技术领域
[0001] 本
发明是有关于一种
快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)增益调整电路与方法，且特别是有关于一种利用导频
信号(pilot signal)的快速傅立叶变换增益调整电路与方法。
背景技术
[0002] 近年来，通讯信号传送及接收装置可经由广泛的部署，藉以提供诸如语音、视频、封包数据、消息传递、广播等通信服务。
正交分频多工(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)系统由于具有对多径延迟扩展和
频率选择性衰落的耐受程度、有效的
频谱使用和良好的抗干扰等特性，所以也越来越被重视。OFDM系统目前在高比特数字用户线(HDSL)，数字音频广播(DAB)，
数字视频广播(DVB)，无线局域网(WLAN)，无线城域网(WMAN)等领域获得广泛应用。OFDM系统中核心技术之一是快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)。它大大降低了并行数据调变解调的困难度，从而大幅提高OFDM系统的使用可能性。
[0003] 图1是习知的正交分频多工系统的接收装置的方
块示意图。请参照图1，OFDM系统的接收装置100包括模拟数字转换器(Analog to Digital Convertor，ADC)110、同步电路120、快速傅立叶变换电路130、快速傅立叶变换增益电路140，以及解调电路150。接收装置100的模拟数字转换器110将OFDM
模拟信号转换成
数字信号，并且输出该数字信号。同步电路120执行同步动作，像是该数字信号的前同步码处理(preamble processing)。快速傅立叶变换电路130接收同步处理后的时域信号，并对时域信号进行快速傅立叶变换而获取频域信号。快速傅立叶变换电路130所输出的频域信号可显示出OFDM信号的各载波(carrier)的
相位与振幅。快速傅立叶变换增益电路140利用增益值来调整频域信号，以消除前级电路对时域信号转频域信号时所产生的影响。解调电路150再对经过快速傅立叶变换增益电路140调整的频域信号进行解调，例如系以QAM方式解调，以获取发送装置端所发出的原始信号。
[0004] 然而，由于各级电路对不同频率的载波信号会产生不同的影响，且
信号传输通道也会对不同频率的载波信号产生不同的影响，因此如何决定用来调整快速傅立叶变换电路130所输出的频域信号的增益值实为本领域技术人员所关心的重要议题之一。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明提供一种快速傅立叶变换增益调整电路与方法，可依据
导频信号的
能量统计决定用以调整频域信号的增益值，并且可进一步避免增益值快速变动而影响OFDM接收机的性能。
[0006] 本发明提出一种快速傅立叶变换增益调整电路，其包括信号能量统计模块、增益决定模块、增益判断模块，以及增益改变与信号调整模块。信号能量统计模块经配置以接收频域信号，从频域信号取得多个导频信号，并统计这些导频信号的导频能量参数。增益决定模块耦接至信号能量统计模块，经配置以接收导频能量参数，并依据导频能量参数决定理想增益值。增益判断模块耦接至增益决定模块，经配置以接收理想增益值，并依据理想增益值是否等于当前增益值而决定是否发出增益改变
请求。增益改变与信号调整模块耦接至增益判断模块。当增益判断模块发出增益改变请求至增益改变与信号调整模块，增益改变与信号调整模块经配置以依据调整间距与调整模式调升或调降当前增益值，并利用调升或调降后的当前增益值调整频域信号而产生
输出信号。
[0007] 在本发明的一
实施例中，当上述的增益判断模块未发出增益改变请求，增益改变与信号调整模块经配置以维持当前增益值，并利用当前增益值调整频域信号而产生输出信号。
[0008] 在本发明的一实施例中，当上述的调整模式为第一模式，增益改变与信号调整模块经配置以判断是否接收到频域信号中的
帧起始信号，并响应于接收到帧起始信号而调升或调降当前增益值。
[0009] 在本发明的一实施例中，当上述的调整模式为第二模式，增益改变与信号调整模块经配置以计数频域信号中的符元(symbol)的符元个数，并判断符元个数是否等于预设值，并响应于符元个数等于预设值而调升或调降当前增益值。
[0010] 在本发明的一实施例中，上述的增益改变与信号调整模块经配置以判断该当前增益值是否等于该理想增益值。当当前增益值不等于理想增益值，增益改变与信号调整模块经配置以将当前增益值持续加上或持续减去调整间距直至当前增益值等于理想增益值。
[0011] 在本发明的一实施例中，上述的信号能量统计模块经配置以计算每一导频信号的能量值，并依据每一导频信号的能量值统计多个能量区间各自对应的导频信号数量。此导频能量参数包括上述的导频信号数量。
[0012] 在本发明的一实施例中，上述的增益决定模块纪录有一
门限值，并经配置以依据上述的导频信号数量比对门限值而决定理想增益值。
[0013] 在本发明的一实施例中，上述的信号能量统计模块耦接至快速傅立叶变换电路。快速傅立叶变换电路经配置以接收时域信号，并对时域信号进行快速傅立叶变换，以产生频域信号。
[0014] 从另一观点来看，本发明提出一种快速傅立叶变换增益调整方法，所述方法包括下列步骤。从频域信号取得多个导频信号，并统计该这些导频信号的导频能量参数。依据导频能量参数决定理想增益值。依据此理想增益值是否等于当前增益值而决定是否改变当前增益值。当决定改变当前增益值，依据调整间距与调整模式调升或调降当前增益值，并利用调升或调降后的当前增益值调整频域信号而产生输出信号。
[0015] 基于上述，藉由持续地统计导频信号的导频能量参数，本发明可依据随时间变化的导频能量参数来决定出更适合当前信号传输环境的理想增益值，并利用更接近于理想增益值的当前增益值来调整快速傅立叶变换电路所输出的频域信号。如此，透过统计导频信号能量而决定出来的理想增益值可大幅提升OFDM系统的接收装置的信号品质。再者，本发明可基于OFDM信号于一段时间区段内所统计出来的统计信号特性来调整当前增益值，可进一步避免当前增益值的变动频率过快而影响OFDM接收机的性能。
[0016] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所
附图式作详细说明如下。
附图说明
[0017] 图1是习知的OFDM系统的接收装置的方块示意图。
[0018] 图2A是依据本发明一实施例所绘示的OFDM系统的接收装置的方块示意图。
[0019] 图2B是依据本发明一实施例所绘示的快速傅立叶增益电路的方块示意图。
[0020] 图3是依据本发明一实施例所绘示的快速傅立叶变换增益调整方法的
流程图。
[0021] 图4A是依据本发明一实施例所绘示于第一模式下调整当前增益值并调整频域信号的流程图。
[0022] 图4B是依据本发明一实施例所绘示于第二模式下调整当前增益值并调整频域信号的流程图。
[0023] 附图标记说明
[0024] 100、200：接收装置
[0025] 110、210：模拟数字转换器
[0026] 120、220：同步电路
[0027] 130：快速傅立叶变换电路
[0028] 140：快速傅立叶变换增益电路
[0029] 150、250：解调电路
[0030] 230：FFT电路
[0031] 240：FFT增益电路
[0032] 241：信号能量统计模块
[0033] 242：增益决定模块
[0034] 243：增益判断模块
[0035] 244：增益改变与信号调整模块
[0036] 245：暂存器
[0037] S1：OFDM信号
[0038] D1、D2：时域信号
[0039] f1：频域信号
[0040] f2：输出信号
[0041] P1：导频能量参数
[0042] request_1：增益改变请求
[0043] Gi：理想增益值
[0044] Gn：当前增益值
[0045] st：调整间距
[0046] T1：预设值
[0047] S301～S304、S401～S406、S411～S416：步骤
具体实施方式
[0048] 图2A是依据本发明一实施例所绘示的OFDM系统的接收装置的方块示意图。请参照图2A，接收装置200为一种可以解调经由OFDM技术进行调变的调变信号的信号接收与处理装置。接收装置200例如可设置于可携式
电子装置或
数字电视内，以依据各式标准与提供接收外来信号的功能。举例而言，接收装置200例如可支援欧规的DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)标准且装设于数字电视或机顶盒内，但本发明并不以此为限。
[0049] 接收装置200包括模拟数字转换器210、同步电路220、快速傅立叶变换(FFT)电路230、FFT增益电路240，以及解调电路250。模拟数字转换器210取样模拟形式的OFDM信号S1而产生数字形式的时域信号D1。同步电路220接收时域信号D1并对时域信号D1进行同步化
信号处理而产生时域信号D2。举例而言，同步电路220可侦测一个OFDM帧中的前同位码(preamble)或侦测符元(symbol)边界，以确保FFT电路230只对移除循环字首的OFDM符元进行快速傅立叶变换。
[0050] 当循环字首部分被移除后而产生的时域信号D2传送至FFT电路230时，FFT电路230对时域信号D2进行快速傅立叶变换以将时域信号D2转回频域信号f1。FFT电路230例如可完成2048点、4096点或8192点的快速傅立叶变换，本发明对此并不限制。之后，FFT增益电路240利用当前增益值调整频域信号f1而产生输出信号f2，并将输出信号f2提供给解调电路250进行解调。值得一提的是，本实施例的FFT增益电路240可随着OFDM信号S1的信号特性来调整当前增益值。更详细来说，本实施例的FFT增益电路240可藉由统计导频信号(pilot signal)的能量来决定更佳的理想增益值，并将当前增益值调整为理想增益值。
[0051] 上述的导频信号可能需要被用于接收装置200的不同目的的范围，例如通道估计、同步、粗频偏估计和精细频偏估计。由于导频信号的振幅和相位属于先前知识，因此通道脉冲回应可基于接收的导频信号被估计。另外，如果接收装置200具有导频信号图案的知识，接收装置200将能够从在OFDM讯框中的适当
位置或
子载波提取所接收的导频信号。于是，本实施例的FFT增益电路240可提取OFDM讯框中的导频信号并统计这些导频信号的能量，从而依据这些导频信号的导频能量参数决定理想增益值。如此，FFT增益电路240于适当地时机将当前增益值逐步调整成理想增益值，并利用调整后当前增益值来调整FFT电路输出的频域信号f1。FFT增益电路240例如是透过侦测OFDM讯框的起始信号或计数OFDM符元来决定调整当前增益值的时机点。
[0052] 以下将列举一实施例详细说明FFT增益电路240如何决定理想增益值并于适当地时机逐步调整当前增益值。图2B是依据本发明一实施例所绘示的快速傅立叶增益电路的方块示意图。FFT增益电路240包括信号能量统计模块241、增益决定模块242、增益判断模块243、增益改变与信号调整模块244以及暂存器245。
[0053] 信号能量统计模块241耦接FFT电路230以接收频域信号f1，从频域信号f1取得多个导频信号，并统计这些导频信号的导频能量参数P1。增益决定模块242耦接信号能量统计模块241，以接收导频能量参数P1，并依据导频能量参数P1决定理想增益值Gi。增益判断模块243耦接增益决定模块242，接收理想增益值Gi，并依据理想增益值Gi是否等于当前增益值Gn而决定是否发出增益改变请求request_1。增益改变与信号调整模块244耦接增益判断模块243与暂存器245，并依据当前增益值Gn调整频域信号f1。暂存器245储存有用以调整当前增益值Gn的调整间距st。
[0054] 于本实施例中，增益改变与信号调整模块244所使用的当前增益值Gn会随时间变化而进行调整并非固定值。当增益判断模块243发出增益改变请求request_1至增益改变与信号调整模块244，增益改变与信号调整模块244依据调整间距st与调整模式调升或调降当前增益值Gn，并利用调升或调降后的当前增益值Gn调整频域信号f1而产生输出信号f2。相反地，当增益判断模块243没有发出增益改变请求request_1至增益改变与信号调整模块244时，增益改变与信号调整模块244维持当前增益值Gn，并利用当前增益值Gn调整频域信号f1而产生输出信号f2。
[0055] 需特别说明的是，增益改变与信号调整模块244会将调升或调降后的当前增益值Gn回传至增益判断模块243，致使增益判断模块243可持续获得最新的当前增益值Gn。再者，增益决定模块242可于接收导频能量参数P1之后，随时间经过又接收对应至下个统计时间点的另一导频能量参数P1，并依据所述另一导频能量参数P1再次决定理想增益值Gi。如此，增益判断模块242可依据最新的理想增益值Gi是否等于最新的当前增益值Gn而决定是否发出增益改变请求request_1，且增益改变与信号调整模块244可响应于接收增益改变请求request_1而依据更新后的理想增益值Gi调升或调降当前增益值Gn。
[0056] 图3是依据本发明一实施例所绘示的快速傅立叶变换增益调整方法的流程图。图3所示的实施例适用于图2B所示的FFT增益电路240，以下将搭配FFT增益电路240的各元件来说明，但本发明并不限制于此。
[0057] 请参照图2B与图3，于步骤S301，信号能量统计模块241从频域信号f1取得多个导频信号，并统计导频信号的导频能量参数P1。于本实施例中，导频能量参数P1包括分别对应至多个能量区间的导频信号数量。详细来说，信号能量统计模块241可计算每一导频信号的能量值。于本实施例中，如式(1)所示，信号能量统计模块241例如是计算每一导频信号的
实部成分I的平方与
虚部成分Q的平方的总和后再开方根而获取每一导频信号的能量值。
[0058]
[0059] 然而，本发明并不限制于利用式(1)来计算导频信号的能量值。于另一实施例中，信号能量统计模块241可依据式(2)而获取每一导频信号的幅度值，以作为每一导频信号的能量值。
[0060]
[0061] 在信号能量统计模块241获取导频信号的能量值之后，信号能量统计模块241可依据每一导频信号的能量值来统计多个能量区间各自对应的导频信号数量(即上述的导频能量参数P1中分别对应至多个能量区间的导频信号数量)。换言之，信号能量统计模块241可依据各个导频信号的能量值而将导频信号分类对应至的这些能量区间其中之一，而这些导频信号数量则代表被分类至这些能量区间的导频信号的个数。
[0062] 更具体来说，信号能量统计模块241可先确定FFT窗口长度，并藉由提取单一个FFT窗口中的导频信号而获取单一个FFT窗口中导频信号的个数。例如：FFT窗口长度L＝32768*10符元，且当前的FFT窗口包括5600个导频信号。之后，信号能量统计模块241对每个导频信号进行能量计算而获取每个导频信号的能量值。
[0063] 最后，信号能量统计模块241依据每个导频信号的能量值统计各个能量区间所对应的导频信号数量。例如，在前的FFT窗口包括5600个导频信号的范例中，信号能量统计模块241可统计出第一能量区间包括100个导频信号(导频信号数量N1＝100)、第二能量区间包括1000个导频信号(导频信号数量N2＝1000)、第三能量区间包括1500个导频信号(导频信号数量N3＝1500)、第四能量区间包括2000个导频信号(导频信号数量N4＝2000)，且第五能量区间包括1000个导频信号(导频信号数量N5＝1000)。其中，第一能量区间N1为对应至能量值大于512的区间。第二能量区间N2介于能量值256至能量值512之间。第三能量区间N3介于能量值128至能量值256之间。第四能量区间N4介于能量值
64至能量值128之间。第五能量区间N5介于能量值0至能量值64之间。需说明的是，以上所述的能量区间的数目与区分方式仅为示范性说明，并非用以限定本发明。
[0064] 回到图3的流程，在获取对应至各个能量区间的导频信号数量之后，于步骤S302，增益决定模块242依据导频能量参数P1决定理想增益值Gi。进一步来说，增益决定模块242纪录有一门限值THR，并透过比对上述的导频能量参数P1中的多个导频信号数量与门限值而决定理想增益值Gi。进一步来说，增益决定模块242储存有门限值THR与多个理想增益值。这些储存于增益决定模块242的理想增益值例如是0.5、0.8、1、1.5或2等，本发明对此并不限制。增益决定模块242可分别比对导频能量参数P1中的多个导频信号数量与门限值，并依据比对结果来挑选出最适当的理想增益值Gi。
[0065] 举例来说，表1为依据本发明一实施例所列的多个理想增益值与适用条件的范例。
[0066] 表1
[0067]
[0068] 于表1的范例中，透过比对
门槛值THR与导频信号数量N1～N4，增益决定模块242依序判定导频能量参数P1中的导频信号数量N1～N4是否符合第一条件至第四条件。举例来说，假设门限值THR是300，当增益决定模块242判定第二能量区间的导频信号数量N2大于300且第一能量区间的导频信号数量N1小于300，则增益决定模块242决定理想增益值Gi等于0.8。
[0069] 于步骤S303，增益判断模块243依据理想增益值Gi是否等于当前增益值Gn而决定是否改变当前增益值Gn。当增益判断模块243发现当前增益值Gn不等于理想增益值Gi时，增益判断模块243发出增益改变请求request_1至增益改变与信号调整模块244。
[0070] 于步骤S304，当增益判断模块243决定改变当前增益值，增益改变与信号调整模块244依据调整间距st与调整模式调升或调降当前增益值Gn，并利用调升或调降后的当前增益值Gn调整频域信号f1而产生输出信号f2。详细来说，增益改变与信号调整模块244可将当前增益值Gn减去调整间距st而获取更接近理想增益值Gi的当前增益值Gn，或者，增益改变与信号调整模块244可将当前增益值Gn加上调整间距st而获取更接近理想增益值Gi的当前增益值Gn。如此，藉由调整间距st的设定，本发明可避免当前增增益值变动幅度过大而影响OFDM系统的性能。
[0071] 于步骤S304之后，再次回到步骤S301。FFT增益电路240的各元件将循环地执行步骤S301～S304，以依据当下接收的频域信号选择最适当地理想增益值并且据以调整当前增益值。详细来说，随着时间的递增，FFT增益电路240将持续统计对应至不同时间点的导频能量参数，从而适应性地依据当下的频域信号而决定出最适当的理想增益值。也就是说，理想增益值Gi可随时间的变化而不断地被更新。另外，增益改变与信号调整模块244系于调整模式所决定的时机点而周期性地或非周期性地调整当前增益值Gn。也就是说，当前增益值Gn可随时间的变化而不断地被调整而趋近于理想增益值Gi，且理想增益值Gi系根据当下的频域信号的统计特性而被选择出来的。
[0072] 值得一提的是，增益改变与信号调整模块244可于不同的调整模式下而于不同的时间点调整当前增益值Gn。以下将分别列举实施例以详细说明的。
[0073] 图4A是依据本发明一实施例所绘示于第一模式下调整当前增益值并调整频域信号的流程图。请参照图4A，于步骤S401，增益改变与信号调整模块244接收增益改变请求。于步骤S402，当调整模式为第一模式，增益改变与信号调整模块244判断是否接收到频域信号中的帧起始信号，以响应于接收到帧起始信号而调升或调降当前增益值。也就是说，当步骤S402判断为否，代表增益改变与信号调整模块244尚未侦测到OFDM讯框中的帧起始信号，因此增益改变与信号调整模块244于步骤S406不改变并维持当前增益值，并于步骤S405利用未改变的当前增益值Gn调整FFT电路230输出的频域信号f1。
[0074] 另一方面，当步骤S402判断为是，代表增益改变与信号调整模块244侦测到OFDM讯框中的帧起始信号。响应于侦测到帧起始信号，于步骤S403，增益改变与信号调整模块244判断当前增益值Gn是否等于理想增益值Gi。基于步骤S402的判断，增益改变与信号调整模块244以每隔一帧的周期检查当前增益值Gn是否需要调整。当当前增益值Gn等于理想增益值Gi(步骤S403判断为是)，接续步骤S406，增益改变与信号调整模块244不改变并维持当前增益值Gn，并于步骤S405利用已调整成理想增益值Gi的当前增益值Gn调整FFT电路230输出的频域信号f1。
[0075] 另外，当当前增益值Gn不等于理想增益值Gi(步骤S403判断为否)，于步骤S404，增益改变与信号调整模块244将当前增益值Gn加上或减去调整间距st。于步骤S405，增益改变与信号调整模块244利用调升或调降后的当前增益值Gn调整FFT电路230输出的频域信号f1。举例而言，假设理想增益值Gi为1.6、当前增益值Gn为1.0且调整间距st为0.2，在理想增益值Gi不变动的情况下，增益改变与信号调整模块244将在接收到三次帧起始信号之后把当前增益值Gn逐步从1.0调整成1.6。然而，上述假设仅用于示范性说明，并非用以限定本发明。
[0076] 值得一提的是，于步骤S404之后，增益改变与信号调整模块244会将调升或调降后的当前增益值Gn回传至增益判断模块243，致使增益判断模块243更新当前增益值Gn。基此，于步骤S405之后，再次回到步骤S401。也就是说，增益改变与信号调整模块244将循环地执行图4A所示的整体流程，以依据最适当的理想增益值以及更新后的当前增益值来决定调升、调降或不调整当前增益值。举例而言，假设理想增益值Gi为1.6、当前增益值Gn为1.0且调整间距st为0.2。若于当前增益值Gn从1.0被逐步调升为1.6的期间，理想增益值Gi更新为0.8，则增益改变与信号调整模块244将不再继续调升当前增益值Gn而是依据更新后的理想增益值Gi而将当前增益值Gn逐步调降成0.8。然而，上述假设仅用于示范性说明，并非用以限定本发明。
[0077] 图4B是依据本发明一实施例所绘示于第二模式下调整当前增益值并调整频域信号的流程图。请参照图4B，于步骤S411，增益改变与信号调整模块244接收增益改变请求。于步骤S412，当调整模式为第二模式，增益改变与信号调整模块244计数频域信号f1中的符元的符元个数，并判断符元个数是否等于预设值T1，以响应于符元个数等于预设值T1而调升或调降当前增益值Gn。增益改变与信号调整模块244可从暂存器245中读取到所述预设值T1。也就是说，当步骤S412判断为否，代表增益改变与信号调整模块244尚未计数到足够的符元个数，因此增益改变与信号调整模块244于步骤S416不改变并维持当前增益值Gn，并于步骤S415利用未改变的当前增益值Gn调整FFT电路230输出的频域信号f1。
[0078] 另一方面，当步骤S412判断为是，代表增益改变与信号调整模块244计数到足够的符元个数。响应于计数到足够的符元个数，于步骤S413，增益改变与信号调整模块244判断当前增益值Gn是否等于理想增益值Gi。当当前增益值Gn等于理想增益值Gi(步骤S413判断为是)，接续步骤S416，增益改变与信号调整模块244不改变并维持当前增益值Gn，并于步骤S407利用已调整成理想增益值Gi的当前增益值Gn调整FFT电路230输出的频域信号f1。
[0079] 另外，当当前增益值Gn不等于理想增益值Gi(步骤S413判断为否)，于步骤S414，增益改变与信号调整模块244将当前增益值Gn加上或减去调整间距st。于步骤S415，增益改变与信号调整模块244利用调升或调降后的当前增益值Gn调整FFT电路230输出的频域信号f1。可以知道的是，相较于藉由帧起始信号触发当前增益值的调整，藉由计数符元个数来触发当前增益值的调整的方式更为弹性，还可于特定的应用环境中在不影响信号品质的状况下加快调整频率。
[0080] 与图4A相似的是，于步骤S415之后，增益改变与信号调整模块244会将调升或调降后的当前增益值Gn回传至增益判断模块243，致使增益判断模块243更新当前增益值Gn。基此，于步骤S415之后，再次回到步骤S411。也就是说，增益改变与信号调整模块244将循环地执行图4B所示的整体流程，以依据最适当的理想增益值以及更新后的当前增益值来决定调升、调降或不调整当前增益值。
[0081] 综上所述，本发明可藉由统计导频信号的能量值来挑选出更适合当前信号传输环境的理想增益值，并将当前增益值逐步调整为理想增益值，以利用更接近理想增益值的当前增益值来调整快速傅立叶变换电路所输出的频域信号。藉此，不仅可提升OFDM系统中的信号品质，更可因此提升OFDM系统的接收装置的性能。再者，本发明系藉由统计一个OFDM讯框或多个符元内的导频信号的能量值来决定是否调整当前增益值，可进一步避免当前增益值的变动频率过快而影响OFDM接收装置的性能。
[0082] 虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的
申请专利范围所界定者为准。
