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Die
Erfindung betrifft ein digitales Kommunikationsverfahren und eine
digitale Kommunikationsvorrichtung, z. B. zur Übertragung
digitaler Fernsehsignale nach dem DVB, ISDB oder ATSC Standard.
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Zur Übertragung
von digitalen Daten werden diese üblicherweise zunächst
in den I/Q-Signalraum transformiert (Mapping). Dabei werden den
digitalen Daten Punkte im I/Q-Signalraum zugeordnet. Jeder Punkt
im I/Q-Signalraum codiert dabei eine bestimmte Datenmenge. So codiert
zum Beispiel ein I/Q-Signalraumpunkt bei dem Übertragungsverfahren 256-QAM
8 Bit. Jeder I/Q-Signalraumpunkt zeichnet sich dabei durch einen
I-Wert und einen Q-Wert aus. Die I- und Q-Werte werden dabei mit
einer hohen Auflösung gespeichert. D. h. der I- und der
Q-Wert werden jeweils z. B. mit 16 Bit gespeichert. D. h. ein Punkt
im Signalraum wird mit 2 × 16 Bit gespeichert. Die so gespeicherten
I/Q-Signalraumpunkte liegen weiterhin als digitales Signal vor.
Um die Sicherheit einer folgenden Übertragung dieses Signals
zu erhöhen, werden weitere Verarbeitungsschritte an dem digitalen
Signal vorgenommen. So wird eine Verzögerung des Q-Werts
um einen oder mehrere Werte durchgeführt, um eine Trennung
der I- und Q-Werte zu erreichen. Tritt eine Übertragungsstörung
auf, kann zumindest einer der beiden Werte ermittelt werden. Weiterhin
wird ein Interleaving (Verschachtelung) durchgeführt. D.
h. innerhalb einer Interleaving-Dauer werden die Werte geordnet
vertauscht. Insbesondere bei gepulsten Fehlerereignissen erhöht
dies die Signalqualität. Ein solches Übertragungsverfahren
wird zum Beispiel von dem Standard ETSI EN 302 755-DVB-T2
(Version V 1.1.1, 2008-07 Seiten 16–19) gezeigt.
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Nachteilhaft
ist an solchen Übertragungsverfahren, dass sämtliche
Verarbeitungsschritte nach der Übertragung der digitalen
Daten in den I/Q-Signalraum an Daten hoher Bitbreite, z. B. 2 × 16
Bit, durchgeführt werden müssen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Kommunikationsverfahren
und eine Kommunikationsvorrichtung zu schaffen, welche Sendesignale mit
geringem Aufwand erzeugen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des unabhängigen Anspruchs 1 für die Kommunikationsvorrichtung
und durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 6 für
das Kommunikationsverfahren gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung verfügt über
eine Interleaver-Einrichtung (Verschachtelungs-Einrichtung) und
eine Postmapping-Einrichtung (Post-Zuordnungs-Einrichtung). Die Interleaver-Einrichtung
erzeugt durch Vertauschen von Werten eines ersten digitalen Signals
mit einer ersten Bitbreite über einen Interleaving-Zeitraum (Verschachtelungs-Zeitraum)
ein zweites digitales Signal. Die Postmapping-Einrichtung führt
eine Transformation des zweiten digitalen Signals in ein I/Q-Ausgangssignal
mit einer zweiten Bitbreite durch. Die erste Bitbreite ist dabei
geringer als die zweite Bitbreite. So wird eine Reduktion des Speicherbedarfs
der Interleaver-Einrichtung erreicht.
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Die
Kommunikationsvorrichtung verfügt bevorzugt weiterhin über
eine Premapping-Einrichtung (Pre-Zuordnungs-Einrichtung). Die Premapping-Einrichtung
formt bevorzugt ein digitales Eingangssignal mit einer dritten Bitbreite
in das erste digitale Signal um. Das erste digitale Signal ist bevorzugt
ein I/Q-Signal. So sind weitere Verarbeitungsschritte vor dem Interleaving
(Verschachtelung) möglich.
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Die
dritte Bitbreite entspricht bevorzugt der ersten Bitbreite. So wird
eine Reduktion des Speicherbedarfs der Interleaver-Einrichtung erreicht.
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Die
Kommunikationsvorrichtung verfügt vorteilhafterweise über
eine Verzögerungseinrichtung. Die Verzögerungseinrichtung
verzögert zumindest einen Teil des ersten digitalen Signals.
So wird, zusammen mit der nachfolgenden Interleaver-Einrichtung, eine
Reduktion der Anfälligkeit des resultierenden Ausgangssignals
gegenüber gepulsten Kanalstörungen erreicht.
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Die
Postmapping-Einrichtung führt bevorzugt eine Rotation des
I/Q-Ausgangssignals im I/Q-Signalraum durch. So wird eine Rekonstruktion des
gesendeten I/Q-Werts bei Empfang bereits des I-Werts (Inphase-Wert)
oder des Q-Werts (Quadraturphase-Wert) möglich.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft
beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
erstes beispielhaftes Konstellationsdiagramm;
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2 ein
zweites beispielhaftes Konstellationsdiagramm;
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3 ein
drittes beispielhaftes Konstellationsdiagramm;
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4 eine
erste beispielhafte Kommunikationsvorrichtung;
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5 eine
zweite beispielhafte Kommunikationsvorrichtung;
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6 ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kommunikationsvorrichtung, und
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7 ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kommunikationsverfahrens.
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Zunächst
wird anhand der 1–5 die der
gegenwärtigen Erfindung zu Grunde liegende Problematik
erläutert. Mittels 6 wird anschließend
der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gezeigt. Abschließend wird anhand der 7 die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens
erläutert. Identische Elemente wurden in ähnlichen
Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
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1 zeigt
ein erstes beispielhaftes Konstellationsdiagramm. Hier dargestellt
ist eine 4-PSK- oder 4-QAM-Übertragung. Im I/Q-Signalraum
sind 4 Signalraumpunkte 00, 01, 10, 11 angeordnet. Jeder Signalraumpunkt
00, 01, 10, 11 verfügt dabei über einen I-Wert
und Q-Wert. Dabei weisen jeweils zwei Signalraumpunkte 00, 01 und
10, 11 denselben I-Wert auf, während jeweils zwei Signalraumpunkte
00, 10 und 01, 11 denselben Q-Werte aufweisen. Geht bei der Übertragung
der I-Wert oder der Q-Wert verloren, so kann nicht rekonstruiert
werden, welcher Signalraumpunkt 00, 01, 10, 11 ursprünglich
gesendet wurde.
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In 2 wird
ein zweites beispielhaftes Konstellationsdiagramm dargestellt. Es
entspricht weitgehend dem Konstellationsdiagramm aus 1.
Es wurde jedoch eine Rotation der Konstellation durchgeführt.
Die Abstände der Signalraumpunkte 00, 01, 10 und 11 untereinander
sind erhalten geblieben, während jedoch die Winkel der
Signalraumpunkte 00, 01, 10, 11 zum Ursprung des Signalraums jeweils um
denselben Wert verändert wurden. Dies führt dazu,
dass jeder Signalraumpunkt 00, 01, 10, 11 nun über eine
einzigartige Kombination von I- und Q-Werten verfügt. D.
h. bereits aus dem I- oder Q-Wert kann auf den einzelnen Signalraumpunkt
geschlossen werden.
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Deutlich
wird hier jedoch auch, dass die I- und Q-Werte mit einer hohen Auflösung
gespeichert werden müssen, um eine solche Rotation durchführen
zu können. Üblicherweise werden die I- und Q-Werte
jeweils mit einer Bitbreite von 16 Bit gespeichert. D. h. jeder
Signalraumpunkt erfordert 2 × 16 Bit.
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3 zeigt
ein drittes beispielhaftes Konstellationsdiagramm. Um die Übertragungsqualität
eines Signals weiter zu erhöhen, werden der I- und Q-Wert voneinander
getrennt. D. h. der I- und Q-Wert eines einzelnen Signalraumpunkts
werden nicht gleichzeitig übertragen, sondern sie werden
zeitlich gegeneinander verschoben. Dies führt insbesondere
bei zeitlich gepulsten Fehlerereignissen (Burst-Fehlern) während
der Übertragung dazu, dass zumindest der I- oder der Q-Wert
rekonstruiert werden können. So wird beispielsweise der
Q-Wert gegenüber dem I-Wert um einen oder mehrere Abtastwerte
verzögert. Betrachtet man die gleichzeitig übertragenen
I- und Q-Werte, so ergibt sich in Kombination mit der Rotation aus 2 ein
Konstellationsdiagramm, wie es in 3 dargestellt
ist. Die dargestellten Signalraumpunkte entsprechen nun nicht mehr
den Signalraumpunkten 00, 01, 10, 11 aus 1 und 2.
Jeder hier dargestellte Signalraumpunkt entspricht den I- und Q-Werten
zweier unterschiedlicher ursprünglicher Signalraumpunkte
00, 01, 10, 11. Eine Ermittlung des tatsächlich übertragenen
Signalraumpunkts 00, 01, 10, 11 ist nur durch Rückgängigmachen
der Verzögerung und Rotation möglich.
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Insbesondere
bei Übertragungsverfahren mit großer Symbolgröße,
z. B. 256-QAM, ergibt sich so ein sehr unübersichtliches
kaum lesbares Konstellationsdiagramm mit einer Vielzahl von Signalraumpunkten.
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4 zeigt
eine erste beispielhafte Kommunikationsvorrichtung. Eine Verarbeitungseinrichtung 20 ist
mit zwei Digital-Analog-Wandlern 21a, 21b verbunden.
Diese sind mit einer Sendeeinrichtung 22 verbunden. Ein
zu sendendes Signal D wird der Verarbeitungseinrichtung 20 zugeführt.
Die Verarbeitungseinrichtung 20 erzeugt aus dem zu sendenden Signal
D ein Signal im I/Q-Signalraum. Das Signal besteht aus einem I-
und einem Q-Signal. Das I-Signal I wird dem ersten Digital-Analog-Wandler 21a zugeführt.
Das Q-Signal Q wird dem zweiten Digital-Analog-Wandler 21b zugeführt.
Die Analog-Digital-Wandler 21a, 21b erzeugen aus
den Signalen I, Q analoge Signale I(t), Q(t). Die analogen Signale
I(t), Q(t) werden dem Sender 22 zugeführt. Der
Sender 22 erzeugt aus den analogen Signalen I(t), Q(t)
ein gemeinsames analoges Sendesignal S(t). Dieses wird ausgesendet über
z. B. eine Antenne oder eine kabelgebundene Verbindung. Dabei verfügen
die Signale I, Q jeweils über eine hohe Bitbreite, z. B.
16 bit.
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In 5 wird
eine zweite beispielhafte Kommunikationsvorrichtung gezeigt. Hier
ist lediglich eine detaillierte Ansicht einer Verarbeitungseinrichtung, wie
sie auch in der Kommunikationsvorrichtung aus 4 vorkommt,
gezeigt. Eine Mapping-Einrichtung 30 ist mit einer Rotations-Einrichtung 31a und
einer Rotations-/Verzögerungs-Einrichtung 31b verbunden.
Die Rotations-Einrichutng 31a ist weiterhin mit einer Interleaver-Einrichtung 32a verbunden.
Die Rotations-/Verzögerungs-Einrichtung 31b ist
weiterhin mit einer zweiten Interleaver-Einrichtung 32b verbunden.
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Ein
digitales zu sendendes Signal D wird der Mapping-Einrichtung 30 zugeführt.
Die Mapping-Einrichtung 30 erzeugt aus dem digitalen zu
sendenden Signal D ein Signal im I/Q-Signalraum. Das Signal im I/Q-Signalraum
besteht aus einem I-Signal I und einem Q-Signal Q. Die Werte der
I- und Q-Signale I, Q definieren Signalraumpunkte im I/Q-Signalraum.
Wie anhand von 1 und 2 beschrieben
ist jeder Abtastwert des I-Signals I und des Q-Signals Q mit einer
hohen Bitbreite abgetastet. D. h. jeder Wert benötigt einen
hohen Speicherplatz, z. B. 16 Bit. Das digitale I-Signal I wird
der Rotations-Einrichtung 31a zugeführt. Das Q-Signal
Q wird der Rotations-/Verzögerungs-Einrichtung 31b zugeführt.
Die Rotations-Einrichtung 31a und die Rotations-/Verzögerungs-Einrichtung 31b führen
eine Rotation der I/Q-Signale I, Q durch. Eine solche Rotation ist
anhand von 1 und 2 gezeigt.
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Die
Rotations-/Verzögerungs-Einrichtung 31b führt
weiterhin eine Verzögerung des Q-Signal Q durch. Eine solche
Verzögerung ist anhand von 3 näher
beschrieben. Die Rotations-Einrichtung 31a gibt dabei das
digitale Signal Irot aus. Die Rotations-/Verzögerungs-Einrichtung 31b gibt
dabei das Signal Qrot aus. Die rotierten
I/Q-Signale Irot, Qrot werden
den Interleaver-Einrichtungen 32a, 32b zugeführt.
Die Interleaver-Einrichtungen 32a, 32b führen eine
Vertauschung von Werten der jeweiligen Signale Irot,
Qrot innerhalb einer Interleaving-Dauer
durch. Sie geben die Signale Irotint, Qrotint aus.
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Wie
bereits beschrieben, verfügen bereits die I/Q-Signale I,
Q über eine hohe Bitbreite von z. B. 2 × 16 Bit/Symbol.
Die weiteren Verarbeitungsschritte, die Rotation und das Interleaving,
müssen so ebenfalls mit einer hohen Bitbreite durchgeführt
werden. Insbesondere der Interleaving-Schritt erfordert dabei einen
hohen Speicherbedarf, da über die gesamte Interleaving-Dauer
sämtliche I/Q-Werte Irot, Qrot gespeichert werden müssen.
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Die
Ausgangswerte der Interleaver-Einrichtungen 32a, 32b Irotint, Qrotint werden,
wie auch in 4 gezeigt, Digital-Analog-Wandlern
zugeführt. Der Einschub weiterer Verarbeitungsschritte
vor den Digital-Analog-Wandlern ist ebenfalls möglich.
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In 6 wird
ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kommunikationsvorrichtung gezeigt. Auch hier ist lediglich ein Ausschnitt
einer Kommunikationsvorrichtung dargestellt. Der Ausschnitt entspricht
der Detailansicht, welche in 5 gezeigt ist.
Die übrige erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung
entspricht der beispielhaften Kommunikationsvorrichtung aus 4.
Eine Premapping-Einrichtung 40 ist mit einer Verzögerungs-Einrichtung 41 verbunden.
Weiterhin ist die Premapping-Einrichtung 40 mit einer Interleaving-Einrichtung 42a verbunden. Die
Verzögerungs-Einrichtung 41 ist weiterhin mit
einer zweiten Interleaving-Einrichtung 42b verbunden. Die
Interleaving-Einrichtungen 42a, 42b sind jeweils mit
Postmapping-/Rotations-Einrichtungen 43a, 43b verbunden.
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Ein
zu sendendes digitales Signal D wird der Premapping-Einrichtung 40 zugeführt.
Die Premapping-Einrichtung 40 erzeugt aus dem digitalen
Signal D ein Signal im I/Q-Signalraum. Das Signal im I/Q-Signalraum
besteht dabei aus den zwei Teilsignalen I*, Q*. Im Gegensatz zu
den Signalen I, Q aus 5 sind die Signale I*, Q* nicht
mit einer hohen Bitbreite abgetastet. D. h. jeder einzelne Werte
der Signale I* und Q* ist lediglich mit einer geringen Bitbreite
abgetastet. Diese beträgt jeweils mindestens die Hälfte der
Bitbreite, welche für das jeweilige Übertragungsverfahren
notwendig ist. Bei 4-QAM beträgt die Bitbreite des I-Signals
und des Q-Signals jeweils mindestens 1 bit. Alternativ ist auch
eine höhere Bitbreite von z. B. jeweils 8 bit möglich.
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Das
Q-Signal Q* wird der Verzögerungs-Einrichtung 41 zugeführt.
Die Verzögerungs-Einrichtung 41 verzögert
das Q-Signal Q* um einen oder mehrere Q-Werte. Eine solche Verzögerung
ist bereits anhand von 3 näher beschrieben.
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Sie
gibt das Q-Signal Q*Qdel an die Interleaver-Einrichtung 42b weiter.
Das I-Signal I*, welches von der Premapping-Einrichtung 40 erzeugt
wurde, wird direkt der ersten Interleaver-Einrichtung 42a zugeführt.
Die Interleaver-Einrichtungen 42a, 42b führen
jeweils innerhalb einer Interleaving-Dauer eine Vertauschung von
I- und Q-Werten durch. D. h. innerhalb der Interleaving-Dauer werden
die Plätze der I-Werte vertauscht und die Positionen der
Q-Werte vertauscht.
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Die
resultierenden Signale I*int, Q*int werden den Postmapping-/Rotations-Einrichtungen 43a, 43b zugeführt.
Diese erzeugen aus den noch immer mit einer geringen Bitbreite abgetasteten
Signalen I*int, Q*int I-
und Q-Signale, welche mit einer hohen Bitbreite, z. B. jeweils 16
bit abgetastet sind. Weiterhin führen sie eine Rotation
der I- und Q-Signale im Signalraum durch. Eine solche Rotation wurde
bereits anhand von 2 dargestellt.
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Die
Ausgangssignale I*introt, Q*introt der Postmapping-/Rotations-Einrichtungen 43a, 43b werden
Digital-Analog-Wandlern, wie in 4 gezeigt,
zugeführt. Diese wandeln sie in analoge Signale, welche
später gesendet werden. Auch ein Einschub von weiteren
Verarbeitungsschritten zwischen dem Postmappig, bzw. der Rotation
und der Digital-Analog-Wandlung ist möglich.
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Erst
die Ausgangssignale I*introt, Q*introt der Postmapping-/Rotations-Einrichtungen 43a, 43b sind jeweils
mit einer hohen Bitbreite, z. B. 16 Bit/Symbol abgetastet. Sowohl
die Verzögerungseinrichtung 41 wie auch die Interleaving-Einrichtungen 42a, 42b arbeiten
mit Signalen, welche mit lediglich einer geringen Bitbreite, z.
B. 8 Bit/Symbol abgetastet sind. Dies reduziert die Resourcenanforderungen
gegenüber einer herkömmlichen Kommunikationsvorrichtung
erheblich.
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In 7 ist
ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 60 wird
ein Premapping eines zu sendenden Signals durchgeführt.
D. h. das digitale Signal wird in den I/Q-Signalraum übertragen.
Dabei wird jedoch die Bitbreite des Signals nicht oder nur geringfügig
erhöht. Resultierende Q-Signale werden in einem zweiten
Schritt 61 verzögert, d. h. sämtliche Werte
des resultierenden Q-Signals werden gegenüber resultierenden
I-Werten um einen oder mehrere Werte verzögert. Die verzögerten
Q-Signale und die nicht verzögerten I-Signale werden in
einem dritten Schritt 62 einem Interleaving unterzogen.
D. h. die Positionen von I-Werten werden innerhalb einer Interleaving-Dauer
miteinander vertauscht. Ebenfalls werden die Positionen von Q-Werten
innerhalb der Interleaving-Dauer miteinander vertauscht. Die Vertauschung
erfolgt dabei kontrolliert und nachvollziehbar.
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In
einem vierten Schritt 63 werden die Ausgangssignale des
Interleaving einem Postmapping unterzogen. D. h. die Bitbreite der
I- und Q-Werte wird erhöht. So wird eine Bitbreite von
z. B. 16 Bit/Symbol sowohl für die I- wie auch die Q-Werte
erreicht. In einem fünften Schritt 64 wird eine
Rotation des Signalraums durchgeführt. D. h. die Winkel
der Signalraumpunkte, welche durch die I- und Q-Werte gebildet werden,
werden gegenüber dem Signalraumursprung gedreht. Eine solche
Rotation ist anhand von 2 näher beschrieben.
In einem optionalen sechsten Schritt 65 werden weitere
Verarbeitungsschritte an den I- und Q-Signalen durchgeführt.
Z. B. werden Nichtlinearitäten eines folgenden Senders durch
Vorverzerrung der I- und Q-Signale kompensiert.
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In
einem siebten Schritt 66 werden die I- und Q-Signale in
analoge Signale gewandelt und zu einem gemeinsamen Sendesignal kombiniert.
In einem achten Schritt 67 werden die analogen I- und Q-Signale
ausgesendet.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Wie bereits erwähnt, können
unterschiedliche Modulationsverfahren, wie z. B. QAM, PSK, QPSK,
VSB etc. eingesetzt werden. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder
in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung vorteilhaft
miteinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ETSI EN 302
755-DVB-T2 (Version V 1.1.1, 2008-07 Seiten 16–19) [0002]