智能相位切换方法及智能相位切换系统

摘要

提供了一种智能相位切换方法及智能相位切换系统。智能相位切换方法包括设定第一相位切换阈值、收敛上限值及收敛下限值；对接收信号连续取样，以在每一个周期取得接收信号的相位偏移累计值；若在第一预定时间区间内，接收信号的多个相位偏移累计值均落入收敛上限值与收敛下限值之间，更新第一相位切换阈值，以产生第二相位切换上限阈值及第二相位切换下限阈值；以及在第二相位切换上限阈值及第二相位切换下限阈值产生后，继续对接收信号取样，以依据接收信号的相位偏移累计值决定是否将所述接收信号的相位切换至相应的操作点。

说明书

技术领域

本发明描述一种智能相位切换方法及智能相位切换系统，尤指一种应用于时序恢复且能降低系统负担的智能相位切换方法及智能相位切换系统。

背景技术

随着科技日新月异，有线或无线的通信系统已经被应用于日常生活中。由于缆线长度或材料的差异性或无线信道(Wireless Channel)的变化，传送端以及接收端的时序会发生不同步的问题。在传统的时序恢复(Timing Recovery)机制中，接收端会搭配时序误差检测器(Timing Error Detector)检测所接收到的相位差异。接着，接收端会累积相位差异，在利用回路滤波器(Loop Filter)补偿各种相位差异。

在相位差异补偿的机制中，相位切换频率是一个重要的效能指标。当传送端依据累积相位差异将相位切换至相应的操作点时，接收端的等效无线信道或有线信道的环境就会改变。因此，当相位切换频率太大，将会导致系统无法稳定，进而导致通信效率不佳甚至某些组件失常。

例如，在有线通信中，当缆线的长度改变时，其信道响应(Channel Response)的分布也会改变。然而，以目前的标准或设计中，相位切换的标准为预先定义的常数，与缆线长度无关。因此，在没有考虑根据有线信道或无线信道的变化来调整相位切换的标准的情况下，系统的效能将无法进一步提升，且会发生某些组件失常的风险。

发明内容

本发明一实施例提出一种智能相位切换方法。智能相位切换方法包括设定第一相位切换阈值、收敛上限值及收敛下限值，对接收信号连续取样，以在每一个周期取得接收信号道德相位偏移累计值，若在第一预定时间区间内，接收信号的多个相位偏移累计值均落入收敛上限值与收敛下限值之间，更新第一相位切换阈值，以产生第二相位切换上限阈值及第二相位切换下限阈值，以及在第二相位切换上限阈值及第二相位切换下限阈值产生后，继续对接收信号取样，以依据接收信号的相位偏移累计值决定是否将所述接收信号的相位切换至相应的操作点。收敛上限值及收敛下限值为两个绝对值相同的常数。第一相位切换阈值及第二相位切换上限阈值是以所述接收信号的相位偏移累计值为依据推导而得到的。第一相位切换阈值的绝对值与第二相位切换上限阈值的绝对值相同。

本发明另一实施例提出一种智能相位切换系统。智能相位切换系统包括传送端及接收端。传送端用以产生传送信号。接收端用以通过链路接收传送信号，以产生接收信号。接收端包含相位检测器、存储器、相位切换电路及处理器。相位检测器用以检测接收信号的相位。存储器用以储存数据。相位切换电路用以选择性地切换接收信号的相位至相应的操作点。处理器耦接到相位检测器、存储器及相位切换电路，用以执行接收信号的时序恢复程序。处理器设定第一相位切换阈值、收敛上限值及收敛下限值。相位检测器对接收信号连续取样，以在每一个周期取得接收信号的相位偏移累计值，并缓存于存储器中。若在第一预定时间区间内，接收信号的多个相位偏移累计值均落入收敛上限值与收敛下限值之间，处理器更新第一相位切换阈值，以产生第二相位切换上限阈值及第二相位切换下限阈值。在第二相位切换上限阈值及第二相位切换下限阈值产生后，相位检测器继续对接收信号取样。相位切换电路依据接收信号的相位偏移累计值决定是否将所述接收信号的相位切换至相应的操作点。收敛上限值及收敛下限值为两个绝对值相同的常数。第一相位切换阈值及第二相位切换上限阈值是以所述接收信号的相位偏移累计值为依据推导而得到的。第一相位切换阈值的绝对值与第二相位切换上限阈值的绝对值相同。

附图说明

图1为本发明的智能相位切换系统的实施例的方块图。

图2为图1的智能相位切换系统中，决定接收信号的相位变化是否收敛的示意图。

图3为图1的智能相位切换系统中，动态调整相位切换阈值的示意图。

图4为图1的智能相位切换系统中，依据相位偏移累计值切换相位的操作点的流程图。

图5为图1的智能相位切换系统中，以量化方式切换相位的操作点的流程图。

图6为图1的智能相位切换系统执行智能相位切换方法的流程图。

具体实施方式

图1为本发明的智能相位切换系统100的实施例的方块图。智能相位切换系统100包含传送端10以及接收端11。传送端10用以产生传送信号。接收端11用以通过链路L接收传送信号以产生接收信号。链路L可为有线链路或是无线链路。接收端11可包含相位检测器(Phase Detector)11a、存储器11b、相位切换电路11c以及处理器11d。相位检测器11a用以检测接收信号的相位。存储器11b用以储存数据。相位切换电路11c用以选择性地切换接收信号的相位至相应的操作点。处理器11d耦接到相位检测器11a、存储器11b及相位切换电路11c，用以执行接收信号的时序恢复(Timing Recovery)程序。在智能相位切换系统100中，处理器11d可设定第一相位切换阈值、收敛上限值及收敛下限值。相位检测器11a可对接收信号连续取样，以在每一个周期取得接收信号的相位偏移累计值，并缓存于存储器11b中。智能相位切换系统100中具有动态设定相位切换阈值的功能，例如，若在第一预定时间区间内，接收信号的多个相位偏移累计值均落入收敛上限值与收敛下限值之间，处理器11d可更新第一相位切换阈值，以产生第二相位切换上限阈值及第二相位切换下限阈值。并且，在第二相位切换上限阈值及第二相位切换下限阈值产生后，相位检测器11a可继续对接收信号取样。相位切换电路11c可依据接收信号的相位偏移累计值决定是否将相位切换至相应的操作点。收敛上限值及收敛下限值可为两个绝对值相同的常数。第一相位切换阈值及第二相位切换上限阈值可以是以这些相位偏移累计值为依据推导而得到的。并且，第二相位切换上限阈值的绝对值与第二相位切换下限阈值的绝对值相同，或将第二相位切换上限阈值和第二相位切换下限阈值称为正负号相反的两个数值。由于智能相位切换系统100具有动态设定相位切换阈值的能力，故执行接收信号的时序恢复程序时，接收信号的相位不会频繁地在两个相应的操作点之间进行切换。智能相位切换系统100只有在环境真的有需求的情况下才会切换相位，故可以大幅度地降低系统整体负担。智能相位切换系统100执行智能相位切换方法的细节将于后文详述。

图2为智能相位切换系统100中，决定接收信号的相位变化是否收敛的示意图。在图2中，X轴为时间轴。Y轴为相位偏移累计值，其单位为次数。因此，Y轴的尺度可为整数。然而，本发明不限于使用整数或是浮点数来判断收敛程度。收敛上限CUB以及收敛下限CLB可为两个预定的相反的整数。例如，收敛上限CUB可为“+2”。收敛下限CLB可为“-2”。相位检测器11a可连续地检测接收信号的相位并产生相位偏移累计值。若相位偏移累计值在下一个取样时间为增加，则接收信号的相位偏移可视为往正向的次数多一次，表示为“+1”。若相位偏移累计值在下一个取样时间为减少，则接收信号的相位偏移可视为往负向的次数多一次，表示为“-1”。换句话说，在相位检测器11a连续地对接收信号进行多次取样后，相位偏移累计值的变化可以用路径的方式表示。举例而言，当相位检测器11a检测到接收信号的相位偏移连续三次正向时，相位偏移累计值的变化为「+1」、「+1+1＝+2」、「+1+1+1＝+3」，可表示为路径A。当相位检测器11a检测到接收信号的相位偏移连续三次负向时，相位偏移累计值的变化为「-1」、「-1-1＝-2」、「-1-1-1＝-3」，可表示为路径C。当相位检测器11a检测到接收信号的相位偏移两次正向一次负向时，相位偏移累计值的变化为「+1」、「+1+1＝+2」、「+1+1-1＝+1」，可表示为路径B。依据收敛上限CUB以及收敛下限CLB，接收信号为“收敛”的定义为：相位检测器11a检测到接收信号的相位偏移累计值的变化维持在收敛上限CUB与收敛下限CLB之间。例如，接收信号的相位偏移累计值的变化若对应路径B，则接收信号视为收敛状态。并且，依据收敛上限CUB以及收敛下限CLB，接收信号为“非收敛”的定义为：相位检测器11a检测到接收信号的相位偏移累计值的变化在收敛上限CUB或收敛下限CLB之外。例如，接收信号的相位偏移累计值的变化若对应路径A或路径C，则接收信号视为非收敛状态。然而，本发明的收敛上限CUB以及收敛下限CLB并不局限于特定数值，相位偏移累计值的整数权重也不局限于“+1”或“-1”。在图2中任何合理的技术修改都属于本发明所揭露的范畴。

图3为图1的智能相位切换系统100中，动态调整相位切换阈值的示意图。首先，处理器11d可于观察时间区间P1检测接收信号的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，且依据观察时间区间内P1的信噪比，判断信噪比是否满足需求值。并且，处理器11d可预先设定收敛上限CUB、收敛下限CLB以及第一相位切换阈值PSW1。若在观察时间区间P1内，接收信号为收敛稳定，且其信噪比大于阈值，则接收端11可开启智能时序恢复(Smart TimingRecovery，Smart TR)的功能，以执行智能相位切换。接着，在观察时间区间P1之后，于第一预定时间区间T1内，处理器11d可以通过相位检测器11a，在每一个取样周期内记录相位偏移累计值。第一相位切换阈值PSW1在第一预定时间区间T1内可设定为零。换句话说，在第一预定时间区间T1内，若相位偏移累计值大于零，则相位切换电路11c可将相位切换至相应的操作点(下拉)。若相位偏移累计值小于零，则相位切换电路11c可将相位切换至相应的操作点(上拉)。相位检测器11a在每一个取样周期内记录相位偏移累计值的数据，可以将所记录的数据缓存于存储器11b中。并且，若是在第一预定时间区间T1内，某一个相位偏移累计值在收敛上限CUB或收敛下限CLB的范围之外(如差距在正负2的范围之外)，表示接收信号不是稳定收敛，则相位偏移累计值会被清除。处理器11d可等待一段时间，再重新进入第一预定时间区间T1的程序而产生接收信号的相位偏移累计值。若是在第一预定时间区间T1内，相位检测器11a在多个取样周期内记录的多个相位偏移累计值(例如8个)均落入收敛上限CUB与收敛下限CLB之间(如差距在正负2的范围内)，表示接收信号收敛。处理器11d可取得第一预定时间区间T1内，接收信号的多个相位偏移累计绝对值的平均值，并将平均值与权重相乘，以产生第二相位切换上限阈值，并依据第二相位切换上限阈值，产生对应的第二相位切换下限阈值。第二相位切换上限阈值PSWUB2可表示如下：

其中N为预先设定的取样周期数，例如N＝8。abs(θ

PSWLB2＝-PSWUB2

并且，第二相位切换上限阈值PSWUB2和第二相位切换下限阈值PSWLB2可以均为浮点数，或均被量化为整数。

在第二相位切换上限阈值PSWUB2与第二相位切换下限阈值PSWLB2设定完成后，智能相位切换系统100可进入第二预定时间区间T2的程序。类似地，若相位偏移累计值大于第二相位切换上限阈值PSWUB2或小于第二相位切换下限阈值PSWLB2，相位切换电路11c将相位切换至相应的操作点。若相位偏移累计值落在第二相位切换上限阈值PSWUB2与第二相位切换下限阈值PSWLB2之间，处理器11d继续累计接收信号的相位偏移。换句话说，在第二预定时间区间T2中，第二相位切换上限阈值PSWUB2与第二相位切换下限阈值PSWLB2可视为相位切换电路11c判断是否进行相位切换的边界值(Boundaries)。并且，若在第二预定时间区间T2内，接收信号的某一个相位偏移累计值在收敛上限值CUB或收敛下限值CLB的范围之外，则处理器11d可清除存储器11b中存储的相位偏移累计值，并保留第二相位切换上限阈值PSWUB2及第二相位切换下限阈值PSWLB2。之后，处理器11d可通过相位检测器11a重新检测接收信号的多个相位偏移累计值，以重新依据收敛上限值CUB及收敛下限值CLB判断接收信号的相位是否收敛，且重新依据第二相位切换上限阈值PSWUB2及第二相位切换下限阈值PSWLB2决定是否将相位切换至相应的操作点。并且，在相位偏移累计值被清除后，处理器11d可以等待一段时间(如8192T×8，但不限于此，等待时间可以自定义)，且在等待一段时间后，处理器11d可重新产生接收信号的一些相位偏移累计值，以搜集第二相位切换上限阈值PSWUB2及第二相位切换下限阈值PSWLB2的更新统计信息(下一次相位切换阈值的统计信息)。

类似前述的相位切换模式，若在第二预定时间区间T2内，接收信号的多个相位偏移累计值均落入收敛上限值CUB与收敛下限值CLB之间(例如8次都落在收敛范围内)，且多个相位偏移累计值均在第二相位切换上限阈值PSWUB2及第二相位切换下限阈值PSWLB2的范围之外，则处理器11d可更新第二相位切换上限阈值PSWUB2及第二相位切换下限阈值PSWLB2，以产生第三相位切换上限阈值PSWUB3及第三相位切换下限阈值PSWUB3。否则，处理器11d可维持第二相位切换上限阈值PSWUB2及第二相位切换下限阈值PSWLB2的数值。第三相位切换上限阈值PSWUB3的产生公式也类似于前述的统计公式，如

由图3及上述说明可理解，智能相位切换系统100在第一预定时间区间T1、第二预定时间区间T2以及第三预定时间区间T3所用的相位切换阈值均不同。简言之，某个时间区间(次数，例如8次)对相位偏移累计值所做的统计特性，会用来当成产生下一个相位切换阈值的依据。换句话说，智能相位切换系统100可以动态地调整相位切换阈值。因此，由于相位切换阈值可被动态地调整，故可以降低无谓的相位切换频率，缓和后续通信组件的负担。

图4为智能相位切换系统100中，依据相位偏移累计值切换相位的操作点的流程图。切换相位的操作点的流程可包含步骤S401至步骤S406。任何合理的步骤变更都属于本发明所揭露的范畴。步骤S401至步骤S406描述如下：

步骤S401：计算相位偏移累计值；

步骤S402：取样时间是否超过预定时间区间？若是，执行步骤S403及步骤S405；若否，返回步骤S401；

步骤S403：判断相位偏移累计值是否小于或等于相位切换下限阈值？若是，执行步骤S404；若否，返回步骤S401；

步骤S404：将相位的操作点向上拉；

步骤S405：判断相位偏移累计值是否大于或等于相位切换上限阈值？若是，执行步骤S406；若否，返回步骤S401；

步骤S406：将相位的操作点向下拉。

智能相位切换系统100切换相位的操作点的细节已于前文中详述，故于此将不再赘述。简而言之，智能相位切换系统100可依据相位切换上限阈值以及相位切换下限阈值，判断接收信号在进行时序恢复(Timing Recovery)程序时是否要进行相位切换(跳动)。并且，如上述提及，因本发明的智能相位切换系统100可以动态地调整相位切换阈值，故可以降低无谓的相位切换频率，缓和后续通信组件的负担。

图5为智能相位切换系统100中，以量化方式切换相位的操作点的流程图。为了进一步降低系统的运算复杂度，智能相位切换系统100可将浮点数量化为整数，以降低系统的运算复杂度。以量化方式切换相位的操作点的流程包含步骤S501至S510。任何合理的步骤变更都属于本发明所揭露的范畴。步骤S501至步骤S510描述如下：

步骤S501：计算相位偏移累计值；

步骤S502：判断相位增量是否小于-1？若是，执行步骤S504；若否，返回步骤S501；

步骤S503：判断相位增量是否大于1？若是，执行步骤S505；若否，返回步骤S501；

步骤S504：将相位偏移累计值(次数)减1，以更新相位偏移累计值；

步骤S505：将相位偏移累计值(次数)加1，以更新相位偏移累计值；

步骤S506：取样时间是否超过预定时间区间？若是，执行步骤S507及步骤S509；若否，返回步骤S501；

步骤S507：判断相位偏移累计值是否小于或等于相位切换下限阈值？若是，执行步骤S508；若否，返回步骤S501；

步骤S508：将相位的操作点向上拉；

步骤S509：判断相位偏移累计值是否大于或等于相位切换上限阈值？若是，执行步骤S510；若否，返回步骤S501；

步骤S510：将相位的操作点向下拉。

图5所述的切换相位的操作点的方法与图4所述的切换相位的操作点的方法类似，差别之处在于相位偏移累计值的增加量、相位往正向或是往负向偏移的次数、相位切换下限阈值以及相位切换上限阈值均被量化为整数。图5的量化的方式可为，处理器11d将每一个周期的接收信号的相位偏移累计值量化为整数，可视为累积相位偏移的次数。若接收信号的相位偏移大于量化值(如>1)，处理器11d可将相位偏移累计值加上量化值(步骤S505)，表示相位往正向偏移的次数多1。若接收信号的相位偏移小于量化值(如<-1)，处理器11d可将相位偏移累计值扣除量化值(步骤S504)，表示相位往负向偏移的次数多1。基于量化的算法之下，切换相位的操作点的判断方式为，在固定时间内，当累积相位的变动量大于1或小于-1时，就会记数一次。并且，当累积的次数(或称为量化过的相位偏移累计值)大于相位切换上限阈值(也为整数)，或小于相位切换下限阈值(也为整数)，相位切换电路11c就会将相位的操作点，往相反的方向切换。因此，由于智能相位切换系统100可以将相位偏移累计值的增加量、相位往正向或是往负向偏移的次数、相位切换下限阈值以及相位切换上限阈值均量化为整数，故可以降低如相位累积电路或比较电路等等的负担。然而，因为将浮点数量化为整数可能会存在量化误差(Quantization Error)，故图5的流程可能会降低相位变化的敏感度。

图6为智能相位切换系统100执行智能相位切换方法的流程图。智能相位切换方法的流程包含步骤S601至步骤S604。任何合理的步骤变更都属于本发明所揭露的范畴。

步骤S601：设定第一相位切换阈值PSW1、收敛上限值CUB及收敛下限值CLB；

步骤S602：对接收信号连续取样，以在每一个周期取得接收信号的相位偏移累计值；

步骤S603：若在第一预定时间区间T1内，接收信号的多个相位偏移累计值均落入收敛上限值CUB与收敛下限值CLB之间，更新第一相位切换阈值PSW1，以产生第二相位切换上限阈值PSWUB2及第二相位切换下限阈值PSWLB2；

步骤S604：在第二相位切换上限阈值PSWUB2及第二相位切换下限阈值PSWLB2产生后，继续对接收信号取样，以依据接收信号的相位偏移累计值决定是否将相位切换至相应的操作点。

步骤S601至步骤S604的细节已经于前文中描述，故于此将不再赘述。在智能相位切换系统100中，相位切换阈值不是固定的常数，而是可以动态调整的数值。因此，由于智能相位切换系统100的相位切换阈值可被动态地调整，故可以降低无谓的相位切换频率，进一步缓和后续通信组件的负担。

综上所述，本发明描述了一种智能相位切换系统及智能相位切换方法，可应用于接收信号的时序恢复程序，并降低后续通信组件的负担。智能相位切换系统会记录每一个周期的相位偏移累计值的变化，并依据多个相位偏移累计值的统计特性更新目前所用的相位切换阈值。因此，相位切换阈值的更新依据将与接收信号在一段时间内的统计特性有关。因此，智能相位切换系统可适用于各种无线或有线的信道，以及各种的接收信号。并且，由于智能相位切换系统可以动态地调整相位切换阈值，因此可以降低无谓的相位切换频率，进一步缓和后续通信组件的负担。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做出的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

附图标记说明：

100：智能相位切换系统

10：传送端

11：接收端

11a：相位检测器

11b：存储器

11c：相位切换电路

11d：处理器

L：链路

A、B和C：路径

CUB：收敛上限

CLB：收敛下限

PSW1：第一相位切换阈值

PSWUB2：第二相位切换上限阈值

PSWLB2：第二相位切换下限阈值

PSWUB3：第三相位切换上限阈值

PSWLB3：第三相位切换下限阈值

P1：观察时间区间

T1：第一预定时间区间

T2：第二预定时间区间

T3：第三预定时间区间

S401至S406、S501至S510及S601至S604：步骤