TWI650981B - 符號率估計裝置與符號率估計方法 - Google Patents

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Abstract

一種符號率估計裝置，包含一功率頻譜密度產生單元，用來估計一輸入訊號之功率，以產生一功率頻譜密度；一截止頻率索引輸出單元，用來根據該功率頻譜密度輸出一截止頻率索引；以及一符號率計算單元，用來根據該截止頻率索引計算該輸入訊號之一符號率。

Description

符號率估計裝置與符號率估計方法
本發明與一種符號率估計裝置相關，尤與一種適用於衛星通訊標準的符號率估計裝置相關。
在衛星通訊標準中，例如第一代數位視訊廣播-衛星(digital video broadcasting – satellite, DVB-S)標準、第二代數位視訊廣播-衛星(digital video broadcasting–satellite 2,DVB-S2)標準與第二代數位視訊廣播-衛星擴充(DVB-S2 extension, DVB-S2X)標準，接收端為了解調變接收訊號，需估計傳送端使用的符號率(symbol rate)，一般而言，接收端係根據接收訊號之功率頻譜密度(power spectrum density，PSD)來估計符號率。然而，當接收訊號之功率頻譜密度不平衡時，可能會使接收端估計符號率的準確度降低。
因此，本發明之目在於提供一種更準確的符號率估計裝置與方法。
本發明揭露一種符號率估計裝置，包含一功率頻譜密度產生單元，用來估計一輸入訊號之功率，以產生一功率頻譜密度，其中該功率頻譜密度包含複數個功率，分別對應於複數個頻率索引；一截止頻率索引輸出單元，用來根據該功率頻譜密度輸出一截止頻率索引；以及一符號率計算單元，用來根據該截止頻率索引計算該輸入訊號之一符號率。
本發明另揭露一種符號率估計方法，包含估計一輸入訊號之功率，以產生一功率頻譜密度(power spectrum density，PSD)，其中該功率頻譜密度包含複數個功率，分別對應於複數個頻率索引；根據該功率頻譜密度輸出一截止頻率索引(cut-off frequency indexes)；以及根據該截止頻率索引計算該輸入訊號之一符號率。
第1圖為本發明實施例一符號率估計裝置10之方塊圖。符號率估計裝置10包含一功率頻譜密度產生單元11、一截止頻率索引輸出單元12以及一符號率計算單元13。
功率頻譜密度產生單元11用來估計一輸入訊號之功率，以產生一功率頻譜密度(power spectrum density，PSD)。在一實施例中，功率頻譜密度產生單元11先對輸入訊號S in進行傅立葉轉換以產生一轉換後訊號，再根據該轉換後訊號估計輸入訊號S in的功率，以產生頻譜密度PSD。第2圖為輸入訊號之功率頻譜密度之一範例示意圖，其橫軸代表頻率索引，縱軸代表功率，該功率頻譜密度包含複數個頻率索引，分別對應於複數個功率，因此根據功率頻譜密度PSD可得知每一頻率索引所對應之功率。請注意，功率頻譜密度產生單元11通常可由專用硬體電路實現，但亦可由軟體程式來實現。此外，功率頻譜密度產生單元11的各種軟硬體實現方式，係為本領域熟知該項技藝者之通常知識，因此在此不予贅述。
截止頻率索引輸出單元12根據功率頻譜密度產生單元11產生之功率頻譜密度PSD，輸出截止頻率索引(cut-off frequency indexes) I co_r、I co_l。請參考第3圖，第3圖為截止頻率索引輸出單元12之方塊圖。在一實施例中，截止頻率索引輸出單元12包含一最大功率輸出單元122、一雜訊功率輸出單元124、一截止功率計算單元126以及一索引輸出單元128。最大功率輸出單元122根據功率頻譜密度PSD輸出一最大功率P max，舉例來說，請參考第2圖，最大功率P max係為功率頻譜密度PSD之一搜尋區域RNG中之一最大功率，搜尋區域RNG例如係以FFT_size/2為中心，其中FFT_size為功率頻譜密度產生單元11用來對該輸入訊號進行傅立葉轉換時之一解析度。雜訊功率輸出單元124根據功率頻譜密度PSD輸出一雜訊功率P noise，舉例來說，請參考第2圖，雜訊功率P noise係為功率頻譜密度PSD兩側最小功率之平均值。接著，截止功率計算單元126根據最大功率P max與雜訊功率P noise計算一截止功率P co（例如3db截止功率），在一實施例中，截止功率P co為最大功率P max與雜訊功率P noise之平均值。最後，索引輸出單元128輸出截止功率P co所對應之頻率索引作為截止頻率索引I co_r、I co_l，如第2圖所示。
符號率計算單元13根據截止頻率索引輸出單元12輸出之截止頻率索引I co_r、I co_l，計算輸入訊號S in之一符號率SR。在一實施例中，符號率SR可用算式(1)來計算： SR= ((I co_r– I co_1)/FFT_size)*Fs (1) 其中，Fs為接收端對輸入訊號S in進行取樣時之一取樣頻率(sampling rate)。請注意，符號率計算單元13通常可由專用硬體電路實現，但亦可由軟體程式來實現。此外，符號率計算單元13的各種軟硬體實現方式，係為本領域熟知該項技藝者之通常知識，因此在此不予贅述。
當功率頻譜密度PSD不平衡時會往一邊傾斜。舉例來說，請參閱第4圖，第4圖為不平衡功率頻譜密度之一範例示意圖。如第4圖所示，功率頻譜密度PSD係往右邊偏斜。在此情形下，最大功率輸出單元122根據功率頻譜密度PSD輸出之最大功率P max會比實際最大功率P max.r大，因此，後續截止功率計算單元126根據最大功率P max計算出之截止功率P co比實際截止功率P co.r大，截止頻率索引I co_r、I co_l間的差距Diff比實際截止頻率索引I co_r.r、I co_l.r間的差距Diff.r小，符號率計算單元13根據截止頻率索引I co_r、I co_l間的差距Diff計算出較實際符號率小的符號率SR，導致符號率估計裝置10估計符號率的準確度降低。
第5圖為本發明實施例一最大功率輸出單元522之方塊圖。最大功率輸出單元522包含一第一累計單元5221、一第二累計單元5222、一第三累計單元5223以及一最大功率決定單元5224。第6圖為不平衡功率頻譜密度之一範例示意圖，第一累計單元5221根據頻譜密度產生單元11輸出功率頻譜密度PSD，累計一參考頻率索引I ref為中心之(N1+1)個頻率索引所對應之功率，以輸出一中央功率總和(middle power sum)PS M。中央功率總和PS M可用算式(2)來表示： (2) 其中P( i)為 i th頻率索引所對應功率。
第二累計單元5222根據頻譜密度產生單元11輸出功率頻譜密度PSD，累計一參考頻率索引I ref左側(N2+1)個頻率索引所對應之功率，以輸出一左側功率總和(left-hand power sum)PS L。左側功率總和PS L可用算式(3)來表示： (3)
第三累計單元5223根據頻譜密度產生單元11輸出功率頻譜密度PSD，累計一參考頻率索引I ref右側(N3+1)個頻率索引所對應之功率，以輸出一右側功率總和(right-hand power sum)PS R。右側功率總和PS R可用算式(4)來表示： (4)
在一實施例中，參考頻率索引I ref為FFT_size/2，N1、N2、N3則可視需求來設計。在一實施例中，N1=N2=N3=N，參考頻率索引(I ref -N~I ref -N)即為第2圖所示之搜尋區域RNG。
最大功率決定單元5224根據中央功率總和PS M、左側功率總和PS L與右側功率總和PS R，決定最大功率P max。請參閱第7圖，第7圖為本發明實施例一最大功率決定單元5224之方塊圖。第8圖為本發明實施例一最大功率決定方法之流程圖。請一併參考第7圖與第8圖，最大功率決定單元5224包含一第一判斷單元52241、一第二判斷單元52242以及一輸出單元52243。第一判斷單元52241判斷左側功率總和PS L與右側功率總和PS R兩者中之一是否大於中央功率總和PS M，以產生一第一判斷結果R1（步驟S810）。舉例來說，在功率頻譜密度PSD往右邊偏斜的情形下（如第6圖所示），當第一判斷單元52241判斷右側功率總和PS R大於中央功率總和PS M時，其產生相對應之第一判斷結果R1給第二判斷單元52242。接著，第二判斷單元52242根據第一判斷結果R1，判斷左側功率總和PS L與右側功率總和PS R兩者中何者較小，以產生一第二判斷結果R2（步驟S820）。承上例，第二判斷單元52242根據右側功率總和PS R大於中央功率總和PS M之第一判斷結果R1，判斷左側功率總和PS L與右側功率總和PS R兩者中何者較小，當第二判斷單元52242判斷左側功率總和PS L小於右側功率總和PS R時，其產生相對應之第二判斷結果R2給輸出單元52243。最後，輸出單元52243根據第二判斷結果R2，輸出一功率平均值作為最大功率P max（步驟S830）。承上例，輸出單元52243根據左側功率總和PS L小於右側功率總和PS R之第二判斷結果R2，輸出一功率平均值作為最大功率P max。在一實施例中，輸出單元52243輸出左側功率總和PS L之平均值PA L作為最大功率P max，左側功率總和PS L之平均值PA L可用算式(5)來表示： (5)
另舉例來說，在功率頻譜密度PSD往左邊偏斜的情形下，當第一判斷單元52241判斷左側功率總和PS L大於中央功率總和PS M時，其產生相對應之第一判斷結果R1給第二判斷單元52242。接著，第二判斷單元52242根據左側功率總和PS L大於中央功率總和PS M之第一判斷結果R1，判斷左側功率總和PS L與右側功率總和PS R兩者中何者較小，當第二判斷單元52242判斷右側功率總和PS R小於左側功率總和PS L時，其產生相對應之第二判斷結果R2給輸出單元52243。最後，輸出單元52243根據右側功率總和PS R小於左側功率總和PS L之第二判斷結果R2，輸出一功率平均值作為最大功率P max。在一實施例中，輸出單元52243輸出右側功率總和PS R之平均值作為最大功率P max，右側功率總和PS R之平均值PA R可用算式(6)來表示： (6)
如此一來，即使在功率頻譜密度PSD有不平衡的情形，相較於最大功率輸出單元122，最大功率輸出單元522輸出之最大功率P max會較貼近實際最大功率P max.r，因此，配置最大功率輸出單元522之符號率估計裝置50（圖未示）可估計出更正確的符號率。請注意，除了最大功率輸出單元522外，符號率估計裝置50與符號率估計裝置10的其他元件均相同，在此不再重複說明。
請注意，在上述實施例中，當左側功率總和PS L小於右側功率總和PS R時，輸出單元52243輸出左側功率總和PS L之平均值PA L作為最大功率P max，然而本發明並不以此為限，在其他實施例中，當左側功率總和PS L小於右側功率總和PS R時，輸出單元52243可輸出與參考頻率索引I ref左側至少之一頻率索引所對應之功率相關之一功率平均值作為最大功率P max。
請注意，在上述實施例中，當右側功率總和PS R小於左側功率總和PS L時，輸出單元52243輸出右側功率總和PS R之平均值作為最大功率P max，然而本發明並不以此為限，在其他實施例中，當右側功率總和PS R小於左側功率總和PS L時，輸出單元52243可輸出一功率平均值作為最大功率P max，其中該功率平均值係相關於參考頻率索引I ref右側至少之一頻率索引所對應之功率。
綜上所述，本發明根據功率頻譜密度之中央功率總和、左側功率總和與右側功率總和來決定最大功率，以提高功率頻譜密度不平衡時估計符號率的準確度。
10‧‧‧符號率估計裝置
11‧‧‧功率頻譜密度產生單元
12‧‧‧截止頻率索引輸出單元
13‧‧‧符號率計算單元
122、522‧‧‧最大功率輸出單元
124‧‧‧雜訊功率輸出單元
126‧‧‧截止功率輸出單元
128‧‧‧索引輸出單元
5221‧‧‧第一累計單元
5222‧‧‧第二累計單元
5223‧‧‧第三累計單元
5224‧‧‧最大功率決定單元
52241‧‧‧第一判斷單元
52242‧‧‧第二判斷單元
52243‧‧‧輸出單元
Sin‧‧‧輸人訊號
PSD‧‧‧功率頻譜密度
Ico_r、Ico_l‧‧‧截止頻率索引
SR‧‧‧符號率
Pmax‧‧‧最大功率
RNG‧‧‧搜尋區域
FFT_size‧‧‧解析度
Pnoise‧‧‧雜訊功率
Pco‧‧‧截止功率
Pmax.r‧‧‧實際最大功率
Pco.r‧‧‧實際截止功率
Ico_r.r、Ico_l.r‧‧‧實際截止頻率索引
Diff‧‧‧頻率索引差距
Diff.r‧‧‧實際頻率索引差距
Iref‧‧‧參考頻率索引
PSM‧‧‧中央功率總和
PSL‧‧‧左側功率總和
PSR‧‧‧右側功率總和
PAL‧‧‧左側功率總和平均值
PAR‧‧‧右側功率總和平均值
Iref-N1/2、Iref+N1/2‧‧‧頻率索引
Iref-N2、Iref+N3‧‧‧頻率索引
R1‧‧‧第一判斷結果
R2‧‧‧第二判斷結果
第1圖為本發明實施例一符號率估計裝置之方塊圖。 第2圖為輸入訊號之功率頻譜密度之一範例示意圖。 第3圖為截止頻率索引輸出單元之方塊圖。 第4圖為不平衡功率頻譜密度之一範例示意圖。 第5圖為本發明實施例一最大功率輸出單元之方塊圖。 第6圖為不平衡功率頻譜密度之一範例示意圖。 第7圖為本發明實施例一最大功率決定單元之方塊圖。 第8圖為本發明實施例一最大功率決定方法之流程圖。

Claims (8)

  1. 一種符號率(symbol rate)估計裝置，包含：一功率頻譜密度(power spectrum density，PSD)產生單元，估計一輸入訊號之功率，以產生一功率頻譜密度，其中該功率頻譜密度包含複數個功率，分別對應於複數個頻率索引；一截止頻率索引(cut-off frequency indexes)輸出單元，根據該功率頻譜密度輸出一截止頻率索引；以及一符號率計算單元，根據該截止頻率索引計算該輸入訊號之一符號率；其中該截止頻率索引輸出單元包括：一最大功率輸出單元，根據該功率頻譜密度輸出一最大功率；一雜訊功率輸出單元，根據該功率頻譜密度輸出一雜訊功率；一截止功率計算單元，根據該最大功率與該雜訊功率計算一截止功率；以及一索引輸出單元，輸出該截止功率所對應之頻率索引作為該截止頻率索引；其中該最大功率輸出單元包括：一第一累計單元，累計以一參考頻率索引為中心之(N1+1)個頻率索引所對應之功率，以輸出一中央功率總和(middle power sum)；一第二累計單元，累計該參考頻率索引左側(N2+1)個頻率索引所對 應之功率，以輸出一左側功率總和(left-hand power sum)；一第三累計單元，累計該參考頻率索引右側(N3+1)個頻率索引所對應之功率，以輸出一右側功率總和(right-hand power sum)；以及一最大功率決定單元，根據該中央功率總和、該左側功率總和與該右側功率總和，決定該最大功率；其中該最大功率決定單元包括：一第一判斷單元，判斷該左側功率總和與右側功率總和兩者中之一是否大於該中央功率總和，以產生一第一判斷結果；一第二判斷單元，根據該第一判斷結果，判斷該左側功率總和與該右側功率總和兩者中何者較大，以產生一第二判斷結果；以及一輸出單元，根據該第二判斷結果，輸出一功率平均值作為該最大功率。
  2. 如請求項1所述的符號率估計裝置，其中該第二判斷結果指出該左側功率總和小於該右側功率總和時，該功率平均值係相關於該參考頻率索引左側至少之一頻率索引所對應之功率。
  3. 如請求項1所述的符號率估計裝置，其中該第二判斷結果指出該右側功率總和小於該左側功率總和時，該功率平均值係相關於該參考頻率索引右側至少之一頻率索引所對應之功率。
  4. 如請求項1所述的符號率估計裝置，其中該參考頻率索引係為FFT_size/2，且FFT_size為該功率頻譜密度產生單元用來對該輸入訊號進行傅立葉轉換時之一解析度。
  5. 一種符號率(symbol rate)估計方法，包含： 估計一輸入訊號之功率，以產生一功率頻譜密度(power spectrum density，PSD)，其中該功率頻譜密度包含複數個功率，分別對應於複數個頻率索引；根據該功率頻譜密度輸出一截止頻率索引(cut-off frequency indexes)；以及根據該截止頻率索引計算該輸入訊號之一符號率；其中根據該功率頻譜密度輸出該截止頻率索引之步驟包括：根據該功率頻譜密度輸出一最大功率；根據該功率頻譜密度輸出一雜訊功率；根據該最大功率與該雜訊功率計算一截止功率；以及輸出該截止功率所對應之頻率索引作為該截止頻率索引；其中根據該功率頻譜密度輸出該最大功率之步驟包括：累計以一參考頻率索引為中心之(N1+1)個頻率索引所對應之功率，以輸出一中央功率總和(middle power sum)；累計該參考頻率索引左側(N2+1)個頻率索引所對應之功率，以輸出一左側功率總和(left-hand power sum)；累計該參考頻率索引右側(N3+1)個頻率索引所對應之功率，以輸出一右側功率總和(right-hand power sum)；以及根據該中央功率總和、該左側功率總和與該右側功率總和，決定該最大功率；其中根據該中央功率總和、該左側功率總和與該右側功率總和，決定該最大功率之步驟包括： 判斷該左側功率總和與右側功率總和兩者中之一是否大於該中央功率總和，以產生一第一判斷結果；根據該第一判斷結果，判斷該左側功率總和與該右側功率總和兩者中何者較大，以產生一第二判斷結果；以及根據該第二判斷結果，輸出一功率平均值作為該最大功率。
  6. 如請求項5所述的符號率估計方法，其中該第二判斷結果指出該左側功率總和小於該右側功率總和時，該功率平均值係相關於該參考頻率索引左側至少之一頻率索引所對應之功率。
  7. 如請求項5所述的符號率估計方法，其中該第二判斷結果指出該右側功率總和小於該左側功率總和時，該功率平均值係相關於該參考頻率索引右側至少之一頻率索引所對應之功率。
  8. 如請求項5所述的符號率估計方法，其中該參考頻率索引係為FFT_size/2，且FFT_size為該估計一輸入訊號之功率以產生一功率頻譜密度之步驟中用來對該輸入訊號進行傅立葉轉換時之一解析度。
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