TWI717864B - 用於無線接收機之基頻系統及其基頻信號處理方法 - Google Patents

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Abstract

一種基頻系統包含一接收帶有第一、第二，及第三序列資訊的原始同相與正交相信號對的估測與補償單元、一電連接該估測與補償單元的通道估測與等化單元，及一電連接該通道估測與等化單元的追蹤與補償單元，該估測與補償單元藉由該第一及第二序列資訊進行頻率無關不理想效應的估測與補償，以得到一粗補償同相與正交相信號對，該通道估測與等化單元根據該粗補償同相與正交相信號對進行通道估測及等化補償，該追蹤與補償單元藉由該等第三序列資訊進行頻率無關不理想效應之殘餘量的追蹤與補償。

Description

用於無線接收機之基頻系統及其基頻信號處理方法
本發明是有關於無線接收技術，特別是指一種用於無線接收機之基頻系統及其基頻信號處理方法。
在無線通信系統中，會因發送機及接收機的同相/正交相不匹配(I/Q mismatch)而導致接收機接收到的資料解調錯誤。而造成同相/正交相不匹配的原因大致可區分成二大部份：(1)本地振盪器輸出的同相振盪信號及正交相振盪信號間的相位差異不準確，即二者間的相位差異並非正確的九十度，使得同相路徑及正交相路徑上的信號間的相位差異不準確；及(2)同相路徑及正交相路徑間的元件不匹配，例如混波器的增益不同加上濾波器的增益不同，使得同相及正交相路徑上的信號具有不同的振幅。
習知的一種技術是在射頻電路端來解決同相路徑及正交相路徑間的相位差異不準確的問題。但受到發送機與接收機的射頻電路中的相位/增益失衡影響，而有無法正確算出同相路徑及正交相路徑間的相位差異的偏移量，導致接收效能不佳的問題。
現有的另一種技術則是在電源開啟(Power on)後即先執行一校正程序，該校正程序是藉由發送機在同相及正交相路徑上傳輸校正用的資料，多次改變同相及正交相路徑間的相位差異的偏移量，並監看相對應的輸出結果，藉此找出發送機與接收機各自因增益/相位不匹配所造成的相位偏移量。但此一技術面臨的最大問題是需要額外耗費大量時間進行該校正程序。
因此，本發明的目的，即在提供一種用於無線接收機之基頻系統及其基頻信號處理方法，能夠解決先前技術的問題。
於是，本發明提供了一種基頻系統，適於用在一無線接收機中來處理一原始同相與正交相信號對，該原始同相與正交相信號對包括一第一序列資訊、一第二序列資訊及多個第三序列資訊，該基頻系統包含一接收該原始同相與正交相信號對的估測與補償單元、一電連接該估測與補償單元的通道估測與等化單元，及一電連接該通道估測與等化單元的追蹤與補償單元。
該估測與補償單元根據該原始同相與正交相信號對的該第一及第二序列資訊估測頻率無關不理想效應，且根據該估測的結果補償該原始同相與正交相信號對，以得到一粗補償同相與正交相信號對。該通道估測與等化單元接收該粗補償同相與正交相信號對，且根據該粗補償同相與正交相信號對進行通道估測及等化補償，以得到一已等化同相與正交相信號對。該追蹤與補償單元接收該已等化同相與正交相信號對，根據該已等化同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分，得到一頻率無關不理想效應的殘餘量之追蹤結果，且根據該追蹤結果補償該已等化同相與正交相信號對，以得到一輸出同相與正交相信號對。
因此，本發明之另一目的，即在提供一種基頻信號處理方法，由一用於一無線接收機的基頻系統執行，以處理一原始同相與正交相信號對，該原始同相與正交相信號對包括一第一序列資訊、一第二序列資訊及多個第三序列資訊，該處理方法包含以下步驟：
(A)由該基頻系統根據該原始同相與正交相信號對的該第一及第二序列資訊估測頻率無關不理想效應，且根據該估測的結果補償該原始同相與正交相信號對，以得到一粗補償同相與正交相信號對；
(B)由該基頻系統根據該粗補償同相與正交相信號對進行通道估測及等化補償，以得到一已等化同相與正交相信號對；及
(C)由該基頻系統根據該已等化同相與正交相信號對中對應該第三序列資訊的部分，得到一頻率無關不理想效應之殘餘量的追蹤結果，且根據該追蹤結果補償該已等化同相與正交相信號對，以得到一輸出同相與正交相信號對。
本發明的功效在於：藉由根據該原始同相與正交相信號對的該第一及第二序列資訊進行頻率無關不理想效應的估測與補償，及藉由根據該已等化同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分進行頻率無關不理想效應之殘餘量的追蹤與補償，能有效地提升接收效能且不需額外耗費大量時間進行頻率無關不理想效應的校正程序，而達到本發明的目的。
參閱圖1，本發明用於無線接收機之基頻系統包含一估測與補償單元1、一通道估測與等化單元2，及一追蹤與補償單元3。該估測與補償單元1接收來自射頻與類比前端(RF and Analog front-end, RFAFE)電路及數位前端(Digital front-end)電路的一原始同相與正交相信號對DIQ_in，且電連接該通道估測與等化單元2，以輸出一粗補償同相與正交相信號對DIQ_4到該通道估測與等化單元2。該通道估測與等化單元2電連接該追蹤與補償單元3，以輸出一已等化同相與正交相信號對DIQ_5到該追蹤與補償單元3，最後，該追蹤與補償單元3輸出一輸出同相與正交相信號對DIQ_out。
參閱圖2，在本實施例中，該原始同相與正交相信號對DIQ_in的一資訊框(Frame)符合IEEE 802.11ad規格中針對使用單載波所規範的格式，但不以此為限。該資訊框依序包含一前置(Preamble)區段、一標頭(Header)區段，及一資料(Data)區段。該前置區段由一短調校區(Short training field, STF)及一通道估測區(Channel estimation field, CEF)組成。其中，該短調校區載有前後二組具格雷碼特性的序列。該通道估測區亦包含有多段不同長度同且具格雷碼特性的序列。該資料區段包括多個單一保護區間(Guard interval, GI)及單一資料區間之組合，該保護區間為一具有一格雷碼特性的序列，該資料區間則為數據資料。在以下內容中，為了方便說明，將載在該短調校區的前半部之序列稱為一第一序列資訊；將載在該短調校區的後半部之序列稱為一第二序列資訊；將載在資料區段中每一保護區間之序列稱為一第三序列資訊；將載在該通道估測區之序列稱為一第四序列資訊。
參閱圖3，該估測與補償單元1接收該原始同相與正交相信號對DIQ_in，根據該原始同相與正交相信號對DIQ_in的該第一及第二序列資訊估測頻率無關不理想效應(包括該無線接收機的直流電壓偏移及頻率無關同相/正交相不匹配(Frequency independent I/Q mismatch, FI-I/Q mismatch))，且根據該估測的結果補償該原始同相與正交相信號DIQ_in對，以得到該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4。
在本實施例中，該估測與補償單元1包括一第一估測與補償模組11、一第二估測與補償模組12、一同步估測器13、一同步調整器14、一頻率偏移補償器15，及一邊界偵測器16。該第一估測與補償模組11具有一接收端直流偏移估測器111，及一電連接該接收端直流偏移估測器111的接收端直流偏移補償器112。該同步估測器13電連接該同步調整器14及該頻率偏移補償器15。該同步調整器14電連接該接收端直流偏移估測器111、該接收端直流偏移補償器112，及該邊界偵測器16。該第二估測與補償模組12具有一接收端頻率無關估測器121，及一電連接該接收端頻率無關估測器121的接收端頻率無關補償器122。該接收端直流偏移補償器112電連接該接收端頻率無關估測器121及該接收端頻率無關補償器122。該接收端頻率無關補償器122電連接該頻率偏移補償器15。該頻率偏移補償器15電連接該通道估測與等化單元2及該邊界偵測器16。
該同步估測器13接收該原始同相與正交相信號對DIQ_in，並根據該原始同相與正交相信號對DIQ_in的該第一序列資訊及該第二序列資訊，進行取樣頻率偏移(Sampling frequence offset, SFO)及載波頻率偏移(Carrier frequence offset, CFO)的估測，以在一取樣頻率估測完成時間點輸出一取樣控制信號到該同步調整器14，及在一載波頻率估測完成時間點輸出一載波偏移補償信號到該頻率偏移補償器15。該同步調整器14接收該原始同相與正交相信號對DIQ_in，根據一邊界偵測結果校準該原始同相與正交相信號對DIQ_in的該短調校區的起始邊界，且根據該取樣控制信號在該取樣頻率估測完成時間點之後，對該原始同相與正交相信號對DIQ_in進行取樣頻率偏移補償，以輸出一第一同相與正交相信號對DIQ_1。該頻率偏移補償器15接收來自該接收端頻率無關補償器122的一第三同相與正交相信號對DIQ_3，且根據該載波偏移補償信號在該載波頻率估測完成時間點之後，對該第三同相與正交相信號對DIQ_3進行載波頻率偏移補償，以輸出該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4。一般來說，該同步調整器14可以是用以執行一內插運算的功能區塊，如Cubic B-Spline interpolator，而該頻率偏移補償器15可以是累積相位反轉器，如Cordic-based de-rotator。
該邊界偵測器16接收該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4，且對該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4中對應該第一序列資訊的前端之部分，進行自相關(auto-correlation)運算，以藉由偵測到的能量峰值(Peak value)來判斷該短調校區(STF)的起始邊界，而輸出該邊界偵測結果到該同步調整器14，以提升後續的其他不理想效應的估測精準度。
該接收端直流偏移估測器111接收該第一同相與正交相信號對DIQ_1中對應該第一序列資訊的部分，且根據該第一同相與正交相信號對DIQ_1中對應該第一序列資訊的部分的格雷碼特性，估測該無線接收機的直流電壓偏移，以在一直流偏移估測完成時間點得到一第一補償資訊。在本實施例中，該第一補償資訊包括一同相直流電壓偏移值Vdc_I及一正交相直流電壓偏移值Vdc_Q；並且該接收端直流偏移估測器111對該第一同相與正交相信號對DIQ_1中對應該第一序列資訊的部分中的同相樣本計算平均值，以得到該同相直流電壓偏移值Vdc_I，且對該第一同相與正交相信號對DIQ_1中對應該第一序列資訊的部分中的正交相樣本計算平均值，以得到該正交相直流電壓偏移值Vdc_Q。該接收端直流偏移補償器112接收該第一同相與正交相信號對DIQ_1，且根據該第一補償資訊在該直流偏移估測完成時間點之後，補償該第一同相與正交相信號對DIQ_1，以輸出一第一中間同相與正交相信號對DIQ_2。其中，該直流偏移估測完成時間點不早於該第二序列資訊的起始點。在本實施例中，該接收端直流偏移補償器112將該第一同相與正交相信號對DIQ_1的每一個同相樣本減去該同相直流電壓偏移值Vdc_I，且將該第一同相與正交相信號對DIQ_1的每一個正交相樣本減去該正交相直流電壓偏移值Vdc_Q，以得到該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2。
該接收端頻率無關估測器121接收該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2中對應該第二序列資訊的部分，且根據該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2中對應該第二序列資訊的部分的格雷碼特性，估測該無線接收機的頻率無關同相/正交相不匹配，以在一頻率無關粗估完成時間點得到一第二補償資訊。在本實施例中，該第二補償資訊包括一補償矩陣M；該頻率無關粗估完成時間點不早於該第四序列資訊(CEF)的起始點。
進一步地說明，該接收端頻率無關估測器121依序接收該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2中對應該第二序列資訊的部分中的同相與正交相樣本對r I[n]、r Q[n]，其中，D
Figure 02_image001
n
Figure 02_image001
D+2L-1，D是該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2中對應該第二序列資訊的部分之起始位置，2L是該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2中對應該第二序列資訊的部分之長度。該接收端頻率無關估測器121根據接收到的同相樣本r I[n]及正交相樣本r Q[n]，計算一同相自相關值a、一正交相自相關值b，及一同相/正交相互相關值c，如以下式一~式三所示，
Figure 02_image003
…式一
Figure 02_image005
…式二
Figure 02_image007
…式三
該接收端頻率無關估測器121根據該同相自相關值a、該正交相自相關值b，及該同相/正交相互相關值c，計算該補償矩陣M，如以下式四至式六所示，
Figure 02_image009
…式四
Figure 02_image011
…式五
Figure 02_image013
…式六
其中，
Figure 02_image015
是一增益不匹配值，
Figure 02_image017
是一相位不匹配值。
該接收端頻率無關補償器122接收來自該接收端頻率無關估測器121的該補償矩陣M，且根據該補償矩陣M在該頻率無關粗估完成時間點之後，補償該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2，以得到該第三同相與正交相信號對DIQ_3。在本實施例中，該接收端頻率無關補償器122將該補償矩陣M乘以該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2的每一同相與正交相樣本對，以得到該第三同相與正交相信號對DIQ_3。
該通道估測與等化單元2根據其所接收到的該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4中對應該第四序列資訊的部分之格雷碼特性，進行通道估測，且根據該通道估測的結果對該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4進行通道等化補償，以得到該已等化同相與正交相信號對DIQ_5。在本實施例中，通道估測是在時域(Time-domain)做信號處理，而通道等化補償則是透過快速傅立葉轉換(Fast Fourier transform, FFT)將該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4以及通道估測的結果(即通道脈衝響應(CIR))從時域轉換到頻域(Frequency-domain)做處理，而處理後再藉由逆快速傅立葉轉換(Inverse fast Fourier transform, IFFT)將處理的結果轉換到時域以得到該已等化同相與正交相信號對DIQ_5。
參閱圖4，該追蹤與補償單元3從該通道估測與等化單元2接收該已等化同相與正交相信號對DIQ_5，根據該已等化同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分，得到頻率無關不理想效應的殘餘量(包括該無線接收端的直流電壓偏移與頻率無關同相/正交相不匹配的殘餘量，及操作上相關聯的該無線發送機的直流電壓偏移與頻率無關同相/正交相不匹配)之一追蹤結果，且根據該追蹤結果補償該已等化同相與正交相信號對，以得到該輸出同相與正交相信號對。
在本實施例中，該追蹤與補償單元3包括一第一追蹤與補償模組31、一第二追蹤與補償模組32、一共同相位估測與補償器33及一相位雜訊估測與補償器34，該共同相位估測與補償器33電連接該通道估測與等化單元2以接收該已等化同相與正交相信號對DIQ_5，根據該已等化同相與正交相信號對DIQ_5中對應已知序列資訊(如該第一、第二、第四序列資訊)的部分進行共同相位錯誤(Common phase error, CPE)估測，且在一共同相位估測完成時間點之後，根據該估測的結果對該已等化同相與正交相信號對DIQ_5進行補償，以輸出該第六同相與正交相信號對DIQ_6。
該第一追蹤與補償模組31具有一頻率無關追蹤器311及一頻率無關補償器312。該第二追蹤與補償模組32具有一直流偏移追蹤器321及一直流偏移補償器322。該頻率無關補償器312電連接該共同相位估測與補償器33及該頻率無關追蹤器311，該頻率無關追蹤器311電連接該共同相位估測與補償器33，以接收該第六同相與正交相信號對DIQ_6中對應該等第三序列資訊的部分，且依序根據該第六同相與正交相信號對DIQ_6中對應該等第三序列資訊的部分之格雷碼特性，持續地追蹤頻率無關同相/正交相不匹配的殘餘量(包括該無線接收機的頻率無關同相/正交相不匹配的殘餘量及該無線發送端的頻率無關同相/正交相不匹配)，以產生且週期性地更新一被輸出到該頻率無關補償器312的第三補償資訊。在本實施例中，該第三補償資訊包括一具有四個元素C 11’、C 12’、C 21’、C 22’的補償矩陣M’。該頻率無關補償器312還電連接該直流偏移追蹤器321及該直流偏移補償器322，且接收該第六同相與正交相信號對DIQ_6，並根據該第三補償資訊對該第六同相與正交相信號對DIQ_6進行補償，以輸出一第二中間同相與正交相信號對DIQ_7。
值得一提的是，該頻率無關追蹤器311與該頻率無關補償器312的追蹤與補償運算類似於該接收端頻率無關估測器121(見圖3)及該接收端頻率無關補償器122(見圖3)的估測與補償運算，不同之處在於，對於該資訊框而言，該第二補償資訊只被計算一次，之後保持恆定，而該第三補償資訊則會被計算多次(即會被週期性地更新)，用以補償具時變性的頻率無關同相/正交相不匹配的殘餘量。
除此之外，在本實施例中，該接收端頻率無關估測器121(見圖3)及該頻率無關追蹤器311各自使用自己的硬體資源來估測或追蹤。然而，因為該接收端頻率無關估測器121的估測及該頻率無關追蹤器311的追蹤運算類似，且時間是錯開的，因此在本實施例的一變形中，該接收端頻率無關估測器121及該頻率無關追蹤器311在採用較大的位元寬(Bit-width)的前提下可以共用硬體資源。例如，該頻率無關追蹤器311被省略，該接收端頻率無關估測器121還電連接該共同相位估測與補償器33及該頻率無關補償器312，從該共同相位估測與補償器33接收該第六同相與正交相信號對DIQ_6中對應該等第三序列資訊的部分，根據該第六同相與正交相信號對DIQ_6中對應該等第三序列資訊的部分之格雷碼特性追蹤頻率無關同相/正交相不匹配的殘餘量，以得到該第三補償資訊，供該頻率無關補償器312接收。
該直流偏移追蹤器321電連接該直流偏移補償器322，且接收該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7中對應該等第三序列資訊的部分，且依序根據該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7中對應該等第三序列資訊的部分之格雷碼特性，持續地追蹤直流電壓偏移的殘餘量(包括該無線接收機的直流電壓偏移的殘餘量及該無線發送機的直流電壓偏移)，以產生且週期性地更新一被輸出到該直流偏移補償器322的第四補償資訊。該第四補償資訊與該第三補償資訊共同構成該追蹤結果。在本實施例中，該第四補償資訊包括一同相直流電壓偏移值Vdc’_I及一正交相直流電壓偏移值Vdc’_Q。該直流偏移補償器322接收該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7，且根據該第四補償資訊對該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7進行補償，以輸出一第八同相與正交相信號對DIQ_8。
值得一提的是，該直流偏移追蹤器321與該直流偏移補償器322的追蹤與補償運算類似於該接收端直流偏移估測器111(見圖3)及該接收端直流偏移補償器112(見圖3)的估測與補償運算，不同之處在於，對於該資訊框而言，該第一補償資訊只被計算一次，之後保持恆定，而該第四補償資訊則會被計算多次(即會被週期性地更新)，用以補償具時變性的直流電壓偏移的殘餘量。
除此之外，在本實施例中，該接收端直流偏移估測器111(見圖3)及該直流偏移追蹤器321各自使用自己的硬體資源來估測或追蹤。然而，因為該接收端直流偏移估測器111的估測及該直流偏移追蹤器321的追蹤運算類似，且時間是錯開的，因此在本實施例的該變形中，該接收端直流偏移估測器111及該直流偏移追蹤器321在採用較大的位元寬的前提下可以共用硬體資源。例如，該直流偏移追蹤器321被省略，該接收端直流偏移估測器111還電連接到該頻率無關補償器312及該直流偏移補償器322，從該頻率無關補償器312接收該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7中對應該等第三序列資訊的部分，根據該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7中對應該等第三序列資訊的部分之格雷碼特性追蹤直流電壓偏移的殘餘量，以得到該第四補償資訊，供該直流偏移補償器322接收。
該相位雜訊估測與補償器34電連接該直流偏移補償器322，以接收該第八同相與正交相信號對DIQ_8，且對該第八同相與正交相信號對DIQ_8進行相位雜訊估測與補償，以輸出該輸出同相與正交相信號對DIQ_out。值得一提的是，該共同相位估測與補償器33所做的共同相位估測與補償有包括相位雜訊估測與補償，所以該相位雜訊估測與補償器34所做的相位雜訊估測與補償是估測與補償相位雜訊的殘餘量。
圖5顯示在上述變形中該接收端直流偏移估測器111的一實施態樣。該接收端直流偏移估測器111包括一累加電路53，及一電連接累加電路53的平均電路54，且可操作在一第一狀態及一第二狀態中的一者。當該接收端直流偏移估測器111操作在該第一狀態時，該第一同相與正交相信號對DIQ_1中對應該第一序列資訊的部分中的同相樣本依序被該累加電路53累加及被該平均電路54求平均，以得到該第一補償資訊的該同相直流電壓偏移值Vdc_I，且該第一同相與正交相信號對DIQ_1中對應該第一序列資訊的部分中的正交相樣本依序被該累加電路53累加及被該平均電路54求平均，以得到該第一補償資訊的該正交相直流電壓偏移值Vdc_Q。當該接收端直流偏移估測器111操作在該第二狀態時，該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7中對應該等第三序列資訊的部分之同相樣本依序被該累加電路53累加及被該平均電路54求平均，以得到該第四補償資訊的該同相直流電壓偏移值Vdc’_I，且該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7中對應該等第三序列資訊的部分之正交相樣本依序被該累加電路53累加及被該平均電路54求平均，以得到該第四補償資訊的該正交相直流電壓偏移值Vdc’_Q。
圖6顯示在上述變形中該接收端頻率無關估測器121的一實施態樣。該接收端頻率無關估測器121包括一累加電路62，及一電連接該累加電路62的運算電路63，且可操作在一第一狀態及一第二狀態中的一者。當該接收端頻率無關估測器121操作在該第一狀態時，該累加電路62根據該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2中對應該第二序列資訊的部分進行式一到式三的累加運算，以得到一累加輸出(包括該同相自相關值a、該正交相自相關值b及該同相/正交相互相關值c)，該運算電路64根據該同相自相關值a、該正交相自相關值b及該同相/正交相互相關值c進行式四至式六的運算，以得到該第二補償資訊的該補償矩陣M的該等元素C 11、C 12、C 21、C 22。當該接收端頻率無關估測器121操作在該第二狀態時，該累加電路62根據該第六同相與正交相信號對DIQ_6中對應該等第三序列資訊的部分進行式一到式三的累加運算，以得到該同相自相關值a、該正交相自相關值b及該同相/正交相互相關值c，該運算電路64根據該同相自相關值a、該正交相自相關值b及該同相/正交相互相關值c進行式四至式六的運算，以得到該第三補償資訊的該補償矩陣M’的該等元素C 11’、C 12’、C 21’、C 22’。特別的是，該運算電路63具有四個查找表(包括一相位誤差表631、一第一餘弦表632、一第二餘弦表633及一正切表634)。這些查找表631~634用於協助該補償矩陣M/M’的該等元素C 11/C 11’、C 12/C 12’、C 21/C 21’、C 22/C 22’之計算。該相位誤差表631用以將一中間值
Figure 02_image019
對應到該相位不匹配值
Figure 02_image021
。該第一餘弦表632用以將另一中間值
Figure 02_image022
及該增益不匹配值
Figure 02_image021
對應到該元素C 11/C 11’(=
Figure 02_image024
)。第二餘弦表633用以將該增益不匹配值及
Figure 02_image026
該相位不匹配值
Figure 02_image021
對應到該元素C 22/C 22’(=
Figure 02_image027
)。該正切表634用以將該相位不匹配值
Figure 02_image021
對應到一正切值
Figure 02_image029
。該正切值與該元素C 11/C 11’相乘即可得到該元素C 12/C 12’。該正切值與該元素C 21/C 21’相乘即可得到該元素C 22/C 22’。
特別一提的是，直接對該相位不匹配值
Figure 02_image021
做餘弦及正切運算需要多個高位元寬度(High bit-width)的除法器，而該多個除法器由於硬體複雜度高(需用到大量邏輯閘)，不僅電路面積大，且在參考時脈頻率高(例如625MHz)的情況下，還會面臨無法在預定時間內完成計算的問題。在圖6所示的實施態樣中，該運算電路63透過查表的方式而不是對該相位不匹配值
Figure 02_image021
直接做餘弦及正切運算來得到該等元素C 11/C 11’、C 12/C 12’、C 21/C 21’、C 22/C 22’，不僅可以節省電路面積以及加快計算速度，還可以降低整體的功耗。
參閱圖3、圖4及圖7，本實施例的基頻系統所執行的基頻信號處理方法包括步驟701~709。
在步驟701中，該同步調整器14對該原始同相與正交相信號對DIQ_in進行取樣頻率偏移補償及該短調校區的起始邊界校準，以得到該第一同相與正交相信號對DIQ_1。
在步驟702中，該第一估測與補償模組11根據該第一同相與正交相信號對DIQ_1進行直流電壓偏移(包括該無線接收機的直流電壓偏移)之估測與補償，以得到該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2。
在步驟703中，該第二估測與補償模組12根據該第一中間同相與正交相信號對DIQ_2進行頻率無關同相/正交相不匹配(包括該無線接收機的頻率無關同相/正交相不匹配)的估測與補償，以得到該第三同相與正交相信號對DIQ_3。
在步驟704中，該頻率偏移補償器15根據該第三同相與正交相信號對DIQ_3進行載波頻率偏移補償，以得到該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4。
在步驟705中，該通道估測與等化單元2根據該粗補償同相與正交相信號對DIQ_4進行通道估測與等化補償，以得到該已等化同相與正交相信號對DIQ_5。
在步驟706中，該共同相位估測與補償器33根據該已等化同相與正交相信號對DIQ_5進行共同相位估測與補償，以得到該第六同相與正交相信號對DIQ_6。
在步驟707中，該第一追蹤與補償模組31根據該第六同相與正交相信號對DIQ_6進行頻率無關同相/正交相不匹配之殘餘量(包括該無線接收機的頻率無關同相/正交相不匹配的殘餘量與該無線發送機的頻率無關同相/正交相不匹配)的追蹤與補償，以得到該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7。
在步驟708中，該第二追蹤與補償模組32根據該第二中間同相與正交相信號對DIQ_7進行直流電壓偏移之殘餘量(包括該無線接收機的直流電壓偏移的殘餘量與該無線發送機的直流電壓偏移)的追蹤與補償，以得到該第八同相與正交相信號對DIQ_8。
在步驟709中，該相位雜訊估測與補償器34根據該第八同相與正交相信號對DIQ_8進行相位雜訊估測與補償，以得到該輸出同相與正交相信號對DIQ_out。
綜上所述，在本實施例中，由於該基頻系統可以在該無線接收機與該無線發送機連線(On-line)時估測與補償頻率無關不理想效應及追蹤與補償頻率無關不理想效應的殘餘量，因此不需花費額外的離線(Off-line)校正時間且能有效地提升該無線接收機的接收效能。
再者，在本實施例的上述變形中，藉由該接收端直流偏移估測器111(見圖5)在不同的時間估測直流電壓偏移及追蹤直流電壓偏移之殘餘量，且藉由該接收端頻率無關估測器121(見圖6)在不同的時間估測頻率無關同相/正交相不匹配及追蹤頻率無關同相/正交相不匹配之殘餘量，相較於本實施例，可以節省硬體資源，降低硬體成本。
此外，在本實施例的上述變形中，該接收端頻率無關估測器121可以用多個預建的查找表631~634(見圖6)來取代多個硬體複雜度高的計算單元(例如除法器)，不僅解決硬體實現所面臨的時序限制，也更進一步地降低硬體成本。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:估測與補償單元 11:第一估測與補償模組 111:接收端直流偏移估測器 112:接收端直流偏移補償器 12:第二估測與補償模組 121:接收端頻率無關估測器 122:接收端頻率無關補償器 13:同步估測器 14:同步調整器 15:頻率偏移補償器 16:邊界偵測器 2:通道估測與等化單元 3:追蹤與補償單元 31:第一追蹤與補償模組 311:頻率無關追蹤器 312:頻率無關補償器 32:第二追蹤與補償模組 321:直流偏移追蹤器 322:直流偏移補償器 33:共同相位估測與償模器 34:相位雜訊估測與償模器 51:控制計數器 52:多工器 53:累加電路 54:平均電路 55:補償電路 61:控制電路 62:累加電路 63:運算電路 631:相位誤差表 632:第一餘弦表 633:第二餘弦表 634:正切表 DIQ_in:原始同相與正交相信號對 DIQ_1:第一同相與正交相信號對 DIQ_2:第一中間同相與正交相信號對 DIQ_3:第三同相與正交相信號對 DIQ_4:粗補償同相與正交相信號對 DIQ_5:已等化同相與正交相信號對 DIQ_6:第六同相與正交相信號對 DIQ_7:第二中間同相與正交相信號對 DIQ_8:第八同相與正交相信號對 DIQ_out:輸出同相與正交相信號對
Figure 02_image015
:增益不匹配值
Figure 02_image017
:相位不匹配值
Figure 02_image031
:相位誤差表的中間值 χ:第一餘弦表的中間值 Vdc_I:第一補償資訊的同相直流電壓偏移值 Vdc_Q:第一補償資訊的正交相直流電壓偏移值 Vdc’_I:第四補償資訊的同相直流電壓偏移值 Vdc’_Q:第四補償資訊的正交相直流電壓偏移值 r I[n]:該第二序列資之第n個的同相樣本 r Q[n]:該第二序列資之第n個的正交同相樣本 D:第二序列資訊的起點 2L:第二序列資訊的長度 a:同相自相關值 b:正交相自相關值 c:同相/正交相互相關值 M:第一補償資訊的補償矩陣 C 11:第一補償資訊的補償係數 C 12:第一補償資訊的補償係數 C 21:第一補償資訊的補償係數 C 22:第一補償資訊的補償係數 M’:第三補償資訊的補償矩陣 C 11:第三補償資訊的補償係數 C 12:第三補償資訊的補償係數 C 21:第三補償資訊的補償係數 C 22:第三補償資訊的補償係數 701:步驟一 702:步驟二 703:步驟三 704:步驟四 705:步驟五 706:步驟六 707:步驟七 708:步驟八 709:步驟九
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明本發明基頻系統的一較佳實施例； 圖2是一示意圖，說明該較佳實施例的一資訊框之格式； 圖3是一方塊圖，說明該較佳實施例的一估測與補償單元； 圖4是一方塊圖，說明該較佳實施例的一追蹤與補償單元； 圖5是一電路圖，說明在該較佳實施例的一變形中該估測與補償單元的一接收端直流偏移估測器； 圖6是一電路圖，說明在該較佳實施例的該變形中該估測與補償單元的一接收端頻率無關估測器； 圖7是一流程圖，說明該較佳實施例執行本發明基頻信號處理方法的步驟。
1:估測與補償單元
2:通道估測與等化單元
3:追蹤與補償單元
DIQ_in:原始同相與正交相信號對
DIQ_4:粗補償同相與正交相信號對
DIQ_5:已等化同相與正交相信號對
DIQ_out:輸出同相與正交相信號對

Claims (13)

  1. 一種基頻系統，適於用在一無線接收機中來處理一原始同相與正交相信號對，該原始同相與正交相信號對包括一第一序列資訊、一第二序列資訊及多個第三序列資訊，該基頻系統包含： 一估測與補償單元，接收該原始同相與正交相信號對，根據該原始同相與正交相信號對的該第一及第二序列資訊估測頻率無關不理想效應，且根據該估測的結果補償該原始同相與正交相信號對，以得到一粗補償同相與正交相信號對； 一通道估測與等化單元，電連接該估測與補償單元以接收該粗補償同相與正交相信號對，根據該粗補償同相與正交相信號對進行通道估測及等化補償，以得到一已等化同相與正交相信號對；及 一追蹤與補償單元，電連接該通道估測與等化單元以接收該已等化同相與正交相信號對，根據該已等化同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分，得到一頻率無關不理想效應的殘餘量之追蹤結果，且根據該追蹤結果補償該已等化同相與正交相信號，以得到一輸出同相與正交相信號對。
  2. 如請求項1所述的基頻系統，其中，該估測與補償單元包括： 一第一估測與補償模組，接收該原始同相與正交相信號對，根據該原始同相與正交相信號對的該第一序列資訊估測直流電壓偏移，以得到一第一補償資訊，且根據該第一補償資訊補償該原始同相與正交相信號對，以得到一第一中間同相與正交相信號對；及 一第二估測與補償模組，電連接該第一估測與補償模組以接收該第一中間同相與正交相信號對，還電連接該通道估測與等化單元，根據該第一中間同相與正交相信號對中對應該第二序列資訊的部分估測頻率無關同相/正交相不匹配，以得到一第二補償資訊，且根據該第二補償資訊補償該第一中間同相與正交相信號對，以得到該已補償同相與正交相信號對，供該通道估測與等化單元接收。
  3. 如請求項2所述的基頻系統，其中，該第一補償資訊包括一同相直流電壓偏移值及一正交相直流電壓偏移值。
  4. 如請求項3所述的基頻系統，其中，該第一估測與補償模組將該原始同相與正交相信號對的每一個同相樣本減去該同相直流電壓偏移值，且將該原始同相與正交相信號對的每一個正交相樣本減去該正交相直流電壓偏移值，以得到該第一中間同相與正交相信號對。
  5. 如請求項2所述的基頻系統，其中，該第二補償資訊包括一補償矩陣。
  6. 如請求項5所述的基頻系統，其中，該第二估測與補償模組將該補償矩陣乘以該第一中間同相與正交相信號對的每一同相與正交相樣本對，以得到該已補償同相與正交相信號對。
  7. 如請求項5所述的基頻系統，其中，該第二估測與補償模組包括： 一累加電路，接收該第一中間同相與正交相信號對中對應該第二序列資訊的部分，且根據該第一中間同相與正交相信號對中對應該第二序列資訊的部分進行累加運算，以得到一累加輸出；及 一運算電路，電連接該累加電路以接收該累加輸出，且根據該累加輸出計算該補償矩陣。
  8. 如請求項7所述的基頻系統，其中，該運算電路具有多個查找表，該等查找表用於協助該補償矩陣的計算。
  9. 如請求項1所述的基頻系統，其中，該追蹤與補償單元包括： 一第一追蹤與補償模組，電連接該通道估測與等化單元以接收該已等化同相與正交相信號對，根據該已等化同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分，得到一追蹤頻率無關同相/正交相不匹配之殘餘量的第三補償資訊，且根據該第三補償資訊補償該已等化同相與正交相信號對，以得到一第二中間同相與正交相信號對；及 一第二追蹤與補償模組，電連接該第一追蹤與補償模組以接收該第二中間同相與正交相信號對，根據該第二中間同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分，得到一追蹤直流電壓偏移之殘餘量的第四補償資訊，且根據該第四補償資訊補償該第二中間同相與正交相信號對，以得到該輸出同相與正交相信號對； 該第三補償資訊及該第四補償資訊共同構成該追蹤結果。
  10. 如請求項9所述的基頻系統，其中，該估測與補償單元還電連接該第一追蹤與補償模組以接收該已等化同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分，根據該已等化同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分追蹤頻率無關同相/正交相不匹配之殘餘量，以得到該第三補償資訊，供該第一追蹤與補償模組接收。
  11. 如請求項1所述的基頻系統，該第一及第二序列資訊具有格雷碼特性，其中，該估測及補償單元根據該第一及第二序列資訊的格雷碼特性估測頻率無關不理想效應。
  12. 如請求項1所述的基頻系統，該等第三序列資訊具有格雷碼特性，其中，該頻率無關不理想效應的該追蹤是根據該等第三序列資訊的格雷碼特性進行的。
  13. 一種基頻信號處理方法，由一用於一無線接收機的基頻系統執行，以處理一原始同相與正交相信號對，該原始同相與正交相信號對包括一第一序列資訊、一第二序列資訊及多個第三序列資訊，該基頻信號處理方法包含以下步驟： (A)由該基頻系統根據該原始同相與正交相信號對的該第一及第二序列資訊估測頻率無關不理想效應，且根據該估測的結果補償該原始同相與正交相信號對，以得到一粗補償同相與正交相信號對； (B)由該基頻系統根據該粗補償同相與正交相信號對進行通道估測與等化補償，以得到一已等化同相與正交相信號對；及 (C)由該基頻系統根據該已等化同相與正交相信號對中對應該等第三序列資訊的部分，得到一頻率無關不理想效應之殘餘量的追蹤結果，且根據該追蹤結果補償該已等化同相與正交相信號對，以得到一輸出同相與正交相信號對。
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