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Die
Erfindung betrifft ein OFDM-Empfangssystem (orthogonal frequency
division multiplex OFDM, Mehrfachzugriff durch Orthogonalfrequenzteilung)
und insbesondere ein OFDM-Empfangssystem, das eine FFT-Fensterperiode
(Fast Fourier Transform FFT, schnelle Fouriertransformation) unter Verwendung
eines Schutzintervalls ändert.
Die Erfindung betrifft darüber
hinaus ein Verfahren hierfür.
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Im
Allgemeinen übertragen
OFDM-Übertragungssysteme
Informationen über
einen Unterträger unter
Verwendung einer schnellen Fouriertransformation (FFT) und fügen ein
Schutzintervall am Anfangsabschnitt eines nutzbaren Symbols beziehungsweise
Nutzsymbols hinzu, um Multipath-Einflüsse zu verringern. OFDM-Empfangssysteme
machen den Grenzbereich zwischen einem Schutzintervall und einem
nutzbaren Symbolintervall beziehungsweise einem Nutzsymbolintervall
in einem empfangenen OFDM-Signal ausfindig und nehmen eine FFT-Fenster-Timing-Synchronisation
vor, damit eine FFT lediglich bezüglich eines Nutzsymbols ausgeführt werden
kann. Zu diesem Zweck machen OFDM-Empfangssysteme grob ein FFT-Intervall
unter Ausnutzung der Ähnlichkeit
zwischen dem Schutzintervall und dem Nutzsymbol ausfindig.
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1 ist
ein Konzeptdiagramm einer Symbol-Timing-Synchronisation in einem
herkömmlichen OFDM-Empfangssystem.
Wie in 1(a) gezeigt ist, setzt sich
ein einzelnes Symbol aus einem Schutzintervall Tg und
einem Nutzsymbolintervall Tu zusammen. Ein
das Fenster-Timing steuernder Fenster-Timing-Controller (nicht gezeigt)
bestimmt den Anfangspunkt eines Symbols unter Ausnutzung eines Schutzintervalls
und leitet N Abtastpunkte, beginnend mit dem bestimmten Symbolanfangspunkt,
an eine FFT-Betriebseinheit
(nicht gezeigt) weiter. Hierbei leitet der Fenster-Timing-Controller
Abtastpunkte entsprechend dem Nutzsymbolintervall Tu,
beginnend mit dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt der
FFT-Fensterperiode, an die FFT-Betriebseinheit weiter.
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Ist
die FFT-Fensterperiode, siehe 1(a), gesetzt,
so bestimmt der Fenster-Timing-Controller jedoch
nicht den richtigen Symbolanfangspunkt in einer Multipath-Pre-ghost-Kanalumgebung, was
zu einer Intersymbolinterferenz (intersymbol interference ISI) führt, die
zwischen einem Schlussabschnitt des einen Symbols und einem Abschnitt
des näch sten Symbols
auftritt, was in 1(b) gezeigt ist.
Eine derartige Intersymbolinterferenz bewirkt eine Verschlechterung
der Leistungen des OFDM-Empfangssystems.
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In
der Druckschrift EP-A-1 063 824 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur OFDM-Demodulation
beschrieben, bei denen eine Symbolsynchronisation derart zum Einsatz
kommt, dass die Intersymbolinterferenz in einer Multipath-Umgebung
minimiert wird. Die Vorrichtung ist in der Lage, ein Symbol-Timing
zu setzen. Ein einlaufendes Signal ist ein OFDM-Signal mit einem Übertragungssymbol,
das in eine gültige
Symbolperiode und in ein Schutzintervall strukturiert ist. Das vorbestimmte
Synchronisationssymbol ist in dem OFDM-Signal für jeden Übertragungsrahmen enthalten.
Ein A/D-Wandler wandelt das empfangene OFDM-Signal in ein Zeitreihendigitalsignal
um. Eine Timing-Bestimmungsvorrichtung bestimmt
das Symbol-Timing. Ein FFT-Fenstererzeuger gibt das Betriebs-Timing
für die
Fouriertransformation auf Grundlage des bestimmten Symbol-Timings
aus. Ein Fouriertransformationsabschnitt unterwirft das OFDM-Signal
entsprechend dem Fenster-Timing einer Fouriertransformation. Ein
Pilotträgerextraktionsabschnitt
extrahiert die Pilotträger
aus dem Signal gemäß Ermittlung
durch die Fouriertransformation in dem Fouriertransformationsabschnitt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Intersymbolinterferenz
zu verhindern, die in einem Multikanal oder einem Pre-ghost-Kanal
auftritt.
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Die
Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Definition in den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Entsprechend
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein OFDM-Empfangssystem zur
Durchführung
des OFDM-Empfangsverfahren ist bereitgestellt.
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Zur
Lösung
der Aufgabe der Erfindung wird ein OFDM-Empfangsverfahren zur Durchführung einer
FFT bezüglich
eines Datentransmissionsintervalls beziehungsweise eines Datenübertragungsintervalls
einer Symboleinheit bereitgestellt, die aus einem Schutzintervall
und einem Nutzsymbolintervall zusammengesetzt ist. Das Verfahren
umfasst ein Extrahieren verstreuter Piloten (scattered pilots),
die in ein Symbol bei Intervallen vorbestimmter Abtastpunkte eingefügt sind,
aus einem empfangenen OFDM-Signal; ein Abschätzen eines Symbol-Timing-Offsets
unter Benutzung der extrahierten verstreuten Piloten und ein Setzen
eines Symbol-Timing-Synchronisationspunktes in dem Datenüber tragungsintervall;
ein Addieren von Abtastpunkten in einem vorbestimmten Intervall
in dem Datenübertragungsintervall
zu Abtastpunkten in einem Intervall gemäß Ermittlung durch Subtraktion
einer vorbestimmten Länge
von dem Nutzsymbolintervall, beginnend bei dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt;
und ein Durchführen
einer FFT bezüglich
des Additionsergebnisses.
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Entsprechend
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein OFDM-Empfangssystem
zur Durchführung
einer FFT bezüglich
eines Datenübertragungsintervalls
einer Symboleinheit bereitgestellt, die aus einem Schutzintervall
und einem Nutzsymbolintervall zusammengesetzt ist. Das System umfasst
einen Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln eines OFDM-Signals in
digitale komplexe Abtastpunkte; eine FFT-Betriebseinrichtung zur
Durchführung
einer FFT bezüglich
des Nutzsymbolintervalls; eine Verstreute-Piloten-Extraktionseinrichtung
beziehungsweise einen entsprechenden Extrahierer zum Extrahieren
verstreuter Piloten (scattered pilots) aus von der FFT-Betriebseinrichtung
ausgegebenen Abtastpunkten; eine Symbol-Timing-Offset-Abschätzeinrichtung
beziehungsweise einen entsprechenden Abschätzer zum Abschätzen eines
Symbol-Timing-Offsets unter Benutzung der durch die Verstreute-Piloten-Extraktionseinrichtung
extrahierten verstreuten Piloten; und einen FFT-Fenster-Controller
zum Setzen eines Symbol-Timing-Synchronisationspunktes
in einem Datenübertragungsintervall, das
von dem Analog-Digital-Wandler
empfangen wird, zum Addieren von Abtastpunkten in einem vorbestimmten
Intervall, das sich von dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt
zum Anfang des Datenübertragungsintervalls
hin erstreckt, zu Abtastpunkten in einem Intervall gemäß Ermittlung
durch Subtrahieren einer vorbestimmten Länge von einem Nutzsymbolintervall,
beginnend bei dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt, und zum Eingeben
des Additionsergebnisses in die FFT-Betriebseinrichtung.
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Die
vorgenannte Aufgabe sowie die vorgenannten Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden durch eine Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
hiervon unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung deutlich,
die sich wie folgt zusammensetzt.
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1 ist
ein Konzeptdiagramm einer Symbol-Timing-Synchronisation in einem
herkömmlichen OFDM-Empfangssystem.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines gesamten OFDM-Empfangssystems, das eine
Symbol-Timing-Synchronisation entsprechend der vorliegenden Erfindung
vornimmt.
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3 ist
ein Konzeptdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens des Setzens
einer FFT-Fensterperiode in einem FFT-Fenster-Controller.
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4 ist
ein Konzeptdiagramm eines Verfahrens des Neusetzens einer FFT-Fensterperiode in einem
FFT-Fenster-Controller und des Eingebens der Neusetzinformation
in eine FFT-Betriebseinheit.
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5 ist
ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Symbol-Timing-Synchronisationsverfahrens
in einem OFDM-Empfangssystem.
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6 ist
ein Graph, der das Leistungsvermögen
mit Blick auf eine Symbol-Timing-Synchronisation
der vorliegenden Erfindung dem Leistungsvermögen im Stand der Technik gegenüberstellt.
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7 ist
ein Graph, der nach der Symbol-Timing-Synchronisation und dem Kanalausgleich
gegebene Symbolfehlerraten (symbol error rates SERs) entsprechend
der vorliegenden Erfindung und Symbolfehlerraten entsprechend dem
Stand der Technik gegenüberstellt.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die begleitende
Zeichnung beschrieben.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines ganzen OFDM-Empfangssystems, das eine Symbol-Timing-Synchronisation
entsprechend der vorliegenden Erfindung vornimmt. Das OFDM-Empfangssystem von 2 umfasst
einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 210, eine Grobsymbolsyncextraktionseinrichtung
beziehungsweise einen Grobsymbolsyncextrahierer 220, einen
FFT-Fenster-Controller 230, eine FFT-Betriebseinheit 240,
einen Verstreute-Piloten-Modus-Detektor 250, eine Verstreute-Piloten-Extraktionseinrichtung
beziehungsweise einen Verstreute-Piloten-Extrahierer 260,
eine Symbol-Timing-Offset-Abschätzeinrichtung
beziehungsweise einen Symbol-Timing-Offset-Abschätzer 271 und eine
DPLL (digital phase locked loop) 280.
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Der
ADC 210 wandelt ein OFDM-Signal in digitale komplexe Abtastpunkte
mit einer Abtastrate von 9,14 MHz um.
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Der
Grobsymbolsyncextrahierer 220 extrahiert einen Grobsymbolanfangspunkt
aus den empfangenen digitalen komplexen Abtastpunkten.
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Der
FFT-Fenster-Controller 230 erfasst einen Grobsymbolanfangspunkt
unter Verwendung eines Grobsymbolsyncsignals gemäß Extraktion durch den Grobsymbolsyncextrahierer 220,
setzt einen Symbol-Timing-Synchronisationspunkt unter Verwendung
eines Offset-Wertes gemäß Abschätzung durch den
Symbol-Timing-Offset-Abschätzer 270,
addiert Abtastpunkte in einem vorbestimmten Intervall mit einer
Erstreckung von dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt zu dem Beginn
eines Datenübertragungsintervalls
zu Abtastpunkten in einem Intervall gemäß Ermittlung durch Subtraktion
einer vorbestimmten Länge
von einem Nutzsymbolintervall, beginnend mit dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt,
und leitet das Additionsergebnis an die FFT-Betriebseinheit 240 weiter.
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Die
FFT-Betriebseinheit 240 nimmt eine FFT bezüglich der
Abtastpunkte entsprechend dem Nutzsymbolintervall gemäß Ausgabe
aus dem FFT-Fenster-Controller 120 vor und gibt ein Frequenzbereichssignal
aus. Das Frequenzbereichssignal enthält ein Verstreute-Piloten-Signal mit
Informationen, die für eine
OFDM-Übertragung
notwendig sind, zusätzlich zu
allgemeinen Daten. Die Verstreute-Piloten-Signale, die in jedes
Symbol des Frequenzbereichssignals in Intervallen von zwölf Abtastpunkten
eingefügt
worden sind, sind für
die Symbol-Timing-Synchronisation notwendig.
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Der
Verstreute-Piloten-Modus-Detektor 250 bestimmt den Modus
eines verstreuten Piloten und vergleicht die Summe der Leistungen
der Unterträger entsprechend
jedem Verstreute-Piloten-Modus miteinander auf Basis des Merkmals,
dass ein Pilot eine größere Leistung
im Vergleich zu herkömmlichen
Daten aufweist, wodurch der Modus mit der größten Leistung unter den vier
Moden bestimmt wird.
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Der
Verstreute-Piloten-Extrahierer 260 extrahiert die verstreuten
Piloten, die in ein Symbol unter Verwendung eines Verstreute-Piloten-Anfangsmodus
gemäß Erfassung
durch den Verstreute-Piloten-Modus-Detektor 250 eingefügt worden
sind.
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Der
Symbol-Timing-Offset-Abschätzer 270 schätzt einen
Symbol-Timing-Offset ab, der sich aus einem ganzzahligen Teil und
einem gebrochenzahligen Teil zusammensetzt, und zwar unter Verwendung
der durch den Verstreute-Piloten-Extrahierer 260 extrahierten
verstreuten Piloten. Der ganzzahlige Teil ist für den FFT-Fenster-Controller 230 be stimmt,
um die Feinsymbol-Timing-Synchronisation vorzunehmen, wohingegen
der gebrochenzahlige Teil für
den ADC 210 über
die DPLL 280 bestimmt ist, um das Abtasttaktsignal des
ADC 210 zu steuern.
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Die
DPLL 280 ändert
die Frequenz und die Phase eines Abtasttaktsignals des ADC 210 unter Verwendung
des gebrochenzahligen Teils des Symbol-Timing-Offsets gemäß Ausgabe
des Symbol-Timing-Offset-Abschätzers 260.
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3 ist
ein Konzeptdiagramm eines Verfahrens des Setzens einer FFT-Fensterperiode in
einem FFT-Fenster-Controller entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Wie in 3(a) gezeigt ist, setzt der
FFT-Fenster-Controller 230 einen Symbol-Timing-Synchronisationspunkt in einem
Datenübertragungsintervall,
das sich aus einem Schutzintervall Tg und
einem Nutzsymbolintervall Tu zusammensetzt, unter
Verwendung eines Timing-Symbol-Offsets gemäß Abschätzung durch den Timing-Symbol-Offset-Abschätzer 270.
Anschließend
addiert der FFT-Fenster-Controller 230 Abtastpunkte in
einem vorbestimmten Intervall Tp mit einer
Erstreckung von dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt hin zu dem Beginn
des Datenübertragungsintervalls
zu Abtastpunkten in einem Intervall gemäß Ermittlung durch Subtraktion
einer vorbestimmten Länge
von dem Nutzsymbolintervall Tu, beginnend
mit dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt.
Hierbei wird das vorbestimmte Intervall Tp derart
gesetzt, dass es kürzer
als das Schutzintervall Tg entsprechend
einer Kanalumgebung ist.
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Wie
in 3(b) gezeigt ist, entsprechen die Abtastpunkte
in dem vorbestimmten Intervall Tp einem
Schutzintervall gemäß Ermittlung
durch Kopieren eines Abschnittes des Nutzsymbolintervalls Tu und sind daher in dem einer FFT zu unterziehenden Symbol
enthalten. Entsprechend erfolgt eine schnelle Fouriertransformation
des einzelnen Symbols, wodurch eine Intersymbolinterferenz (ISI)
in dem OFDM-Empfangssystem verhindert wird.
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4 ist
ein Konzeptdiagramm eines Verfahrens des Neusetzens einer FFT-Fensterperiode in einem
FFT-Fenster-Controller und des Eingebens von Neusetzinformationen
an eine FFT-Betriebseinheit. Der FFT-Fenster-Controller 230 addiert
Abtastpunkte in einem vorbestimmten Intervall Tp mit
einer Erstreckung von einem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt gemäß Setzung
in einem Datenübertragungsintervall
hin zum Beginn des Datenübertragungsintervalls
zu Abtastpunkten in einem Intervall gemäß Ermittlung durch Subtrahieren
einer vorbestimmten Länge
von einem Nutzsymbolinter vall Tu, beginnend
mit dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt, und gibt das Additionsergebnis
an die FFT-Betriebseinheit 240 aus. Ist beispielsweise
der Datenübertragungsmodus
gleich 2 K, so gibt der FFT-Fenster-Controller 230 parallel
2048 Abtastpunkte an die FFT-Betriebseinheit 240 weiter.
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5 ist
ein Flussdiagramm eines Symbol-Timing-Synchronisationsverfahrens
in einem erfindungsgemäßen OFDM-Empfangssystem.
Bei Schritt 510 wird das OFDM-Signal in Symboleinheiten von einem
OFDM-Übertragungssystem
empfangen.
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Anschließend werden
bei Schritt 520 verstreute Piloten, die in ein Symbol bei
Intervallen vorbestimmter Abtastpunkte eingefügt worden sind, aus dem empfangenen
OFDM-Signal extrahiert.
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Sodann
wird bei Schritt 530 ein Symbol-Timing-Offset unter Verwendung
der extrahierten verstreuten Piloten abgeschätzt, und es wird ein Symbol-Timing-Synchronisationspunkt
in einem Datenübertragungsintervall
gesetzt, das sich aus einem Schutzintervall und einem Nutzsymbolintervall,
siehe Schritt 540, zusammensetzt.
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Anschließend werden
bei Schritt 550 Abtastpunkte in einem vorbestimmten Intervall
mit einer Erstreckung von dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt
hin zum Beginn des Datenübertragungsintervalls
zu Abtastpunkten in einem Intervall gemäß Ermittlung durch Subtraktion
einer vorbestimmten Länge
von einem Nutzsymbolintervall, beginnend mit dem Symbol-Timing-Synchronisationspunkt,
addiert, wodurch eine FFT-Fensterperiode neugesetzt wird.
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6 ist
ein Graph, bei dem mit Blick auf die Symbol-Timing-Synchronisation
das Leistungsvermögen
der vorliegenden Erfindung dem Leistungsvermögen im Stand der Technik gegenübergestellt ist.
Der Graph zeigt den quadratisch gemittelten Wert SAMPLE2 eines
Symbol-Timing-Offsets, der nach der Symbol-Timing-Synchronisation
in einem DVB-T-System (digital video broadcasting-terrestrial DVB-T,
erdgebundenes Digitalvideorundsenden) verbleibt. Bei einem Datenübertragungsmodus
von 2 K wurde ein Test vorgenommen, und zwar mit einem Schutzintervalllängenmodus
von 1/16, einem Anfangsabtast-Offset von 1000 Abtastpunkten, einem Abtasttaktfrequenz-Offset
von 200 ppm, einem Anfangsabtasttaktphasen-Offset von 200 ppm und
einer Loop-Bandbreite
von 500 ppm in einem PLL-Block. 20 Kanäle entsprechend den DVB-T-Testspezifikationen
wurden als Multipath verwendet. Die vorliegende Erfindung weist einen
niedrigeren quadratisch gemittelten Wert SAMPLE2 des
verbleibenden Symbol-Timing-Offsets
auf, als dies im Stand der Technik bei einem Rayleigh-Kanal oder
einem Ricean-Kanal der Fall ist.
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7 ist
ein Graph, der Symbolfehlerraten (SERs) entsprechend der vorliegenden
Erfindung und Symbolfehlerraten entsprechend dem Stand der Technik
gegenüberstellt,
wobei die Symbolfehlerraten nach der Symbol-Timing-Synchronisation
und dem Kanalausgleich vorliegen. Es wurde ein Test unter denselben
Bedingungen wie in 6 ausgeführt. Mit Blick auf den Kanalausgleichsalgorithmus
wurden die Kanalabschätzung
und der Ausgleich mittels Durchführung
einer linearen Interpolation unter Verwendung verstreuter Piloten
während
einer Viersymbolperiode vorgenommen. Wie in 7 gezeigt
ist, weist die vorliegende Erfindung eine niedrigere SER auf, als
dies im Stand der Technik bei einem Rayleigh-Kanal der Fall ist.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, können entsprechend
der vorliegenden Erfindung die Symbol-Timing-Synchronisation und
der Kanalausgleich präziser
vorgenommen werden, ohne dass eine ISI auftritt, und dies auch dann,
wenn ein Symbolanfangspunkt in einem Multikanal (oder einem Rayleigh-Kanal)
oder einer Pre-ghost-Kanalumgebung nicht richtig erfasst worden
ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Einem
Fachmann auf dem einschlägigen
Gebiet erschließt
sich, dass verschiedenartige Änderungen
an Form und Details vorgenommen werden können. Mit anderen Worten, die
vorliegende Erfindung kann beispielsweise auch auf das digitale
Fernsehen, wie es in Europa üblich
ist, auf drahtlose LANs entsprechend IEEE 802.11a und andere OFDM-basierte Systeme
angewandt werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch als Programm umgesetzt sein, das
auf einem Computer ausgeführt
werden kann. Das Programm kann von einem Medium gelesen werden,
das bei einem Computer Verwendung findet, und dann von dem Computer ausgeführt werden.
Das Medium kann ein Speichermedium sein, so beispielsweise ein magnetisches Speichermedium
(beispielsweise ein ROM, eine Floppydisk oder eine Festplatte),
ein optisch lesbares Medium (beispielsweise eine CD-ROM oder eine DVD)
oder eine Trägerwelle
(beispielsweise bei einer Übertragung über das
Internet). Darüber
hinaus kann das Programm in einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium
in über
ein Netzwerk verbundenen Computersystemen verteilt gespeichert sein
und entsprechend zur Ausführung
gelangen.