TWI798621B

TWI798621B - 接收器及相關的訊號處理方法

Info

Publication number: TWI798621B
Application number: TW110101523A
Authority: TW
Inventors: 林佳宏
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2023-04-11
Also published as: TW202231066A; US11258647B1

Abstract

本發明揭露了一種訊號處理方法，其包含有以下步驟：使用一FFT窗口來對一訊框中一第一子訊框的最後一個符元進行處理以產生一頻域訊號，其中該FFT窗口具有一第一FFT窗口起始點；根據該頻域訊號來進行一IFFT操作以產生一通道脈衝響應；對該通道脈衝響應進行通道估測以產生一通道數據；根據該第一子訊框的最後一個符元的該通道數據、該訊框中一第二子訊框的第一個符元的屬性、以及該第一FFT窗口起始點，以決定出一第二FFT窗口起始點；以及使用具有該第二FFT窗口起始點的FFT窗口來對該訊框中該第二子訊框的第一個符元進行處理以產生另一頻域訊號。

Description

接收器及相關的訊號處理方法

本發明係有關於設置在顯示器中的接收器。

在進階電視系統委員會(Advanced Television Systems Committee，ATSC)版本3.0的規格書中，揭露了一種應用在正交分頻多工(Orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)系統的訊框架構，其中每一個訊框包含了多個子訊框(sub-frame)，而每一個子訊框可能會有不同的參數，例如每一個訊框可能具有不同的快速傅立葉(Fast Fourier Transform，FFT)轉換長度、不同的保護區間(guard interval)長度或是不同的散佈領航碼模式(scattered pilot pattern)。因此，在開始切換至下一個具有不同參數的子訊框時，在通道估測的操作上可能會因為選取的FFT窗口(FFT window)位置不佳而發生符元間干擾(inter-symbol interference，ISI)，或是通道脈衝響應(channel impulse response，CIR)的配置位置不好，而導致後續解碼效能降低或是無法正確地進行解碼。

因此，本發明的目的之一在於提出一種設置在顯示器中的接收器，其可以根據前一個子訊框所使用的部分參數來對目前子訊框進行通道估測操作，以解決先前技術中在子訊框切換過程中的問題。

在本發明的一個實施例中，揭露了一種訊號處理方法，其包含有以下步驟：使用一FFT窗口來對一訊框中一第一子訊框的最後一個符元進行處理以產生一第一頻域訊號，其中該FFT窗口具有一第一FFT窗口起始點；根據該第一頻域訊號來進行一IFFT操作以產生一第一通道脈衝響應；對該第一通道脈衝響應進行通道估測以產生該第一子訊框的最後一個符元的一第一通道數據；根據該第一子訊框的最後一個符元的該第一通道數據、該訊框中一第二子訊框的第一個符元的屬性、以及該第一FFT窗口起始點，以決定出一第二FFT窗口起始點；以及使用具有該第二FFT窗口起始點的FFT窗口來對該訊框中該第二子訊框的第一個符元進行處理以產生一第二頻域訊號。

在本發明的一個實施例中，揭露了一種接收器，其包含有一FFT電路、一IFFT電路、一通道估測電路以及一FFT窗口起始點計算電路。該FFT電路使用一FFT窗口來對一訊框中一第一子訊框的最後一個符元進行處理以產生一第一頻域訊號，其中該FFT窗口具有一第一FFT窗口起始點；該IFFT電路根據該第一頻域訊號來進行一IFFT操作以產生一第一通道脈衝響應；該通道估測電路對該第一通道脈衝響應進行通道估測以產生該第一子訊框的最後一個符元的一第一通道數據；以及該FFT窗口起始點計算電路根據該第一子訊框的最後一個符元的該第一通道數據、該訊框中一第二子訊框的第一個符元的屬性、以及該第一FFT窗口起始點，以決定出一第二FFT窗口起始點，其中該FFT電路使用具有該第二FFT窗口起始點的FFT窗口來對該訊框中該第二子訊框的第一個符元進行處理以產生一第二頻域訊號。

100:接收器

110:FFT電路

120:散佈領航碼處理電路

130:IFFT電路

140:通道估測電路

150:FFT窗口起始點計算電路

210:前導訊號

220:前置訊號

400:頻域訊號

700~716:步驟

CC_bias:通道偏移量

FFT_start:FFT窗口起始點

SF0~SFn:子訊框

第1圖為根據本發明一實施例之接收器的示意圖。

第2圖為符合ATSC版本3.0的接收訊號的架構示意圖。

第3圖為一個OFDM符元及FFT窗口的示意圖。

第4圖為頻域訊號的示意圖。

第5圖為通道脈衝響應的示意圖。

第6圖為將通道脈衝響應移動一偏移量的示意圖。

第7圖為根據本發明一實施例之應用在接收器之訊號處理方法的流程圖。

第1圖為根據本發明一實施例之接收器100的示意圖。如第1圖所示，接收器100包含了一FFT電路110、一散佈領航碼處理電路120、一快速傅立葉反轉換(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)電路130、一通道估測電路140以及一FFT窗口起始點計算電路150。在本實施例中，接收器100係設置於一顯示器，例如設置在一電視中，且接收器100的操作支援ATSC版本3.0的標準，然而，本發明並不以此為限。

在接收器100的操作中，假設接收器100所接收到的接收訊號為符合ATSC版本3.0的接收訊號，而此接收訊號具有如第2圖所示的架構。參考第2圖所示，接收訊號的一訊框依序包含了一前導(bootstrap)訊號210、一前置(preamble)訊號220及多個子訊框(第2圖繪示了n個子訊框SF0~SFn)，其中前導訊號210係用來供接收器100識別，前置訊號220包含了子訊框SF0~SFn的相關屬性，例如每一個子訊框SF0~SFn中OFDM符元的FFT長度與保護區間長度、以及散佈領航碼模式...等等。在接收器100接收到具有第2圖所示的訊框時，FFT電路110對接收訊號進行快速傅立葉轉換，以產生一頻域訊號。具體來說，先參考第3圖，一個OFDM符元包含了一保護區間以及一資料，其中該保護區間的內容係由該資料的後段內容所複製而來，而該保護區間包含了一非符元間干擾區(ISI free region)，亦即當FFT電路110在進行快速傅立葉轉換時所使用的FFT窗口起始點FFT_start需要位於非符元間干擾區，以避免後續的符元間干擾。理想上，FFT窗口起始點FFT_start盡量地位於非符元間干擾區的中央。第4圖繪示了FFT電路110所輸出之頻域訊號400的示意圖，其中頻域訊號400係對應到一子訊框的一部份內容。頻域訊號400包含了多個散佈領航碼以及多個資料單元，其中散佈領航碼的分佈方式及數量構成了一散佈領航碼模式，其中頻域訊號400係以ATSC版本3.0規格書中的SP3.2模式為例來進行說明，而在本實施例中散佈領航碼處理電路120係對頻域訊號400中的散佈領航碼進行內插操作，以使得頻域訊號400在處理後每三個單元內會具有一個散佈領航碼。由於散佈領航碼模式以及散佈領航碼處理電路120的處理方式已為本領域具有通常知識者所熟知，故相關細節在此不贅述。

接著，IFFT電路130對散佈領航碼處理電路120所輸出的處理後頻率訊號進行快速傅立葉反轉換以產生如第5圖所示的通道脈衝響應(channel impulse response)，其中通道脈衝響應包含了一個主區域以及多個鏡像(image)區域，而鏡像區域的數量係根據散佈領航碼的模式來決定的，以每N個單元內會具有一個散佈領航碼來說，通道脈衝響應會具有(N-1)個鏡像區域；而第5圖則以每三個單元內會具有一個散佈領航碼的模式來作為說明。在第5圖中，主區域及每一個鏡像區域的寬度為FFT窗口長度除以上述的‘N’，舉例來說，假設FFT窗口長度為‘8192’、每三個單元內會具有一個散佈領航碼(即N=3)，則主區域及每一個鏡像區域的寬度為‘8192/3’。

接著，在通道估測電路140的操作中，首先，參考第6圖，通道估測電路140會將通道脈衝響應移動一個通道偏移量CC_bias以產生一調整後通道脈衝響應，其中通道偏移量CC_bias的目的是用來使得通道脈衝響應可以位於主區域的中央，以利後續關於通道數據(channel profile)的操作。在產生如第6圖的調整後通道脈衝響應之後，通道估測電路140會對調整後通道脈衝響應進行濾波操作以濾除其中的鏡像成份，並再濾除主區域的雜訊成分後產生一處理後通道脈衝響應；之後，通道估測電路140再對該處理後通道脈衝響應進行快速傅利葉轉換操作以及等化操作，以得到每一個OFDM符元的通道數據，以供後端電路的操作。

在以上有關於FFT電路110、散佈領航碼處理電路120、IFFT電路130以及通道估測電路140的操作中，FFT窗口起始點FFT_start以及通道偏移量CC_bias是兩個會影響到後續訊號處理的重要參數，而這兩個參數可以在通道估測電路140決定出通道數據後調整至適當的數值，以使得FFT窗口起始點FFT_start位於非符元間干擾區的中央，且調整後的通道脈衝響應也可以位於主區域的中央。FFT窗口起始點FFT_start以及通道偏移量CC_bias調整至最佳值之後，由於同一子訊框的OFDM符元具有相同的屬性，例如相同的FFT長度與保護區間長度、散佈領航碼模式...等等，故所屬子訊框的後續OFDM符元則可以採用相同的FFT窗口起始點FFT_start以及通道偏移量CC_bias來進行處理。

然而，當子訊框在切換時，例如子訊框SF0切換到子訊框SF1，則由於子訊框SF1的屬性不完全相同於子訊框的SF0的屬性，因此接收器100在對子訊框SF1的第一個符元進行處理時可能會因為使用到不適合的FFT窗口起始點 FFT_start以及通道偏移量CC_bias，而造成後續處理上的困難，因此，本實施例中提出了FFT窗口起始點計算電路150，以根據子訊框SF0之最後一個OFDM符元所計算出的通道數據以及子訊框SF1的屬性來計算出用來處理子訊框SF1之第一個符元的FFT窗口起始點FFT_start以及通道偏移量CC_bias；之後再根據子訊框SF1之第一個OFDM符元所對應的通道數據以將FFT窗口起始點FFT_start以及通道偏移量CC_bias調整至最佳值。

具體來說，由於相鄰兩個OFDM符元的通道數據一般不會有太大的差異，因此，FFT窗口起始點計算電路150係將子訊框SF0之最後一個OFDM符元所計算出的通道數據直接視為子訊框SF1之第一個OFDM符元的通道數據，並再根據子訊框SF1與子訊框SF0的屬性差異，來計算出接收器100在處理子訊框SF1之第一個符元的FFT窗口起始點FFT_start以及通道偏移量CC_bias。舉例來說，子訊框SF1之第一個符元的FFT窗口起始點FFT_start_1可以使用以下公式來計算：FFT_start_1=FFT_start_0+FFT_size+GI_len_1+FFT_win_adj；其中‘FFT_start_0’為接收器100在處理子訊框SF0之最後一個符元所使用的FFT窗口起始點，‘FFT_size’為接收器100在處理子訊框SF0之最後一個符元所使用的FFT長度，‘GI_len_1’為子訊框SF1之保護區間的長度，且‘FFT_win_adj’為一調整量。上述公式中的‘FFT_win_adj’可以根據子訊框SF1與子訊框SF0之間的屬性差異來得到，例如在子訊框SF1之保護區間的長度大於子訊框SF0之保護區間的長度時將‘FFT_win_adj’設為負值，而在子訊框SF1之保護區間的長度小於子訊框SF0之保護區間的長度時將‘FFT_win_adj’設為正值。需注意的是，上述計算方式僅是作為範例說明，由於FFT窗口起始點FFT_start以及通道偏移量CC_bias與子訊框之屬性關係的關聯性可以由相關電路的計算方式而得知，故FFT窗口起始點計算電路150可以透過上述關聯性來推知適用於子訊框SF1的FFT窗口起始點FFT_start以及通道偏移量CC_bias。

第7圖為根據本發明一實施例之應用在接收器100之訊號處理方法的流程圖。同時參考以上實施例所述的內容，訊號處理方法的流程如所下所述：

步驟700：流程開始。

步驟702：使用一FFT窗口來對一訊框中一第一子訊框的最後一個符元進行處理以產生一第一頻域訊號，其中該FFT窗口具有一第一FFT窗口起始點。

步驟704：根據該第一頻域訊號來進行一IFFT操作以產生一第一通道脈衝響應。

步驟706：根據一第一通道偏移量來對該第一通道脈衝響應進行通道估測以產生該第一子訊框的最後一個符元的一第一通道數據。

步驟708：根據該第一子訊框的最後一個符元的該第一通道數據、該訊框中一第二子訊框的第一個符元的屬性、該第一FFT窗口起始點及該第一通道偏移量，以決定出一第二FFT窗口起始點以及一第二通道偏移量。

步驟710：使用具有該第二FFT窗口起始點的FFT窗口來對該訊框中該第二子訊框的第一個符元進行處理以產生一第二頻域訊號。

步驟712：根據該第二頻域訊號來進行一IFFT操作以產生一第二通道脈衝響應。

步驟714：根據該第二通道偏移量來對該第二通道脈衝響應進行通道估測以產生該第二子訊框的第一個符元的一第二通道數據。

步驟716：根據該第二子訊框的第一個符元的該第二通道數據來對該第二FFT窗口起始點以及該第二通道偏移量進行更新，以供使用於該第二子訊框的後續符元。

簡要歸納本發明，在本發明之接收器及相關的訊號處理方法中，透過使用目前子訊框之最後一個符元的通道數據以及下一個子訊框之第一個符元屬性，來計算出FFT窗口起始點及通道偏移量，以供下一個子訊框之第一個符元使用，可以有效地改善先前技術中因為子訊框切換而造成後續訊號品質不佳或是解碼效能降低的問題。

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。