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Die
vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Unterdrücken von
Rauschen in über
eine Kommunikationsverbindung empfangenen Daten.
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Durch
Rundfunk wird auf der ganzen Welt einem breiten Publikum sowohl
Unterhaltung als auch Information erfolgreich nähergebracht. Die Geschichte
des Rundfunks begann etwa vor einem Jahrhundert mit Radio, während die
Geschichte des Fernsehens bis in die 1930er Jahre zurückreicht.
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Der
letzte Schritt in der Rundfunktechnik ist die Digitalisierung sowohl
von Radio als auch Fernsehen (TV). Digitalradio hat bisher noch
keine weit verbreitete Akzeptanz auf dem Markt erfahren. Es besteht
jedoch die Hoffnung, dass Digitalfernsehen den Verbrauchern neue
Vorteile und Dienste bietet und infolgedessen neue Einkommensquellen
für die Rundfunkindustrie
erschließt.
Das Grundkonzept des TV-Dienstes selbst hat sich jedoch nicht wesentlich geändert. Die
TV-Dienste werden
weiterhin wie bisher bereitgestellt, auch wenn sie digital geworden sind.
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In
der letzten Hälfte
der 1990er Jahre entstand ein Boom in der Nutzung des Internets.
Innerhalb einer kurzen, revolutionären und intensiven Periode
wurde Verbrauchern eine große
Menge neuartiger Dienste und Inhalte zur Verfügung gestellt. E-Commerce,
Internet-Dienstanbieter (Internet Service Providers (ISPs)), Portale,
Eyeball-Spiele, Dotcom-Unternehmen und auch die New-Economy entstanden
während
dieser Periode. Entwicklungen sowohl in den Zugangstechniken (z.B.
ADSL), als auch in Codierungs- oder Verschlüsselungstechniken (z.B. MPEG-2-Streaming)
ermöglichten
die Übertragung von
umfangreichem Medieninhalt, z.B. Video-Inhalt, über das Internet in Heimumgebungen.
Trotz dieser Techniken und des Marktdruchbruchs neigen Medienhäuser aufgrund
der Gebührenfreiheit
ihrer Inhalte und der direkten Bedrohung durch Piraterie wenig dazu,
ihre Inhalte über
das Internet zu verbreiten. Außerdem
stellt das Internet trotz seiner großen Popularität noch keine
Herausforderung für
herkömmliche
Medien als primäre
Werbeplattform dar.
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Es
zeigt sich, dass Impulsstörungen
Probleme beim Rundfunkempfang verursachen. Diese Störungen können durch
Zündfunken
von Fahrzeugen oder verschiedene Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Haartrockner,
Staubsauger, Bohrmaschinen, usw. erzeugt werden. Die billigsten
Modelle dieser Geräte
haben häufig
eine unzulängliche
Störunterdrückung oder
Entstörung.
Außerdem
wird aus dem gleichen Grunde beim Ein- oder Ausschalten eines mit
einer Netzleitung verbundenen Geräts ein Einzelimpuls oder sogar
eine Folge von Impulsen erzeugt. Diese Geräte könnten elektrische Heizgeräte, Thyristor-Dimmer,
Fluoreszenzlampen, Kühlschränke, usw. sein.
Die Wirkung von Impulsstörungen
muss insbesondere für
einen Innenraumempfang durch eine einfache Allrichtungs-Empfangsantenne
berücksichtigt werden.
Die Feldstärke
eines Rundfunksignals, insbesondere für ein im Innenraum angeordnetes
tragbares Gerät,
kann ziemlich schwach und durch Mehrwegeempfang weiter gedämpft sein.
Bei einem Empfang über
ein festverdrahtetes Antennenkabel wird durch eine unzureichende
Kabelabschirmung einer Innenraum-Signalverteilungseinrichtung häufig der Vorteil
einer Dachantenne herabgesetzt, so dass der Signalempfang für Impulsstörungen empfindlich
wird.
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Ein
herkömmliches
Verfahren zum Vermindern der Wirkungen von Impulsrauschen basiert
auf der Begrenzung der Störimpulse,
wobei beeinträchtigten
Signalabtastwerten ein Wert zugewiesen wird, der der Amplitude des
Begrenzungspegels entspricht, während
ihre Phase beibehalten wird. Alternativ können die begrenzten Werte auf
null gesetzt werden, weil bekannt ist, dass die beeinträchtigten Abtastwerte
in jedem Fall unzuverlässig
sind. Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens ist in den Patentanmeldungen
EP-A2-1043874 und
EP-A2-1180851 beschrieben.
Gemäß diesem
Verfahren bleiben allerdings Abtastwerte, die beeinträchtigt,
aber nicht begrenzt worden sind, unverändert, so dass durch Rauschen
beeinflusste Abtastwerte mit Amplituden unterhalb des Begrenzungspegels
verbleiben. Dies führt
insbesondere bei einer hohen Störimpulsleistung
zu einem schlechten Störabstand
oder Signal-zu-Stör-(SIR)
Verhältnis.
Durch auf einer Signalbegrenzung basierende Verfahren wird kein
Impulsrauschen mit Signalpegeln unterhalb des Begrenzungspegels
erfasst, so dass dieses Impulsrauschen auch nicht eliminiert oder
unterdrückt
werden kann und die Leistungsfähigkeit
dieser Verfahren begrenzt ist.
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Gemäß einem
anderen Verfahren zum Eliminieren von Impulsrauschen werden alle
Abtastwerte, von denen bekannt ist, dass sie beeinträchtigt sind, d.h.
die einer Störimpulsperiode
zugeordneten Abtastwerte, ausgetastet oder ausgeblendet. Die Impulsposition
und die Impulsdauer können
beispielsweise durch Überwachen
eines ankommenden Signals hinsichtlich Abtastwerten erfasst werden,
deren Amplituden einen vorgegebenen Schwellenwert oder Begrenzungspegel überschreiten.
Ein solches Verfahren ist in einem Dokument von M. Sliskovic: "Signal processing
algorithm for OFDM channel with impulse noise", The 7th IEEE International Conference an
Electronics, Circuits and Systems (ICECS 2000), Band 1, 2000, Seiten
222–225
dargestellt, wobei zum Verbessern der Leistungsfähigkeit Schätzwerte der Werte des Originalsignals
für die
ausgeblendeten Abtastwerte unter Verwendung von Information von
Sicherheitsband-Abtastwerten hergeleitet werden. Hierfür müssen nachteilig
allgemeine komplexe Systemgleichungen gelöst werden, was aufwendig ist. Außerdem ist
eine Bezugnahme auf den Spektrumabschnitt im Sicherheitsband in
Systemen unerwünscht,
in denen viele Träger über einen
verrauschten Kanal empfangen werden, weil die Originalwerte der
fehlenden Abtastwerte nicht zuverlässig bestimmbar sind. Außerdem wird
durch dieses Verfahren das Problem der Identifizierung beeinträchtigter oder
gestörter
Abtastwerte mit Amplituden unterhalb des Schwellenwertes oder Begrenzungspegels
nicht gelöst.
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Daher
besteht Bedarf für
einen Empfänger, der
hohen Störpegeln
widerstehen und eine hohe Datenempfangssqualität bereitstellen kann und dazu geeignet
ist, ein Datensignal mit einer großen Anzahl von Trägern zu
empfangen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Vermindern der Wirkung von Impulsstörungen in einem über eine Datenverbindung übertragenen
Mehrträgersignal
zu vermindern.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Empfangen eines
Mehrträgersignals
die Schritte auf: Erfassen der Anwesenheit mindestens einer Impulsstörung innerhalb
des Signals, Identifizieren eines oder mehrerer Abtastwerte des
Signals, in dem/denen ein wesentlicher Anteil des durch die mindestens
eine Impulsstörung verursachten
Impulsrauschens vorhanden ist, Auswählen auszublendender Abtastwerte,
Definieren eines Ausblendungsfens ters als nicht-rechteckiges Fenster
zum Bereitstellen glatter Übergänge an seinen
Enden, Ausblenden der ausgewählten
Abtastwerte durch Anwenden des Ausblendungsfensters auf das Signal,
um ein Signal mit Ausblendungen zu erhalten, und Bestimmen einer
Schätzung
des Signals mit den Ausblendungen, wobei die ausgewählten Abtastwerte
die Abtastwerte, die als Abtastwerte mit Impulsstörung identifiziert
wurden, und eine erste vorbestimmte Anzahl von den identifizierten
Abtastwerten vorangehenden Abtastwerten und/oder eine zweite vorbestimmte
Anzahl von den identifizierten Abtastwerten nachfolgenden Abtastwerten
aufweisen.
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Gemäß diesem
Aspekt wird außerdem
ein Computerprogramm mit Programmbefehlen zum Ausführen eines
derartigen Verfahrens bereitgestellt.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Empfangen eines Mehrträgersignals
bereitgestellt, mit: einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen der
Anwesenheit von Impulsstörungen
im Signal und Identifizieren eines oder mehrerer Abtastwerte des
Signals, in dem/denen ein wesentlicher Anteil des durch Impulsstörungen verursachten
Impulsrauschens vorhanden ist, einer Auswahleinrichtung zum Auswählen auszublendender
Abtastwerte, einer Ausblendungseinrichtung, die dazu geeignet ist,
das Ausblendungsfenster derart zu konfigurieren, dass es nicht-rechteckig
ist, um glatte Übergänge an seinen
Enden bereitzustellen, und die ausgewählten Abtastwerte durch Anwenden
des Ausblendungsfensters auf das Signal auszublenden, um ein Signal
mit Ausblendungen zu erzeugen, und einer Schätzeinrichtung zum Bestimmen
einer Schätzung
des Signals mit den Ausblendungen, wobei die Auswahleinrichtung
derart konfiguriert ist, dass Abtastwerte, die als Abtastwerte mit
einer Impulsstörung
identifiziert wurden, und eine erste vorbestimmte Anzahl von den
identifizierten Abtastwerten vorangehenden Abtastwerten und/oder
eine zweite vorbestimmte Anzahl von den identifizierten Abtastwerten
nachfolgenden Abtastwerten ausgewählt werden.
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Die
Vorrichtung kann Teil eines Kommunikationssystems sein, in dem ein
Mehrträgersignal übertragen
und empfangen wird.
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Durch
die Einbeziehung von Abtastwerten, die den beeinträchtigten
Abtastwerten vorangehen oder folgen, innerhalb des auszublendenden
Intervalls werden die Wirkungen jeglicher Unsicherheiten, die mit
der Erfassung von durch Störimpulse
oder Impulsspitzen im Impulsrauschen beeinflussten Abtastwerten
in Beziehung stehen, z.B. mit der Bestimmung der Störimpulsposition
oder -länge,
vermindert. Obwohl dies zu einer Anzahl von Abtastwerten führen kann,
die durch Ausblenden von Impulsstörungen unbeeinflusst bleiben,
wird dieser Nachteil durch eine erhöhte Wahrscheinlichkeit dafür kompensiert, dass
alle beeinträchtigten
Abtastwerte eliminiert werden.
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Ein
Ausblendungsfenster kann derart definiert werden, dass alle Abtastwerte
innerhalb des Ausblendungsfensters ausgeblendet werden. Es ist vorteilhaft,
jedoch nicht wesentlich, wenn das Ausblendungsfenster derart definiert
wird, dass es eine aus mehreren vorgegebenen Längen ausgewählte Länge aufweist, die die kleinste
Länge ist,
die die beeinträchtigten
Abtastwerte und eine erste vorbestimmte Anzahl von den identifizierten
Abtastwerten vorangehen Abtastwerten und/oder eine zweite vorgegebene
Anzahl von den identifizierten Abtastwerten nachfolgenden Abtastwerten überspannt.
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Durch
das modifizierte Ausblendungsverfahren kann in Abhängigkeit
von Parametern, wie beispielsweise der Empfindlichkeit des abkommenden Signals
für Störungen,
Impulsrauschen mit relativ langen Störimpulsfolgen korrigiert werden.
Innerhalb eines Symbols können
mehrere nicht zusammenhängende
Ausblendungsintervalle verwendet werden, insofern die Gesamtausblendungslänge die Leistungsfähigkeit
des Verfahrens für
den ausgewählten Übertragungsmodus
nicht übersteigt.
Die Komplexität
des Verfahrens und der zusätzliche
Energiebedarf sind gering. Durch das Verfahren wird eine größere Effizienz
bezüglich
des Rundfunkdatenempfangs erhalten und wird eine Kombination von Effektivität mit Einfachheit
erzielt.
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Die
Effektivität
des Rauschunterdrückungsverfahrens
ist von der Störimpulsstärke unabhängig, und
das Datensymbol kann, obwohl die Qualität des Ausgangssignals in gewissem
Grad herabgesetzt ist, weiterhin verwendbar sein. Wenn kein Impulsrauschen
vorhanden ist, wird die Qualität
des Ausgangssignals nur in geringem Maße oder überhaupt nicht herabgesetzt.
Das Verfahren ist ziemlich robust. Durch Kanalrauschen wird die
Leistungsfähigkeit nicht
wesentlich beeinträchtigt.
Außerdem
ist für
das Verfahren keine präzise
Kanalzustandinformation erforderlich, so dass ziemlich hohe Doppler-Frequenzen
tolerierbar sind.
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Das
Verfahren ist einfach und allgemein anwendbar und ist nicht auf
Information von Sicherheitsbändern
oder Pilotkanälen
angewiesen, die unzuverlässig
sein kann.
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Der
Empfänger
erfasst das Vorhandensein von Impulsstörungen im Empfangssignal und
bestimmt, welche Abtastwerte des Signals beeinflusst sind. In seinen
einfachsten Ausführungsformen
ist es nicht erforderlich, die Impulslänge zu bestimmen. Der Algorithmus
muss nur geringfügig
oder überhaupt nicht
verändert
werden, um verschiedene Störimpuls-Rauschsituationen
zu handhaben. Die erforderlichen Änderungen vorhandener Chip-Designs
sind sehr geringfügig
und einfach implementierbar.
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Die
Erfindung ist insbesondere für
Mehrträgersysteme
mit einer großen
Anzahl von Trägern, z.B.
hundert oder mehr Trägern,
geeignet. Beispielsweise kann ein orthogonales Frequenzmultiplex(OFDM)system
tausende Träger
verwenden. In einem derartigen System müssen mehrere Signalabtastwerte
ausgeblendet werden, während
nur eine begrenzte Verzerrung in einem erhaltenen decodierten Signal
verursacht wird.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
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1 ein
System, in dem die erfindungsgemäßen Prinzipien
anwendbar sind;
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2 ein
Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Vermindern der Wirkungen von
Impulsstörungen
in einem Empfangssignal;
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3 ein
Zeitbereichdiagramm vor und nach einem Ausblendungsvorgang unter
Verwendung eines rechteckigen Ausblendungsfensters gemäß einem
außerhalb
des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegenden Verfahren;
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4 ein
kombiniertes Ausblendungsfenster zur Verwendung in einem außerhalb
des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegenden Verfahren;
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5 die
Beziehung zwischen der Länge
eines Ausblendungsfensters und einer Bitfehlerrate;
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6A ein
Ausblendungsfenster zur Verwendung in einem Verfahren und einer
Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und ein entsprechendes kombiniertes Ausblendungsfenster;
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6B die
Wirkung des Ausblendungsfensters von 6A auf
ein Ausblendungsintervall;
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7A ein
Ausblendungsfenster zur Verwendung in einem Verfahren und einer
Vorrichtung gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und ein entsprechendes kombiniertes Ausblendungsfenster;
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7B die
Wirkung des Ausblendungsfensters von 7A auf
ein Ausblendungsintervall;
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8 einen
Empfänger
zum Empfangen eines Mehrträgersignals
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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9 Hardware-Komponenten
des Empfängers
von 8.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Tolerieren von Störimpulsrauschen
in OFDM-Sysemen bereitgestellt, insbesondere in solchen Systemen,
in denen ein terrestrischer digitaler Videorundfunk-(Terrestrial
Digital Video Broadcasting)(DVB-T) Standard verwendet wird, wie
beispielsweise digitaler Videorundfunk (Digital Video Broadcasting)(DVB):
Rahmenstruktur, Kanalcodierung und Modulation für terrestrisches digitales Fernsehen
gemäß dem Standard
ETSI EN 300 744. Digitaler Videorundfunk (Digital Video Broadcasting)(DVB)
bietet einen Übertragungskanal
mit hoher Bandbreite, wobei typischerweise eine Punkt-zu-Mehrpunkt-(Multicast-)
oder alternativ eine Punkt-zu-Punkt-(Unicast-)Übertragung
implementiert wird. Durch den Übertragungskanal mit
hoher Bandbreite können
einem Benutzer verschiedenartige Dienste zur Verfügung gestellt.
Es ist ein geeigneter Empfang der übertragenen Rundfunkdaten erforderlich,
um auf die Dienste zugreifen oder die Dienste nutzen zu können.
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Durch
digitale Rundfunkübertragung
wird eine große
Dateninformationsmenge für
ein Empfangsgerät
bereitgestellt. Digitale Rundfunkübertragung ist eine Streaming-Übertragung
typischerweise zu mehreren Empfängern,
oder alternativ eine Punkt-zu-Punkt-(Unicast) Übertragung zu einem einzelnen
Empfänger.
Eine Datenverteilungsverbindung kann bei der Rundfunkübertragung
eine drahtlose Verbindung, eine feste Verbindung oder eine Drahtverbindung
sein. Beispielsweise werden durch DVB-MHP (Multimedia Home Platform)
für den
Empfänger
mehrere Datenverteilungsverbindungen bereitgestellt. Das digitale
Rundfunkübertragungssystem
kann mit dem Empfänger
Wechselwirken, aber die Wechselwirkung ist keine zwingende Voraussetzung.
Ein System mit Wechselwirkungsfähigkeiten kann
eine erneute Übertragung
fehlerbehafteter Daten anfordern, der Rundfunkempfänger, der
derart konfiguriert ist, dass er Daten einer Streaming-Übertragung
(Streaming-Delivery) empfangen kann, sollte aber in der Lage sein,
einige Fehler in den Daten zu tolerieren. Daher sollte der Empfang
der digital übertragenen
Daten zuverlässig
und dazu geeignet sein, einen gewissen Anteil von Impulsstörungen zu
tolerieren.
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Gemäß 1 wird
ein Empfänger 100 in
einem durch ein digitales Rundfunknetzwerk (DBN) 101 abgedeckten
Bereich betrieben. Der Empfänger 100 ist
dazu geeignet, durch das DBN 101 bereitgestellte IP-(Internet-Protokoll)
basierte Dienste zu empfangen. Die Übertragung über das DBN 101 beinhaltet
einen Transportstrom (TS) 102. Das DBN 101 weist
eine Einrichtung zum Modifizieren des Transportstroms 102 und
eine Einrichtung zum Erzeugen und Übertragen des Signals über einen
Sender 103 auf. Der Transportstrom 102 kann sowohl Daten
als auch Referenzinformation enthalten, wie beispielsweise verstärkte Pilotwerte
oder Sicherheitsbandwerte, wobei der Empfänger 100 dazu geeignet
ist, zwischen Daten und Referenzinformation zu unterscheiden. Der
Empfänger 100 erfasst
Impulsstörungen
und blendet beeinflusste Abtastwerte aus. Diese Prozesse können während des
Empfangs des Dienstes kontinuierlich ausgeführt werden. Für den Empfänger 100 ist
keinerlei Wechselwirkung mit dem Sender 103 erforderlich,
wodurch die Kosteneffizienz erhöht
wird.
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Das
DBN 101 überträgt die Daten über eine Datenverbindung,
hier über
ein terrestrisches digitales Videorundfunk-(DVB-T) Netz, zu den
Benutzern. Vor der Übertragung
werden die Daten im DBN 101 verarbeitet. Auf dem Fachgebiet
ist bekannt, dass IP-Einkapselungseinrichtungen (IP-Encapsulators) 104 eine
Multi-Protokoll-Einkapselung
(MPE) ausführen
und die IP-Daten in MPEG-TS-(Moving Picture Experts Group-Transport
Stream) basierten Daten-Containern platzieren. Die IP-Einkapselungseinrichtungen 104 erzeugen
Tabellen, um sie im Transportstrom (TS) einzufügen, wodurch Information über die
Daten bereitgestellt wird, und verknüpfen oder modifizieren diese
Tabelle nach Erfordernis. Alternativ kann ein Multiplexer diese
Funktionen ausführen. Die
Verarbeitung der IP-Einkapselungseinrichtungen 104 beinhaltet
das Platzieren der empfangenen Daten in UDP-(User Datagram Protocol)
Pakete, die in IP-Paketen eingekapselt sind, welche wiederum in DVB-Paketen
eingekapselt sind. Details dieser Multi-Protokoll-Einkapselungstechnik können beispielsweise
im Standard-Dokument EN 301 192 gefunden werden. Beispiele für auf der
Anwendungsschicht geeignete Protokolle sind UHTTP (Unidirectional
Hypertext Transfer Protocol), RTSP (Real-Time Streaming Protocol),
RTP (Real-Time Transport Protocol), SAD/SDP (Service Announcement
Protocol/Service Description Protocol) und FTP (File Transfer Protocol).
Die derart erzeugten DVB-Pakete werden auf herkömmliche Weise über die
DVB-Datenverbindung übertragen.
Wenn die Übertragungsgeschwindigkeit durch
den Rundfunksender spezifiziert ist, wird diese Übertragungsgeschwindigkeit
angefügt.
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Gegebenenfalls
kann bei der IP-Einkapselung IP-Sicherheit (Internet Protocol Security)(IPSEC)
verwendet werden, die in Requests for Comments 2401, The Internet
Society, 1998 beschrieben ist, um zu gewährleisten, dass Inhalt nur
durch Empfänger
mit den geeigneten Authorisierungen empfangen werden kann. Während des
Einkapselungsprozesses kann mindestens einem der Header oder Köpfe eine
eindeutige Identifizierung hinzugefügt werden. Beispielsweise kann,
wenn das UHTTP verwendet wird, die eindeutige Identifizierung im UHTTP-Header unter dem
UUID-(Universal Unique Identifier) Feld codiert werden. Für eine Datenübertragung
zu einem bestimmten Empfänger
oder einer Gruppe von Empfängern
können
die Container außerdem
Adresseninformation halten, die durch eine im Empfänger 100 angeordnete
Komponente für
einen bedingten Zu gang identifiziert und gelesen werden kann, um
zu bestimmen, ob die Daten für
diesen Empfänger 100 bestimmt
sind. Alternativ kann für
die Datenübertragung
zu mehreren Empfängern
eine Multicast-Übertragung
angewendet werden, um zu ermöglichen,
dass ein einzelner Sender mehrere Empfänger erreicht. Außerdem kann
im System aus dem DBN 101 und dem Empfänger 100 ein virtuelles privates
Netz (VPN) gebildet werden. Ein Bandbreitenabschnitt des DBN 101 ist
einer Punkt-zu-Punkt- oder einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikation
vom DBN 101 zum Empfänger 100 zugewiesen.
Das DBN 101 weist außerdem
verschiedenartige Übertragungskanäle für andere
Transportströme
auf. Der Empfänger 100 führt Multi-Protokoll-Entkapselungen aus,
um IP-Datenpakete wiederzugewinnen.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm der durch den Empfänger 100 ausgeführetn Verarbeitung
zum Vermindern von Störimpulsrauschen
in einem OFDM-Signal. Die Verarbeitung startet in Schritt 200, und
das empfangene Signal wird in Schritt 201 analog/digital-(A/D)
umgesetzt. Signalabtastwerte werden regelmäßig und gleichmäßig erfasst,
um eine Folge von Abtastwerten zu erzeugen.
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In
Schritt 202 wird erfasst, ob Impulsrauschen vorhanden ist.
Dieser Vorgang basiert auf einer Schiebefenster-(Sliding Window)
Berechnungstechnik, gemäß der die
kombinierte Leistung mehrerer Abtastwerte berechnet und mit einem
Referenzwert verglichen wird. Die Anzahl von Abtastwerten innerhalb
des Schiebefensters sollte relativ klein sein, z.B. zwischen 5 und
15 betragen (wobei 8 Abtastwerte in DBV-T etwa 8 μs entsprechen).
Beispiele geeigneter Referenzwerte sind die mittlere Leistung des vorangehenden
Signals, wobei erwartet wird, dass der Signalpegel sich nicht schnell ändert, was
beispielsweise für
festinstallierte Empfänger
oder für tragbare
Empfänger
zutrifft, die sich nur langsam bewegen, oder die von einem früheren Schiebefenster berechnete
Leistung. Wenn die Differenz zwischen der Leistung innerhalb des
Fensters und dem Referenzwert einen Schwellenwert überschreitet,
wird angezeigt, dass Impulsrauschen vorhanden ist, so dass alle
Abtastwerte innerhalb des entsprechenden Schiebefensters identifiziert
und als "störimpulsbeeinflusst" markiert werden.
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In
Schritt 203 werden auszublendende Abtastwerte ausgewählt. Ein
Ausblendungsintervall wird unter Verwendung der Position des Störimpulses
in einer Fol ge von Abtastwerten und seiner Länge definiert, die durch das
Erfassungsverfahren angezeigt werden. Das Ausblendungsintervall
wird derart definiert, dass es etwas größer ist als die Störimpulslänge und
die Abtastwerte, die als durch Interferenz beeinflusst identifiziert
wurden, plus eine vorgegebene Anzahl zusätzlicher Abtastwerte abdeckt,
die den beeinträchtigten
Abtastwerten unmittelbar vorangehen oder folgen, vorausgesetzt,
dass eine maximale Wiedergewinnungslänge nicht überschritten wird. Eine maximale
Wiedergewinnungslänge
kann im Voraus festgelegt werden, um die durch den Ausblendungsprozess
verursachte Verzerrung oder Störung
des erhaltenen Signals auf einen akzeptablen Wert zu begrenzen.
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Im
vorliegenden spezifischen beispielhaften Verfahren ist das Ausblendungsfenster
rechteckig. Die Verwendung eines derartigen rechteckigen Ausblendungsfensters
liegt jedoch außerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
ein Beispiel eines Empfangssignals 300 vor dem Ausblendungsprozess,
wobei Abtastwerte l0 bis (l0 +
k) in Schritt 202 als durch einen Störimpuls beeinflusst identifiziert
worden sind. Die in Schritt 203 ausgewählten Abtastwerte weisen die
beeinträchtigten
Abtastwerte l0 bis (l0 +
k), eine erste vorgegebene Anzahl x1 von
dem Störimpuls
vorangehenden Abtastwerten und eine zweite vorgegebene Anzahl x2 von dem Störimpuls folgenden Abtastwerten
auf. Das Ausblendungsintervall ist derart definiert, dass es die
ausgewählten
Abtastwerte (l0 – x1) bis
(l0 + k + x2) abdeckt.
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In 3 betragen
sowohl die erste als auch die zweite vorgegebene Anzahl x1, x2 gleich 2. Wenn im
Ausblendungsintervall sowohl vorangehende als auch nachfolgende
Abtastwerte enthalten sind, kann die minimale Länge des Ausblendungsintervalls,
und damit eines entsprechenden Ausblendungsfensters 301,
jedoch beispielsweise nur drei Abtastwerten breit sein. Die Anzahl
von im Ausblendungsintervall einzuschließenden zusätzlichen Abtastwerten kann gemäß den Anforderungen
des Benutzers oder Dienstanbieters definiert werden. Als allgemeiner
Anhaltspunkt kann die vorgegebene Anzahl zusätzlicher Abtastwerte in einem
8k-DVB-T-System etwa 10, und in einem 2k-System etwa 3 betragen.
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Es
werden mehrere vorgegebene Ausblendungsfensterlängen bereitgestellt, und das
Ausblendungsfenster 301 wird derart definiert, dass es
die kleinste der vorgegebenen Längen
aufweist, die größer oder
gleich dem Ausblendungsintervall (l0 – x1) bis (l0 + k +
x2) sind, d.h. die kleinste Länge, die
die durch Störimpulse
beeinflussten Abtastwerte plus die vorangehenden und nachfolgenden
Abtastwerte überdeckt
(Schritt 204). Im vorliegenden Beispiel gleicht die Länge des
Ausblendungsfensters 301 exakt dem Ausblendungsintervall.
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An
Stelle der Verwendung mehrerer vorgegebener Ausblendungsfensterlängen können in
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung unter Verwendung der erfassten Störimpulsposition Ausblendungsintervalle
mit einer festen vorgegebenen Länge
verwendet werden, so dass ein Ausblendungsfenster eine feste Anzahl
von Abtastwerten abdeckt und derart angeordnet ist, dass mindestens
ein einem Störimpuls
vorangehender Abtastwert ausgeblendet wird. Für dieses Verfahren wäre keine
Information über
die Störimpulslänge erforderlich,
weil alle Ausblendungsfenster als Fenster mit gleicher Länge definiert
wären.
Gemäß einer
in 4 dargestellten Modifikation dieser Ausführungsform
können mehrere
Ausblendungsfenster 401, 402, 403 mit
fester Länge
definiert und derart angeordnet werden, dass ein kombiniertes Ausblendungsfenster 400 gebildet
wird, das das erforderliche Ausblendungsintervall (l0 – x1) bis (l0 + k +
x2) abdeckt. Die Pfeile in 4 zeigen
das Ausmaß jedes
der Ausblendungsfenster 401, 402, 403 im
Zeitbereich. Wie dargestellt ist, können die Ausblendungsfenster 401, 402, 403 sich
gegebenenfalls überlappen,
so dass das kombinierte Ausblendungsfenster 400 die erforderliche
Länge hat.
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Alternativ
kann eine komplexere Ausblendungstechnik verwendet werden, gemäß der sowohl durch
das Erfassungsverfahren erhaltene Störimpulspositions- als auch Störimpulsdauerinformation verwendet
wird, um ein Ausblendungsintervall zu definieren, das Abtastwerte,
die einem Erfassungsfenster zugeordnet sind und als durch Rauschen
beeinflusst identifiziert wurden, plus eine vorgegebene Anzahl der
vorangehenden und nachfolgenden Abtastwerte enthält, so dass die Ausblendungsfensterlängen innerhalb
einer für
eine Wiedergewinnung zulässigen
vorgegebenen maximalen Länge
vollkommen variabel sind.
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5 zeigt
ein Beispiel einer Beziehung zwischen der maximalen Ausblendungsfensterlänge und
einer Bitfehlerrate (BER) für
ein simuliertes 8k-OFDM-Signal
mit einer 16-QAM-Modulation (16-Punkt-Quadraturamplitudenmodulation),
einer Coderate von 2/3 des Signals und einem Rauschabstand oder
Signal-zu-Rausch-Verhältnis von
20 dB. Die Impulsrauschleistung liegt 39 dB über der mittleren Signalleistung.
Die Kurve 500 zeigt die maximale Ausblendungsfensterlänge für das erfindungsgemäße Verfahren,
während
die Kurve 501 die maximale Ausblendungsfensterlänge für ein Verfahren
zeigt, in dem die ausgeblendeten Abtastwerte anschließend durch
Schätzwerte
des Originalsignals korrigiert werden. Ausblendungsintervalle im
Bereich von 1 bis 100 oder 1 bis 500 Abtastwerten sind für alle Systeme
geeignet. Der Graph zeigt, dass in einem 8k-System ein Ausblendungsintervall
von 500 Abtastwerten zu einer Bitfehlerrate (BER) von etwa 6 × 10–3 führen kann.
Im 8k-System kann das Abtastintervall auf bis zu 1000 Abtastwerte
gesetzt werden, so dass keine komplizierten Schätztechniken verwendet werden müssen, um
für Störimpulse
mit kürzeren
Impulsdauern ein nutzbares Symbol wiederzugewinnen. Die maximale
Ausblendungsfensterlänge,
d.h. die größte der
für die
Auswahl verfügbaren
vorgegebenen Längen,
kann derart definiert werden, dass gewährleistet wird, dass das System
eine bestimmte Bitfehlerrate (BER) nicht überschreitet.
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Im
Allgemeinen können
innerhalb einer Symbolperiode mehrere nicht zusammenhängende Ausblendungsintervalle
vorhanden sein. Daher kann im Ausblendungsverfahren auch die Anzahl
ausgeblendeter Abtastwerte innerhalb eines OFDM-Symbols begrenzt
werden, um zu gewährleisten,
dass ein minimaler Teil des Symbols nicht ausgeblendet wird.
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Das
Ausblendungsfenster 301 wird im Zeitbereich derart angeordnet,
dass es die ausgewählten Abtastwerte
abdeckt. Die Abtastwerte innerhalb des Ausblendungsfensters 301 werden
ausgeblendet (Schritt 205). Gemäß 3 werden
in einer Ausführungsform
der Erfindung die Abtastwerte innerhalb dieses Intervalls ausgeblendet,
indem ihre Werte auf null gesetzt werden. Dies entspricht der Addition
eines Ausblendungssignals 302 zum Signal 300.
Wenn das Ausblendungsfenster 301 eine rechteckige Form hat,
enthält
das Ausblendungssignal 302 entsprechende Abtastwerte mit
gleicher absoluter, jedoch entgegengesetzter Amplitude im Ausblendungsintervall
(l0 – x1) bis (l0 + k +
x2), und der Rest des Signals 302 hat
eine Amplitude von null. Durch diese Addition wird ein ausgeblendetes
Signal 303 erhalten, das nicht ausgeblendete Abtastwerte
an beiden Seiten des Ausblendungsintervalls enthält, d.h. Abtastwerte in Intervallen
0 bis (l0 – x1 – 1) und
(l0 + k + x2 + 1)
bis n, die dem empfangenen Signal a entsprechen, und ein Ausblendungsintervall
von (k + 1 + x1 + x2)
Abtastwerten mit dem Wert null.
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Während die
in den 3 und 4 dargestellten Ausblendungsfenster 301, 400–403 rechteckig
sind, sind die Ausblendungsfenster in den erfindungsgemäßen Verfahren
und Vorrichtungen derart geformt, dass an ihren Enden glatte oder
sanfte Übergänge bereitgestellt
werden, um Verzerrungen zu vermindern.
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6a zeigt
ein Ausblendungsfenster 600 zur Verwendung in einer Ausführungsform
der Erfindung mit linearen Übergängen zusammen
mit einem entsprechenden kombinierten Ausblendungsfenster 601,
das aus zwei kleineren Ausblendungsfenstern mit der gleichen Form
gebildet wird. Die Überlappungsbereiche
zwischen den beiden kleineren Ausblendungsfenstern werden verwendet,
um zu gewährleisten,
dass die ausgewählten
Abtastwerte in einem Hauptabschnitt des Ausblendungsintervalls 301,
d.h. die Abtastwerte, die sich nicht an den Enden befinden, auf
null gesetzt werden, während
die Amplituden der Abtastwerte an den Enden des Ausblendungsintervalls
die Amplituden der entsprechenden Abtastwerte des Empfangssignals
darstellen, die gemäß der Form
des Ausblendungsfensters 600 gewichtet sind. Ein dem Ausblendungsfenster 301 entsprechendes
Ausblendungssignal 602 ist in 6B durch
durchgezogene Linien dargestellt. Die Abtastwerte an den Enden des
Ausblendungsintervalls, die im vorliegenden Beispiel die zusätzlichen
Abtastwerte in den Intervallen (l0 – x1) bis (l0 – 1) und
(l0 + k + 1) bis (l0 +
k + x2) sind, sind nicht vollständig ausgeblendet.
Die gestrichelten Linien in 6B zeigen
die Amplitude der Abtastwerte an den Enden des Ausblendungsfensters 600 im
Ausblendungssignal 302 von 3, d.h.
für ein
rechteckiges Ausblendungsfenster.
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7A zeigt
ein Ausblendungsfenster 700 zur Verwendung in einer anderen
Ausführungsform der
Erfindung mit kosinusförmigen Übergängen und ein
entsprechendes kombiniertes Ausblendungsfenster 701, das
aus drei kleineren Ausblendungsfenstern besteht. 7B zeigt
das entsprechende erhaltene Ausblendungssignal 702, wobei
die gestrichelten Linien die Wirkung der Form des Ausblendungsfensters 700 auf
die Abtastwerte an den Enden des Ausblendungsintervalls darstellen.
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Wenn
nicht-rechteckige Ausblendungsfenster 600, 700 verwendet
werden, werden die Werte im Ausblendungsintervall 301 des
ausgeblendeten Signals 303 nicht gleichmäßig null
betragen, weil die Abtastwerte an den Enden des Ausblendungsintervalls (l0 – x1) bis (l0 – 1) und
(l0 + k + 1) bis (l0 +
k + x2) einen gewichteten Anteil ihrer ursprünglichen
Amplitude beibehalten.
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In
Schritt 206 wird durch eine schnelle Fouriertransformation
(FFT) des ausgeblendeten Symbols eine Schätzung des Empfangssignals berechnet.
Aufgrund der Ausblendung ist im ausgeblendeten Symbol eine gewisse
Verzerrung vorhanden. Das Ergebnis der schnellen Fouriertransformation
(FFT) wird dann weitergeleitet (Schritt 207), so dass ein
Datendienst mit einer tolerierten Störung empfangen wird. Daraufhin
wird die Verarbeitung beendet (Schritt 208).
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8 zeigt
ein Funktionsblockdiagramm eines erfindungsgemäßen Empfängers 100. Ein A/D-Wandler 800 empfängt das
Signal und wandelt es um. Vor oder nach der A/D-Umsetzung kann eine I-Q-Trennung
ausgeführt
werden. Die übrigen
Blöcke in 8 können im
Wesentlichen in drei Abschnitte geteilt werden: in eine Störimpulserfassungseinrichtung,
die das Vorhandensein eines Störimpulses
erfasst und seine Position im Zeitbereich und vorzugsweise auch
seine Länge
bestimmt, eine Ausblendungseinrichtung und eine Symbolschätzeinrichtung mit
einer Einrichtung zum Ausführen
einer schnellen Fouriertransformation (FFT) der ausgeblendeten Abtastwerte.
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Eine
Störimpulserfassungsschaltung 801 erfasst
die Impulsstörungen.
Ein Serien-Parallel-Umsetzer 802 demultiplext das empfangene
Datensignal. Die Ausblendungsverarbeitung von Schritt 204 kann
vor der Serien-Parallel-Umsetzung ausgeführt werden, wird jedoch vorzugsweise
danach in einem Eingangspuffer (IB) 803 ausgeführt. Eine
Steuereinrichtung 804 steuert den Eingangspuffer (IB) 803.
In einer Ausführungsform
der Erfindung zählt
die Steuereinrichtung 804 außerdem die Anzahl ausgeblendeter
Abtastwerte innerhalb eines Symbols und überwacht, ob diese Anzahl innerhalb
des vorstehend erwähnten
vorgegebenen Grenzwertes liegt. Dadurch wird gewährleistet, dass die durch den
Ausblen dungsprozess erhaltene Verzerrung innerhalb eines zulässigen Bereichs
bleibt. Eine FFT-Schaltung 805 führt die schnelle Fouriertransformation
(FFT) aus. Das Ergebnis 806 der schnellen Fouriertransformation
des ausgeblendeten Signals wird weitergeleitet und in einem Ausgangspuffer
(OB) 807 gepeichert.
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9 zeigt
ein Blockdiagramm zum Darstellen der Komponenten des Empfängers 100.
Der Empfänger 100 weist
eine Verarbeitungseinheit (CPU) 900, einen Mehrträgersignalempfängerabschnitt 901 und
eine Benutzerschnittstelle (UI) mit einer Eingabeschnittstelle,
einer Tastatur 902, und einer Ausgabeschnittstelle, einem
Display 903, auf. Außerdem
weist die Benutzerschnittstelle UI ein Mikrofon und einen Lautsprecher
zum Empfangen und Erzeugen von (nicht dargestellten) Audiosignalen
auf und kann optional ein (nicht dargestelltes) Spracherkennungssystem
aufweisen. Der Mehrträgersignalempfängerabschnitt 901 und
die Benutzerschnittstelle UI 902, 903 und eine
Speichereinrichtung 904 sind mit der Verarbeitungseinheit
CPU 900 verbunden. Die Verarbeitungseinheit CPU 900 weist
einen (nicht dargestellten) Mikroprozessor und (nicht dargestellte)
Software SW auf, die im Speicher 904 gespeichert ist. Die
CPU 900 steuert die Operation des Empfängers 100 auf der
Basis der Software für
den Empfang des Datenstroms 102, die Unterdrückung des
Störimpulsrauschens
in den empfangenen Daten, die Darstellung der von der Benutzerschnittstelle
UI 903 ausgegebenen Daten und das Lesen von über die
Benutzerschnittstelle UI 902 eingegebenen Daten. Alternativ
kann die Erfindung unter Verwendung anwendungsneutraler Programme
bzw. Middleware implementiert werden.
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Der
Empfänger 100 kann
ein Handheld-Gerät
sein, das ein Benutzer bequem tragen kann. Der Empfänger 100 kann
vorteilhaft ein zellulares Mobiltelefon sein, das den Mehrträgersignalempfängerabschnitt 901 zum
Empfangen des Rundfunkübertragungsstroms 102 aufweist,
und kann mit Dienstanbietern wechselwirken.
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Für Fachleute
ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf Details der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
ist. Beispielsweise wurden die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
auf ein DVB-T-System angewendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch
auch in anderen OFDM- und anderen Mehrträgersystemen anwendbar, beispielsweise
auf Übertragungen
gemäß dem vorgeschlagenen
DVB-M-Standard, den aufkommenden 4G-Diensten oder dem ISDB-T-Standard
(Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting, japanischer
Standard für
terrestrisches Digitalfernsehen). Die Erfindung ist insbesondere
für Systeme
mit einer großen
Anzahl von Trägern
geeignet, d.h. mit hundert oder mehr Trägern, in denen die Wirkungen der
durch den Ausblendungsprozess verursachten Verzerrungen begrenzt
sind.
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Das
in Verbindung mit der vorstehend dargestellten Ausführungsform
beschriebene Verfahren weist keine Schritte zum Schätzen der
Originalsignalwerte der Abtastwerte im Ausblendungsintervall und zum
Verwenden dieser Schätzwerte
zum Korrigieren des ausgeblendeten Signals auf, sondern innerhalb des
Schutzumfangs der Erfindung könnte
nach der Schätzung
des ausgeblendeten Signals eine Korrekturverarbeitung ausgeführt werden.
In geeigneten Verfahren zum Schätzen
des Originalsignals wird beispielsweise Information von Sicherheitsbändern und/oder
Pilotkanälen
im Empfangssignal verwendet, wie in den mitanhängigen Patentanmeldungen Nr.
FI-20020387 und
PCT/FI02/00551 dargestellt
ist.
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Die
Erfindung kann durch ein alternatives Erfassungsverfahren implementiert
werden. Geeignete Verfahren beinhalten das Identifizieren von Signalpegeln,
die einen vorgegebenen Amplitudenschwellenwert überschreiten, oder das Überwachen
der Anzahl von Pegeldurchgängen
(Level Crossings) innerhalb eines vorgegebenen Intervalls. Für die Bewertung
jeder dieser Parameter könnte
eine Schiebefenstertechnik verwendet werden. Alternativ könnte das
Erfassungsverfahren auf Amplitudenänderungen basieren, wobei die
Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten berechnet
und bestimmt wird, ob der Absolutwert dieser Differenz einen Schwellenwert überschreitet.
Wiederum könnte
eine Schiebefenstertechnik verwendet und ein Störimpuls angezeigt werden, wenn
die Anzahl von den Schwellenwert überschreitenden Änderungen
innerhalb des Fensters einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Das Erfassungsverfahren kann auch auf einer beliebigen Kombination
der diskutierten Erfassungsparameter basieren.
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In
der Ausführungsform
war das Ausblendungsintervall derart definiert, dass es einem Rauschstörimpuls
vorangehende und nachfolgende Abtastwerte enthielt.
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Das
Ausblendungsintervall kann jedoch innerhalb des Schutzumfangs der
Erfindung auch derart definiert sein, dass es nur die durch Rauschen
beeinflussten Abtastwerte plus eine vorgegebene Anzahl vorangehender
Abtastwerte, oder nur die durch Rauschen beeinflussten Abtastwerte
plus eine vorgegebene Anzahl nachfolgender Abtastwerte enthält.
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Alternativ
könnte
die Auswahl einer von mehreren vorgegebenen Ausblendungslängen auf
dem Übertragungsmodus
basieren, wobei größere Fenster
verwendet werden, wenn die Modulation und die Codierung robust sind,
und kleinere Fenster, wenn die Übertragungsparameter
bezüglich
Störungen empfindlicher
sind. Andere Parameter, auf denen die Ausblendungsfensterlänge basieren
kann, sind die Coderate oder ein Parameter, der anzeigt, ob der Übertragungsmodus
hierarchisch oder nicht-hierarchisch ist. Außerdem können die im übertragenen
Signal verwendeten Parameter eines beliebigen Zeitverschachtelungsverfahrens
die Auswahl einer Ausblendungsfensterlänge beeinflussen.
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Der
Empfänger 200 könnte auch
derart konfiguriert sein, dass die Anzahl der ausgeblendeten Symbole
auf einen Wert begrenzt wird, der in der Größenordnung der Korrekturfähigkeit
liegt. In Abhängigkeit
von den Anforderungen des Benutzers oder des Dienstanbieters kann
es jedoch bevorzugt sein, alle Abtastwerte, in denen eine wesentliche
Störimpulsleistung
erfasst wird, auch dann auszublenden, wenn die Korrekturfähigkeit
gegeben ist.
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Die
Erfindung kann durch eine On-Chip-Architektur am Empfänger implementiert
werden, z.B. auf dem DVB-T-Chip des Empfängers. Alternativ kann die
Erfindung an einer Vermittlungseinrichtung (Intermediator) implementiert
werden, die den Datenverkehr im Rundfunkübertragungssystem vermittelt, wie
beispielsweise eine Gateway-Überbrückungskommunikation
zwischen mindestens zwei verschiedenen Netzwerkschnittstellen. Einige
Ausführungsformen
der Erfindung unterstützen
mobilen Empfang in IP-Datacast-Empfängern und sind unter schwierigen
Bedingungen betreibbar. Daher kann durch die Leistungsfähigkeit
der Ausführungsformen
die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Rundfunkdienste verbessert
bzw. erhöht
werden. Beispielsweise bietet DVB-T eine effektive und kostengünstige Möglichkeit zum
Verteilen von Daten, und die Ausführungsfor men der Erfindung
unterstützen
den Empfang auch unter schwierigen oder verrauschten Empfangsbedingungen.