TWI418160B - 計算信號相關性的方法及電路 - Google Patents
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Description
本發明係有關於信號處理,特別是有關於計算信號相關性(correlation)之信號處理。
於一通信系統中,傳輸端裝置向接收端裝置發送信號。由於在傳輸端裝置發送信號前,通常會先將信號依一系列之特定碼進行調變後再發送出去,因此當接收端裝置收到信號後,需要依該特定碼解調收到的信號,以將信號還原為原始信號,才能進行後續的信號處理。然而,接收端裝置無法得知傳輸端裝置中該特定碼的位置,因此必須透過某些特定運算得知傳輸端裝置中該特定碼的位置。此一過程稱之為同步(synchronization)過程。
為達成接收端裝置與傳送端裝置的同步,通常有兩種方式,包括計算信號之延遲相關性(delay-correlation),或是計算信號之自身相關性(auto-correlation)。第1圖係計算信號之延遲相關性的電路100的區塊圖。電路100包括一延遲線102、共軛模組104、乘法器106、以及總和模組108。延遲線102包括N+1個延遲單元110~11N,每一延遲單元將前一延遲單元發出的信號延遲一取樣期間。因此,當第一個延遲單元110接收並輸出信號r(n)時,最後一個延遲單元11N輸出將信號r(n)延遲N個取樣期間所得的信號r(n+N),其中n為信號樣本之序號。
共軛模組104接著求取延遲後信號r(n+N)之共軛複數r(n+N)*
。乘法器106接著將延遲後信號之共軛複數r(n+N)*
與信號r(n)相乘而得到一積值。最後,總和模組108將N個積值相加而得到輸出值y(n)。因此,電路100可依據下式決定輸出值y(n):
當電路100得到輸出值y(n)後,電路100便可檢測輸出值y(n)是否存在一尖峰值。若y(n)存在一尖峰值,表示對應於樣本序號n的信號樣本r(n)與其延遲N個樣本週期後的信號樣本r(n+N)大致重合。因此接收端裝置可儲存下r(n)至r(n+N)的樣本並可依其預測傳送端傳送的樣本,並進一步依據儲存下的r(n)至r(n+N)的樣本對後續信號進行解調。
第2圖係計算信號之自身相關性的電路200的區塊圖。電路200包括由複數個延遲單元210~21N組成的延遲線、儲存一系列特定碼的複數個儲存單元220~22N、複數個共軛模組230~23N、複數個乘法器240~24N、以及總和模組250。每一延遲單元210~21N將前一延遲單元發出的信號延遲一取樣期間,因此當第一個延遲單元210接收並輸出信號r(n)時,最後一個延遲單元21N輸出將信號r(n)延遲N個取樣期間所得的信號r(n+N),其中n為信號樣本之序號。
複數個儲存單元220~22N則分別儲存一系列之特定碼R(n)~R(n+N)。共軛模組230~23N分別對儲存單元220~22N輸出的一系列特定碼R(n)~R(n+N)取共軛複數(conjugate),而得到共軛複數R(n)*
~R(n+N)*
。接著,乘法器240~24N分別將信號r(n)~r(n+N)與共軛複數R(n)*
~R(n+N)*
相乘,而得到一系列的積值。最後,總和模組250將該一系列的積值相加而得到輸出值y(n)。因此,電路200可依據下式決定輸出值y(n):
當電路200得到輸出值y(n)後,電路200便可檢測輸出值y(n)是否存在一尖峰值。若y(n)存在一尖峰值,表示對應於樣本序號n的信號樣本r(n+k)與對應的特定碼R(n+k)大致重合。因此接收端裝置可得知傳送端目前的樣本序號n,並可依所儲存的一系列特定碼R(n)~R(n+N)預測傳送端傳送的樣本,並進一步依據特定碼R(n)~R(n+N)對後續信號進行解調。
然而,第1圖之電路100與第2圖之電路200卻各自存在不同的缺點。首先,電路100係計算信號與其自延遲信號的相關性,因此不需像電路200般需額外的儲存單元220~22N來儲存依序列的特定碼。然而,由於電路100係計算信號與其自延遲信號的相關性,當接收的信號r(n)之週期較小,而延遲信號r(n+N)所延遲的期間(N倍樣本期間)剛好為信號r(n)的整數倍時,依然會於輸出信號y(n)偵測到尖峰值,而造成同步的錯誤。
其次,電路200係計算信號與預先儲存之特定碼的相關性。由於當信號自傳送端裝置發送後傳遞至接收端裝置途中會受到路徑的干擾而產生通道失真(channel distortion),若信號r(n)未經通道失真(channel distortion)補償及頻率誤差(frequency offset)補償之處理就直接遞送至電路200進行相關性計算,則即使信號傳送時的位置與接收端相同,電路200依然無法在其輸出的信號y(n)找到尖峰值。因此,為了改進上述錯誤,需要一種計算信號相關性的電路,以增進接收端裝置處理信號之效能。
本發明之實施例所述之目的在於提供一種計算信號相關性的方法可以解決習知技術存在之問題。首先接收一第一信號。接著旋轉該第一信號,使其相位移至一特定象限,以得到一第二信號。接著加總一固定數目之該第二信號之樣本,以得到一第三信號。接著延遲該第三信號一特定延遲時間,以得到一第四信號。接著將該第四信號之共軛複數(conjugate)與該第三信號相乘,以得到一第五信號。接著檢查是否該第五信號出現尖峰值。當該第五信號未出現尖峰值,重複執行該接收步驟至該檢查步驟。當該第五信號出現尖峰值,輸出該尖峰值對應的該第一信號之樣本,以供後續信號處理之用。
本發明實施例更提供一種計算信號相關性的電路。於一實施例中,該電路包括一相位旋轉模組,一總和模組,一延遲模組,一共軛模組,以及一乘法器。該相位旋轉模組接收一第一信號,並旋轉該第一信號,使其相位移至一特定象限,以得到一第二信號。該總和模組加總一固定數目之該第二信號之樣本,以得到一第三信號。該延遲模組延遲該第三信號一特定延遲時間,以得到一第四信號。該共軛模組求得該第四信號之共軛複數(conjugate)。該乘法器將該第四信號之該共軛複數與該第三信號相乘,以得到一第五信號。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂,下文特舉數較佳實施例,並配合所附圖示,作詳細說明如下:
第3圖為依據本發明用以計算信號相關性的電路300的區塊圖。電路300包括相位旋轉模組302、總和模組304、延遲模組306、共軛模組308、乘法器310、以及尖峰值偵測模組(未繪出)。第4圖為依據本發明用以計算信號相關性的方法400的流程圖,電路300依據方法400以計算信號相關性。首先,相位旋轉模組302接收一第一信號r(n)(步驟402)。該第一信號r(n)為未經通道失真(channel distortion)補償及頻率誤差(frequency offset)補償處理之信號。接著,相位旋轉模組302旋轉該第一信號r(n),使其相位移至一特定象限,以得到一第二信號PR{r(n)}。於一實施例中,該特定象限可為第一象限、第二象限、第三象限、或第四象限。
假設該特定象限為第一象限。因此,為了將所接收的第一信號r(n)均旋轉至第一象限,則相位旋轉模組302會依據第一信號r(n)的相位所在的象限分別進行不同的處理。若第一信號r(n)位於第一象限,則相位旋轉模組302不作任何處理,將第一信號r(n)直接輸出為第二信號PR{r(n)}。若第一信號r(n)位於第二象限,則相位旋轉模組302將第一信號r(n)順時鐘方向旋轉90°,以得到第二信號PR{r(n)}。若第一信號r(n)位於第三象限,則相位旋轉模組302將第一信號r(n)順時鐘方向旋轉180°,以得到第二信號PR{r(n)}。若第一信號r(n)位於第四象限,則相位旋轉模組302將第一信號r(n)反時鐘方向旋轉90°,以得到第二信號PR{r(n)}。
請參考第5A、5B、5C圖。假設相位旋轉模組302依序收到r(t),r(t+1),r(t+2),r(t+3)四個第一信號的樣本,分別位於第5A圖中的A、B、C、D四點,其中A、B、C、D四點分別為於第一、第二、第三、第四象限。因此,相位旋轉模組302將A點的信號r(t)直接輸出為位於A’點的PR{r(t)}。相位旋轉模組302接著將B點的信號r(t+1)乘以(-j)後輸出為位於B’點的PR{r(t+1)}。相位旋轉模組302接著將C點的信號r(t+2)乘以(-1)後輸出為位於C’點的PR{r(t+2)}。相位旋轉模組302接著將D點的信號r(t+3)乘以j後輸出為位於D’點的PR{r(t+3)}。由第5B圖中可見,旋轉後得到的第二信號之A’、B’、C’、D’四點全部位於第一象限。
接著,總和模組304將一固定數目N之第二信號PR{r(n)}之樣本加總,以得到一第三信號ΣPR{r(n)}(步驟406)。由於位於相同象限的信號皆具有同樣正負號的實部或虛部,因此經過相位旋轉模組302旋轉後的第二信號PR{r(n)}在總和模組304進行加總時實部虛部都不會相抵消,如第5C圖中的第三信號S所示。
接著,電路300再以第三信號之加總值ΣPR{r(n)}進行相關性的計算。首先,延遲模組306將第三信號延遲N個樣本期間,以得到第四信號ΣPR{r(n+N)}(步驟408)。接著,共軛模組308產生第四信號之共軛複數(conjugate)ΣPR{r(n+N)}*
。接著,乘法器310將第四信號之共軛複數ΣPR{r(n+N)}*
與第三信號ΣPR{r(n)}相乘,以得到第五信號y(n)(步驟410)。因此,電路300係依據下式得到第五信號y(n):
此時尖峰值偵測模組便檢查第五信號y(n)是否出現尖峰值(步驟412)。若尖峰值偵測模組於第五信號y(n)中未發現尖峰值,則電路300會對下一信號樣本r(n+1)重複執行步驟402至步驟412。若尖峰值偵測模組於第五信號y(n)偵測到尖峰值時,表示對應於樣本序號n的旋轉後信號樣本和ΣPR{r(n)}與其延遲N個樣本週期後的旋轉後信號樣本和ΣPR{r(n+N)}大致重合,因此可以推測對應於樣本序號n的信號r(n)與其延遲N個樣本週期後的信號r(n+N)亦大致重合。因此,電路300輸出該尖峰值對應的第一信號r(n)至r(n+N)之樣本,以供後續信號處理之用(步驟416)。舉例來說,接收端裝置可儲存下r(n)至r(n+N)的樣本,並依儲存下的r(n)至r(n+N)的樣本預測傳送端傳送的樣本,而對後續信號進行解調。
第6圖顯示依據本發明相位旋轉模組302旋轉第一信號以得到第二信號之方式。於一實施例中,旋轉後得到的第二信號位於一特定象限,該特定象限除了第一象限外亦可為第二、第三、或第四象限。若該特定象限為第一象限時,相位旋轉模組302旋轉第一信號之角度如第602行所示。若該特定象限為第二象限時,相位旋轉模組302旋轉第一信號之角度如第604行所示。若該特定象限為第三象限時,相位旋轉模組302旋轉第一信號之角度如第606行所示。若該特定象限為第四象限時,相位旋轉模組302旋轉第一信號之角度如第608行所示。
同樣的,第6圖之旋轉可用將第一信號乘以一乘數而得到旋轉後的第二信號。第7圖顯示依據本發明相位旋轉模組302將第一信號乘以一乘數以得到第二信號之方式。於一實施例中,旋轉後得到的第二信號位於一特定象限,該特定象限除了第一象限外亦可為第二、第三、或第四象限。若該特定象限為第一象限時,相位旋轉模組302用來乘第一信號之乘數如第702行所示。若該特定象限為第二象限時,相位旋轉模組302用來乘第一信號之乘數如第704行所示。若該特定象限為第三象限時,相位旋轉模組302用來乘第一信號之乘數如第706行所示。若該特定象限為第四象限時,相位旋轉模組302用來乘第一信號之乘數如第708行所示。
本發明提供一種計算信號相關性的方法與電路。接收端裝置接收之信號樣本先被旋轉至同一象限再行加總,之後再進行延遲自相關的計算。不同於第2圖之電路200需與事先儲存之一特定碼相比較,由於本發明第3圖之電路300係與自身延遲之信號進行相關性計算,因此若信號遭受通道失真而未事先進行通道失真補償及頻率誤差補償,仍舊可以於輸出信號中找出相關性最大的尖峰值,而不會有錯誤發生。另外,與第2圖之電路200相比,第3圖之電路300只需要1個乘法器,省去了許多硬體成本。最後,由於計算相關性時係以信號樣本相加總後的和進行計算,於加總的過程中抵銷了信號處理過程產生的雜訊,使得相關性計算的結果具有更高的抗雜訊能力及正確性,從而提高系統之效能。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此項技術者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
102...延遲線
110-11N...延遲單元
104...共軛模組
106...乘法器
108...總和模組
210-21N...延遲單元
220-22N...儲存單元
230-23N...共軛模組
240-24N...乘法器
250...總和模組
302...相位旋轉模組
304...總和模組
306...延遲模組
308...共軛模組
310...乘法器
第1圖係計算信號之延遲相關性的電路的區塊圖;第2圖係計算信號之自身相關性的電路的區塊圖;第3圖為依據本發明用以計算信號相關性的電路的區塊圖;第4圖為依據本發明用以計算信號相關性的方法的流程圖;第5A、5B、5C圖係說明第3圖之相位旋轉模組旋轉信號之過程;第6圖顯示依據本發明之相位旋轉模組旋轉第一信號以得到第二信號之方式;以及第7圖顯示依據本發明相位旋轉模組302將第一信號乘以一乘數以得到第二信號之方式。
302...相位旋轉模組
304...總和模組
306...延遲模組
308...共軛模組
310...乘法器
Claims (23)
- 一種計算信號相關性的方法,包括下列步驟:接收一第一信號;旋轉該第一信號,使其相位移至一特定象限,以得到一第二信號;加總一固定數目之該第二信號之樣本,以得到一第三信號;延遲該第三信號一特定延遲時間,以得到一第四信號;將該第四信號之共軛複數(conjugate)與該第三信號相乘,以得到一第五信號;檢查是否該第五信號出現尖峰值;當該第五信號未出現尖峰值,重複執行該接收步驟至該檢查步驟;當該第五信號出現尖峰值,輸出該尖峰值對應的該第一信號之樣本,以供後續信號處理之用。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為一第一象限、一第二象限、一第三象限、或一第四象限。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為第一象限,而該旋轉步驟包括:若該第一信號位於第一象限,將該第一信號直接輸出為該第二信號;若該第一信號位於第二象限,將該第一信號順時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號; 若該第一信號位於第三象限,將該第一信號順時鐘方向旋轉180°,以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,將該第一信號反時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為第二象限,而該旋轉步驟包括:若該第一信號位於第一象限,將該第一信號反時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,將該第一信號直接輸出為該第二信號;若該第一信號位於第三象限,將該第一信號順時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,將該第一信號順時鐘方向旋轉180°,以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為第三象限,而該旋轉步驟包括:若該第一信號位於第一象限,將該第一信號順時鐘方向旋轉180°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,將該第一信號反時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,將該第一信號直接輸出為該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,將該第一信號順時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為第四象限,而該旋轉步驟包括:若該第一信號位於第一象限,將該第一信號順時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號。若該第一信號位於第二象限,將該第一信號順時鐘方向旋轉180°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,將該第一信號反時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,將該第一信號直接輸出為該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為第一象限,而該旋轉步驟包括:若該第一信號位於第一象限,將該第一信號直接輸出為該第二信號;若該第一信號位於第二象限,將該第一信號乘上(-j)以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,將該第一信號乘上(-1)以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,將該第一信號乘上j以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為第二象限,而該旋轉步驟包括:若該第一信號位於第一象限,將該第一信號乘上j以得到該第二信號; 若該第一信號位於第二象限,將該第一信號直接輸出為該第二信號;若該第一信號位於第三象限,將該第一信號乘上(-j)以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,將該第一信號乘上(-1)以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為第三象限,而該旋轉步驟包括:若該第一信號位於第一象限,將該第一信號乘上(-1)以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,將該第一信號乘上j以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,將該第一信號直接輸出為該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,將該第一信號乘上(-j)以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該特定象限為第四象限,而該旋轉步驟包括:若該第一信號位於第一象限,將該第一信號乘上(-j)以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,將該第一信號乘上(-1)以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,將該第一信號乘上j以得到該第二信號;以及 若該第一信號位於第四象限,將該第一信號直接輸出為該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之計算信號相關性的方法,其中該第一信號未經通道失真(channel distortion)補償及頻率誤差(frequency offset)補償之處理。
- 一種計算信號相關性的電路,包括:一相位旋轉模組,接收一第一信號,並旋轉該第一信號,使其相位移至一特定象限,以得到一第二信號;一總和模組,耦接至該相位旋轉模組,加總一固定數目之該第二信號之樣本,以得到一第三信號;一延遲模組,耦接至該總和模組,延遲該第三信號一特定延遲時間,以得到一第四信號;一共軛模組,耦接至該延遲模組,求得該第四信號之共軛複數(conjugate);以及一乘法器,耦接至該共軛模組及該總和模組,將該第四信號之該共軛複數與該第三信號相乘,以得到一第五信號。
- 如申請專利範圍第12項所述之計算信號相關性的電路,更包括一尖峰值偵測模組,耦接至該乘法器,檢查是否該第五信號出現尖峰值,並於該第五信號出現尖峰值時輸出該尖峰值對應的該第一信號之樣本,以供後續信號處理之用。
- 如申請專利範圍第12項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為一第一象限、一第二象限、一第 三象限、或一第四象限。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為第一象限,而若該第一信號位於第一象限,則該相位旋轉模組將該第一信號直接輸出為該第二信號;若該第一信號位於第二象限,則該相位旋轉模組將該第一信號順時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,則該相位旋轉模組將該第一信號順時鐘方向旋轉180°,以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,則該相位旋轉模組將該第一信號反時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為第二象限,而若該第一信號位於第一象限,則該相位旋轉模組將該第一信號反時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,則該相位旋轉模組將該第一信號直接輸出為該第二信號;若該第一信號位於第三象限,則該相位旋轉模組將該第一信號順時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,則該相位旋轉模組將該第一信號順時鐘方向旋轉180°,以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為第三象限,而若該第一信號位於第一象限,則該相位旋轉模組將該第一信號順時鐘方向旋轉180°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,則該相位旋轉模組將該第一信號反時鐘方向旋轉90°,以得 到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,則該相位旋轉模組將該第一信號直接輸出為該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,則該相位旋轉模組將該第一信號順時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為第四象限,而若該第一信號位於第一象限,則該相位旋轉模組將該第一信號順時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,則該相位旋轉模組將該第一信號順時鐘方向旋轉180°,以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,則該相位旋轉模組將該第一信號反時鐘方向旋轉90°,以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,則該相位旋轉模組將該第一信號直接輸出為該第二信號。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為第一象限,而若該第一信號位於第一象限,則該相位旋轉模組將該第一信號直接輸出為該第二信號;若該第一信號位於第二象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上(-j)以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上(-1)以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上j以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為第二象限,而若該第一信號位於第一象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上j以得到 該第二信號;若該第一信號位於第二象限,則該相位旋轉模組將該第一信號直接輸出為該第二信號;若該第一信號位於第三象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上(-j)以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上(-1)以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為第三象限,而若該第一信號位於第一象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上(-1)以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上j以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,則該相位旋轉模組將該第一信號直接輸出為該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上(-j)以得到該第二信號。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該特定象限為第四象限,而若該第一信號位於第一象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上(-j)以得到該第二信號;若該第一信號位於第二象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上(-1)以得到該第二信號;若該第一信號位於第三象限,則該相位旋轉模組將該第一信號乘上j以得到該第二信號;以及若該第一信號位於第四象限,則該相位旋轉模組將該第一信號直接輸出為該第二信號。
- 如申請專利範圍第13項所述之計算信號相關性的電路,其中該第一信號未經通道失真(channel distortion)補償及頻率誤差(frequency offset)補償之處理。
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