預設訊號p[n]之L個預設訊號成分p[L-1]、p[L-2]、...、p[0]，其中，每一乘法器分別將L個訊號成分r[n]、r[n-1]、r[n-2]、...、r[n-(L-1)]中相對應之一訊號成分與L個預設訊號成分p[L-1]、p[L-2]、...、p[0]中相對應之一預設訊號成分相乘，以產生L個相乘結果。加總單元506耦接於乘法器504_1～504_L，其可用來加總L個相乘結果，以產生一匹配函數m[n]。加總單元506可簡略地由一加法器所構成。接著，判斷模組508再根據匹配函數m[n]來判斷是否偵測到前置訊號。
換句話說，當接收端進行匹配濾波時，會將接收到的前置訊號與預設訊號p[n]進行匹配。在一實施例中，預設訊號p[n]可包含前置訊號中的一週期訊號（如第1圖所示的週期成分p[n]）。接收端可將前置訊號與預設訊號p[n]對應相乘之後加總，以產生匹配函數m[n]。更明確來說，接收端可持續從通道中接收訊號r[n]，並取得訊號r[n]與預設訊號p[n]長度相同的部分，將其對應與預設訊號p[n]相乘之後加總，接收到的訊號可持續與預設訊號p[n]相乘，以產生匹配函數m[n]。在此情形下，匹配函數m[n]可表示為： ；                                                           (17)
其中，L為預設訊號p[n]的長度，其可以是前置訊號之一週期的長度。在其它實施例中，預設訊號p[n]亦可包含多個前置訊號週期，而不限於此。
根據訊號的特性，兩個獨立且相關性低的訊號相乘之後積分或加總會約等於0，然而，若相同的兩訊號相乘之後進行積分或加總，會得到非常大的數值。在匹配濾波之運作中，由於接收到的訊號r[n]會持續與預設訊號p[n]相乘，並在一段訊號長度（即預設訊號p[n]的長度）之內進行積分或加總，若相乘的訊號r[n]區間恰好對應到預設訊號p[n]並與預設訊號p[n]具有相同或相似波形時，加總後可得到相當大的匹配函數m[n]數值；另一方面，若相乘的訊號r[n]區間不同於預設訊號p[n]之波形時，加總後得到的數值會接近0。在此情形下，當接收端接收到前置訊號時，所產生的匹配函數m[n]會出現數個突波，每個突波出現的時間恰好為訊號r[n]進行相乘的區間波形等於預設訊號p[n]波形的時間點，而突波出現的週期大致等於前置訊號的週期。
因此，當接收端電路取得匹配函數m[n]之後，即可根據是否出現突波來判斷是否接收到前置訊號。舉例來說，可設定用於匹配函數m[n]之一臨界值η 2，以在匹配函數m[n]的數值大於或等於臨界值η 2時（即突波出現時），判斷為偵測到訊號，並在匹配函數m[n]的數值小於臨界值η 2時，判斷為未偵測到訊號。
另一方面，即使在接收端未接收到前置訊號時出現直流訊號，匹配函數仍不會出現突波（因直流訊號的波形不同於預設訊號p[n]）。因此，透過匹配濾波的方式，能夠有效避免直流訊號造成訊號偵測的誤判。
需注意的是，在電力線通訊系統中，由於前置訊號的訊號格式及波形為已知，因此可將預設訊號p[n]設定為與前置訊號中一週期成分的波形相同，並用來與接收到的訊號r[n]進行匹配。同樣地，上述匹配濾波的運作方式也不應受限於電力線通訊系統之前置訊號偵測，其亦可應用在其它通訊系統或不同的訊號。只要欲偵測的訊號具有週期特性，皆可透過匹配濾波的計算來進行訊號偵測。除此之外，本發明的匹配濾波可針對特定訊號進行偵測，即使欲偵測的訊號受到其它週期性雜訊的影響，只要該週期性雜訊的週期或波形與欲偵測的訊號週期或波形不同，皆不會影響特定訊號的偵測效果。
進一步地，上述匹配濾波的運作方式可搭配偵測函數ξ[n]的計算，以實現更準確的訊號偵測。請參考第6圖，第6圖為本發明實施例匹配濾波結合偵測函數ξ[n]的計算方式之示意圖。如第6圖所示，當接收端電路接收到訊號r[n]時，可同時對訊號r[n]進行偵測函數ξ[n]的計算以及匹配濾波的處理。詳細來說，接收端電路可透過不同週期成分的相減及相加運算取得第一偵測參數S 1[n]及第二偵測參數S 2[n]，再將兩者相除以計算出偵測函數ξ[n]。接著，可判斷偵測函數ξ[n]的數值是否大於臨界值η 1，並將判斷結果輸出至一邏輯電路600。例如可在偵測函數ξ[n]的數值大於或等於臨界值η 1時輸出1，並在偵測函數ξ[n]的數值小於臨界值η 1時輸出0。另一方面，接收端電路可透過匹配濾波的運算，將訊號r[n]與預設訊號p[n]相乘，以計算出匹配函數m[n]。接著，可判斷匹配函數m[n]的數值是否大於臨界值η 2，並將判斷結果輸出至邏輯電路600。例如可在匹配函數m[n]的數值大於或等於臨界值η 2時輸出1，並在匹配函數m[n]的數值小於臨界值η 2時輸出0。在此例中，邏輯電路600可透過一及閘（AND gate）來實現，在此情況下，接收端電路只有在偵測函數ξ[n]的數值大於或等於臨界值η 1，且匹配函數m[n]出現突波且其峰值大於或等於臨界值η 2的情況下，才判斷為偵測到訊號。反之，若偵測函數ξ[n]的數值小於臨界值η 1或匹配函數m[n]的數值小於臨界值η 2時，則判斷為未偵測到訊號。如此一來，可避免直流訊號被誤判為前置訊號。
請參考第7圖，第7圖為直流訊號存在時，接收端電路結合偵測函數ξ[n]及匹配函數m[n]以進行前置訊號偵測示意圖。如第7圖所示，在接收到前置訊號之前，即使直流訊號的存在造成偵測函數ξ[n]維持在高檔，但由於匹配函數m[n]並未出現突波，接收端仍可正確地判斷為未接收到訊號。當接收到前置訊號時，偵測函數ξ[n]會上升，同時匹配函數m[n]也出現突波，接收端即可判斷為接收到前置訊號，進而開始進行資料接收。
值得注意的是，本發明可藉由偵測函數的計算以及匹配濾波的處理，有效地進行訊號偵測。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，上述實施例皆用來處理電力線通訊系統中的前置訊號；但在其它實施例中，亦可用來處理其它通訊系統中的訊號，如上所述，只要欲偵測的訊號具有週期特性，皆可透過本發明的方式來進行訊號偵測。除此之外，本發明第一偵測參數S 1[n]及第二偵測參數S 2[n]的計算係採用第一週期成分與相鄰的至少一第二週期成分分別進行相減或相加之後加總而得。在其它實施例中，任何不同週期成分之間皆可彼此相減或相加，而不限於此，此外，用來進行運算的至少一第二週期成分亦可包含任意數量的週期成分。若欲提升訊號偵測的可靠度，可採用數量較多的週期成分來進行運算，這是因為愈多週期成分所包含的雜訊相關性愈低，能夠更有效地消除雜訊對訊號偵測的影響。另一方面，第6圖之電路結構僅為本發明眾多實施方式當中的一種，偵測函數的計算和匹配濾波的處理亦可透過其它方式進行結合，以實現準確的訊號偵測。
綜上所述，本發明提出了一種訊號偵測方法及裝置，訊號偵測方法可用於例如電力線通訊系統等存在較大雜訊或訊號衰減量較大的通訊系統中，能夠有效降低雜訊和直流訊號對訊號偵測所造成的干擾。透過本發明的訊號偵測方法所計算出的偵測函數在雜訊較大甚至大於訊號強度時仍可正常運作，具有強大的訊號偵測能力。匹配濾波則可用來避免通道上的直流訊號對訊號偵測造成干擾。同時，本發明之訊號偵測裝置可簡單地透過數位邏輯電路來實現，其可透過數個加法器、乘法器及延遲器之組成來實現偵測函數及匹配濾波之計算。如此一來，透過匹配濾波的運作搭配偵測函數的計算，能夠準確地實現訊號偵測，使得接收端有效進行資料接收。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
L‧‧‧週期
p[n]‧‧‧週期成分
20‧‧‧訊號偵測流程
200～212‧‧‧步驟
30、30’‧‧‧訊號偵測裝置
302‧‧‧延遲單元
310、320‧‧‧運算單元
312、322‧‧‧減法器
314、324‧‧‧平方單元
316、326‧‧‧加總單元
318、328‧‧‧置換單元
330‧‧‧除法器
340‧‧‧判斷模組
S1[n]‧‧‧第一偵測參數
S2[n]‧‧‧第二偵測參數
ξ[n]‧‧‧偵測函數
50‧‧‧匹配濾波器
502_1～502_(L-1)‧‧‧延遲單元
504_1～504_L‧‧‧乘法器
506‧‧‧加總單元
508‧‧‧判斷模組
r[n]‧‧‧接收訊號
r[n]～r[n-(L-1)]‧‧‧接收訊號成分
p[n]‧‧‧預設訊號
p[L-1]～p[0]‧‧‧預設訊號成分
m[n]‧‧‧匹配函數
η1、η2‧‧‧臨界值
600‧‧‧邏輯電路
第1圖為一電力線通訊系統中一封包的前置訊號格式之示意圖。 第2圖為本發明實施例一訊號偵測流程之示意圖。 第3A圖為本發明實施例一訊號偵測裝置之示意圖。 第3B圖為本發明實施例另一訊號偵測裝置之示意圖。 第4A圖為本發明實施例一前置訊號及接收端電路進行前置訊號偵測之示意圖。 第4B圖為直流訊號存在時一前置訊號及接收端電路進行前置訊號偵測之示意圖。 第5圖為本發明實施例一匹配濾波器之示意圖。 第6圖為本發明實施例匹配濾波結合偵測函數的計算方式之示意圖。 第7圖為直流訊號存在時接收端電路結合偵測函數及匹配函數以進行前置訊號偵測之示意圖。
20‧‧‧訊號偵測流程
200~212‧‧‧步驟

Claims (17)

  1. 一種訊號偵測方法，用來偵測一通訊系統中的一訊號，該訊號偵測方法包含有： 取出該訊號的一第一週期成分與相鄰於該第一週期成分之至少一第二週期成分； 將該第一週期成分與該至少一第二週期成分中的每一第二週期成分分別相減後進行平方，以計算出至少一第一平方值，再將該至少一第一平方值加總，進而取得一第一偵測參數； 將該第一週期成分與該至少一第二週期成分中的每一第二週期成分分別相加後進行平方，以計算出至少一第二平方值，再將該至少一第二平方值加總，進而取得一第二偵測參數； 將該第二偵測參數除以該第一偵測參數，以取得一偵測函數；以及 當該偵測函數的數值大於或等於一第一臨界值時，判斷偵測到該訊號，當該偵測函數的數值小於該第一臨界值時，判斷未偵測到該訊號。
  2. 如請求項1所述之訊號偵測方法，其中該偵測函數的數值等於二倍的訊雜比（Signal to Noise Ratio，SNR）加1。
  3. 如請求項1所述之訊號偵測方法，其中該通訊系統為一電力線通訊（Power Line Communication，PLC）系統。
  4. 如請求項3所述之訊號偵測方法，其中該訊號為該電力線通訊系統中傳送的一前置（preamble）訊號。
  5. 如請求項1所述之訊號偵測方法，另包含有： 對該訊號執行一匹配濾波（match filter）運作。
  6. 如請求項5所述之訊號偵測方法，其中該匹配濾波運作包含有： 將該訊號與一預設訊號進行匹配，以取得一匹配函數；以及 當該匹配函數的數值大於或等於一第二臨界值且該偵測函數的數值大於或等於該第一臨界值時，判斷偵測到該訊號，當該匹配函數的數值小於該第二臨界值或該偵測函數的數值小於該第一臨界值時，判斷未偵測到該訊號。
  7. 如請求項6所述之訊號偵測方法，其中將該訊號與該預設訊號進行匹配，以取得該匹配函數之步驟包含有： 將該訊號與該預設訊號對應相乘之後加總，以產生該匹配函數。
  8. 如請求項6所述之訊號偵測方法，其中該預設訊號包含一前置訊號中的至少一週期訊號。
  9. 一種訊號偵測裝置，用來偵測一通訊系統中的一訊號，該訊號偵測裝置包含有： 一第一延遲單元，用來對該訊號的一第一週期成分進行延遲，以取出相鄰於該第一週期成分之一第二週期成分； 一第一運算單元，耦接於該第一延遲單元，其中，該第一運算單元包含有： 一減法器，用來將該第一週期成分與該第二週期成分相減，以取得一相減結果； 一第一平方單元，用來對該相減結果進行平方，以計算出一第一平方值；以及 一第一加總單元，用來對一週期中的該第一平方值加總，以取得一第一偵測參數； 一第二運算單元，耦接於該第一延遲單元，其中，該第二運算單元包含有： 一加法器，用來將該第一週期成分與該第二週期成分相加，以取得一相加結果； 一第二平方單元，用來對該相加結果進行平方，以計算出一第二平方值；以及 一第二加總單元，用來對該週期中的該第二平方值加總，以取得一第二偵測參數； 一除法器，耦接於該第一運算單元及該第二運算單元，用來將該第二偵測參數除以該第一偵測參數，以取得一偵測函數；以及 一第一判斷模組，耦接於該除法器，用來接收該偵測函數，並於該偵測函數的數值大於或等於一第一臨界值時，判斷偵測到該訊號，於該偵測函數的數值小於該第一臨界值時，判斷未偵測到該訊號。
  10. 如請求項9所述之訊號偵測裝置，其中該第一運算單元及該第二運算單元分別另包含有： 一置換單元，用來將該週期中的該相減結果或該相加結果置換為下一週期中的另一相減結果或另一相加結果。
  11. 如請求項9所述之訊號偵測裝置，其中該第一運算單元及該第二運算單元分別另包含有： 一置換單元，用來將該週期中的該第一平方值或該第二平方值置換為下一週期中的另一第一平方值或另一第二平方值。
  12. 如請求項9所述之訊號偵測裝置，其中該偵測函數的數值等於二倍的訊雜比（Signal to Noise Ratio，SNR）加1。
  13. 如請求項9所述之訊號偵測裝置，其中該通訊系統為一電力線通訊（Power Line Communication，PLC）系統。
  14. 如請求項13所述之訊號偵測裝置，其中該訊號為該電力線通訊系統中傳送的一前置（preamble）訊號。
  15. 如請求項9所述之訊號偵測裝置，另包含有一匹配濾波器，該匹配濾波器包含有： 複數個第二延遲單元，用來取出該訊號之複數個訊號成分； 複數個乘法器，用來接收一預設訊號之複數個預設訊號成分，其中，該複數個乘法器中每一乘法器分別將該複數個訊號成分中相對應之一訊號成分與該複數個預設訊號成分中相對應之一預設訊號成分相乘，以產生複數個相乘結果；以及 一第三加總單元，耦接於該複數個乘法器，用來加總該複數個相乘結果，以產生一匹配函數。
  16. 如請求項15所述之訊號偵測裝置，其中該匹配濾波器另包含有： 一第二判斷模組，用來於該匹配函數的數值大於或等於一第二臨界值且該第一判斷模組判斷該偵測函數的數值大於或等於該第一臨界值時，判斷偵測到該訊號，於該匹配函數的數值小於該第二臨界值或該第一判斷模組判斷該偵測函數的數值小於該第一臨界值時，判斷未偵測到該訊號。
  17. 如請求項15所述之訊號偵測裝置，其中該預設訊號包含一前置訊號中的一週期訊號。
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