TWI762918B - 符元邊界偵測方法及處理器 - Google Patents

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Abstract

一種符元邊界偵測方法包含：藉由一接收裝置依據一接收訊號計算出一目標訊號能量；藉由接收裝置依據接收訊號計算出一干擾能量；藉由接收裝置依據目標訊號能量以及干擾能量計算出一訊號干擾能量比；藉由接收裝置尋找一最佳訊號干擾能量比以決定一參考符元邊界時間點；以及藉由接收裝置依據參考符元邊界時間點處理接收訊號，以供一解調電路執行後續解調程序。

Description

符元邊界偵測方法及處理器
本揭示中所述實施例內容是有關於一種可提升最終解調效能的最佳化符元邊界偵測技術。特別關於一種可事先將所需訊號以及干擾擷取出來並得到評比符元邊界輸出優劣標的的符元邊界偵測方法以及處理器。
隨著科技的發展，電子裝置已被應用於各種領域。兩電子裝置間可藉由通訊技術進行資料傳送。
在一些相關技術中，需先對封包或接收訊號進行符元邊界偵測(symbol boundary detection)程序，再進行後續的解調。然而，不適當的符元邊界偵測程序，容易將干擾引至解調器中。這會降低通訊系統的訊號干擾比(signal-to-interference ratio, SIR)。在這個情況下，將會影響到後續的解調程序以及通訊系統的吞吐量(throughput)。
本揭示之一些實施方式是關於一種符元邊界偵測方法。符元邊界偵測方法包含：藉由一接收裝置依據一接收訊號計算出一目標訊號能量；藉由接收裝置依據接收訊號計算出一干擾能量；藉由接收裝置依據目標訊號能量以及干擾能量計算出一訊號干擾能量比；藉由接收裝置尋找一最佳訊號干擾能量比以決定一參考符元邊界時間點；以及藉由接收裝置依據參考符元邊界時間點處理接收訊號，以供一解調電路執行後續解調程序。
本揭示之一些實施方式是關於一種處理器。處理器用以依據一接收訊號計算出一目標訊號能量，依據接收訊號計算出一干擾能量，依據目標訊號能量以及干擾能量計算出一訊號干擾能量比，尋找一最佳訊號干擾能量比以決定一參考符元邊界時間點，且基於參考符元邊界時間點處理接收訊號，以供一解調電路執行後續解調程序。
綜上所述，本揭示的符元邊界偵測方法以及處理器採用較佳的符元邊界偵測方法以產生較佳的符元邊界偵測結果。如此，將有利於後續的解調程序。
在本文中，使用第一、第二與第三等等之詞彙，是用於描述各種元件、組件、區域、層與/或區塊是可以被理解的。但是這些元件、組件、區域、層與/或區塊不應該被這些術語所限制。這些詞彙只限於用來辨別單一元件、組件、區域、層與/或區塊。因此，在下文中的一第一元件、組件、區域、層與/或區塊也可被稱為第二元件、組件、區域、層與/或區塊，而不脫離本案的本意。
在本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。
在本文中所使用的用詞『耦接』亦可指『電性耦接』，且用詞『連接』亦可指『電性連接』。『耦接』及『連接』亦可指二個或多個元件相互配合或相互互動。
參考第1圖。1圖是依照本揭示一些實施例所繪示的通訊系統100的示意圖。以第1圖示例而言，通訊系統100包含傳送裝置120、接收裝置140以及接收裝置160。
在一些實施例中，傳送裝置120可透過通訊技術與接收裝置140以及接收裝置160進行資料傳送。在一些實施例中，通訊系統100是應用於無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)。另外，在一些實施例中，通訊系統100是利用正交分頻多工(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM)技術或正交分頻多址(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing address, OFDMA)技術進行資料傳送，但本揭示不以上述為限。
第1圖中傳送裝置的數量或接收裝置的數量僅為示例，各種適用的數量皆在本揭示的範圍中。
在一些實施例中，接收裝置140以及接收裝置160可執行相同或相似的運作。為了易於瞭解，以下僅以接收裝置140為例進行說明。
在運作上，傳送裝置120可透過上述通訊技術的訊號通道將傳輸訊號TX(例如：封包)傳送給接收裝置140。而接收裝置140則透過上述通訊技術的訊號通道接收到接收訊號RX(後段將以接收訊號RX稱之)。在一些實施例中，若訊號傳輸過程有干擾，接收裝置140所接收到的接收訊號RX不會與傳輸訊號TX完全相同。
在採用正交分頻多工技術的實施例中，傳輸訊號TX以及接收訊號RX是正交​分頻​多工訊號。在採用正交分頻多址技術的實施例中，傳輸訊號TX以及接收訊號RX則是正交分頻多址訊號。
參考第2圖。第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示的符元邊界偵測方法200的流程圖。在一些實施例中，第1圖的接收裝置140包含處理器PO。處理器PO可用以執行第2圖中的符元邊界偵測方法200。以第2圖示例而言，符元邊界偵測方法200包含操作S210、操作S220、操作S230、操作S240以及操作S250。
以下段落將搭配第3圖進行說明。第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的訊號處理階段的示意圖。
在操作S210中，藉由接收裝置140的處理器PO依據接收訊號RX計算出目標訊號能量。以第1圖以及第3圖示例而言，處理器PO對接收訊號RX執行長訓練匹配濾波程序FL以產生輸出訊號ĥ。在一些實施例中，長訓練匹配濾波程序FL可反映出訊號通道的通道脈衝響應(channel impulse response, CIR)。
舉例而言，處理器PO可將接收訊號RX與通訊標準(standard)中的訊號樣式(pattern)進行比對，以執行交相關(cross-correlation)程序，進而產生輸出訊號
Figure 109114418-A0305-02-0008-4
。在一些實施例中，處理器PO將第一窗函數(window function)WF_A應用至輸出訊號
Figure 109114418-A0305-02-0008-3
而產生最後的目標訊號，以計算出各取樣時間的目標訊號能量。其中，依據觀察時間點可分為延遲型、提前型以及保護區塊型。
參考第4圖。第4圖是依照本揭示一些實施例所繪示的延遲型的示意圖。以第4圖示例而言，位元Sn-1與位元Sn間有循環字首(cyclic prefix)CP，且位元Sn與位元Sn+1間有循環字首CP。延遲型的傅立葉轉換蒐集視窗FW的起始點與位元Sn的起始點的時間延遲L滿足下列公式(1)：0<L<N...公式(1)其中，N為位元Sn的取樣點數量。延遲型的目標訊號能量公式如下列公式(2)：
Figure 109114418-A0305-02-0008-2
 其中
Figure 109114418-A0305-02-0008-20
為期望值的運算符號，tn為觀察時間點，h[tn+L]等效於傅立葉轉換蒐集視窗FW的起始點所對應的通道脈衝響應。
第5圖是依照本揭示一些實施例所繪示的提前型的示意圖。以第5圖示例而言，提前型的傅立葉轉換蒐集視 窗FW的起始點與位元Sn的起始點的時間延遲L滿足下列公式(3)：
Figure 109114418-A0305-02-0009-5
 其中，NCP為循環字首CP的取樣點數量。提前型的目標訊號能量公式如下列公式(4)：
Figure 109114418-A0305-02-0009-6
第6圖是依照本揭示一些實施例所繪示的保護區塊型的示意圖。以第6圖示例而言，保護區塊型的傅立葉轉換蒐集視窗FW的起始點與位元Sn的起始點的時間延遲L滿足下列公式(5)：
Figure 109114418-A0305-02-0009-9
 也就是說，傅立葉轉換蒐集視窗FW的起始點位於循環字首CP的區塊內。而保護區塊型的目標訊號能量公式如下列公式(6)：
Figure 109114418-A0305-02-0009-8
再次參考第2圖。在操作S220中，藉由接收裝置140的處理器PO依據接收訊號RX計算出干擾能量。在一些實施例中，訊號干擾包含符元間干擾(inter-symbol interference,ISI)以及載波間干擾(inter-carrier interference,ICI)。這些干擾皆會造成訊號失真。在一些實施例中，處理器PO將第二窗函數WF_B應用至輸出訊號
Figure 109114418-A0305-02-0009-21
而產生最後的干擾訊號，以計算出各取樣時間的干擾能量，如第3圖所示。
延遲型的干擾能量(符元間干擾以及載波間干擾)如下列公式(7)：
Figure 109114418-A0305-02-0010-10
提前型的干擾能量(符元間干擾以及載波間干擾)如下列公式(8)：
Figure 109114418-A0305-02-0010-11
保護區塊型則沒有干擾。換句話說，保護區塊型的干擾能量為零。
再次參考第3圖。在操作S230中，藉由接收裝置140的處理器PO依據上述目標訊號能量以及上述干擾能量計算出訊號干擾能量比(signal-to-interference power ratio)。在一些實施例中，處理器PO會先將目標訊號能量轉至分貝域，以產生目標訊號能量分貝值。相似地，處理器PO亦會將干擾能量轉至分貝域，以產生干擾能量分貝值。
接著，處理器PO將目標訊號能量分貝值減去干擾能量分貝值(相當於目標訊號能量與干擾能量的比值)，以計算出各取樣時間的訊號干擾能量比SIR(tn)，如下列公式(9)：
Figure 109114418-A0305-02-0010-12
 其中tn為一取樣時間，n為索引值，SIR(tn)為取樣時間tn的訊號干擾能量比，10．
Figure 109114418-A0305-02-0011-19
為目標訊號能量分貝值，且10．
Figure 109114418-A0305-02-0011-18
為干擾能量分貝值。
在操作S240中，藉由接收裝置140的處理器PO尋找一最佳訊號干擾能量比以決定參考符元邊界時間點。也就是說，處理器PO依據該些取樣時間的該些訊號干擾能量比決定參考符元邊界時間點(相應於符元邊界)。訊號干擾能量比可作為評比符元邊界優劣之準則。
在一些實施例中，處理器PO可先自該些取樣時間點的該些訊號干擾能量比的多個數值中尋找出最大值，且將相應於此最大值的該取樣時間點決定為參考符元邊界時間點，如下列公式(10)：
Figure 109114418-A0305-02-0011-13
 其中argmax為求得最大值(最大訊號干擾能量比)所對應的變數(時間點tn)，topt為相應於最大訊號干擾能量比的取樣時間點。處理器PO將topt決定為參考符元邊界時間點。
在一些其他的實施例中，處理器PO是自各取樣時間尋找擁有最佳的訊號干擾能量比多個值以作為參考符元邊界時間點。舉例而言，當一取樣時間點的訊號干擾能量比與下一取樣時間點的訊號干擾能量比之間的差值已小於一門檻值並且持續一段取樣時間，代表訊號干擾能量比在此段時間處於平原區(意即無符元間干擾(ISI free)且無載波間干擾(ICI free)的保護區間內)。在通過平原區後，會持續偵測是否一取樣時間點的訊號干擾能量比與下一取 樣時間點的訊號干擾能量比之間的差值明顯大於一門檻值。當此事件成立即代表訊號干擾能量比正快速下降，意即此段時間為訊號干擾能量比的下降邊緣。據此，處理器PO決定此取樣時間點為參考符元邊界時間點。
在操作S250中，藉由接收裝置140的處理器PO依據上述決定出來的參考符元邊界時間點處理接收訊號RX，以供一解調電路執行後續解調程序。舉例而言，處理器PO依據上述決定出來的參考符元邊界時間點對接收訊號RX執行傅立葉轉換(Fourier Transform)程序，以將訊號從時域轉至頻域。在一些實施例中，上述傅立葉轉換程序可為快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)程序。接著，解調電路會依據轉至頻域的訊號執行解調程序，以解調出接收訊號RX的內容。
在一些相關技術中，是利用尋峰演算法(finding peak algorithm)或其它傳統演算法執行符元邊界偵測(symbol boundary detection)程序。也就是說，這些相關技術是利用尋峰演算法或其它演算法尋找相應於符元邊界的參考符元邊界時間點，並依據此參考符元邊界時間點執行訊號轉換(例如：快速傅立葉轉換)，以執行後續訊號解調。然而，以尋峰演算法為例，其僅考慮訊號峰值，而未考慮干擾的影響。舉例而言，尋峰算法可能抓取到被干擾訊號或其他非所需訊號影響到而產生的假峰值。據此，依據尋峰演算法決定出來的參考符元邊界時間點未必能讓解調電路解調出正確的訊號。
相較於上述該些相關技術，在本揭示中，接收裝置140會依據訊號干擾能量比計算出適當的參考符元邊界時間點。由於本揭示同時考慮了目標訊號能量以及干擾能量(訊號干擾能量比)，因此本揭示的符元邊界偵測程序會產生出較佳的符元邊界偵測結果，以更精準地決定出適當的參考符元邊界時間點。如此，將有利於後續的解調，進而提高通訊系統的效能吞吐量(throughput)。
另外，本揭示的目標訊號能量以及干擾能量皆是依據同一個訊號(輸出訊號ĥ)計算出來。據此，相較於尋峰演算法或其它傳統演算法，本揭示的符元邊界偵測程序對於訊號強度、干擾強度、雜訊成份的變動較不敏感。因此，本揭示的符元邊界偵測程序更能適應不同的雜訊環境且具有更穩定的偵測效率。
再者，在一些基於最大的訊號干擾能量比決定參考符元邊界時間點的實施例中，可得到一個最佳的參考符元邊界時間點。
上述符元邊界偵測方法200的多個操作僅為示例，並非限定需依照此示例中的順序執行。在不違背本揭示的各實施例的操作方式與範圍下，符元邊界偵測方法200的各種操作當可適當地增加、替換、省略或以不同順序執行。
綜上所述，本揭示的符元邊界偵測方法以及處理器採用較佳的符元邊界偵測方法以產生較佳的符元邊界偵測結果。如此，將有利於後續的解調程序。
各種功能性元件和方塊已於此公開。對於本技術領域具通常知識者而言，功能方塊可由電路(不論是專用電路，或是於一或多個處理器及編碼指令控制下操作的通用電路)實現，其一般而言包含用以相應於此處描述的功能及操作對電氣迴路的操作進行控制之電晶體或其他電路元件。進一步地理解，一般而言電路元件的具體結構與互連，可由編譯器(compiler)，例如暫存器傳遞語言(Register Transfer Language, RTL)編譯器決定。暫存器傳遞語言編譯器對與組合語言代碼(assembly language code)相當相似的指令碼(script)進行操作，將指令碼編譯為用於佈局或製作最終電路的形式。確實地，暫存器傳遞語言以其促進電子和數位系統設計過程中的所扮演的角色和用途而聞名。
雖然本揭示已以實施方式揭示如上，然其並非用以限定本揭示，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:通訊系統 120:傳送裝置 140:接收裝置 160:接收裝置 200:符元邊界偵測方法 TX:傳輸訊號 RX:接收訊號 PO:處理器 FL:濾波程序 ĥ:輸出訊號 WF_A:第一窗函數 WF_B:第二窗函數 SIR(tn ):訊號干擾能量比 S210:操作 S220:操作 S230:操作 S240:操作 S250:操作 Sn-1 ,Sn, Sn+1 :位元 CP:循環字首 L:延遲時間 FW:傅立葉轉換蒐集視窗
為讓本揭示之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能夠更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一通訊系統的示意圖； 第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一符元邊界偵測方法的流程圖； 第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的訊號處理階段的示意圖； 第4圖是依照本揭示一些實施例所繪示的延遲型的示意圖； 第5圖是依照本揭示一些實施例所繪示的提前型的示意圖；以及 第6圖是依照本揭示一些實施例所繪示的保護區塊型的示意圖。
200:符元邊界偵測方法
S210:操作
S220:操作
S230:操作
S240:操作
S250:操作

Claims (10)

  1. 一種符元邊界偵測方法，包含： 藉由一接收裝置依據一接收訊號計算出一目標訊號能量； 藉由該接收裝置依據該接收訊號計算出一干擾能量； 藉由該接收裝置依據該目標訊號能量以及該干擾能量計算出一訊號干擾能量比； 藉由該接收裝置尋找一最佳訊號干擾能量比以決定一參考符元邊界時間點；以及 藉由該接收裝置依據該參考符元邊界時間點處理該接收訊號，以供一解調電路執行後續解調程序。
  2. 如請求項1所述的符元邊界偵測方法，其中藉由該接收裝置依據該目標訊號能量以及該干擾能量計算出該訊號干擾能量比包含： 藉由該接收裝置將該目標訊號能量轉至分貝域，以產生一目標訊號能量分貝值； 藉由該接收裝置將該干擾能量轉至分貝域，以產生一干擾能量分貝值；以及 藉由該接收裝置將該目標訊號能量分貝值減去該干擾能量分貝值，以產生該訊號干擾能量比。
  3. 如請求項1所述的符元邊界偵測方法，其中藉由該接收裝置尋找該最佳訊號干擾能量比以決定該參考符元邊界時間點包含： 藉由該接收裝置自該訊號干擾能量比的複數值中決定一最大值；以及 藉由該接收裝置將相應於該最大值的一取樣時間點決定為該參考符元邊界時間點。
  4. 如請求項1所述的符元邊界偵測方法，其中藉由該接收裝置尋找該最佳訊號干擾能量比以決定該參考符元邊界時間點包含： 藉由該接收裝置自該訊號干擾能量比的複數值中判斷相應於一下降邊緣的一取樣時間點，其中該取樣時間點的訊號干擾能量比與一下一取樣時間點的訊號干擾能量比之間的差值大於一門檻值；以及 藉由該接收裝置決定該取樣時間點為該參考符元邊界時間點。
  5. 如請求項1所述的符元邊界偵測方法，其中藉由該接收裝置依據該接收訊號計算出該目標訊號能量包含： 藉由該接收裝置對該接收訊號執行一長訓練匹配濾波程序以產生一輸出訊號；以及 藉由該接收裝置將一第一窗函數(window function)應用至該輸出訊號，以計算出該目標訊號能量。
  6. 如請求項5所述的符元邊界偵測方法，其中藉由該接收裝置依據該接收訊號計算出該干擾能量包含： 藉由該接收裝置將一第二窗函數應用至該輸出訊號，以計算出該干擾能量。
  7. 如請求項1所述的符元邊界偵測方法，其中藉由該接收裝置依據該參考符元邊界時間點處理該接收訊號以供該解調電路進行後續解調程序包含： 藉由該接收裝置依據該參考符元邊界時間點對該接收訊號執行一傅立葉轉換程序，以得到一頻域訊號；以及 藉由該解調電路依據該頻域訊號進行解調，以得到一解調訊號。
  8. 如請求項1所述的符元邊界偵測方法，其中該接收訊號的兩位元之間配置有一循環字首(cyclic prefix)。
  9. 一種處理器，用以依據一接收訊號計算出一目標訊號能量，依據該接收訊號計算出一干擾能量，依據該目標訊號能量以及該干擾能量計算出一訊號干擾能量比，尋找一最佳訊號干擾能量比以決定一參考符元邊界時間點，且基於參考符元邊界時間點處理接收訊號，以供一解調電路進行後續解調程序。
  10. 如請求項9所述的處理器，其中該處理器更用以將該目標訊號能量轉至分貝域以產生一目標訊號能量分貝值，將該干擾能量轉至分貝域以產生一干擾能量分貝值，且將該目標訊號能量分貝值減去該干擾能量分貝值以產生該訊號干擾能量比。
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