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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Empfangen
eines digitalen Videosignals, und spezieller betrifft sie ein Verfahren
und eine Vorrichtung in einem orthogonalen Frequenzmultiplexsystem
unter Verwendung mehrerer Träger zum
Unterteilen von Bereichen empfangener Daten und zum Liefern von
Kanalzustandsinformation, wie sie beim Rückgängigmachen einer Abbildung
verwendet wird.
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Hintergrund
gemäß der einschlägigen Technik
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In
digitalen Fernsehübertragungssystemen existieren
Einzelträger-Modulationssysteme
unter Verwendung eines Einzelträgers
sowie Mehrträger-Modulationssysteme
unter Verwendung mehrerer Träger.
Insbesondere können
digitale Fernsehübertragungssysteme
in Restseitenband(VSB = Vestigal Side Band)-Systeme unter Verwendung eines Einzelträgers und
orthogonale Frequenzmultiplex(OFDM = orthogonal frequency division
multiplexing)-Systeme unter Verwendung mehrerer Träger unterteilt
werden.
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Das
OFDM-System unter Verwendung mehrerer Träger erlaubt eine einfache Wiederherstellung beschädigter Signale,
wie in einem Kanal mit mehreren Pfaden verursacht, und es erleichtert,
abweichend vom Fall eines Einzelträgers, ein mit einer einzelnen
Frequenz arbeitendes Netz (SFN = Single Frequency Network). Da jeder
Träger
eine kleine Bandbreite aufweist, kann er auf Grund von Kanalschwankungen
leicht beschädigt
werden. Jedoch kann die Signalbeschädigung in angemessener Weise
repariert werden, da ein Mehrfach-Interferenzkanal tatsächlich nur
die Amplitude jedes Sendekanals für die mehreren Träger verringert.
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Die
Amplitudengröße jedes
Trägers
wird im Allgemeinen als Kanalzustandsinformation (CSI = Channel
State Information) bezeichnet, durch die OFDM Information erhalten
kann, die die Zuverlässigkeit
eines empfangenen Signals anzeigt. Bei einem erdgebundenen digitalen
Videorundfunksystem (DVB-T = Digital Video Broadcasting-Terrestrial),
das als europäischer
digitaler Fernsehstandard bestimmt ist, werden Kontrollsignale einer
PN-Abfolge von einer Sendeendstelle dadurch übertragen, dass die PN-Abfolge
zwischen die zu sendenden Daten eingefügt wird. Der Kanalzustand kann
dadurch erhalten werden, dass die Kontrollsignale der PN-Abfolge
mit den Kontrollsignalen zum Sendezeitpunkt verglichen werden, da
die ursprünglichen
Kontrollsignale in einer Empfangsendstelle bekannt sind. Demgemäß können die
Kontrollsignale auch als CSI verwendet werden.
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Nach
dem Abbilden auf eine Konstellation werden die Daten einer inversen
schnellen Fourriertransformation (IFFT) unterzogen, bevor ein Übertragungsvorgang
gemäß OFDM erfolgt.
Auch werden in die Daten gemäß einem
Modulationsverfahren vor der Übertragung
Schutzintervalle eingefügt.
Das auf der Sendeseite verwendete Modulationsverfahren ist typischerweise
Quadraturphasenumtastung (QPSK), 16-Quadraturamplitudenmodulation
(QAM) oder 64-QAM. Demgemäß müssen die
Daten zur Übertragung
gemäß OFDM in
eines der drei Modulationsverfahren abgebildet werden, IFFT unterzogen
werden, und dazwischen müssen
Schutzintervalle eingefügt werden,
bevor der Sendevorgang erfolgt.
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In
der EP-A2-0 501 448 wird die Demodulation eines QAM Signals beschrieben.
Der in diesem Dokument beschriebene QAM Demodulator ist gekennzeichnet
durch eine Verstärkungssteuerschaltung
für einen
ersten und einen zweiten spannungsgesteuerten Verstärker, die
Basisbandkomponenten eines QAM-Signals eines ersten bzw. eines zweiten Kanals
verstärken,
die eine orthogonale Phasenbeziehung zueinander haben, wobei die
Schaltung eine Einrichtung zum Wiedergewinnen eines ersten Datensignals
und eines ersten Fehlersignals aus der Ausgabe des ersten spannungsgesteuerten
Verstärkers
aufweist und zum Wiedergewinnen eines zweiten Datensignals und eines
zweiten Fehlersignals aus der Ausgabe des zweiten spannungsgesteuerten Verstärkers.
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Abhängig von
den Datensignalen und den Fehlersignalen werden logische Ausgangssignale
erzeugt, die die bezüglich
vorbestimmter Bereichsgruppen bestimmten Orte darstellen, und eine
Einrichtung zum Steuern der Verstärker steuert deren Verstärkung entsprechend
den logischen Ausgangssignalen. Der hier beschriebene QAM Demodulator
ist nicht für
die Auswertung einer Kontrollsignalinformation und die Bildung eines
CSI- Wertes eingerichtet.
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1 ist ein Blockdiagramm
eines DFB-T-Empfangssystems.
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Der
Tuner 101 auf der Empfängerseite
empfängt über eine
Antenne ein OFDM-Signal und setzt das Signal unter Verwendung eines
von einer automatischer Verstärkungsregelungs(AGC)einheit 106 ausgegebenen
Steuersignals in eine Zwischenfrequenz (ZF) um. Das ZF-Signal vom
Tuner 101 wird zu einer A/D-Wandlereinheit 102 weitergeleitet
und in dieser digitalisiert und zu einer I/Q- Erzeugungseinheit 103 weitergeleitet.
Da das digitalisierte Signal von der A/D-Wandlereinheit 102 nur
eine in Phase liegende Komponente aufweist, setzt die I/Q-Erzeugungsschaltung
das digitalisierte Signal in ein komplexes Signal mit einer Quadraturkomponente
um, und sie gibt es an eine Frequenzkorrektureinheit 104 aus.
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Im
OFDM-Empfangssystem tritt zwischen dem Sender und dem Empfänger ein
Frequenzfehler auf, wie ein durch den Ortsoszillator des Tuners 101 erzeugter
Fehler. Der Fehler bewirkt einen Frequenzversatz, der durch ein
Signal korrigiert wird, das als Signal aus automatischer Frequenzregelung
(AFC) bekannt ist. Um den Frequenzversatz zu korrigieren, entnimmt
eine AFC-Einheit 110 Information zum Frequenzversatz, was
unter Verwendung eines durch eine Kontrollsignal-Entnahmeeinheit 108 entnommenen
Kontrollsignals erfolgt, und sie gibt die entnommene Information
an die Frequenzkorrektureinheit 104 aus. Die Frequenzkorrektureinheit 104 multipliziert
die entnommene Information mit dem Ausgangssignal der I/Q-Erzeugungseinheit 103,
um den Frequenzversatz zu korrigieren, und sie liefert das korrigierte
Signal an eine Einheit 105 für schnelle Fourriertransformation
(FFT), an die AGC-Einheit 106 und
an eine Zeitpunkts-Synchronisiereinheit 107.
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Die
FFT-Einheit 105 unterzieht das Ausgangssignal der Frequenzkorrektureinheit 104 einer FFT
hinsichtlich eines durch die Zeitpunkts-Synchronisiereinheit 107 gelieferten
Startpunkts, und sie gibt das Signal an die Kontrollsignal-Entnahmeeinheit 108 und
an eine Entzerrungseinheit 109 aus. Die AGC-Einheit 106 erzeugt
ein Signal zum Beibehalten der Amplitude des von der A/D-Wandlereinheit 102 gelieferten
Signals auf einem geeigneten Pegel, und sie steuert den Tuner 101.
Die Kontrollsignal-Entnahmeeinheit 108 entnimmt dem empfangenen
Signal ein auf der Senderseite eingefügtes verteiltes Kontrollsignal,
und sie gibt das entnommene Kontrollsignal an die Entzerrungseinheit 109 und
die AFC-Einheit 110 aus. Die Entzerrungseinheit 109 kompensiert
den durch den Kanal verzerrten Träger unter Verwendung des empfangenen
Signals und des entnommenen Kontrollsignals, und sie gibt das kompensierte
Signal an eine Einrichtung 112 zum Rückgängigmachen der Abbildung aus.
Die Einrichtung 112 zum Rückgängigmachen der Abbildung macht
die Abbildung der entzerrten Daten durch einen Prozess rückgängig, der
umgekehrt zum Abbildungsprozess für die empfangenen Daten ist.
Die Daten, für
die die Abbildung rückgängig gemacht
wurde, werden über eine
interne Entschachtelungseinrichtung 113 an einen Viterbidecodierer 114 geliefert,
um Symboleentschachtelungsinformation und Bitentschachtelungsinformation
zu erhalten, die zu demodulieren sind.
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Die
Entzerrungseinheit 109 verfügt über eine Kanalvorhersageeinrichtung 109-1 und
einen Dividierer 109-2. Die Kanalvorhersageeinrichtung 109-1 vergleicht
das entnommene Kontrollsignal mit einem bekannten Kontrollwert und
interpoliert das Vergleichsergebnis hinsichtlich der Zeitachse und
der Frequenzachse zum Erzeugen einer Kanalimpulsantwort, aus der
ein Kanal vorhergesagt werden kann. Der Dividierer 109-2 teilt
das FFT-Signal durch die Kanalimpulsantwort, um den Träger zu kompensieren,
der durch den Kanal verzerrt worden sein kann. Insbesondere sorgt
die Kanalvorhersageeinrichtung 109-1 dafür, dass
das entnommene verteilte Kontrollsignal durch einen Kontrollbezugswert
geteilt wird, bei dem es sich um ein Signal handelt, das mit dem
ursprünglichen
Kontrollsignal identisch ist, das auf der Senderseite eingefügt wurde,
und er entnimmt eine Abtastfrequenzcharakteristik des Kanals. Danach
interpoliert die Kanalvorhersageeinrichtung die entnommene Abtastfrequenzcharakteristik
hinsichtlich der Zeitachse und der Frequenzachse, um die Frequenzcharakteristik
für die
Träger
aller Frequenzen vorherzusagen. Durch Interpolation unter Verwendung
eines bekannten verteilen Kontrollsignals kann die Kanalcharakteristik
eines aktiven Trägers
hergeleitet werden.
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2 veranschaulicht eine OFDM-Rahmenstruktur
für eine
DVB-T-Übertragung,
wobei sie den Einfügezustand
der verteilten Kontrollsignale zeigt. Die schwarzen Abschnitte veranschaulichen Positionen
der verteilten Kontrollsignale, und die weißen Abschnitte veranschaulichen
die aktiven Träger, d.h.
die zu übertragenden
Daten. Die auf der Senderseite eingefügten verteilten Kontrollsignale
werden an jedem zwölften
Träger
auf der Frequenzachse und auf jedem vierten Symbol auf der Zeitachse
positioniert. Die Kanalvorhersageeinrichtung 109-1 interpoliert
als erstes entlang der Zeitachse, bevor sie entlang der Frequenzachse
interpoliert. Da die Kontrollsignale auf der Zeitachse alle drei
Träger
statt alle zwölf
Träger
vorhanden sind, verringert eine Interpolation in Bezug auf die Zeitachse
das Intervall der Kontrollsignalträger entlang der Frequenzachse
um 1/3.
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Der
Dividierer 109-2 sorgt dafür, dass das FFT-Signal, das
um die Zeit verzögert
wurde, die dazu erforderlich ist, das verteilte Kontrollsignal zu entnehmen
und zu interpolieren, durch das Ausgangssignal der Kanalvorhersageeinrichtung 1091 geteilt
wird, um eine Verzerrung durch den Kanal zu kompensieren. Das kompensierte
Signal wird an die Einrichtung 112 zum Rückgängigmachen
der Abbildung ausgegeben. Diese Einrichtung 112 zum Rückgängigmachen
der Abbildung unterteilt Bereiche der Daten vom Dividierer 109-2 in
geeigneter Weise entsprechend einer übertragenen Konstellation.
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3 veranschaulicht ein Bereichsunterteilungsverfahren,
wie es im US-Patent 5,134,635 offenbart ist. 3 veranschaulicht ein Bereichsunterteilungsverfahren
in einem Empfänger,
wenn Daten mit 16-QAM übertragen
werden, wobei vier Bits ein Symbol bilden. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem die Übertragungsbits
entlang einer Achse einer phasengleichen Komponente und einer Achse
einer Quadraturkomponente gemäß –3, –1, 1, 3,
auf 10, 11, 01, 00 abgebildet sind. Das heißt, dass, da bei 16-QAM-Übertragung
ein Symbol über
vier Bits verfügt,
ein Symbol in zwei Bits entlang der Achse für die phasengleiche Komponente
und zwei Bits entlang der Achse für die Quadraturkomponente unterteilt werden
kann. Daher können
ein erstes Ausgangsbit b(n) auf der Achse der gleichphasigen Komponente und
der Achse der Quadraturkomponente jeweils durch die folgende Gleichung
(1) ausgedrückt
werden: b(1) oder b(3) –1, wenn z(n) > 1,
= –z(n), wenn
1 > z(n) ≥ 0,
=
z(n), wenn 0 < z(n) < –1, und
=
1, andernfalls.
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In
der Gleichung 1 erfolgt eine Bestimmung dahingehend, ob ein Ausgangssignal
z(n, k), das einen Träger
(k) in einem Symbol (n) repräsentiert,
des Dividierers 109-2 größer als 1 oder kleiner als –1 ist. Wenn
das Ausgangssignal z(n, k) größer als
1 ist, wird bestimmt, dass die ersten Bits des Bereichs als null übertragen
wurden, und es wird der Wert –1
ausgegeben. Wenn das Ausgangssignal z(n, k) kleiner als –1 ist,
wird bestimmt, dass die ersten Bits des Bereichs als 1 übertragen
wurden, und es wird der Wert 1 ausgegeben. Wenn das Ausgangssignal
z(n, k) zwischen 1 und –1
liegt, wird der entgegengesetzte Wert zum Ausgangssignal ausgegeben.
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Auch
können
ein zweites Ausgangsbits auf der Achse der gleichphasigen Komponente
und der Achse der Quadraturkomponente durch die folgenden Gleichungen
(2) ausgedrückt
werden. b(2) oder b(4) –1, wenn z(n) > 3,
= 2 – |z(n)|,
wenn |z(n)| ≥ 1,
und
= 1, andernfalls.
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Ausgegebene
Bereichsunterteilungswerte können
so mit Bitmetrik entsprechend der folgenden Gleichung (3) berechnet
werden, wobei y ein empfangener Datenwert ist und b(k) ein Bereichsunterteilungswert
ist, d.h. 1, –1,
z(n), –z(n)
oder 2 – |z(n)|. m(k,1) = |y – b(k)|2·CSI,
wenn y = 1, und
m(k,0) = |y – b(k)|2·CSI, wenn
y = –1.
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Wenn
die die Kanalzustandsinformation jedes der empfangenen Datensymbole
repräsentierenden
Werte CSI in der Kanalvorhersageeinrichtung 109-1 entnommen
sind, ändert
sich das Bereichsunterteilungsverfahren, wie es in der Gleichung
(3) angegeben ist. Die durch die Gleichung (3) berechnete Bitmetrik
führt eine
harte Entscheidung aus, bei der Größen miteinander verglichen
werden und die Werte 1 und 0 für
jedes Bit bestimmt werden.
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Jedoch
führt bei
der Bereichsunterteilung des ersten Bits auf der Achse der gleichphasigen Komponente
und der Achse der Quadraturkomponente für die empfangenen Daten das
oben beschriebene Bereichsunterteilungsverfahren eine zwangsweise
Unterteilung eines Ausgangswerts auf den Wert –1 oder 1 aus, wenn der empfangene
Datenwert 1 oder –1 überschreitet.
Obwohl der Störsignalpegel bei
jedem Ausgangssignal verschieden sein kann, wurde eine derartige
Differenz nicht berücksichtigt. Demgemäß kann keine
genaue Bereichsunterteilung ausgeführt werden. In ähnlicher
Weise tritt für
das zweite Bit auf der Achse der gleichphasigen Komponente und der
Achse der Quadraturkomponente der empfangenen Daten ein Problem
auf, da ein Ausgangssignal zwangsweise auf –1 oder 1 gesetzt wird, wenn
der empfangene Datenwert 3 oder –3 überschreitet oder zwischen
1 und –1
fällt.
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Auch
verschlechtert sich die Zuverlässigkeit während der
Bitmetrikberechnung auf Grund der harten Entscheidung, bei der der
Bereichsunterteilungswert mit dem von der Kanalvorhersageeinrichtung 109-1 gelieferten
CSI-Wert multipliziert wird, um den Wert eines Bits als 1 zu bestimmen,
wenn der Multiplikationswert größer als
ein voreingestellter Wert ist, und um ihn andernfalls als null zu
bestimmen. Der CSI-Wert
wird selbst dann, wenn er zu niedrig ist, einfach mit dem Bereichsunterteilungswert
multipliziert. In einem sol chen Fall wäre auch der Multiplikationswert
zu klein, was zu geringer Zuverlässigkeit
der quantisierten Werte 1 oder null führt.
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Zur
Berechnung und Realisierung in der Kanalvorhersageeinrichtung 109-1 wird
der Wert CSI im Allgemeinen nur aus der Signalleistung, nicht dem
Signal/Rauschsignal-Verhältnis
(SRV) an jeder Trägerposition
erhalten. Obwohl dies für
gutes Funktionsvermögen
bei additivem, weißem,
normal verteiltem Rauschen (AWGM = additive white Gaussian noise) führen kann,
bewirkt es einen Fehler bei frequenzselektivem Rauschen oder eine
Störung,
da der Rauschsignalpegel nicht berücksichtigt wurde. Daher existiert
zum Kompensieren des Rauschsignalpegels ein Verfahren, bei dem eine
Störsignalleistung
für jeden
Träger
gesondert erhalten wird und zur Verwendung als CSI-Wert ein SRV
berechnet wird. Jedoch weist selbst dieses Verfahren einen unklaren
Prozess hinsichtlich der Störsignalvorhersage
auf, und die Hardware zum Realisieren des Prozesses, bei dem das
vorhergesagte Störsignal
durch die Signalleistung geteilt wird, und das SRV zu erhalten,
ist sehr kompliziert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der Erfindung, zumindest die Probleme und Nachteile
der einschlägigen
Technik zu überwinden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Empfangen eines digitalen Videosignals zu schaffen, bei denen
die empfangenen Daten in einem Bereich über einem voreingestellten
Bereich nicht zwangsweise auf einen Wert definiert werden.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Empfangen eines digitalen Videosignals zu schaffen, bei denen ein
Bereichsunterteilungswert mit einem CSI-Wert multipliziert wird
und zum Voreinstellen von Sektionen eine weiche Entscheidung erfolgt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Empfangen eines digitalen Videosignals zu schaffen, bei denen ein
Wert über
einem voreingestellten Wert zwangsweise geliefert wird, wenn ein
CSI-Wert empfangen wird, der kleiner als ein voreingestellter Wert
ist.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Empfangen eines digitalen Videosignals zu schaffen,
bei denen eine mittlere quadratische Abweichung (MSE = Mean Square
Error) in einer Entzerrungseinheit zum Berechnen eines CSI-Werts
durch einen Mittelungsprozess entlang der Zeitachse berechnet wird.
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Zusätzliche
Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden teilweise in
der folgenden Beschreibung dargelegt, und sie werden teilweise für den Fachmann
beim Studieren des Folgenden erkennbar, oder sie gehen aus dem Ausüben der
Erfindung hervor. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können so
realisiert und erzielt werden, wie es speziell in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist.
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Um
die Aufgaben zu lösen,
und entsprechend den Zwecken der Erfindung, wie sie hier realisiert
und in breitgefasstem Umfang beschrieben ist, beinhaltet das Verfahren
zum Empfangen eines digitalen Videosignals die folgenden Schritte:
(1) lineares Unterteilen von Bereichen von Datenwerten auf einer Achse
einer gleichphasigen Komponente und einer Achse einer Quadraturkomponente,
und Abbilden der Daten auf eine Konstellation vor dem Sendevorgang
gemäß einem
Modulationsverfahren, (2) Berechnen eines MSE-Werts aus den empfangenen Daten
durch eine Mittelung entlang der Zeitachse zum Erzeugen von Kanalzustandsinformation,
und (3) Multiplizieren der Kanalzustandsinformation mit dem Bereichsunterteilungswert
zur Quantisierung.
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Der
Schritt (2) beinhaltet ferner die Quadratbildung der Differenz zwischen
den empfangenen Daten und Kontrollsignalinformation an der Position eines
empfangenen Kontrollsignals sowie Mittelung entlang der Zeitachse,
um einen MSE-Wert
für den Träger jeder
Frequenz zu berechnen; Verwenden der inversen Zahl zum MSE-Wert
zum Berechnen des Mittelwerts in einem Frequenzbereich; Berechnen
eines Gesamt-SRV; und Normieren und lineares Interpolieren der normierten
Daten zum Erzeugen eines CSI-Werts für jede Trägerposition.
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Der
Schritt (3) beinhaltet ferner das Einstellen des CSI-Werts auf einen voreingestellten
Wert oder einen Wert über
dem CSI-Wert, wenn er kleiner als ein voreingestellter Wert ist,
bevor Multiplikation mit dem Bereichsunterteilungswert erfolgt.
Der Schritt (3) beinhaltet es auch, eine weiche Festlegung des CSI-Werts
auf einen voreingestellten Wert vorzunehmen, wenn der CSI-Wert kleiner
als ein voreingestellter Wert ist, bevor Multiplikation mit dem Bereichsunteilungswert
erfolgt.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Empfangen eines digitalen Videosignals beinhaltet eine Entzerrungseinheit,
die so ausgebildet ist, dass sie dafür sorgt, dass ein Signal, das
schneller Fourriertransformation unterzogen wurde, durch eine Kanalimpulsantwort
geteilt wird, die unter Verwendung eines empfangenen Kontrollsignals
zum Kompensieren eines durch einen Kanal verzerrten Trägers erfasst
wurde; eine Bereichserfassungseinheit zum linearen Unterteilen von
Bereichen von Datenwerten entlang einer Achse einer gleichphasigen
Komponente und einer Achse einer Quadraturkomponente, die von der
Entzerrungseinheit empfangen werden, um Abstandsdifferenzen widerzuspiegeln;
eine Kanalzustandsinformations-Erzeugungseinheit zum Berechnen eines
MSE-Werts aus den Daten von der Entzerrungseinheit durch Mittelung
entlang der Zeitachse zum Erzeugen von Kanalzustandsinformation; und
eine Entscheidungs- und Quantisierungseinheit zum Multiplizieren
der Kanalzustandsinformation von der Kanalzustandsinformations-Erzeugungseinheit mit
einem Wert, der in der Bereichserfassungseinheit für jeden
Bereich unterteilt wurde, und zum Quantisieren der Differenz multiplizierter
Werte.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen,
in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente kennzeichnen, im
Einzelnen beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines DVB-T-Empfängers gemäß der einschlägigen Technik;
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2 ist
eine Rahmenstruktur eines DVB-T-Standards in der einschlägigen Technik,
und sie zeigt einen Sendezustand von in aktive Träger eingesetzten
Kontrollsignalen;
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3 ist
ein Bereichsunterteilungsverfahren bei 16-QAM gemäß der einschlägigen Technik;
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4 ist
ein Blockdiagramm eines DVB-T-Empfängers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 ist
ein Blockdiagramm einer CSI-Erzeugungseinheit in 4;
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6 ist
ein Kurvenbild zum Veranschaulichen eines Bereichsunterteilungsverfahrens
gemäß der Erfindung
für erste Bits
auf jeweiligen Koordinaten, wenn in einer Empfängerendstelle Abbildung gemäß 16-QAM
erfolgt;
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7 ist
ein Kurvenbild zum Veranschaulichen eines Bereichsunterteilungsverfahrens
gemäß der Erfindung
für zweite
Bits auf jeweiligen Koordinaten, wenn in einer Empfängerendstelle
Abbildung gemäß 16-QAM
erfolgt;
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8 ist
ein Kurvenbild, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Erstellen
von Kanalzustandsinformation in 4 zeigt;
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9 ist
ein Kurvenbild, das ein erfindungsgemäßes Datenbereichsunterteilungsverfahren
für dritte
Bits auf den jeweiligen Koordinaten zeigt, wenn in einer Empfängerendstelle
Abbildung gemäß 64-QAM
erfolgt;
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10 ist
ein Kurvenbild zum Vergleichen des Falls, wenn ein Bereichsunterteilungswert
und ein CSI-Wert gemäß der Erfindung
erhalten und mit drei Bits quantisiert werden, mit einem Fall gemäß der einschlägigen Technik;
und
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11 ist
ein Kurvenbild zum Vergleichen des Falls, wenn ein Bereichsunterteilungswert
und ein CSI-Wert gemäß der Erfindung
erhalten und mit vier Bits quantisiert werden, mit einem Fall gemäß der einschlägigen Technik;
und
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-BEISPIELS
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Nun
wird im Einzelnen auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Bezug genommen, zu denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht
sind. Allgemein gesagt, wird gemäß dem vorliegenden
Verfahren und der Vorrichtung zum Empfangen eines digitalen Videosignals ein
empfangener Datenwert nicht zwangsweise für einen Bereich über einem vorgestellten
Wert während
einer Bereichsunterteilung zum Rückgängigmachen
einer Abbildung definiert, sondern er wird linear definiert, um
eine genauere Bereichsunterteilung vorzunehmen. Auch wird dann,
wenn der CSI-Wert zu niedrig ist, entweder ein voreingestellter
Wert bereitgestellt, oder es erfolgt zwangsweise eine weiche Entscheidung
zum Verhindern eines möglichen
Fehlers, der durch einen niedrigen CSI-Wert hervorgerufen werden
kann. Schließlich
werden bei der Vorhersage eines CSI-Werts, d.h. eines SRV für die Trägerposition
jeder Frequenz, die Signalleistung und die Störsignalleistung nicht gesondert
vorhergesagt, sondern bei einer SRV-Vorhersage wird ein MSE-Wert
verwendet, um den Steuerungsprozess zu vereinfachen und das Funktionsvermögen bei
frequenzselektiver Störsignalumgebung
im Vergleich zu demjenigen Fall zu verbessern, in dem nur die Signalleistung
verwendet wird.
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4 ist
ein Teilblockdiagramm der Vorrichtung zum Empfangen eines digitalen
Videosignals, d.h. eines DVB-T-Empfängers, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und es zeigt Teile in Zusammenhang mit einer Bereichserfassung
und einer CSI-Erzeugung zum Rückgängigmachen
einer Abbildung. Gemäß der 4 beinhaltet
die vorliegende Vorrichtung zum Empfangen eines digitalen Videosignals
eine Bereichserfassungseinheit 401 zum Unterteilen von
Bitbereichen entlang einer Achse einer gleichphasigen Komponente
und einer Achse einer Quadraturkomponente der durch eine Entzerrungseinrichtung
ausgegebenen Daten; eine CSI-Erzeugungseinheit 402 zum
Erzeugen eines CSI-Signals aus den entzerrten Daten und zum Ausgeben
desselben; eine Entscheidungs- und Quantisiereinheit 403 zum
Anwenden des CSI-Werts auf das Ausgangssignal der Bereichserfassungseinheit 401,
um eine weiche Entscheidung und Quantisierung auszuführen; eine
interne Entschachtelungseinrichtung 404 zum Ausführen sowohl
einer Symbolentschachtelung als auch einer Bitverschachte lung für die quantisierten
Daten; und einen Viterbidecodierer 405 zum Bestimmen von
Werten 1 oder 0 für
die internen entschachtelten Daten. 5 zeigt
ein Blockdiagramm der CSI-Erzeugungseinheit in 4.
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Gemäß 5 beinhaltet
die CSI-Erzeugungseinheit eine Quadriereinheit 501 zum
Quadrieren der Differenz zwischen den entzerrten Daten und der Kontrollsignalinformation
aus dem verteilten Kontrollsignal; eine MSE-Berechnungseinheit 502 zum Mitteln
der Ausgangssignale der Quadriereinheit 501 entlang der
Zeitachse zum Berechnen eines MSE-Werts für den Träger jeder Frequenz; eine Invertiereinheit 503 zum
Erhalten des Kehrwerts des Ausgangssignals der MSE-Berechnungseinheit 502; eine
Normierungseinheit 504 zum Mitteln der invertierten Ausgangssignale
der Invertiereinheit 503 in einem Frequenzbereich zum Berechnen
eines Gesamt-SRV sowie zum Normieren des SRV; und eine Interpoliereinheit 505 zum
Interpolieren der Ausgangssignale der Normierungseinheit 504 zum
Vorhersagen eines CSI-Werts für
jede Trägerposition.
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Bei
der vorliegenden Vorrichtung zum Empfangen eines digitalen Bilds
wird jeder Trägerwert von
der Entzerrungseinheit an die Bereichserfassungseinheit 401 geliefert.
Die Bereichserfassungseinheit 401 geliefert. Die Bereichserfassungseinheit 401 gibt
die entzerrten Daten als Wert eines zweckdienlichen Bereichs gemäß jedem
Bit aus, wobei der Wert auch der gesendeten Konstellation entspricht. Danach
wird jeder Bereichswert entsprechend einer einheitlichen Gleichung
berechnet, um als Zustandsinformation eines Bits verwendet zu werden,
d.h. dahingehend, ob das Bit 1 oder 0 ist.
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6 ist
ein Kurvenbild, das ein Datenbereichsunterteilungsverfahren durch
die Bereichsunterteilungseinheit 401 für die ersten Bits zeigt. 6 ist
ein Beispiel zum Abbilden von Daten bei 16-QAM auf der Senderseite,
wobei ein 4-Bit-Datenwert ein QAM-Symbol bildet, wobei ein erstes
und ein drittes Bit einer Achse einer gleichphasigen Komponente zugeordnet
werden und wobei ein zweites und ein viertes Bit einer Achse einer
Quadraturkomponente zugeordnet werden. Da die Bits 10, 11, 01, 11
auf der Achse der gleichphasigen Komponente und der Achse der Quadraturkomponente
vor dem Sendevorgang als –3, –1, 1, 3
abgebildet werden, unterteilt die Bereichserfassungseinheit 401 als
erstes Datenbereiche entsprechend den ersten Bits auf den jeweiligen
Koordinaten. Zum Beispiel kann während
der Abbildung auf der Senderseite, wenn der Wert 1 zur Abbildung
negativer Daten gesendet wird und 0 zur Abbildung positiver Daten
gesendet wird, hinsichtlich der y-Achse oder x = 0 als Grenzlinie,
wie in 6 dargestellt, die Beziehung zwischen dem Eingangs- und
dem Ausgangssignal durch die folgende Gleichung 4 ausgedrückt werden: y = –x (4)
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Demgemäß wird,
wenn das Eingangssignal größer als
|1| ist, dieses Eingangssignal nicht zwangsweise begrenzt, sondern
es wird linear definiert. Demgemäß kann das
Eingangssignal wirkungsvoller als bei der einschlägigen Technik
definiert werden, bei der es zwangsweise als 1 oder –1 definiert
wird, wenn es größer als
|1| ist (mit der gestrichelten Linie in 6 dargestellt).
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7 ist
ein Kurvenbild, das ein Datenbereichsunterteilungsverfahren gemäß der Erfindung für die zweiten
Bits auf der Achse der gleichphasigen Komponente und der Achse der
Quadraturkomponente zeigt. Bei der Unterteilung der zweiten Bits können die
gesendeten Bits 1 und 0 auf die Werte –2 und 2 unterteilt werden,
wie es in 7 dargestellt ist. Demgemäß kann die
Eingangs/Ausgangs-Beziehung durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt werden,
wenn das Eingangssignal x positiv ist, sowie durch die Gleichung
(6), wenn das Eingangssignal x negativ ist, wobei das Ausgangssignal
y der Bereichswert ist: y
= –x +
2 (5) y = x + 2 (6)
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Wenn
das Eingangssignal x kleiner als |1| oder größer als |3| ist, wird das Aussignal
nicht zwangsweise als 1 oder –1
definiert, sondern es wird linear definiert. Demgemäß wird der
empfangene Datenwert in der Bereichserfassungseinheit 401 umgesetzt
und an die Entscheidungs- und Quantisiereinheit 403 ausgegeben.
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Während die
Bereichserfassungseinheit 401 die Bereiche unterteilt,
berechnet die CSI-Erzeugungseinheit 402 aus den Eingangssignalen
der Entzerrungseinheit mittels eines Mittelungsprozesses entlang
der Zeitachse einen MSE-Wert, um einen CSI-Wert zu erzeugen, und
sie liefert den erzeugten CSI-Wert
an die Entscheidungs- und Quantisiereinheit 403. Genauer
gesagt, verfügt
ein Empfänger
für ein
erdgebundenes Rundfunksystem, wie DVB-T, im Allgemeinen nicht über eine
scharfe Änderung
der Kanalumgebung. Im Ergebnis erfolgt die Annahme, dass selbst
dann kein wesentlicher Fehler erzeugt wird, wenn die Mittelung entlang
der Zeitachse erfolgt, um ein SRV vorherzusagen.
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Um
ein SRV für
jede Trägerposition
vorherzusagen, berechnet die Erfindung einen MSE-Wert aus den Ausgangssignalen
des Dividierers
109-2 statt aus denen der Kanalvorhersageeinheit
109-1, und
zwar durch einen Mittelungsprozess entlang der Zeitachse. Wenn die
Kontrollsignal-Entnahmeeinrichtung
108 das auf der Senderseite
eingefügte
verteilte Kontrollsignal entnimmt, empfängt die Quadriereinheit
501 das
verteilte Kontrollsignal als Bezugswert, und sie empfängt das
Aus gangssignal des Dividierers
109-2. Die Quadriereinheit
501 quadriert die
Differenz zwischen den zwei Signalen und liefert die Ergebnisse
an die MSE-Berechnungseinheit
502. Die MSE-Berechnungseinheit
502 führt eine
Mittelung entlang der Zeitachse aus, um den MSE-Wert an der Position
eines verteilten Kontrollsignals zu berechnen, was durch die folgende
Gleichung (7) ausgedrückt
werden kann:
-
In
der Gleichung (7) bezeichnet k einen Index für den Träger einer Frequenz, ek bezeichnet das Ausgangssignal des Trägers (k)
im Dividierer der Entzerrungseinheit und pk bezeichnet
einen Bezugswert. Auch bezeichnet hk eine
Impulsantwort eines Kanals, h'k bezeichnet einen Vorhersagewert für hk, nk bezeichnet
eine Störsignalkomponente
und <> bezeichnet einen Mittelungsprozess
entlang der Zeitachse. Alle obigen Variablen sind komplexe Werte. Die
Gleichung (7) zeigt, dass sich der Wert MSE an das Verhältnis aus
der Störsignalleistung
zur Signalleistung, d.h. an den Kehrwert zum SRV, annähert, wenn
sich h'k an
hk annähert.
Daher zeigt die MSE-Vorhersage aus den Ausgangssignalen des Dividierers 109-2 ein
Ergebnis dicht bei der SRV-Vorhersage. Außerdem kann, da der Bezugswert
pk nur eine gleichphasige Komponente aufweist,
unter der Annahme, dass eine gleichphasige Komponente und eine Quadraturkomponente
der Störsignalkomponente
in nk dieselben Mittelwerte und Streuungen aufweisen,
das Ergebnis der Gleichung (7) durch die folgende Gleichung (8)
vereinfacht werden. MSE(ek) = < (img[ek])2 > (8)
-
Der
Wert (img[ek])2 in
der Gleichung (8) bezeichnet die Quadraturkomponente von ek. Wie es aus der Gleichung (8) erkennbar
ist, ist die MSE-Berechnung vereinfacht, bei der der Berechnungsprozess
nicht nur verkürzt
ist sondern auch keinen Bezugswert benötigt. Danach bildet die Invertiereinheit 503 den
Kehrwert des Ergebnisses der MSE-Berechnungseinheit 502,
und sie liefert den Kehrwert an die Normierungseinheit 504.
Da der MSE-Wert ein Wert ist, der an der Trägerposition berechnet wurde,
an der der Bezugswert angewandt wird (1/3) der gesamten Träger bei
DVB-T-Übertragung),
kann das SRV (d. h. ein CSI-Wert) unter Verwendung des Kehrwerts des
Werts MSE an der Position vorhergesagt werden.
-
Die
Normierungseinheit 504 erhält aus den SRV-Werten aller
Kontrollsignalpositionen den Mittelwert im Frequenzbereich, sie
speichert den Mittelwert als Gesamt-SRV, und sie teilt den SRV von
der Invertiereinheit 503 durch den Gesamt-SRV, um eine Normierung
auszuführen.
Jedoch gilt der CSI-Wert von der Normierungseinheit 504 nur
für eine
Kontrollsignalposition, und es muss ein CSI-Wert für eine Datenposition
erhalten werden. Demgemäß unterzieht die
Interpoliereinheit 505 das Ergebnis der Normierungseinheit 504 einer
(0)-ten oder ersten Interpolation, um für die Gesamtträgerposition
einen CSI-Wert zu erhalten, und sie gibt den CSI-Wert an die Entscheidungs-
und Quantisiereinheit 403 aus. Der Gesamt-SRV von der Normierungseinheit 504 repräsentiert
einen mittleren SRV am Hinterende der Entzerrungseinheit 109,
und er kann auf andere Teile (Verstärkungseinstellung in einem
Schleifenfilter, wie AFC, Einstellung der Adaptionsgeschwindigkeit
bei AGC usw.) angewandt werden, um die Empfängerfunktion weiter zu verbessern.
-
Die
Entscheidungs- und Quantisiereinheit 403 multipliziert
das Ausgangssignal der Bereichserfassungseinheit 401 mit
dem CSI-Wert von der CSI-Erzeugungseinheit 402, und sie
quantisiert die Differenz der Multiplikationswerte. Wenn die Differenz
zunimmt, ermöglicht
eine derartige Quantisierung der Differenz eine genauere Abbildung
auf entweder 1 oder 0. Insbesondere wird der durch Multiplizieren
des CSI-Werts und des Bereichsunterteilungswerts erhaltene Wert
in acht Sektionen oder 16 Sektionen quantisiert. Während dieser
Multiplikation wird, wenn der CSI-Wert so niedrig ist, dass er unter einem
vorbestimmten Wert c fällt,
wie in 8 dargestellt, ein Vorgabewert oder ein Wert d über dem
ursprünglichen
CSI-Wert zur Multiplikation mit dem Bereichsunterteillungswert ausgegeben.
Auch kann dann, wenn der CSI-Wert niedrig ist, der Kanalzustand
schlecht sein. Demgemäß kann der
CSI-Wert durch eine weiche Entscheidung zwangsweise auf drei oder
vier gesetzt werden.
-
Der
CSI-Wert wird eingestellt, da die Multiplikation eines im Wesentlichen
großen
Ausgangssignals der Bereichserfassungseinheit 401 mit einem niedrigen
CSI-Wert zu einem kleinen Multiplikationswert führt, wodurch Quantisierung
in einen niedrigen Wert 0 oder 1 mit geringer Zuverlässigkeit
erfolgt. Andererseits liegen die Werte umso näher an 0 oder 1, je größer der
Multiplikationswert ist. Daher kann, wenn ein gewichteter Wert auf
0 oder 1 quantisiert wird, unter Verwendung jeder CSI-Information
eine effektivere Viterbidecodierung ausgeführt werden. Das heißt, dass
das Ausgangssignal der Entscheidungs- und Quantisiereinheit 403 über die
interen Entschachtelungseinrichtung 404 mit einer Symbolentschachtelungseinrichtung
und einer Bitentschachtelungseinrichtung an den Viterbidecodierer 405 geliefert
wird und demoduliert wird.
-
7 ist
ein Kurvenbild, das ein Datenbereichsuntertei lungsverfahren gemäß der Erfindung für die dritten
Bits auf jeweiliegen Koordinaten bei Abbildung gemäß 64-QAM
in einer Empfängerendstelle zeigt.
Beim Senden von Daten gemäß 64-QAM
bilden sechs Bits ein Symbol, und wenn die sechs Bits in der Reihenfolge
y0, y1, y2, y3, y4,
y5 vorliegen, sind die Daten auf der Achse
der gleichphasigen Komponente y0, y2, y4, und die Daten
auf der Achse der Quadraturkomponente sind y1,
y3, y5. Ähnlich wie
im Fall von 16-QAM werden Bereichsunterteilungen für die ersten
und zweiten Daten für
die gleichphasige Komponente und die Quadraturkomponente bei 64-QAM auf
die Weise ausgeführt,
wie sie unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben
wurde. Die ersten Bits auf der Achse der gleichphasigen Komponente
und der Achse der Quadraturkomponente werden gemäß der Gleichung (4) geliefert.
Da jedoch die Daten in der abbildenden Endstelle von –7 bis 7
expandiert werden, werden die zweiten Bits durch die folgende Gleichung
(9) ausgedrückt: y = –|x| + 4 (9)
-
Die
dritten Bits auf der Achse der gleichphasigen Komponente und der
Achse der Quadraturkomponente, wie in 9 dargestellt,
sind etwas komplizierter, jedoch können sie durch die folgende Gleichung
(10) ausgedrückt
werden, wenn das Eingangssignal x kleiner als |4| ist und durch
die Gleichung (11), wenn x größer als
|4| ist: y = |x| –2 (10) y = –|x| +6 (11)
-
Wie
bei 16-QAM wird das Ausgangssignal der Bereichserfassungseinheit 401 nicht
zwangsweise bei –1
oder 1 abgeschnitten, sondern es wird auf solche Weise definiert,
dass es eine tatsächliche
Abstandsdifferenz widerspiegelt. Indessen können, wenn die Modulation in
der Senderendstelle QPSK ist und –1, 0 auf der Achse der gleichphasigen
Komponente und der Achse der Quadraturkomponente auf –1 und 1
abgebildet werden, die Bereichsunterteilungswerte auf jeweiligen
Achsen der empfangenen Daten gemäß der Gleichung
(4) ausgedrückt
werden, d.h., dass –x
geliefert wird, wenn der empfangene Datenwert x ist.
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Die 10 und 11 sind
Kurvenbilder, die Ergebnisse zu Simulationen gemäß den oben genannten Verfahren
zeigen, wobei 10 den Fall veranschaulicht,
dass in der Entscheidungsund Quantisiereinheit 403 3-Bit-Quantisierung
ausgeführt wird,
und 11 den Fall veranschaulicht, dass in der Entscheidungs-
und Quantisiereinheit 403 4-Bit-Quantisierung ausgeführt wird,
und zwar im Vergleich zur einschlägigen Technik. In den Gleichungen
10 und 11 repräsentiert
die mit Dreiecken aufgetragene Kurve die einschlägige Technik, und die mit Kreisen
aufgetragene Kurve repräsentiert
die Erfindung.
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Zum
Beispiel kann gemäß 10 die
Erfindung, im Vergleich mit der einschlägigen Technik, eine TRV-Verstärkung von
ungefähr
1 dB bei 2.10–4 erzielen,
was im Allgemeinen ein quasi fehlerfreier (QEF = Quasi Error Free)
Bezugswert ist. Demgemäß kann der
Datenwert selbst dann demoduliert werden, wenn er von der Senderendstelle
mit niedriger Leistung von ungefähr
1 dB gesendet wird, und die Daten können selbst dann demoduliert
werden, wenn die Empfangsleistung den niedrigen Wert von ungefährt 1 dB
aufweist.
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Zusammengefasst
gesagt, ist die Erfindung nicht nur bei der Fernsehtechnik anwendbar,
sondern auch bei allen digitalen Kommunikationssystemen, die OFDM
verwenden. Darüber
hinaus ist die Erfindung sowohl beim Einzelträgerverfahren als auch beim
Mehrträgerverfahren
anwendbar, wenn CSI-Werte bekannt sind. Wie oben erläutert, zeigen das
Verfahren und die Vor richtung zum Empfangen eines digitalen Videosignals
gemäß der Erfindung
die folgenden Vorteile.
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Erstens
kann während
des Rückgängigmachens
der Abbildung empfangener Daten eine genaue Bereichsunterteilung
dadurch erfolgen, dass die Daten nicht zwangsweise abgeschnitten
werden, sondern sie nur zweckdienlich unterteilt werden, um eine
Abstandsdifferenz als solche widerzuspiegeln. Zweitens kann die
Zuverlässigkeit
verbessert werden, da ein Bereichsunterteilungswert gemäß dem obigen
Verfahren mit einem CSI-Wert
multipliziert wird und einer weichen Entscheidung und Quantisierung
unterzogen wird. Drittens kann ein Fehler, der aus einer Multiplikation
des Bereichsunterteilungswert mit einem zu niedrigen CSI-Wert herrührt, dadurch
verhindert werden, dass als CSI-Wert ein voreingestellter Wert geliefert
wird oder die weiche Entscheidung zwangsweise erfolgt, wenn der
CSI-Wert zu klein ist. Ferner können
zuverlässige
CSI-Werte an allen Trägerpositionen
durch einfache Hardware und Steuerung erzeugt werden, da ein CSI-Wert
dadurch erzeugt wird, dass ein MSE-Wert aus einem Signal von der
Entzerrungseinheit berechnet wird, der Kehrwert zum MSE-Wert erhalten
wird, und eine lineare Interpolation ausgeführt wird.
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Die
vorstehenden Ausführungsformen
sind lediglich beispielhaft, und sie sollen nicht als die Erfindung
beschränkend
ausgelegt werden. Die vorliegenden Lehren können leicht auf andere Vorrichtungsarten
angewandt werden. Die Beschreibung der Erfindung soll veranschaulichend
sein und den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken. Dem
Fachmann sind viele Alternativen, Modifizierungen und Variationen
erkennbar.
