TWI605690B

TWI605690B - 處理符元率估測及干擾的裝置及方法

Info

Publication number: TWI605690B
Application number: TW105128733A
Authority: TW
Inventors: 楊芳銘
Original assignee: 晨星半導體股份有限公司
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2017-11-11
Also published as: TW201810963A; US20180067898A1

Description

處理符元率估測及干擾的裝置及方法

本發明相關於一種用於通訊系統的裝置及方法，尤指一種處理符元率估測及干擾的裝置及方法。

為了評估系統效能或設定接收端的組態，接收端往往需要精確地估測符元率（symbol rate）。然而，訊號在透過通道被傳送時，會受到通道效應的影響，例如同頻干擾（co-channel interference）等干擾，使接收端難以精確地估測符元率，進而錯誤地評估系統效能或設定接收端的組態。

此外，為了減輕干擾的影響，接收端應知道干擾的頻率位置，以避免或消除干擾。然而，由於負面效應（例如雜訊）的影響，接收端不易精確地估測干擾的頻率位置。

因此，如何在通道效應的影響下精確地估測符元率及干擾的頻率位置是極為重要的問題。

因此，本發明提供了一種處理符元率估測的裝置及方法，可在節省功率消耗及縮短栓鎖時間（locking time）的情況下獲得精確的符元率，以解決上述問題。

本發明揭露一種通訊裝置，包含有一接收電路，用來接收第一複數個時域訊號；一轉換電路，耦接於該接收電路，用來根據一時頻轉換運作，將該第一複數個時域訊號轉換為第一複數個頻域訊號；一量級電路，耦接於該轉換電路，用來分別對該第一複數個頻域訊號進行一絕對值運作，以產生第一複數個輸出訊號；以及一選擇電路，耦接於該量級電路，用來從該第一複數個輸出訊號中選出滿足一檢測條件的一最大訊號。

本發明另揭露使用一接收電路來接收第一複數個時域訊號；根據一時頻轉換運作，使用一計算電路來將該第一複數個時域訊號轉換為第一複數個頻域訊號；使用一量級電路來分別對該第一複數個頻域訊號進行一絕對值運作，以產生第一複數個輸出訊號；以及使用一選擇電路來從該第一複數個輸出訊號中選出滿足一檢測條件的一最大訊號。

第1圖為本發明實施例一通訊系統10的示意圖。通訊系統10可為任何可傳送及／或接收單載波（single carrier）訊號或多載波（multi-carrier）訊號的通訊系統，簡略地由一傳送端TX及一接收端RX所組成。多載波訊號可為正交分頻多工（orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM）訊號（或離散多頻調變（discrete multi-tone modulation，DMT）訊號），但不限於此。在第1圖中，傳送端TX及接收端RX是用來說明通訊系統10之架構。舉例來說，通訊系統10可為非對稱式數位用戶迴路（asymmetric digital subscriber line，ADSL）系統、電力通訊（power line communication，PLC）系統、同軸電纜的乙太網路（Ethernet over coax，EOC）等有線通訊系統。或者，通訊系統10可為區域無線網路（wireless local area network，WLAN）、數位視訊廣播（Digital Video Broadcasting，DVB）系統及先進長期演進（Long Term Evolution-advanced，LTE-A）系統等無線通訊系統，其中數位視訊廣播系統可包含有地面數位多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）、地面數位視訊廣播系統（DVB-Terrestrial，DVB-T）、新版地面數位視訊廣播系統（DVB-T2/C2）及綜合數位服務廣播系統（Integrated Services Digital Broadcasting，ISDB）。此外，傳送端TX及接收端RX可設置於行動電話、筆記型電腦、平板電腦、電子書及可攜式電腦系統等裝置中，不限於此。

第2圖為本發明實施例一估測模組20的示意圖，用於第1圖的接收端RX中，可用來估測所接收的訊號的頻寬或干擾的頻率位置。估測模組20包含有一接收電路200、一轉換電路202、一量級電路204及一選擇電路206。詳細來說，在接收複數個時域（time-domain）訊號sig_t1後，接收電路200將複數個時域訊號sig_t1提供給轉換電路202。其中，複數個時域訊號sig_t1可為透過執行16正交振幅調變（quadrature amplitude modulation， QAM）、32正交振幅調變、64正交振幅調變、128正交振幅調變或256正交振幅調變等調變運作所產生的訊號，但不限於此。轉換電路202耦接於接收電路200，可用來根據一時頻轉換運作，將複數個時域訊號sig_t1轉換為複數個頻域（frequency-domain）訊號sig_f1。其中，該時頻轉換運作可為快速傅立葉轉換（Fast Fourier Transform，FFT）等可將時域訊號轉換為頻域訊號的演算法，但不限於此。量級電路204耦接於轉換電路202，可用來分別對複數個頻域訊號sig_f1進行一絕對值運作（即分別獲得複數個頻域訊號sig_f1的絕對值），以產生複數個輸出訊號sig_f_out1。

此外，接收電路200可另外接收複數個時域訊號sig_t2。相似地，轉換電路202根據時頻轉換運作，將複數個時域訊號sig_t2轉換為複數個頻域訊號sig_f2。量級電路204分別對複數個頻域訊號sig_f2進行絕對值運作（即分別獲得複數個頻域訊號sig_f2的絕對值），以產生複數個輸出訊號sig_f_out2。選擇電路206可對應地相加複數個輸出訊號sig_f_out1及複數個輸出訊號sig_f_out2以產生複數個輔助訊號sig_f_aux。上述運作可重複一預先設定的次數，即疊加輸出訊號至預先設定的次數。

接著，選擇電路206可從複數個輔助訊號sig_f_aux中選出（若未進行疊加，從複數個輸出訊號sig_f_out1選出）滿足一檢測條件的一最大訊號sig_f_max。其中，最大訊號sig_f_max具有滿足檢測條件的一最大振幅。根據以上所述，選擇電路206在搜尋最大訊號的過程中，不僅會考慮訊號振幅的大小，也會考慮該訊號是否滿足檢測條件，透過檢測條件來降低負面效應（例如雜訊及／或干擾），以提高所選出訊號的可靠度。

第3圖為本發明實施例一通訊裝置30的示意圖，用於第1圖的接收端RX中，用來估測所接收的訊號的符元率（symbol rate）。通訊裝置30包含有估測模組20、一頻寬估測電路300及一計算電路302。頻寬估測電路300耦接於估測模組20，可用來根據最大訊號sig_f_max及複數個輔助訊號sig_f_aux中（若未進行疊加，複數個輸出訊號sig_f_out1中）最小輸出訊號sig_f_min估測出頻寬bw_est。由於所選出的最大訊號sig_f_out具有較高的可靠度，可提高頻寬bw_est的準確度。計算電路300，耦接於頻寬估測電路300，可用來根據頻寬bw_est，計算出符元率sbr_est。如先前所述，頻寬bw_est具有較高的準確度，對應地，根據頻寬bw_est所獲得的符元率sbr_est亦具有較高的準確度，使接收端RX可根據符元率sbr_est精確地評估系統效能或設定接收端的組態。根據符元率sbr_est的定義方式，頻寬bw_est與符元率sbr_est間存在有不同的對應關係。舉例來說，當頻寬bw_est與符元率sbr_est相同（或近似）時，計算電路300可直接輸出頻寬bw_est作為符元率sbr_est。此時，頻寬估測電路300及計算電路302可整合為單一電路。當頻寬bw_est與符元率sbr_est具有較大的差異時，本領域具通常知識者可據以對計算電路300做對應地設計或修改，以獲得定義的符元率。

第4圖為本發明實施例一通訊裝置40的示意圖，用於第1圖的接收端RX中，用來決定干擾的一頻率位置。通訊裝置40包含有估測模組20及一干擾估測電路400。干擾估測電路400耦接於估測模組20，可用來決定該最大訊號的一頻率位置loc_f。由於所選出的最大訊號sig_f_out具有較高的可靠度，可提高頻率位置loc_f的準確度。

需注意的是，選擇電路206選擇最大訊號的方法有很多種。舉例來說，選擇電路206可根據一滑動視窗（sliding window）法，以一視窗依序地從複數個輸出訊號sig_f_out1（或者是經過疊加之後所得的複數個輔助訊號sig_f_aux）的複數組輸出訊號中選出滿足檢測條件的最大訊號。進一步地，可用來判斷訊號的可靠度的檢測條件有很多種。

在一實施例中，當選擇電路206是用於估測頻寬時，複數組輸出訊號中一組輸出訊號可根據以下方程式滿足該檢測條件：；（式1）

其中為該組輸出訊號，為該視窗的一尺寸，為一函數，為該組輸出訊號的一最大訊號的一指標，以及為一正實數。較佳而言，G為增益餘裕（gain margin）。也就是說，不可過大才會被判斷為滿足檢測條件。為一設計值或預先決定值，可根據系統考量及設計需求被決定。舉例來說，當對可靠度的要求較高時，可將設定為一較大的正實數，即最大訊號較不易滿足（式1）。反之，當對可靠度的要求較低時，可將設定為一較小的正實數，即最大訊號較易滿足（式1）。

在另一實施例中，當選擇電路206是用於估測干擾時，複數組輸出訊號中一組輸出訊號可根據以下方程式滿足該檢測條件：；（式2）

其中為該組輸出訊號，為該視窗的一尺寸，為一函數，為該組輸出訊號的一最大訊號的一指標，以及為一正實數。較佳而言，G為增益餘裕。也就是說，需要足夠大才會被判斷為滿足檢測條件。為一設計值或預先決定值，可根據系統考量及設計需求被決定。舉例來說，當對可靠度的要求較高時，可將設定為一較小的正實數，即最大訊號較不易滿足（式2）。反之，當對可靠度的要求較低時，可將設定為一較大的正實數，即最大訊號較易滿足（式2）。

需注意的是，在上述實施例中，（式1）及（式2）中的函數可為以下方程式：；　　　（式3）

即（式1）及（式2）代表了需要大於所有總和才會被判定滿足檢測條件。此外（式1）～（式3）僅說明了選擇一組輸出訊號中最大訊號的方式，選擇電路206應根據滑動視窗法，對複數個輸出訊號sig_f_out1（或者是經過累加之後所得的複數個輔助訊號sig_f_aux）中所有組輸出訊號重複執行（式1）～（式3），以選出最大訊號sig_f_max。

第5圖為本發明實施例一通訊裝置30的一運作示意圖，用來舉例說明通訊裝置30的運作方式。在第5圖中，接收電路200接收複數個時域訊號sig_t1（），其中為快速傅立葉轉換的尺寸。接著，轉換電路202根據時頻轉換運作，將複數個時域訊號sig_t1（）轉換為複數個頻域訊號sig_f1（）。量級電路204分別對複數個頻域訊號sig_f1（）進行絕對值運作，以產生複數個輸出訊號sig_f_out1（），即。通訊裝置30可根據使用者的設定條件進行疊加，動作如下所述。接收電路200繼續接收複數個時域訊號sig_t2（）。接著，轉換電路202根據時頻轉換運作，將複數個時域訊號sig_t2（）轉換為複數個頻域訊號sig_f2（）。量級電路204分別對複數個頻域訊號sig_f2（）進行絕對值運作，以產生複數個輸出訊號sig_f_out2（），即。選擇電路206對應地相加複數個輸出訊號sig_f_out1（）及複數個輸出訊號sig_f_out2（）以產生複數個輔助訊號sig_f_aux（），即。選擇電路206根據滑動視窗法，以一視窗依序地從複數個輔助訊號sig_f_aux（）中選出滿足檢測條件的複數個最大訊號sig_f_max。為了清楚說明本實施例以了解本發明的概念，本實施例假設所使用的檢測條件為（式1）及（式3）。

舉例來說，選擇電路206所使用的視窗的尺寸為4（即（式1）中的為4），以及先從輔助訊號中選出一最大訊號，例如輔助訊號。接著，選擇電路206檢查是否滿足。如先前所述，為一正實數，可根據系統考量及設計需求被決定。若輔助訊號滿足檢測條件，選擇電路206將輔助訊號視為用來估測頻寬有效的最大訊號，並儲存於估測模組20中。根據滑動視窗法，選擇電路206繼續從輔助訊號中選出一最大訊號，例如輔助訊號，以及與之前暫存的輔助訊號比大小。接著，選擇電路206檢查輔助訊號是否滿足條件。若滿足此條件，則更新暫存最大訊號為輔助訊號。接著，繼續檢查。若輔助訊號滿足檢測條件，則根據此最大值所估測的頻寬會被判斷為有效。若輔助訊號不滿足檢測條件，則根據此最大值所估測的頻寬會被判斷為無效。若輔助訊號不滿足，則維持暫存最大訊號為輔助訊號不變，以及維持根據輔助訊號所估測波頻寬為有效或無效的狀態。選擇電路206會繼續上述運作，直到處理完輔助訊號。

在執行上述運作之後，若最大訊號滿足檢測條件，則判斷根據該最大訊號所估測的頻寬為有效，例如為輔助訊號，頻寬估測電路300可根據輸出訊號估測頻寬bw_est，以及計算電路302可根據頻寬bw_est，計算出符元率sbr_est。

通訊裝置40與通訊裝置30的運作方式相似，主要差異在於將頻寬估測電路300及計算電路302替換為干擾估測電路400，例如將相關於（式1）及（式3）的運作替換為相關於（式2）及（式3）的運作，故於此不贅述。

根據前述的實施例，估測模組20的運作方式可歸納為本發明實施例一流程60，用於通訊裝置30或通訊裝置40中，如第6圖所示。流程60包含以下步驟：

步驟600：開始。

步驟602：接收複數個時域訊號。

步驟604：根據一時頻轉換運作，將該複數個時域訊號轉換為複數個頻域訊號。

步驟606：分別對該複數個頻域訊號進行一絕對值運作，以產生複數個輸出訊號。

步驟608：若存在先前接收的複數個先前輸出訊號，疊加該複數個輸出訊號及該複數個先前輸出訊號為複數個輔助訊號。若疊加次數等於預先設定次數，執行步驟610；若否，執行步驟602。

步驟610：從該複數個輔助訊號選出滿足一檢測條件的一最大訊號。

步驟612：結束。

流程60是用來舉例說明估測模組20的運作方式，詳細說明及變化可參考前述，於此不贅述。

需注意的是，估測模組20（及其中的接收電路200、轉換電路202、量級電路204及選擇電路206）、通訊裝置30（估測模組20、頻寬估測電路300及計算電路302）及通訊裝置40（估測模組20及干擾估測電路400）的實現方式可有很多種。舉例來說，可根據設計考量或系統需求，將上述電路整合為一或多個電路，且實務上通常會以數位電路予以實現。在某些實施例中，接收電路200可能還會包括一類比數位轉換器。此外，估測模組20、通訊裝置30及通訊裝置40可以硬體、軟體、韌體（為硬體裝置與電腦指令與資料的結合，且電腦指令與資料屬於硬體裝置上的唯讀軟體）、電子系統、或上述裝置的組合來實現，不限於此。

第7圖為本發明實施例一估測電路70的示意圖，用來實現估測模組20。估測電路70包含有複數個暫存器700、一加法電路710、一滑動視窗電路720及一數值更新電路730。詳細來說，複數個暫存器700可用來接收複數組時域訊號sig_t1～sig_tP，以及循序輸出複數組時域訊號sig_t1～sig_tP。加法電路710耦接於複數個暫存器700，可用來疊加複數組時域訊號sig_t1～sig_tP，以獲得複數個輔助訊號sig_f_aux。滑動視窗電路720耦接於加法電路710，可用來以一視窗依序地從複數個輔助訊號sig_f_aux的複數組輔助訊號中選出滿足檢測條件的最大訊號（例如前例中的、等）。數值更新電路730耦接於滑動視窗電路720，用來接收及比較滑動視窗電路720所輸出的最大訊號。當所收到的最大訊號（例如前例中的）大於目前的最大訊號（例如前例中的）時，數值更新電路730以收到的最大訊號取代目前的最大訊號。反之，當所收到的最大訊號小於目前的最大訊號時，數值更新電路730維持目前的最大訊號時。在估測電路70處理完所接收的後，數值更新電路730可獲得最大訊號sig_f_max（例如前例中的）。

在一實施例中，滑動視窗電路720可包含有一比較器722、一比較器724及一及閘（AND gate）726。詳細來說，比較器722可用來比較一組輔助訊號（例如前例中的），以護得該組輔助訊號中的最大訊號（例如）。比較器722可用來檢查最大訊號是否滿足檢測條件（例如前例中的（式1）或（式2））。及閘726耦接於比較器722及比較器724，用來在最大訊號滿足檢測條件的情況下，輸出最大訊號到數值更新電路730。

綜上所述，本發明提供了一種處理符元率估測及干擾的裝置及方法，可根據（最大）訊號是否滿足檢測條件來停止繼續接收及處理額外時域訊號，不僅可獲得精確的符元率及干擾的頻率位置，同時也降低不必要的功率消耗及縮短栓鎖時間，解決了習知通訊裝置需要處理過多且不必要的時域訊號的問題。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。

10‧‧‧通訊系統
20‧‧‧估測模組
200‧‧‧接收電路
202‧‧‧轉換電路
204‧‧‧量級電路
206‧‧‧選擇電路
30、40‧‧‧通訊裝置
300‧‧‧頻寬估測電路
302‧‧‧計算電路
40‧‧‧干擾估測電路
60‧‧‧流程
600、602、604、606、608、610、612‧‧‧步驟
70‧‧‧估測電路
700‧‧‧暫存器
710‧‧‧加法電路
720‧‧‧滑動視窗電路
722、724‧‧‧比較器
726‧‧‧及閘
sig_t1～sig_tP‧‧‧時域訊號
sig_f1～sig_fP‧‧‧頻域訊號
sig_f_out1～sig_f_outP‧‧‧輸出訊號
sig_f_max‧‧‧最大訊號
bw_est‧‧‧頻寬
sbr_est‧‧‧符元率
TX‧‧‧傳送端
RX‧‧‧接收端

第1圖為本發明實施例一通訊系統的示意圖。第2圖為本發明實施例一估測模組的示意圖。第3圖為本發明實施例一通訊裝置的示意圖。第4圖為本發明實施例一通訊裝置的示意圖。第5圖為本發明實施例一通訊裝置的一運作示意圖。第6圖為本發明實施例一流程的流程圖。第7圖為本發明實施例一估測電路的示意圖。

20‧‧‧估測模組

200‧‧‧接收電路

202‧‧‧轉換電路

204‧‧‧量級電路

206‧‧‧選擇電路

sig_t1~sig_tP‧‧‧時域訊號

sig_f1~sig_fP‧‧‧頻域訊號

sig_f_out1~sig_f_outP‧‧‧輸出訊號

sig_f_max‧‧‧最大訊號

sig_f_aux‧‧‧輔助訊號

Claims

一種通訊裝置，包含有：一接收電路，用來接收第一複數個時域訊號；一轉換電路，耦接於該接收電路，用來根據一時頻轉換運作，將該第一複數個時域訊號轉換為第一複數個頻域訊號，其中該第一複數個時域訊號的數量及該第一複數個頻域訊號的數量相同；一量級電路，耦接於該轉換電路，用來分別對該第一複數個頻域訊號進行一絕對值運作，以產生第一複數個輸出訊號；以及一選擇電路，耦接於該量級電路，用來從該第一複數個輸出訊號中選出滿足一檢測條件的一最大訊號。
如請求項1所述的通訊裝置，另包含有：一頻寬估測電路，耦接於該選擇電路，用來根據該最大訊號及該第一複數個輸出訊號中一最小輸出訊號，估測一頻寬；以及一計算電路，耦接於該頻寬估測電路，用來根據該頻寬，計算一符元率(symbol rate)。
如請求項1所述的通訊裝置，另包含有：一干擾估測電路，耦接於該選擇電路，用來決定該最大訊號的一頻率位置。
如請求項1所述的通訊裝置，其中當該第一複數個輸出訊號不包含有滿足該檢測條件的該最大訊號時，該通訊裝置執行以下運作：該接收電路接收第二複數個時域訊號；該轉換電路根據該時頻轉換運作，將該第二複數個時域訊號轉換為第二複數個頻域訊號；該量級電路分別對該第二複數個頻域訊號進行該絕對值運作，以產生第二複數個輸出訊號；以及該選擇電路對應地相加該第一複數個輸出訊號及該第二複數個輸出訊號以產生複數個輔助訊號，以及從該複數個輔助訊號中選出該最大訊號並判斷該最大訊號是否滿足該檢測條件。
如請求項1所述的通訊裝置，其中該選擇電路根據一滑動視窗(sliding window)法，以一視窗依序地從該第一複數個輸出訊號的複數組輸出訊號中選出該最大訊號，以及檢查該最大訊號是否滿足該檢測條件。
如請求項5所述的通訊裝置，其中該複數組輸出訊號中一組輸出訊號根據以下方程式滿足該檢測條件：其中{Z _k}為該組輸出訊號，M為該視窗的一尺寸，f(．)為一函數，sub_max為該組輸出訊號的一最大訊號的一指標，以及G為一正實數。
如請求項6所述的通訊裝置，其中該函數為以下方程式：
如請求項5所述的通訊裝置，其中該複數組輸出訊號中一組輸出訊號根據以下方程式滿足該檢測條件：其中{Z _k}為該組輸出訊號，M為該視窗的一尺寸，f(．)為一函數，sub_max 為該組輸出訊號的一最大訊號的一指標，以及G為一正實數。
如請求項1所述的通訊裝置，其中該時頻轉換運作包含有一快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)。
如請求項1所述的通訊裝置，其中該最大訊號具有滿足該檢測條件的一最大振幅。
一種處理頻寬估測的方法，包含有：使用一接收電路來接收第一複數個時域訊號；根據一時頻轉換運作，使用一計算電路來將該第一複數個時域訊號轉換為第一複數個頻域訊號，其中該第一複數個時域訊號的數量及該第一複數個頻域訊號的數量相同；使用一量級電路來分別對該第一複數個頻域訊號進行一絕對值運作，以產生第一複數個輸出訊號；以及使用一選擇電路來從該第一複數個輸出訊號中選出滿足一檢測條件的一最大訊號。
如請求項11所述的方法，另包含有以下步驟：根據該最大訊號及該第一複數個輸出訊號中一最小輸出訊號，使用一頻寬估測電路來估測一頻寬；以及根據該頻寬，使用一接收電路來計算一符元率(symbol rate)。
如請求項11所述的方法，另包含有：使用一干擾估測電路來決定該最大訊號的一頻率位置。
如請求項11所述的方法，其中當該第一複數個輸出訊號不包含有滿足該檢測條件的該最大訊號時，另包含有以下步驟：使用該接收電路來接收第二複數個時域訊號；根據該時頻轉換運作，使用該轉換電路來將該第二複數個時域訊號轉換為第二複數個頻域訊號；使用該量級電路來分別對該第二複數個頻域訊號進行該絕對值運作，以產生第二複數個輸出訊號；以及使用該選擇電路來對應地相加該第一複數個輸出訊號及該第二複數個輸出訊號以產生複數個輔助訊號，以及從該複數個輔助訊號中選出該最大訊號並判斷該最大訊號是否滿足該檢測條件。
如請求項11所述的方法，另包含有以下步驟：根據一滑動視窗(sliding window)法，使用該選擇電路來以一視窗依序地從該第一複數個輸出訊號的複數組輸出訊號中選出該最大訊號，以及檢查該最大訊號是否滿足該檢測條件。
如請求項15所述的方法，其中該複數組輸出訊號中一組輸出訊號根據以下方程式滿足該檢測條件：其中{Z _k}為該組輸出訊號，M為該視窗的一尺寸，f(．)為一函數，sub_max為該組輸出訊號的一最大訊號的一指標，以及G為一正實數。
如請求項16所述的方法，其中該函數為以下方程式：
如請求項15所述的方法，其中該複數組輸出訊號中一組輸出訊號根據以下方程式滿足該檢測條件：其中{Z _k}為該組輸出訊號，M為該視窗的一尺寸，f(．)為一函數，sub_max為該組輸出訊號的一最大訊號的一指標，以及G為一正實數。
如請求項11所述的方法，其中該時頻轉換運作包含有一快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)。
如請求項11所述的方法，其中該最大訊號具有滿足該檢測條件的一最大振幅。