阅读说明：本技术 相位恢复优化装置与相位恢复优化方法 (Phase recovery optimization device and phase recovery optimization method ) 是由 卓庭楠 郑凯文 童泰来 于 2018-06-26 设计创作，主要内容包括：一种相位恢复优化装置,适用于一相位恢复电路中的一锁相回路,其中该锁相回路包含一回路滤波器、一振荡器与一相位估测器,其中该相位恢复优化装置包含一相位旋转器,根据分别自该相位估测器与该振荡器所接收的一估计相位与一补偿相位产生一补偿后相位；一变异数计算单元,根据该补偿后相位计算一补偿后相位变异数；以及一增益系数优化单元,根据该补偿后相位变异数调整该回路滤波器的增益系数。(A phase recovery optimization device is suitable for a phase-locked loop in a phase recovery circuit, wherein the phase-locked loop comprises a loop filter, an oscillator and a phase estimator, wherein the phase recovery optimization device comprises a phase rotator for generating a compensated phase according to an estimated phase and a compensated phase received from the phase estimator and the oscillator respectively; a variance calculating unit for calculating a compensated phase variance according to the compensated phase; and a gain coefficient optimizing unit for adjusting the gain coefficient of the loop filter according to the compensated phase variation.)

相位恢复优化装置与相位恢复优化方法

技术领域

本发明是关于通信系统领域，尤其是关于相位恢复优化装置与相位恢复优化方法。

背景技术

在通信系统中，传送端会将数据进行处理、调变、滤波、放大后再传送至一或多个接收端，传送信号在抵达接收端前，通常会受到路径耗损(path loss)、多重路径干扰(multipath interference)及其他种类的信号弱化(signal degradation)。接收端会对传送信号进行各类型的调节，并对调节后的信号进行解调，以恢复传送数据。

在解调的过程中，接收端常采用相位恢复电路来移除存在于传送端振荡器与接收端振荡器间的相位变化，相位恢复电路则常结合一锁相回路(phase-locked loop,PLL)来追踪并移除相位变化。一般而言，锁相回路包含一回路滤波器(loop filter)，其中回路滤波器的增益系数均为固定値，其是根据一假定的相位变化进行优化。然而，实际的相位变化很可能不同于假定的相位变化，因此损害了相位恢复电路的效能。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种相位恢复优化装置与方法，其可根据实际相位变化动态地调整回路滤波器的增益系数。

本发明揭露一种相位恢复优化装置，适用于一相位恢复电路中的一锁相回路，其中该锁相回路包含一回路滤波器、一振荡器与一相位估测器，其中该相位恢复优化装置包含一相位旋转器，根据分别自该相位估测器与该振荡器所接收的一估计相位与一补偿相位产生一补偿后相位；一变异数计算单元，根据该补偿后相位计算一补偿后相位变异数；以及一增益系数优化单元，根据该补偿后相位变异数调整该回路滤波器的增益系数。

本发明另揭露一种相位恢复优化方法，适用于一相位恢复电路中的一锁相回路，其中该锁相回路包含一回路滤波器、一振荡器与一相位估测器，其中该相位恢复优化方法包含根据分别自该相位估测器与该振荡器所接收的一估计相位与一补偿相位产生一补偿后相位；根据该补偿后相位计算一补偿后相位变异数；以及根据该补偿后相位变异数调整该回路滤波器的增益系数。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1显示习知的一相位恢复电路的方块图；

图2显示本发明一实施例中一帧的范例示意图；

图3显示本发明一实施例中一相位恢复电路的方块图；

图4显示本发明一实施例中一相位恢复优化装置的一细部方块图；

图5显示本发明一实施例中调整回路滤波器增益系数的流程图；以及

图6显示本发明一实施例中步骤S520的细部流程图。

符号说明

100、300 相位恢复电路

110、310 相位旋转器

120、320 相位误差侦测器

130、330 回路滤波器

140、340 振荡器

150、350 相位估测器

132、134、332、334 乘法器

136、336 累加器

138、338、362 加法器

360 相位恢复优化装置

364 变异数计算单元

366 增益系数优化单元

R 信号

φ_O 补偿相位

R’ 补偿后信号

φ_est 估测相位

K_P、K_I 增益系数

FRA 帧

H 标头子帧

D0～Dn 数据子帧

P1～Pn 导引子帧

θ_ML 最大似然相位

y_i 已知符元

m_i 已知数据

θ_ML’ 补偿后最大似然相位

V 补偿后相位变异数

Vp 先前补偿后相位变异数

Vc 目前补偿后相位变异数

S510～S540 步骤

具体实施方式

图1为习知的一相位恢复电路100的方块图。相位恢复电路100包含一相位旋转器(phase rotator)110、一相位误差侦测器(phase error detector，PED)120、一回路滤波器(loop filter)130、一振荡器140以及一相位估测器(phase estimator)150。经过相位恢复电路100的前级电路处理后的信号R被输入相位恢复电路100，以估计并补偿信号R中的相位误差。

详细来说，信号R被输入相位旋转器110并与振荡器140输出的一补偿相位φ_O混和，以产生一补偿后信号R’，实作上，相位旋转器110可为一乘法器。相位误差侦测器120根据补偿后信号R’产生一估测相位φ_est，其用来作为一相位追踪参数并被输入至回路滤波器130。回路滤波器130包含乘法器132、134、累加器136及加法器138，其中乘法器132构成一具有增益系数K_P的比例滤波器(proportional filter)，乘法器134与累加器(accumulator)136构成一具有增益系数K_I的积分滤波器(integral filter)。估测相位φ_est被并行输入比例滤波器与积分滤波器，比例滤波器用乘法器132将估测相位φ_est乘上增益系数K_P；平行地，积分滤波器则用乘法器134将估测相位φ_est乘上增益系数K_I，接着将结果K_I*φ_est送到累加器136进行累加。接着，加法器138将乘法器132与累加器136的输出相加，并将结果送至振荡器140，振荡器140再根据加法器138的输出结果产生补偿相位φ_O，实作上，振荡器140可为一数值控制振荡器(numerically controlled oscillator，NCO)。在一实施例中，补偿相位φ_O的起始值可由相位估测器150提供，相位估测器150可利用最大似然(MaximumLikelihood，ML)估计法，根据一帧(frame)中的已知数据(known data)产生一最大似然相位θ_ML作为补偿相位φ_O的起始值。请参阅图2，图2为一帧FRA的范例示意图，帧FRA包含一标头子帧H、多个数据子帧D0～Dn及多个导引子帧P1～Pn，每个子帧均包含多个符元(symbol)，举例来说，标头子帧H可包含90个符元，导引子帧P1可包含36个符元，其中标头子帧H与多个导引子帧P1～Pn属于已知数据，因此可利用标头子帧H与多个导引子帧P1～Pn的已知符元来计算实际的相位误差，最大似然相位θ_ML可用下式表示:

其中，y_i代表为信号R中的一已知符元(symbol)，m_i代表该符元的已知数据。举例来说，相位估测器150可利用标头子帧H的90个已知符元来产生一最大似然相位θ_ML作为补偿相位φ_O之起始值，接着相位旋转器110将数据子帧D0中的一符元与振荡器140输出的补偿相位φ_O混和，以产生一补偿后信号R’，相位误差侦测器120根据补偿后信号R’产生一估测相位φ_est，估测相位φ_est经过回路滤波器130滤波后输入振荡器140以产生更新的补偿相位φ_O，用来补偿数据子帧D0中的下一符元。以此类推，补偿数据子帧D0中的所有符元。

然而，回路滤波器140的增益系数K_P、K_I通常为一固定値，而无法随实际信道状况进行调整，损害了相位恢复电路的效能。因此，本发明透过一相位恢复优化装置来动态调整回路滤波器140的增益系数，以提升整体相位恢复电路的效能。图3为本发明实施例一相位恢复电路300的方块图，相较于习知的相位恢复100，相位恢复电路300更包含一相位恢复优化装置360，其耦接于振荡器340与相位估测器350，分别自振荡器340与相位估测器350接收一补偿相位φ_O与一最大似然相位θ_ML，用该补偿相位φ_O补偿该最大似然相位θ_ML以产生一补偿后最大似然相位θ_ML’，并根据补偿后最大似然相位θ_ML’的一变异数(variance)来调整回路滤波器340的增益系数K_P、K_I。

详细来说，以图2为例，假设数据子帧D0是以增益系数k_p、k_i进行相位估测与补偿，振荡器340会将根据数据子帧D0最后一符元所产生的补偿相位φ_O传送至相位恢复优化装置360；平行地，相位估测器350会将根据导引子帧P1的36个已知符元所产生的最大似然相位θ_ML传送至相位恢复优化装置360。请参阅图4，图4是为相位恢复优化装置360的一细部方块图，如图4所示，相位恢复优化装置360包含一加法器362、一变异数计算单元364与一增益系数优化单元366。相位恢复优化装置360中的加法器362利用补偿相位φ_O补偿最大似然相位θ_ML以产生一补偿后最大似然相位θ_ML’。相似地，数据子帧D1是以增益系数k_p、k_i进行相位估测与补偿，振荡器340会将根据数据子帧D1最后一符元所产生的补偿相位φ_O传送至相位恢复优化装置360；平行地，相位估测器350会将根据导引子帧P2的36个已知符元所产生的最大似然相位θ_ML传送至相位恢复优化装置360，相位恢复优化装置360中的加法器362利用补偿相位φ_O补偿最大似然相位θ_ML以产生另一补偿后最大似然相位θ_ML’。以此类推，加法器362会输出多个补偿后最大似然相位θ_ML’，变异数计算单元364则根据多个补偿后最大似然相位θ_ML’计算对应于增益系数k_p、k_i的一补偿后相位变异数V。根据理想的增益系数K_P、K_I估计出来的补偿相位φ_O会近似于最大似然相位θ_ML，所以利用补偿相位φ_O补偿最大似然相位θ_ML所产生的一补偿后最大似然相位θ_ML’会近似于0，因此补偿后相位变异数V越趋近于0代表其对应的增益系数K_P、K_I越好，故增益系数优化单元366可根据补偿后相位变异数V来调整增益系数K_P、K_I。

详细来说，请参阅图5，图5为调整增益系数的一流程图。首先，增益系数优化单元366会先将调整前的增益系数储存起来(步骤S510)，作为判断是否要继续调整增益系数的依据。举例来说，若调整前的增益系数K_P＝k_p、K_I＝k_i，增益系数优化单元366则会将k_p、k_i储存起来。接着，增益系数优化单元366会先调整增益系数K_P、K_I中之一，在本实施例中，增益系数优化单元366先调整增益系数K_P(步骤S520)，再调整增益系数K_I(步骤S530)，在其他实施例中，增益系数优化单元366亦可先调整增益系数K_I，再调整增益系数K_P。

图6为步骤S520的一细部流程图。首先，增益系数优化单元366朝一趋势调整增益系数K_P(步骤S521)，举例来说，增益系数优化单元366可增加增益系数K_P，使K_P＝k_p+1>k_p，而对应于增益系数k_p+1、k_i的一补偿后相位变异数Vp+1可如前述的方式被产生。接着，增益系数优化单元366会比较一先前补偿后相位变异数Vp与一目前补偿后相位变异数Vc(步骤S522)，以决定是否继续朝该趋势调整增益系数K_P，此时，先前补偿后相位变异数Vp＝V，其对应于调整前增益系数k_p、k_i；目前补偿后相位变异数Vc＝Vp+1，其对应于调整后增益系数k_p+1、k_i。

在步骤S522中，若目前补偿后相位变异数Vc小于先前补偿后相位变异数Vp，代表调整后的增益系数比较好，因此增益系数优化单元366会继续朝该趋势调整增益系数K_P(步骤S523)，在此例中，增益系数优化单元366会继续增加增益系数K_P，使K_P＝k_p+2>k_p+1，而对应于增益系数k_p+2、k_i的一补偿后相位变异数Vp+2可如前述的方式被产生。接着，增益系数优化单元366会比较一先前补偿后相位变异数Vp与一目前补偿后相位变异数Vc(步骤S524)，以决定是否继续调整增益系数K_P，此时，先前补偿后相位变异数Vp＝Vp+1，其对应于调整前增益系数k_p+1、k_i；目前补偿后相位变异数Vc＝Vp+2，其对应于调整后增益系数k_p+2、k_i。在步骤S524中，若目前补偿后相位变异数Vc大于先前补偿后相位变异数Vp，代表调整后的增益系数较差，因此增益系数优化单元366会取消前次对增益系数K_P的调整(步骤S525)，使增益系数K_P由k_p+2恢复为k_p+1，并结束对增益系数K_P的调整，换句话说，最后增益系数K_P＝k_p+1；在步骤S524中，若目前补偿后相位变异数Vc小于先前补偿后相位变异数Vp，代表调整后的增益系数较好，因此增益系数优化单元366会继续朝该趋势调整增益系数K_P(步骤S523)，在此例中，增益系数优化单元366会继续增加增益系数K_P，使K_P＝k_p+3>k_p+2，直至目前补偿后相位变异数Vc大于先前补偿后相位变异数Vp，结束对增益系数K_P的调整为止。

在步骤S522中，若目前补偿后相位变异数Vc大于先前补偿后相位变异数Vp，代表调整后的增益系数比较差，因此增益系数优化单元366会取消前次对增益系数K_P的调整，并朝一相反趋势调整增益系数K_P(步骤S526)，在此例中，增益系数优化单元366会减少增益系数K_P使K_P＝k_p-1<k_p，而对应于增益系数k_p-1、k_i的一补偿后相位变异数Vp-1可如前述的方式被产生。接着，增益系数优化单元366会比较一先前补偿后相位变异数Vp与一目前补偿后相位变异数Vc(步骤S527)，此时，先前补偿后相位变异数Vp＝V，其对应于调整前增益系数k_p、k_i；目前补偿后相位变异数Vc＝Vp-1，其对应于调整后增益系数k_p-1、k_i。在步骤S527中，若目前补偿后相位变异数Vc大于先前补偿后相位变异数Vp，代表调整后的增益系数较差，因此增益系数优化单元366会取消前次对增益系数K_P的调整(步骤S525)，即将增益系数K_P由k_p-1恢复为k_p，并结束对增益系数K_P的调整，换句话说，最后增益系数K_P＝k_p；在步骤S527中，若目前补偿后相位变异数Vc小于先前补偿后相位变异数Vp，代表调整后的增益系数较好，因此增益系数优化单元366会继续朝该相反趋势调整增益系数K_P(步骤S526)，在此例中，增益系数优化单元366会继续减少增益系数K_P使K_P＝k_p-2<k_p-1，直至目前补偿后相位变异数Vc大于先前补偿后相位变异数Vp，结束对增益系数K_P的调整为止。

增益系数优化单元366在结束对调整增益系数K_P的调整后(步骤S520)，接着会调整增益系数K_I(步骤S530)，由于两者的调整方式相似，相关细节可参考图6，于此不再赘述。

在对增益系数K_P、K_I的调整均结束后，增益系数优化单元366接着会根据在步骤S510所储存的该调整前增益系数，判断增益系数K_P、K_I是否调整完成(步骤S540)，以决定是否再次调整增益系数K_P、K_I。

在一实施例中，增益系数优化单元366可藉由比较调整前后的增益系数K_P、K_I是否相同，来判断增益系数K_P、K_I是否调整完成。若调整前后的增益系数K_P、K_I相同，代表增益系数K_P、K_I调整完成，则增益系数优化单元366便不会对增益系数K_P、K_I再次进行调整，接下来相位恢复电路300便以调整完成后的增益系数K_P、K_I估计并补偿信号R中的相位误差，直到例如用户切换频道时，增益系数优化单元366才会再重新对增益系数K_P、K_I进行调整。以调整前的增益系数K_P＝k_p、K_I＝k_i为例，若经步骤S520、S530调整后的增益系数K_P＝k_p、K_I＝k_i，则增益系数优化单元366便不会对增益系数K_P、K_I再次进行调整，相位恢复电路300便以调整完成后的增益系数K_P＝k_p、K_I＝k_i估计并补偿信号R中的相位误差。若调整前后的增益系数K_P、K_I不同，代表增益系数K_P、K_I尚未调整完成，则增益系数优化单元366会对增益系数K_P、K_I再次进行调整(回到步骤S510)。以调整前的增益系数K_P＝k_p、K_I＝k_i为例，若经步骤S520、S530调整后的增益系数K_P＝k_p+1、K_I＝k_i，则增益系数优化单元366会对增益系数K_P、K_I再次进行调整，直到增益系数K_P、K_I的调整完成。

在另一实施例中，增益系数优化单元366亦可藉由判断调整前后的增益系数K_P、K_I的差异是否小于一预定阈値，来判断增益系数K_P、K_I是否调整完成(步骤S540)。若调整前后的增益系数K_P、K_I的差异小于该预定阈値，代表增益系数K_P、K_I调整完成；反之，代表增益系数K_P、K_I尚未调整完成。

在另一实施例中，若增益系数K_P、K_I尚未调整完成(步骤S540)，代表目前用来计算补偿后相位变异数V的样本数可能太小，而无法有效去除噪声，因此相位恢复优化装置360会增加用来计算补偿后相位变异数V的样本数，来再次对增益系数K_P、K_I进行调整。

综上所述，本发明根据补偿后相位变异数，动态调整回路滤波器的增益系数，以提升整体相位恢复电路的效能。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。