TWI583229B - 動態通道辨別裝置與方法 - Google Patents

Description

動態通道辨別裝置與方法

本發明是關於動態通道辨別裝置與方法，尤其是關於能夠辨別無線通道是否為動態通道的動態通道辨別裝置與方法。

在無線通訊通道中，發射訊號經由不同的路徑到達接收天線端，不同的路徑到達接收天線會有不同的相對延遲時間、增益與接收相位，構成多路徑通道效應。當接收機與基地台為相對靜止或是相對移動速度很低時，相對延遲時間、增益與接收相位等參數幾乎不會隨著時間變化，稱為靜態通道(Static Channel)。當接收機與基地台的相對移動速度變大時，此時接收訊號的相對延遲、增益、接收相位會隨著時間變化，並引發都普勒擴展(Doppler Spread)的現象，稱為時變通道狀態(Time-varying Channel)或簡稱為動態通道。

動態通道的意義在於訊號經過的通道特性隨著時間變化，訊號會因為衰減而失真，此時，在接收端需要利用通道資訊補償並偵測訊號。在已知技術中，接收端電路利用關聯性計算器(Correlation Calculator)對於通道估測器所產生之估測通道響應進行關聯性計算，再將關聯性計算的結果由時域轉換至頻域，接著，由都普勒頻率計算器對所述關聯性計算的頻域結果進行計算以得到都普勒頻率及都普勒頻譜，而藉此分析判斷通道的時變情形，關於都普勒頻率的計算細節與實施方式則不在此贅述。已知技術的缺點在於：通道估測器需要收集較長一段時間的訊號來估測出通道響應，關聯性計算器進行關聯性計算以及都普勒頻率計算器進行都普勒 頻率計算的運算量很高，此外，尚有都普勒頻率之運算複雜，所耗費之運算時間長等種種缺點，以系統成本與系統效能而言較不經濟。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種動態通道辨別裝置與一種動態通道辨別方法，以辨別無線通道是否為動態通道。

本發明提出一種動態通道辨別裝置，該動態通道辨別裝置之一實施例包含：一估測通道響應產生模組，用以於複數個時間點估測一基頻訊號之通道響應，以產生複數個估測通道響應；一轉換單元，用以對該複數個估測通道響應進行時域頻域轉換，以產生複數個估測通道頻率響應；一計算單元，用以依據該複數個估測通道頻率響應計算複數個計算值；以及一判斷模組，用以依據該複數個計算值判斷該基頻訊號所對應之一通道狀態。

本發明另揭露了一種動態通道辨別方法，由一無線通訊接收端電路來執行，包含下列步驟：接收一基頻訊號，用以於複數個時間點估測該基頻訊號之通道響應，產生複數個估測通道響應；對該複數個估測通道響應進行時域頻域轉換，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計算複數個計算值；以及依據該複數個計算值判斷該基頻訊號所對應之一通道狀態。

本發明之通道辨別裝置與方法利用無線通訊系統中接收端電路中的估測通道響應產生模組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，來辨別通道是否為動態。相較於習知技術，本發明包含之計算方法簡易，系統運算量低，所耗費運算時間亦較短，使無線通訊系統得以較經濟之方式辨別通道情形並對系統進行相應調整。

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‧‧‧動態通道辨別裝置

110‧‧‧估測通道響應產生模組

111‧‧‧通道估測器

112‧‧‧虛擬雜訊相關器

120‧‧‧轉換單元

130‧‧‧計算單元

140‧‧‧判斷模組

141‧‧‧比較單元

142‧‧‧計數單元

143‧‧‧決定單元

BBS‧‧‧基頻訊號

CV‧‧‧計算值

DR‧‧‧判斷結果

Fh‧‧‧估測通道頻率響應

h‧‧‧估測通道響應

S410~S440‧‧‧步驟

〔圖1〕是本發明之動態通道辨別裝置之第一實施例的示意圖；〔圖2〕是本發明之動態通道辨別裝置之第二實施例的示意圖；〔圖3〕是本發明之動態通道辨別裝置之第三實施例的示意圖；以及〔圖4〕是本發明之動態通道辨別方法之一實施例的示意圖。

本發明之揭露內容包含動態通道辨別裝置與方法，能夠得知通道是否為動態通道。該裝置與方法可應用於無線通訊之接收端，例如是數位電視之無線通訊接收器、或其他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，其是本發明之動態通道辨別裝置之第一實施例的示意圖。本實施例之動態辨別裝置100包含：一估測通道響應產生模組110、一轉換單元120、一計算單元130、與一判斷模組140，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。本實施例之動態通道辨別裝置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DAB、DVB-T/H、ISDB-T、DRM、HD-Radio、DMB-T/H、DTMB等。本發明之動態通道辨別裝置100接收之基頻訊號(圖中標示為BBS)包含有至少一載波；所述基頻訊號可為在一無線通訊系統之一正交分頻多工之訊號，其包含複數個子載波，且複數個子載波之間具有正交性。

請再參閱圖1，所述估測通道響應產生模組110接收一基頻訊號，為取得其所經過之無線通道之通道特性，估測通道響應產生模組110依據所述基頻訊號估測基頻訊號於複數個時間點之通道響應，以產生 複數個估測通道響應(圖中標示為h)。在一實施例中，估測通道響應產生模組110包含採用符號式通道估測(Pilot-Symbol-Aided Estimation)技術之一通道估測器。在一實施例中，估測通道響應產生模組110包含一虛擬雜訊相關器，用於依據所述基頻訊號計算基頻訊號與一虛擬雜訊序列(Pseudo-Noise Sequences)的關聯結果(Correlation Result)，其中所述基頻訊號之一訊號框的訊號框頭(Frame Header)可包含一虛擬雜訊序列。

接著，估測通道響應產生模組110產生之複數個估測通道響應輸入至轉換單元120，用於依據所述複數個估測通道響應執行時域響應轉換為頻域響應之操作，以產生複數個估測通道頻率響應(圖中標示為Fh)，並藉此結果觀察無線通道之頻譜特性。轉換單元120之實施可為採用快速複利葉轉換(Fast Fourier Transform)技術之一快速複利葉轉換單元。

轉換單元120產生之複數個估測通道頻率響應會輸入至所述計算單元130，用於依據所述轉換單元120所產生之複數個估測通道頻率響應進行計算，以產生複數個計算值(圖中標示為CV)。在一實施例中，計算單元130計算所述載波於複數個時間點中之每一時間點之能量值，因此產生複數個能量值做為上述計算值，其中，所述時間點可為時間軸上的任何時間點，例如所述能量值可以是基頻訊號之載波於一訊號框(Signal Frame)的能量值。此外，計算該能量值之一實施方式可為計算該估測通道頻率響應之絕對值之平方值，另一實施方式為計算該估測通道頻率響應之絕對值之平方根值，然並不以此為限。

計算單元130產生之複數個計算值會輸入至所述判斷模組140，判斷模組140用於依據該複數個計算值判斷該基頻訊號所對應之通道是否為時變通道狀態，並產生一判斷結果(圖中標示為DR)，其例如為後述之計數值或其衍生數值。具體來說，判斷模組140可依據該複數個計算值所分別對應之複數個時間點產生複數個比例關係，並將之與一門檻值進行比較，以產生複數個比較結果，接著進一步根據比較結果執行計數以產生計數值，計數值可用來判斷該基頻訊號所對應之通道是否為動態。

請參閱圖2，其是圖1之動態通道辨別裝置100之第二實施例的示意圖，如圖所示，判斷模組140進一步包含：一比較單元141、一計數單元142與一決定單元143，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。

請再參閱圖2，計算單元130產生之複數個計算值會輸入至所述判斷模組140，比較單元141依據所述複數個計算值計算複數個計算值間的比例關係，並與一門檻值進行比較。在一實施例中，所述比例關係為一第一計算值與一第二計算值之間的比例值，其中第一計算值例如是在一在先的第一時間點之能量值，第二計算值例如是在一在後的第二時間點之能量值，且計算值可於該所對應的時間點經由計算單元130所產生後儲存於一儲存裝置(可為暫存器、緩衝器、或動態記憶體，圖未示)，比較單元141再依據對應時間點之比例值與一門檻值進行比較，以產生比較結果。例如，當比例值為第一計算值除以第二計算值、門檻值為一高門檻值(例如為2)且比較結果為比例值大於所述高門檻值時，第一計算值大於第二計算值2倍以上；或者，當門檻值為一低門檻值(例如為0.2)且比較結果為比例值小於所述低門檻值時，第一計算值小於第二計算值。因此，透過所述比較單元141與一預定的門檻值進行比較，可藉此獲得第一計算值與第二計算值的比例關係，且由於第一計算值與第二計算值分別對應不同之時間點，可藉此獲得第一計算值與第二計算值對應不同時間點的變動幅度，所述計數單元142會在比較結果指出比例值達到門檻時將目前之計數值加一。經過包含多個時間點的一段期間後，決定單元143可依據計數值之該累加結果，若該計數值大於一預定值，則代表對應不同的時間點中，大於預定值的該每一時間點中，其計算值與其前一時間點的計算值之間皆有相當的變動幅度，決定單元143可據此累加結果所產生之計數值判斷該無線通道為動態。請注意，前述之高門檻值與低門檻值可同時或不同時實施，意即比較單元141可同時或不同時地比較，在後時間點的第二計算值是否大於在前時間點的第一計算值、以及在後時間點的第二計算值 是否小於在前時間點的第一計算值，且所述高門檻值與低門檻值可具有一相對關係，例如高門檻值為1.2、低門檻值為0.8，分別比較變動幅度是否大於20%，或者所述高門檻值與低門檻值可不具有一相對關係，例如高門檻值為1.4、低門檻值為0.8，分別比較變動幅度是否大於40%與20%。

請再參閱圖2，以下以一實施例說明本發明動態通道辨別裝置100之運作。在此實施例中，動態通道辨別裝置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，訊號包含四層結構，其結構是週期性的，與自然時間同步。訊號則是以訊框或訊號框為單位，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。動態通道辨別裝置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，所述估測通道響應產生模組110接收基頻訊號，在第一時間點(對應一第一訊框)，依據基頻訊號估測通道響應，以產生一第一估測通道響應；轉換單元120將第一估測通道響應由時域響應轉換為頻域響應，以產生一第一估測通道頻率響應；計算單元130依據第一估測通道頻率響應，計算第一計算值，並將第一計算值存入一儲存裝置(圖未示)；再由比較單元141產生第一計算值與一在先計算值之比例關係，並依據該比例關係與一門檻值產生一第一比較結果；若第一比較結果為該比例關係大於該門檻值，則所述計數單元142所產生之計數值加一。接著，在一第二時間點(對應第二訊框)，估測通道響應產生模組110至計算單元130亦經過相同程序以產生一第二計算值，並將第二計算值存入一儲存裝置(圖未示)；比較單元141依據第二計算值及前述儲存於一儲存裝置之該第一計算值，計算第二計算值與第一計算值間的另一比例關係；再由比較單元141依據該另一比例關係與一門檻值產生一第二比較結果，；若第二比較結果為該另一比例關係大於該門檻值，則所述 計數單元142所產生之計數值加一。在此實施例中，可設定一週期為複數個訊框，例如20或40個訊框為一週期，再比較所述週期內所累加之計數值與一預定值，若累加結果大於所述預定值，則判斷該無線通道為動態。完成判斷後，再將計數值重置(Reset)以進行下一週期之動態通道辨別。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，並且第一計算值與第二計算值所對應的時間點可相隔為一個正交分頻多工符碼(Symbol)或一個訊框(Frame)，但不以此為限。

請參閱圖3，其是圖1及圖2之動態通道辨別裝置100之第三實施例的示意圖，如圖所示，估測通道響應產生模組110進一步包含：一通道估測器111與一虛擬雜訊相關器112，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。

請再參閱圖3，在此實施例中，動態通道辨別裝置100亦位於地面數位多媒體廣播系統之接收端，用於接收基頻訊號，且動態通道辨別裝置100可運作在兩種模式：一獲取模式(Acquisition Mode)以及一追蹤模式(Tracking Mode)。於獲取模式，虛擬雜訊相關器112計算基頻訊號與虛擬雜訊序列的關聯結果，以產生估測通道響應，例如地面數位多媒體廣播系統之訊號框的訊號框頭可帶有一虛擬雜訊序列，以藉此執行對應的通道估測。同樣地，估測通道響應可經過轉換單元120、計算單元130以及判斷模組140處理後所產生之判斷結果，以據以判斷通道是否為時變通道狀態。於追蹤模式，通道估測器111計算基頻訊號中，一子載波所對應之通道響應，以產生估測通道響應，同樣地，估測通道響應可經過轉換單元120、計算單元130以及判斷模組140處理後所產生之判斷結果，以據以判斷通道是否為動態。因此，地面數位多媒體廣播系統可在獲取模式以及追蹤模式藉此持續性地進行動態通道辨別。

另外，除所示之裝置發明外，本發明也提出一種動態通道辨別方法，是由圖4位於無線通訊接收端電路之動態通道辨別裝置100或 其等效電路來執行。如圖4所示，該方法之一實施例包含下列步驟：

步驟S410：接收一基頻訊號，用以於複數個時間點估測該基頻訊號之通道響應，產生複數個估測通道響應。本步驟可藉由圖1之估測通道響應產生模組110或其等效電路來執行。

步驟S420：對該複數個估測通道響應進行時域頻域轉換，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，本步驟尚包含：執行一快速複利葉轉換程序。

步驟S430：依據該複數個估測通道頻率響應計算複數個計算值，其中該複數個計算值分別對應於複數個時間點。本步驟可藉由圖1之計算單元130或其等效電路來執行。

步驟S440：依據該複數個計算值判斷該基頻訊號所對應之一通道狀態。本步驟可藉由圖1之判斷模組140或其等效電路來執行。在一實施例中，本步驟尚包含：計算複數個計算值間之比例值；比較比例值與一門檻值以產生複數個比較結果；以及依據該複數個比較結果產生計數值，其中若該計數值大於一預定值，則判斷該通道為動態。

由於本技術領域具有通常知識者可藉由圖1至圖3之裝置發明的揭露內容來瞭解圖4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，在本發明動態通道辨別裝置與方法之實施例中，先接收基頻訊號並依據所述基頻訊號進行通道估測以得出估測通道響應；進行時域頻域轉換程序後得出估測通道頻域響應(即，藉由觀察所述估測通道響應在頻譜上所呈現的特性)；取得通道響應之計算值後再加以分析比較與計數統計，來辨別通道是否為動態。相較於習知技術，本發明包含之計算方法簡易，系統運算量低且結構簡化，所耗費運算時間亦較短，使無線通訊系統得以較經濟之方式辨別通道情形並對系統進行相應調整。

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‧‧‧動態通道辨別裝置

110‧‧‧估測通道響應產生模組

120‧‧‧轉換單元

130‧‧‧計算單元

140‧‧‧判斷模組

BBS‧‧‧基頻訊號

CV‧‧‧計算值

DR‧‧‧判斷結果

Fh‧‧‧估測通道頻率響應

h‧‧‧估測通道響應

Claims (16)

1. 一種動態通道辨別裝置，包含：一估測通道響應產生模組，用以於複數個時間點估測一基頻訊號之通道響應，以產生複數個估測通道響應；一轉換單元，用以對該複數個估測通道響應進行時域頻域轉換，以產生複數個估測通道頻率響應；一計算單元，用以依據該複數個估測通道頻率響應計算複數個計算值；以及一判斷模組，用以依據該複數個計算值判斷該基頻訊號所對應之一通道狀態是否為時變通道狀態；其中，該判斷模組包含：一比較單元，用以依據該複數個計算值之比例關係與一門檻值，以產生複數個比較結果；一計數單元，用以依據該複數個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該基頻訊號之該通道狀態是否為時變通道狀態；其中，該比較單元依據該複數個計算值中之一第一計算值與一第二計算值，產生一比例值，且比較該比例值與該門檻值以產生該複數個比較結果之一者，其中該第一計算值與該第二計算值分別對應一第一時間點與一第二時間點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動態通道辨別裝置，其中若該計數值大於一預定值，則判斷該通道為時變通道狀態。
3. 如申請專利範圍第1項所述之動態通道辨別裝置，其中該計算值為該估測通道頻率響應之能量值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之動態通道辨別裝置，其中該估測通道響應產生模組包含一通道估測器，用以於複數個時間點估測該基頻訊號之一子載波之通道響應，以產生該複數個估測通道響應。
5. 如申請專利範圍第1項所述之動態通道辨別裝置，其中該估測通道響應產生模組包含一虛擬雜訊相關器，用以於複數個時間點對該基頻訊號之複數個虛擬雜訊序列進行關聯處理，以產生該複數個估測通道響應。
6. 如申請專利範圍第1項所述之動態通道辨別裝置，其中該複數個時間點分別對應複數個符碼單位。
7. 如申請專利範圍第1項所述之動態通道辨別裝置，其中該複數個時間點分別對應複數個信號幀。
8. 一種動態通道辨別方法，由一接收器來執行，包含下列步驟：接收一基頻訊號，用以於複數個時間點估測該基頻訊號之通道響應，產生複數個估測通道響應；對該複數個估測通道響應進行時域頻域轉換，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計算複數個計算值；以及依據該複數個計算值判斷該基頻訊號所對應之一通道狀態是否為時變通道狀態； 其中，判斷該基頻訊號之該通道狀態之步驟包含：依據該複數個計算值之比例關係與一門檻值產生複數個比較結果；依據該複數個比較結果產生一計數值；以及依據該計數值判斷該基頻訊號之該通道是否為時變通道狀態；其中，該產生複數個比較結果之步驟包含：依據該複數個計算值中之一第一計算值與一第二計算值，產生一比例值；以及比較該比例值與該門檻值以產生該複數個比較結果之一者，其中該第一計算值與該第二計算值分別對應一第一時間點與一第二時間點。
9. 如申請專利範圍第8項所述之動態通道辨別方法，其中若該計數值大於一預定值，則判斷該通道為時變通道狀態。
10. 如申請專利範圍第8項所述之動態通道辨別方法，其中該計算值為該估測通道頻率響應之能量值。
11. 如申請專利範圍第8項所述之動態通道辨別方法，其中該產生該複數個估測通道響應之步驟包含：於該複數個時間點估測該基頻訊號之一子載波之通道響應，以產生該複數個估測通道響應。
12. 如申請專利範圍第8項所述之動態通道辨別方法，其中該產生該複數個估測通道響應之步驟包含：於該複數個時間點對該基頻訊號之複數個虛擬雜訊序列進行關聯處理，以產生該複數個估測通道響應。
13. 如申請專利範圍第8項所述之動態通道辨別方法，其中該複數個時間點分別對應複數個符碼單位。
14. 如申請專利範圍第8項所述之動態通道辨別方法，其中該複數個時間點分別對應複數個信號幀。
15. 一種動態通道辨別裝置，包含：一估測通道響應產生模組，用以於複數個時間點估測一基頻訊號之通道響應，以產生複數個估測通道響應；一轉換單元，用以對該複數個估測通道響應進行時域頻域轉換，以產生複數個估測通道頻率響應；一計算單元，用以依據該複數個估測通道頻率響應計算複數個計算值；以及一判斷模組，用以依據該複數個計算值判斷該基頻訊號所對應之一通道狀態是否為時變通道狀態；其中，該估測通道響應產生模組包含一虛擬雜訊相關器，用以於複數個時間點對該基頻訊號之複數個虛擬雜訊序列進行關聯處理，以產生該複數個估測通道響應。
16. 一種動態通道辨別方法，由一接收器來執行，包含下列步驟：接收一基頻訊號，用以於複數個時間點估測該基頻訊號之通道響應，產生複數個估測通道響應；對該複數個估測通道響應進行時域頻域轉換，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計算複數個計算值；以及依據該複數個計算值判斷該基頻訊號所對應之一通道狀態是否為時變通道狀態； 其中，該產生該複數個估測通道響應之步驟包含：於該複數個時間點對該基頻訊號之複數個虛擬雜訊序列進行關聯處理，以產生該複數個估測通道響應。