相位补偿方法及相关的锁相回路模块与流程

本发明系指一种相位补偿方法及相关的锁相回路模块，尤指一种能够依据信道质量调整预测未知数据相位误差的方式的相位补偿方法及相关的相位误差预测单元与锁相回路模块。

背景技术：

锁相回路(phaselocked-loop)电路用以产生一周期性输出信号，且该周期性输出信号预期与一周期性输入信号间具有固定的相位关系。锁相回路电路被广泛地应用于各式各样的电路系统中，如无线通信系统的数据及时钟恢复电路(clockanddatarecovery)、收发模块(transceiver)或频率产生器(frequencysynthesizer)，且不限于此。

请参考图1，图1为现有技术中一锁相回路电路10的示意图。锁相回路电路10用来校准一输入信号in与一参考信号(未绘示于图1)间的相位误差。如图1所示，锁相回路电路10包含有一乘法器100、一相位误差侦测单元102、一滤波器104、一振荡器106及一最大似然电路108。乘法器100用来依据振荡器106产生的相位补偿信号pc调整输入信号in的相位，以产生补偿输入信号cin至相位误差侦测单元102。相位误差侦测单元102用来计算补偿输入信号cin与一参考信号(未绘示)间的一相位误差φ，并输出相位误差φ至滤波器204。滤波器104根据相位误差φ产生一补偿相位至振荡器106，以调整振荡器106所产生的相位补偿信号pc。藉由乘法器100、相位误差侦测单元102、滤波器104及振荡器106形成的回路，锁相回路电路10可校准补偿输入信号cin与参考信号间的相位误差φ。

在图1中，最大似然电路108使用最大似然(maximumlikelihood，ml)法来估计输入信号in中已知数据的相位，以产生一最大似然相位φes_ml，最大似然相位φes_ml被输入至振荡器106中，作为锁相回路电路10校准输入信号in中未知数据的相位φ时的起始值，以增加校准速度。然而，当信道质量(如信噪比)低落时，最大似然相位φes_ml会大幅偏离已知数据的真实相位，反而使锁相回路电路10的校准速度大幅下降。

技术实现要素：

为了解决上述的问题，本发明提供一种能够依据信道质量调整预测未知数据相位误差的方式的相位补偿方法及相关的相位误差预测单元与锁相回路模块。

于一方面，本发明揭露一种相位补偿方法，用于一通信装置的一锁相回路模块。所述相位补偿方法包含有根据一输入信号，决定输出一最大似然相位至该锁相回路模块的一振荡器，或输出数字辅助相位误差至该锁相回路模块的一滤波器；其中，该最大似然相位为利用一最大似然方法估计该输入信号中已知数据所产生的相位，且该数字辅助相位误差为使用一数据辅助方法估计该输入信号中该已知数据所产生的相位误差。

于另一方面，本发明揭露一种用于一通信装置的锁相回路模块。所述锁相回路模块包含有一乘法器，将一输入信号与一相位补偿信号相乘，以产生一补偿输入信号；一相位误差侦测单元，侦测该补偿输入信号与一参考频率信号间的一相位误差；一滤波器，根据该相位误差产生一补偿相位；一振荡器，根据该补偿相位产生该相位补偿信号；一最大似然电路，使用一最大似然方法估计该输入信号中已知数据的相位，以产生一最大似然相位；一数据辅助电路，使用一数据辅助方法估计该输入信号中已知数据的相位误差，以产生数字辅助相位误差；一多工器，自该最大似然电路接收该最大似然相位，并自该数据辅助电路接收该数字辅助相位误差；并根据一控制信号，输出该最大似然相位至该振荡器，或输出该数字辅助相位误差至该滤波器；以及一监控单元，根据该输入信号，产生该控制信号。

附图说明

图1为一传统锁相回路模块的示意图。

图2为本发明实施例一锁相回路模块的示意图。

图3为本发明实施例一流程的流程图。

图4为一帧的示意图。

10、20锁相回路模块

100、200乘法器

102、202相位误差侦测单元

104、204滤波器

106、206振荡器

108、208最大似然电路

210数据辅助电路

212监控单元

214多工器

30流程

300～312步骤

cin补偿输入信号

con控制信号

dat_1～dat_n数据子帧

fra帧

hea标头子帧

in输入信号

pc相位补偿信号

pil_1～pil_n导引子帧

补偿相位

φes_ml最大似然相位

φes_da数据辅助相位误差

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明实施例一锁相回路模块20的示意图。锁相回路模块20可设置于一通信装置，用来校正一输入信号in的相位误差φ。该通信装置例如可为智能型手机、平板计算机、笔记本电脑、机顶盒，且不限于此。如图2所示，锁相回路模块20包含有一乘法器200、一相位误差侦测单元202、一滤波器204、一振荡器206、一最大似然电路208、一数据辅助电路210、一监控单元212以及一多工器214。锁相回路模块20中的乘法器200、相位误差侦测单元202、滤波器204、振荡器206及最大似然电路208的运作方式，与锁相回路电路10中乘法器100、相位误差侦测单元102、滤波器104、振荡器106及最大似然电路108的运作方式相同，为求简洁在此省略说明。

最大似然电路208利用一最大似然法来估计输入信号in中已知数据的相位，以产生一最大似然相位φes_ml，并将最大似然相位φes_da输入至多工器214中。在一实施例中，最大似然电路208如何计算最大似然相位φes_ml可用下列方程式来表示：

其中，tan^-1()为反正切函数，im()为取复数虚部的函数，re()为取复数实部的函数，g为已知数据中码元的个数。yi可表示为mie^jθ+ni，mi为已知数据中第i个码元，ni为第i个码元的复高斯噪声(complexgaussiannoise)，θ为偏移相位。如何根据方程式(1)实作最大似然电路208为本领域通常知识，故不予赘述。

数据辅助电路210利用一数据辅助(dataaided，da)法来估计输入信号in中已知数据的相位误差φ，以产生数据辅助相位误差φes_da，并将数据辅助相位误差φes_da输入至多工器214中。在一实施例中，数据辅助电路210如何计算数据辅助相位误差φes_da可用下列方程式来表示：

其中，im()为取复数虚部的函数。yi可表示为mie^jθ+ni，mi为已知数据中第i个码元，ni为第i个码元的复高斯噪声，θ为偏移相位。由方程式(2)可知，数据辅助电路210会计算出已知数据中每一码元的数据辅助相位误差φes_da。如何根据方程式(2)实作数据辅助电路210为本领域通常知识，故不予赘述。

监控单元212会根据输入信号in，产生一控制信号con来控制多工器214输出最大似然相位φes_ml至振荡器206，或输出数据辅助相位误差φes_da至滤波器204，以增加锁相回路模块20的校准速度。在本实施例中，监控单元212系由一处理器来实现。

图4为输入信号in中一帧fra的示意图。帧fra包含有一标头子帧hea、多个导引子帧pil_1～pil_n、对应于标头子帧hea的数据子帧dat_0及、对应于导引子帧pil_1～pil_n的数据子帧dat_1～dat_n，其中标头子帧hea、导引子帧pil_1～pil_n为已知数据，且标头子帧hea的码元长度大于导引子帧pil_1～pil_n的码元长度。举例来说，当无线通信装置运作于第二代数位卫星广播(digitalvideobroadcastingsatellitesecondgeneration，dvb-s2)时，标头子帧包含有90个码元，而导引子帧则包含有36个码元。

图3为根据本发明一实施例，监控单元212所执行的相位补偿方法30的一流程图。监控单元212接收输入信号in后，会先判断输入信号in中的已知数据是否为导引子帧(步骤302)。若输入信号in中的已知数据不为导引子帧(亦即为标头子帧)，监控单元212便藉由一控制信号con来控制多工器214输出标头子帧的最大似然相位φes_ml至振荡器206，以使振荡器206根据该最大似然相位φes_ml产生该相位补偿信号pc(步骤302)。这是由于申请人发现因标头子帧具有较长码元数目，故标头子帧的最大似然相位φes_ml可接近后续未知数据(如数据子帧dat_0)的相位。换句话说，当输入信号in中的已知数据为标头子帧hea时，锁相回路模块20根据标头子帧hea的最大似然相位φes_ml来校准数据子帧dat_0的相位误差φ。

若输入信号in中的已知数据为导引子帧，则监控单元212可进一步判断输入信号in是否包含有一相位噪声(步骤304)。若输入信号in包含有一相位噪声，监控单元212便藉由一控制信号con来控制多工器214输出导引子帧的最大似然相位φes_ml至振荡器206，以使振荡器206根据该最大似然相位φes_ml产生该相位补偿信号pc(步骤302)。换句话说，当输入信号in中的已知数据例如为导引子帧pil_1，且输入信号in包含有相位噪声时，锁相回路模块20根据导引子帧pil_1的最大似然相位φes_ml来校准数据子帧dat_1的相位误差φ。这是由于申请人发现当输出数据辅助相位误差φes_da至滤波器204时，利用输入信号in中已知数据来校正后续未知数据相位的影响会被降低。并且，当输入信号in包含有相位噪声时，代表输入信号in的相位偏离默认值的可能性较高。在此状况下，若在输入信号in包含有相位噪声时改为输出数据辅助相位误差φes_da至滤波器204，反而会降低锁相回路模块20的校准速度。因此，当判断输入信号in包含有相位噪声时，监控单元212调整控制信号con来控制多工器214输出最大似然相位φes_ml至振荡器206，以增进锁相回路模块20的效能。

在此实施例中，当监控单元212侦测到输入信号in中的相位噪声超过一相位噪声阈值时，便判断输入信号in包含有相位噪声。

若输入信号in未包含有一相位噪声，则监控单元212可进一步判断输入信号in的信道质量是否良好(步骤306)。若输入信号in的信道质量良好，监控单元212便藉由一控制信号con来控制多工器214输出导引子帧的最大似然相位φes_ml至振荡器206，以使该振荡器根据该最大似然相位φes_ml产生该相位补偿信号pc(步骤302)；若输入信号in的信道质量低落，监控单元212便藉由一控制信号con来控制多工器214输出导引子帧的数据辅助相位误差φes_da至滤波器204，以使滤波器204根据该数据辅助相位误差φes_da产生补偿相位(步骤308)。

换句话说，当输入信号in中的已知数据例如为导引子帧pil_2、输入信号in未包含有相位噪声且输入信号in的信道质量良好时，锁相回路模块20根据导引子帧pil_2的最大似然相位φes_ml来校准数据子帧dat_2的相位误差φ；当输入信号in中的已知数据例如为导引子帧pil_3、输入信号in未包含有相位噪声且输入信号in的信道质量低落时，锁相回路模块20根据导引子帧pil_3的数据辅助相位误差φes_da来校准数据子帧dat_3的相位误差φ。这是由于申请人发现当信道质量不良时，由输出最大似然相位φes_ml至振荡器206改为输出数据辅助相位误差φes_da至滤波器204可增进锁相回路模块20的效能。

在此实施例中，当监控单元212侦测到输入信号in的信噪比大于一信噪比阈值时，便判断输入信号in信道质量良好。

综上所述，监控单元可根据已知数据的类型、输入信号是否具有相位噪声及/或信道质量，控制多工器输出最大似然相位至振荡器，或输出数据辅助相位误差至滤波器，以增加锁相回路模块的校准速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。