TW201138383A - Method and apparatus for modulation recognition in communication system - Google Patents

Description

201138383 χί ν χ-^.009-139 33364twf.doc/π 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種通信系統，且特別是有關於通信 系統的一種調變識別方法與袈置。 【先前技術】 通信系統(例如DVB-C)可以採用多種不同的調變技 術，因此接收端必-需-能:夠正確辨識出調變類:別。通常，.調 變識別演鼻法(modulation recognition algorithm)可以分為 兩大類：樣本識別（pattern recognition)以及最大可能性 (maximum likelihood，ML)方法。樣本識別是提取信號的高 階統計資料或波封(envelope)，以展現不同調變信號的特 徵。然而，樣本識別的實現是高度複雜的。除此之外，在 充滿噪聲的環境中，樣本識別的效能會降低。ML識別是 選擇在可能性或對數可能性增至最大值的前提下。在充滿 噪聲的環境中，ML的低收歛率需要接收資料的大量監測 樣本。 【發明内容】 本發明提供一種通信系統的調變識別方法與裝置，可 以正確快速辨識出輸入信號的調變類型。 本發明實施例提出一種通信系統的調變識別方法，包 括：提供對應於多種調變類型的多個星座圖 (constellation)，其中每一個前述星座圖具有多個圖點；解 201138383 ” τ n009-139 33364twf.doc/n 映射(de-mapping)—輸入信號，以分別於該些星座圖中找出 距離輸入信號位置最近的圖點；分別統計該些最^圖點與 該輸入信號位置的距離，而獲得對應於該些調變類二的/多 個距離統計值；以及比較該些距離統計值，以辨識該輸入 信號的調變類型。 °〜ϋ 本發明實施例提出一種通信系統的調變識 括第-乘法單元、解映射單元、統計單元二^元包 第一乘法單元計算輸入信號的絕對值平方。 接至第-乘法單元。依據第一乘法單元的輪:映= 元於夕個星座圖中各自找出距離輸人信號位置最近的圖 點，其中該些星座圖對應於多種調變類型。統計單元耦接 ^解映射單元。料單元分觀計該钱近圖點與該輸入 信號位置的距離，而獲得對應於該些調變類型的多個距離 統計值。決定單元耦接至統計單元。決定單元比較該些距 離統計值，以辨識該輸入信號的調變類型。 _ 發明之一實施例中，上述統計該些最近圖點與該 輸入L號位置的距離之步驟包括正規化該信號距離，以提 供該最近圖點與一鄰近圖點之間的一圖點間距(該輸入信 號之位置位於該最近圖點與該鄰近圖點之間），並將該信號 距離除_圖‘關距。紐，料完成正規化後的信號距 離後，而獲得對應於該些調變類型的多個距離統計值。 基於上述，本發明實施例利用多種調變類型的星座圖 點f徵，分別於代表不同調變類型的星座圖中解映射此輸 入仏號的最近圖點’並且分別計算各星朗巾此輸入信號 201138383 x'i v 1-^009-139 33364twf.doc/n 位置與最近圖點的距離(差值）。調變識別裝置統計各星座 圖中此輸入信號位置與最近圖點的距離而獲得對應於不同 調變類型的多個距離統計值。藉由比較該些距離統計值， 調變識別裝置可以快速、正確地辨識該輸入信號的調變類 型。因此，調變識別裝置不需要傳送端提供任何優先順序 資訊(priori information)便可以識別出調變類型。此調變識 別方法不受載波或相位偏移（Carrier or phase offset)的影 _ 響且具有板4c雜度(complexity)與面收敛比(convergeni?e rate)的優點。在充滿噪聲的環境(n〇jSy envir〇nment)下此調 變識別方法與裝置依然有良好效能。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 一般通信系統可以採用多種不同的調變類型，例如 DVB-C系統便可以使用多種不同的正交振幅調變 _ (quadrature amplitude modulation，QAM)。DVB-C 可能使甩

的正交振幅調變包含16QAM、32QAM、64QAM、1M(3AIVI 或256QAM。然而，接收端對於傳送端採用何種調變往往 沒有任何優先順序資訊。因此’接收端需要進行調變識別 (modulation recognition)，以便探知哪一種調變類型被用於 傳輸。 圖1是依照本發明實施例說明一種通信系統的調變識 別方法。步驟S110提供多個星座圖，其中這些星座圖對 201138383 。， _ . _ _JU9-1j9 33364twf.doc/n 應於多種不同的調變類型，且每一個星座圖具有多個圖 點。以下以16QAM為調變類型範例，其他調變類型(例如 32QAM、64QAM、128QAM 或 256QAM)的星座圖可以類 推之。圖2是繪示一般16值正交振幅調變（16QAM)之星座 圖。其中，縱座標代表正交分量(Quadrature component) Q， 橫座標代表同相分量(In-phase component) I。圖2所示 16QAM星座圖具有多個圖點(例如圖點201)。圖中「X」 代表於時間n的輸入信號；c(„)在16QAM星座圖中的位 置。若輸入信號X⑻採用了 16QAM的調變類型，則多個 輸入信號χ(η)應該會群聚在圖2所示16個圖點(例如圖點 201)。 调支識別裝置進行步驟S120而解映射(de-mapping)該 輸入信號X〇2)，以分別於代表不同調變類型的多個星座圖 中找出距離輸入信號位置最近的圖點。例如，調變識 別裝置可以在圖2所示16qam星座圖中找到最近圖點 201，而此最近圖點201與輪入信號咖)位置的距離最短。 同理可推’調變識別裝置可以在其他調變類型（例如 32QAM 64QAM、128QA1V[或 256QAM)星座圖中各自找 到一個最i/f _ f J:。 按卜采 ' 女·磾別裒置進行步驟S130而分別統計在 圖中所述最近圖點與輸人信號X⑻位置之間的 k距離」。經過—段時間後，調變識別裝置可以統 在不同星座圖中的「作雖_ ' , 七唬距雒」，而獲得對應於不同調蠻 類型的多個距離統計值。田 因此’調變識別裝置便可以進行 201138383 in v 1-^009-139 33364twf.doc/n 步驟S140而比較這些距離統計值，以辨識輸入信號X(«) 的調變類型。 以圖2所示16QAM星座圖為例。若輸入信號x〇)不 是採用16QAM的調變類型，則輸入信號；^)不會群聚於 圖2所示16個圖點。因此，調變識別裝置統計16QAM星 座圖中的「信號距離」而獲得的距離統計值會很大。

若輸入信號x〇7)群聚於圖2所示16個圖點，則調變識 別裝置統計16QAM星座圖中的「信號距離」而獲得的距 離統計值會很小（甚至趨近於〇)。因此，調變識別裝置可以 判定距離統計值最小的16QAM星座圖就是輸入信號； 所採用的調變類型，也就是辨識出輸入信號採用了 16QAM的調變類型。 為了簡化「信號距離 的計算，可以將星座圖的圖 '^g ’、/1 j /工 *I …吗兩ύ 與輸入信號轉換至ί軸上，以消除載波與相位偏移 (carrier and phase 0ffset)的影響。例如，將輸入信號咖取 絕對值(也就是取輸人信號♦)至原點的距離），相當於輸 j號咖位置旋轉至！軸上.，而護得輸入信號♦)，也 就是〆《) = |x⑻|。星座圖㈣點亦取絕雜(姐是取圖點 至原點0的距離）’相當於以原點〇為圓心將各圖點旋轉 至1軸上，而獲得新的圖點4，其中/表示調變類型，k 表不第i個調變類型的圖點數。例如，圖3AS繪示16Q从 星座圖關雜轉至…上的示 點旋轉至1軸上，而獲得新的_~、以 因此’只要計算最近圖點《與輸入信號咖位置的差值， -009-139 33364twf.doc/n 201138383 便可獲得「信號距離」。這些圖點〇丨可以事先算出並製 成查找表(1—·ιιΡ_φχ降彳㈣料算娜度。 可以類推至其他調變類型(例如32qam、64qam、 趟 或256QAM)星座圖。 另-種簡化「信號距離」的計算方式，可以將星座圖 的圖點與輸人信號分職行絕對值平方(We 〇f a_Ute value)運算，其效果也可以消除載波與相位偏移的 影響。各翻變麵星座_目點亦龍地進行絕對值平 方運算，而獲得新的圖點4，其中/表示調變類型，免表 示第i個調變類型的圖點數。例如，圖3β是㈣i6qam 星座圖的®點取絕對值平方的示意圖。16qam星座圖的 各圖點與原點〇的距離分別為a〇、七與知，如圖犯所示。 各圖點取絕對值平方而獲得新的圖㈣、<與<，這些新 的圖點與原點〇的距離分別為(a。)2、（a,與㈨尸。將輸入 信號X⑻取絕對值平方而獲得輸入信號咖，也就是咖卜 丨制|2。在圖3B中以「X」代表於_ n的輸人信號少⑻ 在取絕對值平方後的16QAM星座圖中的位置。因此，只 要計算圖3B中最近圖點<與輸入信號 ;更 可獲得「錢距離」。值得―提的是，這些取㈣值平方 後的，點心。亦可以事先算出並製成「查找表」以降低電 路運算複雜度。上述說明也可以類推至32QAM、64qam、 128QAM或256QAM或其他調變類型的星座目。以 例將利用絕對值平方運算來將輸入信號制轉換為輸入信 號 X«)。 -009-139 33364twf.doc/n 201138383 圖4是依照本發明實施例說明一種通信系統的調變識 置400。以下將以調變識別裝置4〇〇執行圖i所述調 鉉5、別方法。調變識別裝置400包括第一乘法單元41〇、 射單元420、統計單元430以及決定單元44〇。首先， ^乘法單元410將輸入信號x〇)的絕對值乘以輸入信號 1,，％對值’也就是將輸入信?虎x⑻取絕對值平方而獲 仵輸入信號〆《)，以消除載波與相位偏移的影響。 ，映射單兀420耦接至第一乘法單元41〇。依據第一 ΐ元410的輸出少⑻，解映射單元420分別於多個星 〜„找出距離輸人信號}⑻位置最近賴點。前述解 映射^元420包括多個解映射器(demap㈣42丨。每一個解 ^射為421以對應於—種調變麵的決策邊界咖^⑽ ΓΓ=)Ω,=κ，《··.，權生第—乘法單元4ig的輸出咖 ㈣决朿(hardd_on) ·統計單元43〇，也就是所傳輸 的星座點(Constdlati〇n points)之所有可能的絕對值平方值 =。以圖3B為例，解映射器、421於取絕對值平方後的 QAM星座圖«。中找出距離輸入 圖點々上述解映射器421可視設計需求而以)任 現之’例^以查找表方式實現上述解映射器42卜 統計單元430輕接至解映射單元。統計單元43〇 分別統計不座_最近_•輸人信號制位置之 間的「信號距離」物）’而獲得對應於該些調變類型的多 個距離=值V前述統計單元43G包括多個統計琴似。 母一個統計器431統計對應星座圖中該最近圖叫與輸入 201138383 -v ,-^009-139 33364twf.doc/n

^號少〇)位置之間的k號距離，而獲得對應於該對應 生座圖的距_統計值。以圖3B為例，統計器431於取絕 對值平方後的16QAM星賴巾計算在時間n的最近圖點 j與輸入信號〆位置之間的「信號距離」，以及計 异在其他時間的「信號距離」。然後，統計H 43l統計N 個「信號距離」而獲得對應於16QAM調變類型的距離統 叶值10。前述#值可以依據系統設計需求而設定。上述說 月可以類推至其他星座圖（例如32QAM、64QAM、128QAM 或 256QA1VQ。 、决疋單元440耦接至統計單元430。決定單元440接 收並比較對應於不同調變類型的多個距離統計值心〜A，以 辨識輸入信號x(幻的調變類型。於本實施例中，決定單元 440於运些距離統計值&〜&中找出一個最小值，以及依據 所j出最小距離統計值所屬的星座圖辨識輸入信號^的 凋支頦型。以圖3B為例，若輸入信號χ(„)群聚於圖3B所 =16個小圓圈，則輸入信號少0)會群聚於I i由上圖點· 式〜統計單元430統計取絕對值平方後的16qAM星座 圖中的「信號距離」（例如&(„))而獲得的距離統計值。 會很小（甚至趨近於〇)。因此，決定單元44〇可以判定距離 ，计值〜Ζζ·中最小者是距離統計值心，進而辨識出輸入 k號χ(«)採用了 16QAM的調變類型。 、以下將以DVB-C系統為示範例。圖5Α是依照本發明 說明圖4所示調變識別裝置400的一種實施例。於本實施

例中，針對 16QAM、32QAM、64QAM、128QAM與 256QAM 201138383 iN v 1-^009-139 33364twf.doc/n 等不同調變類型’解映射單元42〇配置了對應的解映 2·丨如16QAM解映射器421^每一個解映射器以對應的^ 策邊界Ω,. ={«···，4,}產生〆„)的硬決策 < 給統計^單^ 430。當硬決策4產生後，硬決策戎會被減以〆〃)而產生传 號4。此硬決策4相當於〆岣的最近圖點。 σ 圖5Β是依照本發明實施例說明圖丨中「統計信號距 離而獲得對應於該些調變類型的多個距離統計值」步即 步驟S130)的實現範例流程圖。於圖5B中步驟Sl3〇包含 了子步驟S131、S132、S134以及S134。請參照圖5^^ 圖5B，以下將說明統計器431的實施範例，而統計單^ 430内的其他統計器可以參照統計器431的說明。統計器 431包括減法器51〇、數值產生單元520、第二乘法單元53〇 以及累加器540。減法器510將最近圖點<減以第一乘法 單元410的輸出（步驟S131)，也就是計算信號距離= < -少0)。以圖3B為例可以明顯看出，例如，相鄰圖點《ο 與4的間距以及相鄰圖點4與4的間距並不一樣。因此， 本貫施例將正規化(normalize)減法器510所輪出.的信號距 離^(«)。也就是說，藉由數值產生單元520提供最近圖點 4與鄰近圖點之間的一圖點間距叱或叱+1 —給第二 乘法單元530 (步驟S132)，然後由第二乘法單元53〇將信 號距離除以該圖點間距(步驟S133)。 於本實施例中，數值產生單元520依據減法器51〇的 輸出而決定最近圖點 < 與鄰近圖點（心或)之間的 圖點間距’並輸出該圖點間距的倒數，也就是^以一心丨或 201138383 -VX-.009-U9 33364twf.doc/n ®,?i ^ ^ ^ -d〇^ i/(<^ ^ 於最:圖點;低運算:雜度。上述賴位 二狄圖^與圖點义之間，因此數值 ，，咖二乘法單元53〇。當心(杨夺，表: t出7^於圖fK+1與圖點 < 之間，因此數值產生單元520 給第二乘法單元530。第二乘法單元53〇將

二倒數乘以減法器510的輸出心⑻然後將乘

Ϊ 421 ^Γφ〇 ^ ® 3Β ^"，J 5 ^ 510 ^ 16QAM 421戶斤輸出的最近圖點«去輸入信號♦)，而 】^遽距離⑽>數值產生單元52〇 =定鄰近圖點是^卜在此，數值產生單元52〇=) m輸出給第二乘法單元530。第二乘法單元53〇將 規化後的信號距離伽/(«)輸出給累加器54〇。 接下來由累加器540進行步驟sm。累加器消除 ^二乘法單元5 3 0之輸出的正負號。上述消除正負號的方 式，可以取絕對值來消除第二乘法單元53G之輸出的正負 號’而本實施例是將第二乘法單元53G之輸出平方以消除 正負號。祕’ 個前述平方值，以獲得距離統計值 心。然後，：?、加器54G將輯崎值&輸出給決定單元 决疋單元440進行步驟sl4〇以便比較這些距離統計 值H,· 1乂選出最小者，據以辨識哪_種調變類型被選用。

12 201138383 …-二 υ09-139 33364twf.doc/n ^ p應用本實施例者當可以依據其設計需求而修改上述諸 貫施例。例如，圖6是依照本發明說明圖4所示調變識別 裝置400的另一種實施例。圖4所示調變識別裝置4⑻是 以不同的通這各自累積距離統計值心〜4。圖6不同於圖4 之處，在於圖6所示調變識別裝置是共用同一個通道來累 積=门生座圖的距離統計值心〜A。圖6所示調變識別裝置 之詳細貫施方式可以參照圖4所示調變識別裝置4〇〇的相 φ 關說明類推之，故不在此贅述。. 综上所述’上述諸實施例利用了不同調變類型的星座 圖點特徵，來識別調變類型。於代表不同調變類型的多個 生座圖中分別解映射(de-mapping)此輸入信號x〇2)的最近 圖點，並且分別計算各星座圖中此輸入信號χ(Λ)位置與最 近圖點的距離(差值）。調變識別裝置4〇〇統計各星座圖中 此輪入信號位置與最近圖點的距離而獲得對應於不同調變 類型的多個距離統計值。藉由比較該些距離統計值，調變 識別裝置400可以快速、正確地辨識該輸入信號的調變類 * 型。因此、’調變識別裝置400不需要傳送端提供任饵優先· 順序資訊便可以識別出調變類型。此調變識別方法不受載 波或相位偏移的影響’且具有低複雜度與高收歛比的優 點。在充滿噪聲的環境下此調變識別方法與裝置400依然 有良好效能。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 201138383 in v 1-2009-139 33364twf.doc/n 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保雜圍當視_之中請專彻_界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1是依照本發明實施例說明-種通信系統 別方法。 圖2是繪示一般16QAM星座圖。

圖3A是依照本發明實施例繪示16QAM星座圖 旋轉至I轴上的示意圖。 圖3B是依照本發明另一實施例繪示16qAM星户 圖點取絕對值平方的示意圖。 生i圖的 圖4是依照本發明實施例說明一種通信系 別裝置。 叼碉受識

圖5A是依照本發明說明圖4所示調變識別妒 種實施例。 H 圖5B是依照本發明實施例說明圖1中步驟Sl3〇、奋 現範例流程圖。 的貫

圖6是依照本發明說明圖4所示調變識別裝置 種實施例。 的另一 【主要元件符號說明】 2(η ϋ、<、4 :圖點 400 :調變識別裴置 410、530 :乘法單元 14 201138383 009-139 33364twf.doc/n 420 :解映射單元 421 :解映射器 430 :統計單元 431 :統計器 440 :決定單元 510 :減法器 520 :數值產生單元 540 :累加器 :信號距離 S110〜S140 : —種調變識別方法的各步驟 x(«)、y(??):輸入信號

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Claims (1)

1. 33364twf.doc/n 201138383 ϋ9.ΐ39 七、申請專利範圍： 1. 一種通信系統的調變識別方法，包括. 提供對應於多種調變類型的多個星座圖，1 卞 前述星座圖具有多個圖點； /、母一個 以一調變識別裝置解映射-輸入信號，以分別於該此 星座圖中找出距離該輸人信號之位置最近的—最近圖^二

   ^該調變削裝置㈣統計該些星座_該最^圖點 ”該輸入信-號.位.置之間的一像號距:離 調變類型的多舰雜計值：以 I讀應麟些 以辨識該輸 以該調變識別裝置比較該些距離統計值， 入信號的調變類型。 變識別 2.如申請專利範圍第1項所述通信系統的 方法，更包括： 5十算該輸入信號的絕對值平方。 .如申請專利範圍第1項所述通信系統的調變識別 '其中前述統計步驟包括 正規化該信號距離，以提供該最近圖點與一 闕距’其中該輸人信號之位置位於該最近圖 點/、該鄰近®點之間，並將該信號輯除以該圖點間距。 4.如申請專利範圍第1項所述通信系統的調變識別 方法’其中前述統計步驟包括： 消除該信號距離的正負號；以及 ^累加已消除正負號的該信號距離，以獲得該些距離統 計值的其中一個距離統計值。 16 201138383 „ , x-^J09-139 33364twf.doc/n 5. 如申請專利範圍第1項所述通信系統的調變識別 方法’其中該比較步驟包括： 比較該些距離統計值，以於該些距離統計值中找出一 最小值；以及 依據該最小值所對應的星座圖辨識該輸入信號所屬調 變類型。 6. —種通信系統的調變識別裝置，包括：

   一第一乘法單元，將一輸入信號的絕對值乘以該輸入 信號的絕對值； :解映射單元’祕至該第—乘法單元，依據該第一 “法單，的輸出分別於多個星座圖中找出距離該輸入信號 最近的—最近圖點，其中該些星座圖對應於多種調 曰佼主孩解映射單元，分別統計該些 圖點與該輪人信號位置之間的—信號距離 ίίϋ該些調變類型的多個距離統計值；以及 ..、早元耦接至該統計單元，比較該此距離统 值’以辨識該輸人信號的調變類型。 ^ ^先 裝置，第6項所述通信系統的調變識 衣1具中則述解映射單元包括： 多個解映射器，益 變類型的決策邊界產切第射11以對應於一種 該統計單元。 ：去早兀的輸出的硬決策 17 201138383 xx γ 1.-^-009-139 33364twf.doc/a 8·如申請專職圍第6項所述通信 裝置，其中前述統計單元包括： 的調變識別 夕個統計器’其巾每—個崎魏計 該取近_無輸人信號位置之_該 2星座圖的 對應於該對應星座圖的距離統計值。^離，而獲得 9·如申請專利範圍第8項 裳置’其中前述統計器包括·_、 〜、’、、的詞變識別 一減法器，將該最近圖點減以該 一數值產生單元，依據 去早凡的輸出； 圖點與-鄰近圖點的一圖id::而決定該最近 數，其中該第_乘法單二點間距的倒 圖點之間； ^出位於該取近圖點與該鄰近 的輸出了以^法單70㉟該圖點間距的倒數乘以該減法器 正負號，並 些距離統計值的其中一個距的輸出，以獲得該 裝置，其+n利r®第6項所述通信系朗調變識別 值，以^早％於該些距離統計值中找出一最小 屬調變類^。該刻、值崎應的星座_識該輸人信號所