TWI424719B - 載波重建裝置與方法 - Google Patents

Description

載波重建裝置與方法

本發明係有關一種載波重建裝置與方法，特別是一種弱載波下的載波重建裝置與方法。

載波(carrier wave)可應用於多種不同的領域，例如：電視訊號的傳輸、通訊語音訊號的傳輸等。當所欲發送的資料之頻率為低頻時，如果按照原始資料的頻率來發送，將容易在傳輸過程中受到干擾而不利於接收。此時，即可使用載波的方式來傳輸資料，先將資料的訊號載入到載波的訊號上，而接收端再依照載波的頻率來接收資料訊號，最後將所接收到的載波訊號經解調變(demodulation)，即可得到原始的資料訊號。

簡單的說，載波是一種幫助傳播訊號的技術，可將訊號調整到比原始訊號高好多倍的頻率上，如此在訊號的傳輸過程中就不容易受到干擾。之後，等接收到載波訊號，再將載波去除，即可還原出原始的訊號。

以接收傳統電視有線或無線電視台訊號為例作說明。電視訊號的頻率範圍由40MHz~900MHz，首先經過調諧器(Tuner)以輸出中頻(IF)訊號。此時，中頻訊號的頻率可為38MHz、38.9MHz或45.75MH等。再依據各調諧器的設定將中頻訊號解調變，而產生基頻訊號(baseband signal)，如此便具有正確的畫面及聲音訊號以提供使用者觀賞。

上述之解調變，需在接收端將中頻訊號做載波重建(carrier recovery)，以產生穩定且不易被干擾的解調變弦波。然而傳統上，若訊號的載波強度較小時，容易造成載波重建的不穩定，因而出現錯誤的畫面及聲音。

有鑑於此，本發明提出一種載波重建裝置與方法。藉由本發明所提出之裝置或方法，能有效完成載波重建，即使中頻訊號的強度較小，亦即為弱載波時，仍可透過本發明所提出之裝置或方法，而順利完成載波重建，進而提升解調變(demodulation)所需的迴路穩定性。

本發明提出一種載波重建裝置，包含：相位偵測模組、計算模組、相位夾角調整模組、迴圈濾波器及轉換模組。相位偵測模組接收中頻訊號，並偵測出中頻訊號所對應之正弦訊號與餘弦訊號。計算模組耦合相位偵測模組，接收正弦訊號與餘弦訊號，計算出正弦訊號與餘弦訊號間之相位夾角。相位夾角調整模組耦接相位偵測模組與計算模組，依據正弦訊號、餘弦訊號其中之一與門檻值，以控制是否縮小相位夾角。迴圈濾波器耦接計算模組，依據相位夾角而產生頻率位移角。轉換模組耦接迴圈濾波器與相位偵測模組，依據頻率位移角，產生對應於頻率位移角之正弦參數與餘弦參數，並傳送正弦參數與餘弦參數至相位偵測模組，以分別調整正弦訊號與餘弦訊號。

本發明亦提出一種載波重建方法，包含下列步驟：接收中頻訊號，並偵測出中頻訊號所對應之正弦訊號與餘弦訊號；計算出正弦訊號與餘弦訊號間之相位夾角；依據正弦訊號、餘弦訊號其中之一與門檻值，調整相位夾角；依據相位夾角，產生頻率位移角；依據頻率位移角，產生對應於頻率位移角之正弦參數與餘弦參數；以正弦參數與餘弦參數，分別調整正弦訊號與餘弦訊號。

有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如后。

請參照「第1圖」，該圖所示為載波重建裝置第一實施例之示意圖。本發明所提出之載波重建裝置包含：相位偵測模組10、計算模組20、相位夾角調整模組30、迴圈濾波器40及轉換模組50。

相位偵測模組10接收中頻(IF)訊號，於此中頻訊號可由調諧器(tuner)所提供。當相位偵測模組10接收到調諧器所載下的中頻訊號後，會偵測出中頻訊號所對應之正弦(sine)訊號與餘弦(cosine)訊號。

計算模組20耦合相位偵測模組10，接收正弦訊號與餘弦訊號，並計算出正弦訊號與餘弦訊號間之相位夾角。其中，計算模組20可為座標旋轉數位計算器(coordinate rotation digital computer，CORDIC)。

相位夾角調整模組30耦接相位偵測模組10與計算模組20，依據正弦訊號、餘弦訊號其中之一與門檻值，而調整相位夾角，此點於後將有更詳盡之說明。

迴圈濾波器(loop filter)40耦接計算模組20，依據相位夾角而產生頻率位移角(frequency offset angle)。其中，迴圈濾波器40可為比例積分(PI)控制器。轉換模組50耦接迴圈濾波器40與相位偵測模組10，依據頻率位移角而產生對應於頻率位移角之正弦參數與餘弦參數，並傳送至相位偵測模組10，以分別調整正弦訊號與餘弦訊號。其中，轉換模組50包含本地振盪器。

由相位偵測模組10所接收的中頻訊號，其頻率未必與轉換模組50的本地振盪器所產生之頻率相同。因此，當相位偵測模組10得到兩正交的正弦訊號與餘弦訊號後，利用計算模組20運算出目前中頻訊號的相位夾角，再經過迴圈濾波器40後，可逐漸收斂而得到頻率位移角。於此，頻率位移角為中頻訊號與本地振盪器所產生的訊號兩者之間的相位角差。得到相位角差值(亦即，頻率位移角)後，轉換模組50可利用查表方式(look up table)，而產生解調變所需的正弦參數與餘弦參數。

請參照「第2圖」為載波重建裝置第二實施例之示意圖。於此實施例中，相位偵測模組10包含：第一乘法器12及第二乘法器14。當轉換模組50以查表方式取得正弦參數與餘弦參數後，透過第一乘法器12將中頻訊號乘上正弦參數，即可產生正弦訊號。另一方面，透過第二乘法器14將中頻訊號與餘弦參數相乘，可產生餘弦訊號。由此可知，上述之載波重建形成一迴路，藉由迴圈濾波器40產生頻率位移角，透過轉換模組50產生對應於頻率位移角的正弦參數與餘弦參數，再經由正弦參數與餘弦參數分別調整正弦訊號與餘弦訊號，而調整的目標是讓正弦訊號與餘弦訊號之間的相位夾角為零度，而讓中頻訊號的頻率可約略等於本地振盪器之頻率。因此上述之載波重建裝置為一種鎖相迴路(phase lock loop，PLL)。

由於傳統上，若所接收到的中頻訊號載波過小或干擾較大時，會造成載波重建裝置的相位不準確，而無法重建出正確的畫面或聲音。因此本發明提出相位夾角調整模組30，其中一實施例如「第2圖」所示，相位夾角調整模組30包含：縮小電路32及選擇器34。相位夾角調整模組30可取正弦訊號或餘弦訊號與門檻值作比較，於此實施例中以餘弦訊號為例作說明，但不此為限。由「第2圖」所示可知，餘弦訊號先經過門檻值的比較，若比較結果為餘弦訊號小於門檻值時，表示此時的中頻訊號過小並不適合重建，因此控制選擇器34選擇“1”的路徑，亦即計算模組20所計算出的相位夾角會先經過縮小電路32而縮小相位夾角，如此可讓不適合重建的中頻訊號，因縮小電路32將其相位夾角縮小，而不影響到後續電路的收斂調整。

相對的，當餘弦訊號經過門檻值的比較後，若比較結果為餘弦訊號大於門檻值時，表示此時的中頻訊號較強而適合重建，因此控制選擇器34選擇“0”的路徑，亦即計算模組20所計算出的相位夾角直接傳送至迴圈濾波器40，而提供後續電路的收斂調整。

請參照「第3圖」為載波重建裝置第三實施例之示意圖。此實施例說明相位夾角調整模組30的另一種實施方式。於此，相位夾角調整模組30包含：第三乘法器36及權重電路38。

相位夾角調整模組30可先計算正弦訊號或餘弦訊號的最大值，如「第3圖」所示以餘弦訊號為例作說明，但不此為限。取得餘弦訊號中的最大值後，再取最大值的倒數作為門檻值，也可說是以此門檻值作為一個權重，而所有經過計算模組20所計算出的相位夾角，皆需經過第三乘法器36而與門檻值相乘，也就是說，相位夾角皆需除以餘弦訊號中的最大值。

若此時中頻訊號偏小，代表此時所產生的相位夾角較不具參考性，因此經第三乘法器36相乘後，就會將此次的相位夾角縮小，使得縮小後的相位夾角不易影響後續電路的運算處理。相對的，若此時中頻訊號正常，經第三乘法器36相乘後，還是保有較大的數值，如此可提供後續電路的運算處理，不會因為多增加門檻值的相乘，而影響到正常迴路的運作。

此外，相位夾角調整模組30更可包含權重電路38，用以額外提供一權重，提供再次調整經由第三乘法器36運算(門檻值乘上相位夾角)後之權重值。也就是說，藉由權重電路38可依需求而提供另外設定的權重，如此可提升權重調整上的彈性。

請參照「第4圖」，該圖所示為載波重建方法之流程圖，包含下列步驟。

步驟S10：接收中頻訊號，並偵測出中頻訊號所對應之正弦訊號與餘弦訊號。

步驟S20：計算出正弦訊號與餘弦訊號間之相位夾角。

步驟S30：依據正弦訊號、餘弦訊號其中之一與門檻值，調整相位夾角。

步驟S40：依據相位夾角，產生頻率位移角。

步驟S50：依據頻率位移角，產生對應於頻率位移角之正弦參數與餘弦參數。於此，可利用查表方式(look up table)而產生正弦參數與餘弦參數。

步驟S60：以正弦參數與餘弦參數，分別調整正弦訊號與餘弦訊號。

上述之步驟S10可包含：相乘中頻訊號與正弦參數，而產生正弦訊號；相乘中頻訊號與餘弦參數，而產生餘弦訊號。

再者，上述之步驟S30可包含：比較正弦訊號、餘弦訊號其中之一與門檻值；當正弦訊號、餘弦訊號其中之一小於門檻值時，則縮小相位夾角。另一方法可為：計算正弦訊號與餘弦訊號其中一者中之最大值；取最大值之倒數為門檻值；將門檻值乘上相位夾角。此方法可額外提供一權重，用以調整門檻值與相位夾角相乘後之權重值。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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。

10．．．相位偵測模組

12．．．第一乘法器

14．．．第二乘法器

20．．．計算模組

30．．．相位夾角調整模組

32．．．縮小電路

34．．．選擇器

36．．．第三乘法器

38．．．權重電路

40．．．迴圈濾波器

50．．．轉換模組

第1圖：載波重建裝置第一實施例之示意圖

第2圖：載波重建裝置第二實施例之示意圖

第3圖：載波重建裝置第三實施例之示意圖

第4圖：載波重建方法之流程圖

10．．．相位偵測模組

20．．．計算模組

30．．．相位夾角調整模組

40．．．迴圈濾波器

50．．．轉換模組

Claims (16)

1. 一種載波重建裝置，包含：一相位偵測模組，接收一輸入訊號，用以依據一正弦參數偵測該輸入訊號中之一正弦訊號以及依據一餘弦參數偵測該輸入訊號中之一餘弦訊號；一計算模組，耦接至該相位偵測模組，用以計算該正弦訊號與該餘弦訊號間之一相位夾角；一相位夾角調整模組，耦接至該相位偵測模組與該計算模組，用以依據該正弦訊號、該餘弦訊號至少其中之一與一門檻值，調整該相位夾角，並輸出一調整相位夾角；一迴圈濾波器，耦接至該相位夾角調整模組，用以依據該調整相位夾角，產生一頻率位移角；以及一轉換模組，耦接該迴圈濾波器與該相位偵測模組，用以依據該頻率位移角，產生該正弦參數與該餘弦參數至該相位偵測模組。
2. 如請求項1之載波重建裝置，其中該相位偵測模組包含：一第一乘法器，相乘該輸入訊號與該正弦參數，而產生該正弦訊號；以及一第二乘法器，相乘該中頻訊號與該餘弦參數，而產生該餘弦訊號。
3. 如請求項1之載波重建裝置，其中該計算模組包含座標旋轉數位計算器(CORDIC)。
4. 如請求項1之載波重建裝置，其中該相位夾角調整模組比較該正弦訊號、該餘弦訊號其中之一與該門檻值，當該正弦訊號、該餘弦訊號其中 之一小於該門檻值時，則縮小該相位夾角。
5. 如請求項1之載波重建裝置，其中該相位夾角調整模組計算該正弦訊號與該餘弦訊號其中一者中之一最大值，取該最大值之倒數為該門檻值，並將該門檻值乘上該相位夾角。
6. 如請求項5之載波重建裝置，其中該相位夾角調整模組提供一權重，用以調整該門檻值與該相位夾角相乘後之權重值。
7. 如請求項1之載波重建裝置，其中該迴圈濾波器包含一比例積分(PI)控制器。
8. 如請求項1之載波重建裝置，其中該轉換模組包含一本地振盪器。
9. 如請求項1之載波重建裝置，其中該轉換模組係以查表方式產生該正弦參數與該餘弦參數。
10. 如請求項1之載波重建裝置，其中該輸入訊號為一中頻訊號。
11. 一種載波重建方法，包含下列步驟：接收一輸入訊號，並依據一正弦參數偵測該輸入訊號中之一正弦訊號以及依據一餘弦參數偵測該輸入訊號中之一餘弦訊號；計算該正弦訊號與該餘弦訊號間之一相位夾角；依據該正弦訊號、該餘弦訊號至少其中之一與一門檻值，調整該相位夾角，並輸出一調整相位夾角；依據該調整相位夾角，產生一頻率位移角；以及依據該頻率位移角，產生該正弦參數與該餘弦參數，以分別調整該正弦訊號與該餘弦訊號。
12. 如請求項11之載波重建方法，其中偵測該正弦訊號與該餘弦訊號之步驟，包含：相乘該輸入訊號與該正弦參數，而產生該正弦訊號；以及相乘該輸入訊號與該餘弦參數，而產生該餘弦訊號。
13. 如請求項11之載波重建方法，其中調整該相位夾角之步驟，包含：比較該正弦訊號、該餘弦訊號其中之一與該門檻值；以及當該正弦訊號、該餘弦訊號其中之一小於該門檻值時，縮小該相位夾角。
14. 如請求項11之載波重建方法，其中調整該相位夾角之步驟，包含：計算該正弦訊號與該餘弦訊號其中一者中之一最大值；取該最大值之倒數為該門檻值；以及將該門檻值乘上該相位夾角。
15. 如請求項14之載波重建方法，更包含下列步驟：提供一權重，用以調整該門檻值與該相位夾角相乘後之權重值。
16. 如請求項11之載波重建方法，其中產生該正弦參數與該餘弦參數之步驟，包含：以查表方式產生該正弦參數與該餘弦參數。