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Die gegenwärtige Erfindung betrifft ein Messgerät und ein Messverfahren zur Bestimmung eines aktiven Kanals unter einer Mehrzahl von Kanälen bekannter Frequenzen, insbesondere eines LTE TDD PRACH-Kanals.
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Zur Bestimmung eines aktiven Kanals unter mehreren in Frage kommenden Kanälen wird üblicherweise nacheinander jeder einzelne in Frage kommende Kanal eingestellt und anschließend ermittelt, ob auf dem jeweiligen Kanal ein Signal zu empfangen ist. So zeigt beispielsweise das US-Patent
US 5,371,550 B1 einen Fernseh-Empfänger, bei welchem aktive Kanäle anhand eines oben dargestellten Kanalsuchlaufs ermittelt werden. Derartige Verfahren sind nachteilig, da sie eine zeitaufwendige Justierung des Empfangs auf jeden einzelnen der Kanäle erfordern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät und ein Messverfahren zu schaffen, welche einen aktiven Kanal unter einer Mehrzahl von Kanälen bekannter Frequenzen ermitteln können, ohne einen großen Zeitaufwand zu erfordern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Messgerät durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und für das Verfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Messgerät dient der Bestimmung eines aktiven Kanals aus einer Mehrzahl von Kanälen bekannter Frequenzen. Es verfügt dabei über eine Verarbeitungseinrichtung, welche wiederum über eine Transformationseinrichtung verfügt. Die Transformationseinrichtung ist dabei ausgebildet, um das Signal, welches den aktiven Kanal enthält, oder ein von diesem Signal abgeleitetes Signal in den Frequenzbereich zu transformieren. Die Verarbeitungseinrichtung beinhaltet weiterhin eine Detektionseinrichtung, welche ausgebildet ist, um den aktiven Kanal in dem Signal im Frequenzbereich zu detektieren. Somit ist es möglich, das gesamte Signal, d.h. sämtliche in Frage kommende Kanäle, gleichzeitig zu untersuchen und in einem Arbeitsgang festzustellen, welcher Kanal der aktive Kanal ist.
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Bevorzugt weist die Detektionseinrichtung weiterhin eine Filtereinrichtung auf, welche ausgebildet ist, um einen gleitenden Mittelwert eines von dem Signal im Frequenzbereich abgeleiteten Signals zu bilden. Durch Bildung des gleitenden Mittelwerts kann auf einfache Weise die in dem Signal im Frequenzbereich vorhandene Information weiter verdichtet werden, damit sie einfacher auszuwerten ist.
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Bevorzugt verfügt die Detektionseinrichtung weiterhin über eine Leistungsbestimmungseinrichtung, welche dazu dient, die Leistung des Signals im Frequenzbereich zu bestimmen. Das von der Filtereinrichtung verarbeitete Signal ist dabei die Leistung des Signals im Frequenzbereich. Durch die Leistungsbestimmung wird es weiterhin erleichtert, den aktiven Kanal zu bestimmen, indem die Information in dem Signal verdichtet wird.
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Vorteilhafterweise beinhaltet die Detektionseinrichtung eine Maxima-Bestimmungseinrichtung, welche ausgebildet ist, um ein Maximum des gleitenden Mittelwerts zu bestimmen. So können die tatsächlichen Maxima auf einfache Art und Weise bestimmt werden.
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Die Detektionseinrichtung beinhaltet bevorzugt weiterhin eine Kanalbestimmungseinrichtung, welche ausgebildet ist, um basierend auf den zu den ermittelten Maxima gehörenden Frequenzindizes den aktiven Kanal mittels einer Wertetabelle zu bestimmen. Somit kann mit sehr geringem Rechenaufwand der aktive Kanal ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise weist das Messgerät weiterhin eine Empfangseinrichtung auf, welche ausgebildet ist, um das Signal zu empfangen und zu digitalisieren. So kann ohne weitere externe Komponenten die gesamte Verarbeitung des Signals rein im Messgerät erfolgen.
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Vorzugsweise beinhaltet die Verarbeitungseinrichtung weiterhin eine Verifikationseinrichtung, welche ausgebildet ist, um zu überprüfen, ob ein gesamtes zu untersuchendes Spektrum, welches von der Transformationseinrichtung ausgegeben wurde, untersucht wurde und basierend hierauf zu ermitteln, ob der aktive Kanal gültig ist. Somit können Fehlausgaben ausgeschlossen werden, welche entstehen können, bevor das gesamte Spektrum untersucht wurde.
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Das Signal ist vorzugsweise ein LTE-Signal. Der aktive Kanal ist dann ein LTE TDD PRACH-Kanal. Somit kann das erfindungsgemäße Messgerät und Messverfahren eingesetzt werden, um zu bestimmen, auf welchem Kanal der LTE TDD PRACH-Kanal tatsächlich gesendet wird.
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Bevorzugt weist das Messgerät weiterhin einen Speicher zur Bestimmung einer zu dem ermittelten aktiven Kanal gehörigen Frequenz und einen Oszillator zum Heruntermischen des Signals oder eines von dem Signal abgeleiteten Signals mit einem Oszillatorsignal der zu dem aktiven Kanal gehörigen Frequenz auf. So kann eine sehr einfache und hochgenaue Weiterverarbeitung des Signals erfolgen.
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Ein erfindungsgemäßes Messverfahren dient der Bestimmung eines aktiven Kanals aus einer Mehrzahl von Kanälen bekannter Frequenzen in einem Signal. Zunächst wird eine Transformation eines von dem Signal abgeleiteten digitalen Signals in den Frequenzbereich durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Detektion des aktiven Kanals in dem Signal im Frequenzbereich. So kann mit sehr geringem Rechenaufwand und sehr geringem Zeitaufwand der aktive Kanal bestimmt werden.
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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 Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts in einem Blockschaltbild;
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2 eine Detailansicht des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messgeräts in einem Blockschaltbild;
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3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messgeräts, und
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4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messverfahrens in einem Ablaufdiagramm.
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Zunächst werden anhand der 1–3 der Aufbau und die Funktionsweise unterschiedlicher Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Messgeräts erläutert. Anhand von 4 wird anschließend auf die genaue Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens eingegangen. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts 1 dargestellt. Ein Signal 2 beinhaltet Nchannels mögliche aktive Kanäle. Davon ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gleichzeitig jedoch nur ein einziger Kanal aktiv. Das Messgerät und das Messverfahren sind jedoch ebenfalls in der Lage, mehrere aktive Kanäle zu detektieren.
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Das Messgerät 1 beinhaltet eine Empfangseinrichtung 10, welche mit einer Verarbeitungseinrichtung 11 verbunden ist. Dies ist mit einer Anzeigeeinrichtung 12 verbunden. Weiterhin beinhaltet das Messgerät eine Steuereinrichtung 13, welche mit der Empfangseinrichtung 10, der Verarbeitungseinrichtung 11 und der Anzeigeeinrichtung 12 verbunden ist.
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Das Signal 2 wird von der Empfangseinrichtung 10 empfangen und digitalisiert. Das digitalisierte Signal 30 wird an die Verarbeitungseinrichtung 11 weitergeleitet, welche ausgebildet ist, um das digitalisierte Signal 30 in den Frequenzbereich zu transformieren und den aktiven Kanal zu detektieren. Auf die genaue Funktion der Verarbeitungseinrichtung 11 wird anhand von 2 näher eingegangen. Der aktive Kanal wird von der Verarbeitungseinrichtung 11 an die Anzeigeeinrichtung 12 weitergeleitet und von dieser dargestellt. Die Empfangseinrichtung 10, die Verarbeitungseinrichtung 11 und die Anzeigeeinrichtung 12 werden dabei von der Steuereinrichtung 13 gesteuert.
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2 zeigt eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Messgeräts 1 aus 1. Hier dargestellt ist lediglich die Verarbeitungseinrichtung 11. Auf die Darstellung von für die Erfindung nicht wesentlichen Komponenten der Verarbeitungseinrichtung 11 wurde hier der Übersichtlichkeit halber verzichtet. So sind nicht sämtliche für den Empfang und die Verarbeitung des Signals notwendigen Komponenten im Detail dargestellt.
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Die Verarbeitungseinrichtung 11 beinhaltet eine Transformationseinrichtung 20, welche verbunden ist mit der Empfangseinrichtung 10 aus 1. Weiterhin ist sie verbunden mit einer Detektionseinrichtung 28. Die Detektionseinrichtung 28 wiederum ist mit einer Verifikationseinrichtung 27 verbunden.
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Die Detektionseinrichtung 28 beinhaltet dabei eine Speichereinrichtung 21, welche mit der Transformationseinrichtung 20 verbunden ist. Die Speichereinrichtung 21 ist weiterhin mit einer Leistungsbestimmungseinrichtung 22 verbunden, welche wiederum mit einer Filtereinrichtung 23 verbunden ist. Die Filtereinrichtung 23 ist mit einer Maxima-Bestimmungseinrichtung 24 verbunden, welche ihrerseits mit einer Kanalbestimmungseinrichtung 29 verbunden ist. Die Kanalbestimmungseinrichtung 29 beinhaltet dabei eine Additionseinrichtung 25, welche mit der Maxima-Bestimmungseinrichtung 24 verbunden ist und einen Speicher 26, welcher mit der Additionseinrichtung 25 verbunden ist. Der Speicher 26 wiederum ist mit der Verifikationseinrichtung 27 verbunden. Die in 2 von der Verarbeitungseinrichtung beinhalteten Elemente 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 und 27 werden dabei gemeinsam als Kanaldetektor 40 bezeichnet.
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Das digitalisierte Signal
30, welches bevorzugt aus I/Q-Abtastwerten besteht, wird von der Empfangseinrichtung
10 an die Transformationseinrichtung
20 übertragen. Die Transformationseinrichtung
20 transformiert das Signal
30 in den Frequenzbereich und erzeugt so das Signal im Frequenzbereich
31.
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Dabei ist X(k) das Signal im Frequenzbereich 31, x(n) das Signal im Zeitbereich, k der Frequenzindex und NDFT die Fensterlänge einer diskreten Fourier-Transformation, welche zur Umwandlung des Signals in dem Frequenzbereich genutzt wird.
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Das Signal im Frequenzbereich 31 wird der Speichereinrichtung 21 zugeführt und von dieser abgespeichert. Ein aus der Speichereinrichtung 21 ausgelesenes Signal 32, welches inhaltlich vollständig dem Signal 31 entspricht, wird der Leistungsbestimmungseinrichtung 22 zugeführt, welche die Leistung jedes Abtastwertes des Signals 32 bestimmt und als Signal 33 ausgibt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird auf die Speichereinrichtung 21 verzichtet. Das Signal 31 wird dort direkt der Leistungsbestimmungseinrichtung 22 zugeführt.
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Das resultierende Signal
33 wird an die Filtereinrichtung
23 übertragen. Diese bestimmt einen gleitenden Mittelwert des Signals
33 und gibt ihn als Signal
34 aus.
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Y(k) entspricht dabei dem gleitenden Mittelwert 34 des Signals 33, r ist ein Index der Mittelwertbildung, k ist der oben beschriebene Frequenzindex.
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Die Maxima-Bestimmungseinrichtung
24 wird mit dem Signal
34 beaufschlagt und bestimmt bei einem aktiven Kanal das Maximum und bei mehreren aktiven Kanälen die Maxima in dem Signal
34 samt zugehörigen Frequenzindizes k
max(k) und gibt diese (k
max(k)) als Signal
35 an die Kanalbestimmungseinrichtung
29 aus.
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kmax(k) ist dabei der Frequenzindex zum bis zum Frequenzindex k aufgetretenen Maximalwert von Y(k) so dass gilt: Y(n) ≤ Y(kmax(k)) für alle n ≤ k.
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Die Kanalbestimmungseinrichtung 29 ermittelt nun basierend auf zu den Maxima gehörenden Frequenzenindizes kmax(k), welche von dem Signal 35 angezeigt werden, die aktiven Kanäle bzw. den aktiven Kanal. Die Additionseinrichtung 25 subtrahiert zunächst zu den Frequenzindizes, bei welchen die Maxima bzw. das Maximum detektiert wurden, die Hälfte der Fensteränge L des gleitenden Mittelwertfilters, um die Verzögerung durch den Mittelwertfilter auszugleichen. Ein resultierendes Signal 36 adressiert den Speicher 26 in dem zu jedem Frequenzindex k (0 <= k <= NDFT – 1) die zugehörige Kanalnummer (0 <= Kanalnummer <= Nchannels – 1) hinterlegt ist (je nach Kanalbandbreite umfasst ein Kanal mehrere Frequenzindizes). Auf diese Weise werden der oder die aktiven Kanäle bestimmt. Hierzu wird aus dem Speicher für jeden zu einem detektierten Maximum gehörigen Frequenzindex die zugehörige Kanalnummer ausgelesen.
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Optional gibt der Speicher 26 die so ermittelten Kanäle bzw. den so ermittelten Kanal bereits als Ergebnis aus. Alternativ wird von der Verifikationseinrichtung 27 eine Verifikation der Ergebnisse durchgeführt. D.h. die Verifikationseinrichtung 27 überprüft, ob das gesamte zu untersuchende Spektrum untersucht wurde und markiert erst danach einen ermittelten Kanal als gültig. Die Verifikationseinrichtung kann optional weitere Überprüfungen durchführen, z.B. ob ein detektiertes Maximum ausreichend hoch ist, um eine genügende Signifikanz aufzuweisen, um als aktiver Kanal zu gelten.
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Insbesondere ist das Messgerät einsetzbar, um zu ermitteln, welcher PRACH Kanal bei LTE TDD gerade genutzt wird. Die Zahl potentieller Kanäle ist dabei eindeutig festgelegt. Die Frequenzen der Kanäle sind durch den Standard bekannt. Um den PRACH Kanal empfangen zu können, muss zunächst ermittelt werden, auf welchem Kanal er ausgesendet wird.
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In einer exemplarischen LTE Zelle liegt die folgende Konfiguration vor:
Zellenbandbreite = 15MHz
PRACH Konfigurationsindex = 57
UL/DL Konfiguration = 3
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Beim PRACH Konfigurationsindex 57 gilt
Nchannels = 6
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Es wird folgende Empfängerkonfiguration eingesetzt:
Abtastfrequenz fs = 30,72 MHz
NDFT = 1024
L = 36
Offset = L/2 = 18
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Dabei ist L die Fensterlänge des gleitenden Mittelwertfilters. L wird passend zu der Signalbandbreite gewählt:
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B ist die Kanalbandbreite, fs ist die Abtastfrequenz.
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Die detektierte Kanalnummer adressiert einen Speicher in dem zu jeder möglichen Kanalnummer die zugehörige physikalische Frequenz hinterlegt ist.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts gezeigt, in welchem diese Frequenz benutzt wird um das PRACH Signal herunterzumischen (z.B. mittels numerisch gesteuertem Oszillator (NCO)) was für den nachfolgenden Empfang notwendig ist, da der nachfolgende Empfänger im Allgemeinen eine bestimmte Frequenzlage erwartet. Diese Methode zur Bestimmung der Mischfrequenz bietet den Vorteil, dass die ermittelte Mischfrequenz exakt ist, sofern der Kanal korrekt bestimmt wurde. Klassische Methoden zur Ermittlung der Mischfrequenz versuchen die Frequenz direkt zu schätzen, was immer mit Schätzfehlern verbunden ist. Außerdem ist eine direkte Schätzung der Frequenz weitaus sensibler gegenüber Störungen als die Detektion des Kanals.
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In 3 ist dabei lediglich die Verarbeitungseinrichtung 11 dargestellt. Sie beinhaltet hier den in 2 ausführlich dargestellten Kanaldetektor 40, mit diesem verbunden einen Speicher 41, in welchem zu den möglichen Kanälen gehörige Frequenzen gespeichert sind. Mit dem Speicher 41 wiederum verbunden ist ein numerisch gesteuerter Oszillator 42, welcher wiederum mit einer Basisband-Verarbeitungseinrichtung 43 verbunden ist. Der Kanaldetektor ist weiterhin mit der Basisband-Verarbeitungseinrichtung 43 verbunden.
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Der Kanaldetektor 40 ermittelt wie anhand von 2 gezeigt, zumindest einen aktiven Kanal aus den möglichen Kanälen. Für jeden ermittelten aktiven Kanal wird wie folgt vorgegangen. Der Kanaldetektor teilt die entsprechende Kanalnummer dem Speicher 41 mit. Basierend auf dieser Kanalnummer übermittelt der Speicher 41 die Frequenz des Kanals an den numerisch gesteuerten Oszillator 42, welcher ein Oszillatorsignal basierend darauf erzeugt um das Signal 30 herunterzumischen. Hier ist ein digitaler numerisch gesteuerter Oszillator 42 gezeigt, welcher mit dem digitalen Signal 30 versorgt wird. Alternativ könnte der numerisch gesteuerte Oszillator 42 jedoch auch analog arbeiten und mit dem noch analog vorliegenden Empfangssignal versorgt werden.
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Der numerisch gesteuerte Oszillator 42 übermittelt ein resultierendes heruntergemischtes Signal an die Basisband-Verarbeitungseinrichtung 43, welche das Signal im Basisband weiterverarbeitet. Weiterhin übermittelt der Kanaldetektor 40 der Basisband-Verarbeitungseinrichtung 43 ein Verifikationssignal, welches der Basisband-Verarbeitungseinrichtung 43 mitteilt, dass der ermittelte Kanal gültig ist. Hierzu kann das Ergebnis der Verifikationseinrichtung 27 aus 2 genutzt werden. Erst bei einem gültigen Kanal erfolgt eine Weiterverarbeitung durch die Basisband-Verarbeitungseinrichtung 43.
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Der Speicher 41 und der Speicher 26 aus 2 sind dabei optional konfigurierbar. D.h. während dem laufenden Betrieb können die Speicher 26, 41 umkonfiguriert werden, da ihre Inhalte von Parametern, z.B. dem PRACH Konfigurationsindex, welche sich während dem Betrieb ändern können, abhängen.
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In 4 wird abschließend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messverfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 100 wird ein Signal empfangen und digitalisiert. Hierzu gehört z.B. auch eine Wandlung ins Basisband. In einem zweiten Schritt 101 wird das digitale Signal in den Frequenzbereich transformiert. Dies kann beispielsweise mittels einer Diskreten Fourier-Transformation erfolgen. In einem dritten Schritt 102 wird die Leistung des resultierenden Signals im Frequenzbereich bestimmt. In einem vierten Schritt 103 wird das Signal im Frequenzbereich gefiltert. Dabei wird ein gleitender Mittelwertfilter eingesetzt. In einem fünften Schritt 104 wird ein Maximum des Mittelwertsignals bestimmt. In einem sechsten Schritt 105 werden mittels eines Speichers zu den Frequenzindizes der Maxima gehörige aktive Kanäle ermittelt.
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In einem optionalen siebten Schritt 106 werden die ermittelten Kanäle verifiziert. D.h. es wird beispielsweise überprüft, ob die ermittelten Maxima ausreichend hoch sind, um einen ausreichend signifikanten Hinweis auf einen aktiven Kanal zu liefern.
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In einem weiteren optionalen Schritt 107 werden die nun gewonnen Informationen eingesetzt, um das ursprüngliche Signal weiterzuverarbeiten. So kann die Frequenz des ermittelten Kanals genutzt werden, um das Signal herunterzumischen.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie bereits erwähnt, können unterschiedlichste Signale verarbeitet werden. So ist es denkbar, das Verfahren einzusetzen, um bei einem Rundfunkempfänger oder Fernsehempfänger zunächst das gesamte in Frage kommende Spektrum grob auf verfügbare Kanäle abzusuchen und anschließend die genaue Frequenz der Kanäle mit einem herkömmlichen Justierungsverfahren zu ermitteln. Außerdem wäre ein Sendersuchlauf denkbar, der den innerhalb eines Bandes stärksten verfügbaren Kanal ermittelt, um diesen dann einzustellen. Das Umschalten der Bänder könnte mittels herkömmlicher Verfahren geschehen (RF Tuner). Die Frequenzen der Sender innerhalb eines Bandes könnten in einem Speicher hinterlegt sein (vgl. Ausführungsbeispiel oben), der durch die detektierte Kanalnummer adressiert wird. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale und in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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