相位回复装置及相位回复方法与流程

本发明是指一种相位回复装置及相位回复方法，尤指一种可精准检测相位误差的相位回复装置及相位回复方法。

背景技术：

在数字通讯系统的接收端进行相位回复(phaserecovery)，可将信号的相位误差补偿回来，以有效降低系统的符元错误率(symbolerrorrate，ser)或比特错误率(biterrorrate，ber)，而改善系统效能。

一般来说，相位回复需先对接收信号进行相位误差检测(phaseerrordetection，ped)，再根据所检测出的相位误差，进行相位补偿。现有技术中，相位回复装置中的相位误差检测器为开回路相位误差检测器(openloopped)，开回路相位误差检测器的电路结构及运算量虽然较简单，但其所检测出的相位误差的精准度也较差。

因此，如何提供精准检测相位误差的相位回复装置及相位回复方法，也就成为业界所努力的目标之一。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可精准检测相位误差的相位回复装置及相位回复方法，以改善已知技术的缺点。

本发明一方面提供了一种相位回复装置，包括一相位检测模块，接收多个接收信号，其中该多个接收信号包括多个导频信号及多个数据信号，该相位检测模块包括一导频相位检测单元，用来根据该多个导频信号，计算多个导频相位误差；一权重单元，用来根据该多个接收信号中至少一接收信号，计算对应于该多个导频相位的多个权重值；以及一结合单元，用来根据该多个导频相位误差及该多个权重值，计算对应于该多个数据信号的多个相位误差，其中该多个相位误差为该多个导频相位的线性组合；以及一相位补偿模块，用来根据该多个相位误差，补偿该多个接收信号的多个相位。

本发明另一方面提供了一种相位回复方法，包括接收多个接收信号，其中该多个接收信号包括多个导频信号及多个数据信号；根据该多个导频信号，计算多个导频相位误差；根据该多个接收信号中至少一接收信号，计算对应于该多个导频相位的多个权重值；根据该多个导频相位误差及该多个权重值，计算对应于该多个数据信号的多个相位误差，其中该多个相位误差为该多个导频相位的线性组合；以及根据该多个相位误差，补偿该多个接收信号的多个相位。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为本发明实施例一相位回复装置的方块图。

图2为本发明实施例一相位回复方法的流程图。

图3为多个接收信号中多个导频信号以及多个数据信号的示意图。

图4为本发明实施例一权重单元的方块图。

图5为本发明实施例一结合单元的方块图。

图6为本发明实施例一初始单元的方块图。

图7为本发明实施例一更新单元的方块图。

图8为本发明实施例一累计单元的方块图。

符号说明：

1相位回复装置

10相位检测模块

12导频相位检测单元

14权重单元

140互相关计算单元

142自相关计算单元

144权重计算单元

146测量误差计算单元

16结合单元

160初始单元

162更新单元

164累计单元

20相位补偿模块

22相位回复方法

200～208步骤

70乘法单元

72加总单元

74调整单元

fi-1、fi、fi+1、fi+2帧

acc1累加器

ad1加法器

h调整系数

i加总结果

kyx互相关向量

kyy自相关矩阵

lra更新值

lw初始值

mp1乘法器

mux多工器

q1、q2寄存器

r接收信号

rd数据信号

rp1、rp2、rp3、rp4导频信号

rc、rc’暂存内容

sb减法器

td数据区间

tp导频区间

w1～w4权重值

x相位误差

αt相位误差强度

ε测量误差

θ1～θ4导频相位误差

具体实施方式

图1为本发明实施例一相位回复(phaserecovery)装置1的方块图。相位回复装置1用来对多个接收信号r进行相位回复。相位回复装置1包括一相位检测模块10以及一相位补偿模块20，相位检测模块10接收多个接收信号r，并计算/检测出对应于多个接收信号r的多个相位误差x。相位补偿模块20根据多个相位误差x，补偿多个接收信号r的多个相位。相位检测模块10包括一导频相位检测单元12、一权重单元14以及一结合单元16。图2为本发明实施例一相位回复方法22的流程图。

请一并参考图1及图2，相位检测模块10接收多个接收信号r，其中多个接收信号r包括多个导频信号(pilotsignal)及多个数据信号(datasignal)(步骤200)，导频相位检测单元12用来根据多个接收信号r中多个导频信号，计算多个导频相位误差(步骤202)。另一方面，权重单元14根据多个接收信号r中至少一接收信号，计算对应于导频相位误差的多个权重值(步骤204)。结合单元16根据多个导频相位误差以及多个权重值，计算对应于多个数据信号的多个相位误差x，其中多个相位误差x中每个相位误差x为多个导频相位的线性组合(linearcombination)(步骤206)。如此一来，相位补偿模块20即可根据多个相位误差x，补偿多个接收信号的多个相位(步骤208)。

详细来说，请参考图3，图3为多个接收信号r中多个导频信号rp1、rp2、rp3、rp4以及多个数据信号rd的示意图，多个数据信号rd为相位回复装置1于一第一时间欲补偿的数据信号，多个导频信号rp2以及多个数据信号rd形成帧(frame)fi，其中多个数据信号rd位于帧fi中的数据区间td，多个导频信号rp2位于帧fi中的导频区间tp。多个导频信号rp1、rp3、rp4为对应于帧fi-1、fi+1、fi+2的导频信号。于一实施例中，导频区间tp可包含36个导频信号，而数据区间td可包含1440个数据信号。

步骤202中，导频相位检测单元12可根据多个导频信号rp1、rp2、rp3、rp4，计算对应于帧fi-1、fi、fi+1、fi+2(或对应于导频信号rp1、rp2、rp3、rp4)的导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4，其中导频相位检测单元12根据多个导频信号rp1～rp4计算导频相位误差θ1～θ4的技术细节为本领域技术人员所知，故于此不赘述。

步骤204中，权重单元14根据该至少一接收信号，计算对应于导频相位误差θ1～θ4的多个权重值w1～w4。请参考图3，图3为本发明实施例权重单元14的方块图，权重单元14包括一互相关计算单元140、一自相关计算单元142、一权重计算单元144以及一测量误差计算单元146。互相关计算单元140用来根据一时间t，计算相关于时间t而对应于导频相位误差θ1～θ4的多个互相关值kyx1～kyx4，其中多个互相关值kyx1～kyx4分别为一第一相位误差θt与该多个导频相位误差θ1～θ4的互相关(cross-correlation)，第一相位误差θt可为多个数据信号rd中于时间t的数据信号rd,t的相位误差。互相关值kyx1～kyx4可形成一互相关向量kyx，即kyx＝[kyx1,kyx2,kyx3,kyx4]^t＝e{[θ1,θ2,θ3,θ4]^tθt}(其中e{}代表期望值运算子)。另一方面，测量误差计算单元146用来根据该至少一接收信号r，计算一测量误差ε，自相关计算单元142用来根据测量误差ε，计算多个自相关值，其中多个自相关值为多个导频相位误差θ1～θ4的自相关(auto-correlation)，多个自相关值可形成一自相关矩阵kyy，其为kyy＝e{[θ1,θ2,θ3,θ4]^t[θ1,θ2,θ3,θ4]}。权重计算单元144根据互相关向量kyx(互相关值kyx1～kyx4)及自相关矩阵kyy(多个自相关值)，计算多个权重值w1～w4。

详细来说，在假设接收信号r中相位误差的轨迹运动为布朗运动(brownianmotion，bm)的情况下(即假设接收信号r中相位误差随时间变化的时间函数符合/正比于一布朗运动程序(bmprocess))，互相关向量kyx可表示为公式1，自相关矩阵kyy可表示为公式2，其中常数c为一任意常数。

于互相关计算单元140计算出互相关向量kyx以及自相关计算单元142计算出自相关矩阵kyy后，权重计算单元144可根据互相关向量kyx以及自相关矩阵kyy，计算权重向量w＝[w1,w2,w3,w4]^t(其中权重值w1～w4形成权重向量w)。权重计算单元144可计算计算权重向量w为w＝[w1,w2,w3,w4]^t＝(kyy)^-1kyx(公式3)。换句话说，权重计算单元144计算自相关矩阵kyy的一反矩阵，并将自相关矩阵kyy的反矩阵乘以互相关向量kyx，以输出权重向量w(即权重值w1～w4)。

另外，测量误差计算单元146可根据该至少一接收信号，计算信噪比(signal-to-noiseratio，snr)，并根据信噪比以及相位误差强度(phasenoiseintensity)αt，计算测量误差ε为ε＝σ²/(1476αt)，σ²相关于信噪比(signal-to-noiseratio，snr)，其可正比于信噪比的倒数(reciprocal)。于一实施例中，测量误差计算单元146可计算σ²为σ²＝n0/(72es)，其中es为符元信号能量(symbolenergy)，n0为噪声频谱密度(noisepowerdensity)，其中es、n0、αt可视实际状况而调整。于另一实施例中，测量误差计算单元146可根据多个接收信号r中至少一接收信号计算出信噪比，并根据信噪比计算出σ²。另外，测量误差计算单元146根据该至少一接收信号计算信噪比的技术细节为本领域技术人员所知，故于此不赘述。

步骤206中，结合单元16根据导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4以及权重值w1、w2、w3、w4，计算对应于多个数据信号rd的多个相位误差x，其中任一相位误差x可一般性地表示为x＝w1θ1+w2θ2+w3θ3+w4θ4(公式4)。由于权重向量w是由公式3计算而得，因此结合单元16/相位检测模块10所计算/检测出的相位误差x为对相位误差x进行最大似然(maximumlikelihood，ml)检测。

于一实施例中，互相关计算单元140可将数据区间td分成n个时间点t0～tn(n可等于1440)，互相关计算单元140可由公式1计算出对应于时间点t0～tn-1的n个互相关向量kyx,0～kyx,n-1，权重计算单元144可由公式3根据n个互相关向量kyx,0～kyx,n-1分别计算出对应于时间点t0～tn-1的权重值(w1,0,w2,0,w3,0,w4,0)～(w1,n-1,w2,n-1,w3,n-1,w4,n-1)(其涉及n次反矩阵运算)，结合单元16可由公式4计算出对应于数据信号rd,n的相位误差xn为xn＝w1,nθ1+w2,nθ2+w3,nθ3+w4,nθ4，其中数据信号rd,n为多个数据信号rd中对应于时间点tn的数据信号，时间点tn可为时间点t0～tn中的一个时间点。

于一实施例中，互相关计算单元140可由公式1计算出对应于时间点t0的1个互相关向量kyx,0，重计算单元144可由公式3根据互相关向量kyx,0计算出对应于时间点t0的权重值(w1,0,w2,0,w3,0,w4,0)(其仅涉及1次反矩阵运算)，结合单元16可由公式4除了计算出数据信号rd,0的相位误差x0(其可视为初始值lw)之外，结合单元16可进一步计算一更新值lra，使得对应于数据信号rd,n的相位误差xn为xn＝lw–n*lra。

具体来说，请参考图5，图5为本发明实施例结合单元16的方块图。如图5所示，结合单元16可包括一初始单元160、一更新单元162以及一累计单元164。初始单元160可根据权重值w1、w2、w3、w4以及导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4，计算初始值lw为lw＝w1θ1+w2θ2+w3θ3+w4θ4，即计算权重值w1、w2、w3、w4与导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4之间的一积项和(sum-of-product)，另外，此时的权重值(w1,w2,w3,w4)可为对应于时间点t0的权重值(w1,0,w2,0,w3,0,w4,0)，及计算初始值lw为lw＝w1,0θ1+w2,0θ2+w3,0θ3+w4,0θ4。更新单元162可根据权重值w1、w2、w3、w4以及导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4，计算更新值lra，其中更新值lra可正比于(w1–w4)θ1+(w2–w3)θ2+(w3–w2)θ3+(w4–w1)θ4。累计单元164可根据初始值lw及更新值lra，计算对应于(时间点tn的)数据信号rd,n的相位误差xn为xn＝lw–n*lra。

初始单元160、更新单元162以及累计单元164并不限于以特定电路结构来实现，举例来说，请参考图6至图8，图6至图8分别为为本发明实施例初始单元160、更新单元162以及累计单元164的示意图。由图6可知，初始单元160包括一乘法器mp1以及一累加器acc1，累加器acc1包括一加法器ad1以及一寄存器q1。初始单元160依照一时间顺序接收导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4，例如，初始单元160分别于时间s1、s2、s3、s4接收导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4。于时间s1，乘法器mp1将权重值w1与导频相位误差θ1相乘，以产生相乘结果w1θ1，初始单元160将相乘结果w1θ1储存于寄存器q1。于时间s2，乘法器mp1将权重值w2与导频相位误差θ2相乘，以产生相乘结果w2θ2，加法器ad1将相乘结果w2θ2与相乘结果w1θ1相加，以产生累加结果w1θ1+w2θ2，初始单元160将累加结果w1θ1+w2θ2储存于寄存器q1。以此类推，于时间s4，乘法器mp1将权重值w4与导频相位误差θ4相乘，加法器ad1将相乘结果w4θ4与对应时间s3的累加结果w1θ1+w2θ2+w3θ3相加，以产生累加结果w1θ1+w2θ2+w3θ3+w4θ4，初始单元160将累加结果w1θ1+w2θ2+w3θ3+w4θ4储存于寄存器q1，并输出初始值lw为lw＝w1θ1+w2θ2+w3θ3+w4θ4。

由图7可知，更新单元162可包括一乘法单元70、一加总单元72以及一调整单元74。乘法单元70分别将导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4乘以相减结果(w1–w4)、(w2–w3)、(w3–w2)、(w4–w1)，以产生相乘结果(w1–w4)θ1、(w2–w3)θ2、(w3–w2)θ3、(w4–w1)θ4。加总单元72用来将相乘结果(w1–w4)θ1、(w2–w3)θ2、(w3–w2)θ3、(w4–w1)θ4加总，以产生一加总结果i为i＝(w1–w4)θ1+(w2–w3)θ2+(w3–w2)θ3+(w4–w1)θ4。调整单元74用来将该加总结果乘以一调整系数h，以产生更新值lra为lra＝h*i＝h*[(w1–w4)θ1+(w2–w3)θ2+(w3–w2)θ3+(w4–w1)θ4]，调整单元74可以乘法器来实现。于一实施例中，调整系数h可等于或正比于(1/n)，而n可为1440。

由图8可知，累计单元164包括寄存器q2、减法器sb以及多工器mux。于时间点t0，多工器mux可输出初始值lw至寄存器q2，累计单元164将初始值lw储存于寄存器q2中，此时寄存器q2的暂存内容rc为初始值lw。于时间点t1，减法器sb将暂存内容rc(即初始值lw)减去更新值lra，以产生更新过的暂存内容rc’，即rc’＝rc–lra＝lw–lra，另外多工器mux可将暂存内容rc’输出至寄存器q2的暂存内容rc为lw–lra。于时间点t2，减法器sb将暂存内容rc(即lw–lra)减去更新值lra，以产生更新过的暂存内容rc’，即rc’＝rc–lra＝lw–2*lra，另外多工器mux可将暂存内容rc’输出至寄存器q2的暂存内容rc为lw–2*lra。以此类推，于时间点tn，减法器sb将暂存内容rc(即lw–(n–1)*lra)减去更新值lra，以产生更新过的暂存内容rc’，即rc’＝rc–lra＝lw–n*lra，并输出暂存内容rc’为对应于(时间点tn的)数据信号rd,n的相位误差xn。

于步骤208中，相位补偿模块20根据多个相位误差x，补偿多个接收信号的多个相位，其技术细节为本领域技术人员所知，故于此不赘述。

一般来说，最大似然检测具有较佳的效能，但其运算成本相当高，即使可利用公式3计算权重向量w，然而，现有技术中互相关向量kyx以及自相关矩阵kyy需利用统计的方式来实现，其需要耗费较多的运算量以及进行统计所需的等待时间(latency)。相较之下，本发明在假设接收信号r中相位误差的轨迹运动为布朗运动的情况下，互相关计算单元140以及自相关计算单元142可简单地由公式1及公式2计算出互相关向量kyx以及自相关矩阵kyy，可使用简易的方式来实现最大似然检测。

更进一步地，由于互相关向量kyx为时变的(timevarying)(请参考公式1)，为了省去进行n次反矩阵运算，本发明利用初始单元160计算初始值lw，利用更新单元162计算更新值lra，并利用累计单元164，以逐步更新(update)的方式，计算出对应于(时间点tn的)数据信号rd,n的相位误差xn(n＝1,…,n)，其仅需进行1次反矩阵运算，而大幅降低运算复杂度。

另外，导频信号rp1、rp2、rp3、rp4时间上分布于多个数据信号rd之前以及之后，其所计算出的相位误差x可视为根据导频相位误差θ1、θ2、θ3、θ4所进行的4阶内插(4^thorderinterpolation)，而可增加其检测精准度。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。