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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reduzieren des Stromverbrauchs
eines Rundfunkempfängers,
und insbesondere auf einen Digital-Audio-Broadcast-Rundfunkempfänger.
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Der
European Digital Audio Broadcasting (DAB) Standard (European Broadcast
Union, Radio Broadcast System: Digital audio broadcasting to mobile,
portable and fixed receivers, ETS 300 401, revised July 1997) nimmt
in Bezug auf die Akzeptanz in der ganzen Welt als Ersatz des herkömmlichen
AM/FM-Rundfunks zu. Ein DAB-Senden basiert auf einer Orthogonal
Frequenz Division Multiplex (OFDM) Modulation. Anstelle eines Sendens
einer einzelnen Trägerfrequenz
verwendet OFDM viele Trägerfrequenzen
gleichzeitig. Dies führt
zu einem Breitbandsignal mit einer niedrigen Symbol (Baud)-Rate.
OFDM bietet zwei deutliche Vorteile in einer mobilen Empfangsumgebung:
- 1. Wenn ein paar Trägerfrequenzen beschädigt werden,
stellen sie nur einen kleinen Teil der Übertragung dar. Mit einer Vorwärts-Fehler-Korrektur-Kodierung
können
sehr wenige Fehler nach einem Dekodieren auftreten.
- 2. Da die Symboldauer lang ist, kann sich ein großer Teil
der reflektierten Signale aufgrund der Multipath-Propagation oder
mehrerer Sender konstruktiv gegenseitig beeinflussen und das Hauptsignal
verstärken.
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In
der Zeitdomäne
wird das DAB-Signal als Rahmen, die aus aufeinanderfolgenden OFDM-Symbolen aufgebaut
sind, geliefert. Die Anzahl der OFDM-Symbole, um einen Rahmen aufzubauen,
hängt von
dem DAB-Sendemodus ab, d.h. der Kombination der Anzahl von Trägerfrequenzen
und der Symboldauer. Die Moden, die durch den DAB-Standard spezifiziert
sind, sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben:
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Unabhängig des
Sendemodus besitzen alle DAB-Rahmen ein gemeinsames Format. Bei
dem Starten ist ein Synchronisationskanal vorhanden, innerhalb dem
die NULL und die Phase-Reference-(bezeichnet mit SYNC)-Symbole eine
sowohl grobe als auch feine Zeit/Frequenz-Synchronisation vorhanden
sind. Dann folgt der Fast Information Channel (FIC), der ein kontinuierlich
aktualisiertes Directory der Inhalte des Rests des Rahmens enthält, der
Main Service Channel (MSC). Der MSC bildet den Hauptteil des Rahmens
und er enthält das
Payload von Audio-Daten- und Diensten, die Unterkanäle belegen.
Die Organisation des MSC ist so, dass sich die Informationsbits
jedes Unterkanals auf einer Anzahl von aufeinanderfolgenden OFDM-Symbolen
auflisten würden.
Der MSC kann weiterhin in Common Interleaved Frame (CIF) unterteilt
werden. Ein Beispiel eines DAB-Rahmens in Mode I ist in 1 angegeben.
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Ein
Audio-Unterkanal belegt gewöhnlich
weniger als 20% der OFDM-Symbole in einem typischen Rahmen. Zum
Beispiel trägt
eine DAB sendende BBC mindestens sechs Audio-Unterkanäle.
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Die
Architektur eines vereinfachten DAB-Empfängers 20, der dazu
verwendet werden könnte,
die Audio- und Daten-Dienste bei einem DAB-Senden wiederherzustellen,
ist in 2 dargestellt.
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Der
HF-Tuner 21 wandelt das Sendesignal so abwärts, dass
es durch den Analog-Digital-Wandler (ADC) 22 abgetastet
werden kann. Individuelle Sequenzkomponenten innerhalb jedes Symbols
des digitalisierten Breitbandsignals werden unter Verwendung der
Fast Fourier Transform (FFT) in dem FFT-Prozessor 23 extrahiert.
Diese aufgelösten
Frequenzkomponenten werden dann in drei Schritten dekodiert, um
die Kanal-Schutz-Kodierung
zu entfernen, die aus einem Differential Quadrature Phase Shift
Keying (DQPSK), einer Zeit- und Frequenz-Verschachtelung und einer
konvolutionalen Kodierung besteht. Das Kodieren findet entsprechend
in dem DQPSK-Demodulator 24, dem Deinterleaver 25 und
dem Viterbi-Dekodierer 26 statt. Für Audio-Unterkanäle werden
die Daten weiterhin mit einem MPEG-Audio-Dekodierer 27 dekomprimiert.
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In
vielen Ausführungen
eines DAB-Empfängers
ist eine Anzahl der funktionalen Blöcke, die dargestellt sind,
in derselben, integrierten Schaltung integriert. Allerdings erhält unveränderbar
der HF-Tuner 21 einen externen Block. Typischerweise wird
er kontinuierlich mit Strom versorgt und kann bis zu 3 W verbrauchen.
Vergleichbar dazu verbraucht der Rest der DAB-Empfängerschaltung
(der Audioverstärker
ausgenommen) weniger als 1 W an Leistung.
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Die
US 5392457 offenbart ein
Batteriesparverfahren für
einen Kommunikationsempfänger,
in dem die Stromversorgung zu dem Empfänger dann ausgesetzt wird,
wenn erfasst wird, dass der Adressenbereich eines kodierten Nachrichtensignals
nicht der bezeichneten Adresse des Empfängers entspricht. Durch dieses Verfahren
wird der Rest des Rahmens nicht empfangen und Strom wird eingespart,
wenn eine Nachricht nicht für
einen bestimmten Empfänger
vorgesehen ist. Allerdings wird in DAB-Empfängern jeder Rahmen Daten enthalten,
die für
Unterkanäle,
die durch den Benutzer ausgewählt
sind, relevant sind, sogar obwohl diese relevanten Daten nur einen
kleinen Teil des Rahmens bilden können. Zusätzlich besteht dabei die Komplikation, dass
der Benutzer irgendeinen von verschiedenen Unterkanälen auswählen kann
und dass sich die Stelle eines gegebenen Unterkanals innerhalb des
Rahmens ändern
kann.
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Die
WO 99/31811 A offenbart ein Stromsparprotokoll für ein drahtloses Telefonsystem,
das eine Basiseinheit, die einen Basissendeempfänger besitzt, und einen oder
mehreren drahtlose Handset(s), wobei jeder Handset einen Handset-Sendeempfänger aufweist,
umfasst. Jeder Handset richtet eine Time-Division-Multiple-Access-(TDMA)-Verbindung über einen
gemeinsam geteilten HF-Kanal mit der Basiseinheit über den
Basissendeempfänger
entsprechend einem TDMA-Zeitraum ein, der exklusive Daten und Audiopaketzeitschlitze
zu jedem Handset zuordnet. Jeder Handset versorgt seinen Sendeempfänger während seiner
jeweiligen, vorbestimmten Daten- und Audiopaketzeitschlitze mit
Strom so, wie dies notwendig ist, um mit der Basiseinheit, unter
Verwendung von Synchronisationsdaten, die mit einem Datenpaket gesendet
sind, zu synchronisieren, um Daten eines ankommenden Rufs, gesendet
mit einem Datenpaket, zu erfassen, oder Audioinformationen über die
TDMA-Verbindung zu senden und zu empfangen. Der Handset schaltet
seinen Sendeempfänger
ansonsten während
des Zeitraums ab, um den Stromverbrauch des Handset zu minimieren.
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Huisken
et al: „A
power efficient single-chip OFDM demodulator and channel decoder
for multimedia broadcasting",
1998 IEEE International Solid-State Circuits Conference (5. Februar
1998), offenbart eine Anordnung, bei der eine Programmauswahl vor
einem De-Interleaving eines DAB-Kanals durchgeführt wird, was die Verwendung
eines Kanaldekodierers mit verringerter Kapazität unter Verwendung von weniger
Speicher des De-Interleavers ermöglicht
und zu einer verringerten Stromabnahme führt.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zum Verringern
des Stromverbrauchs eines Rundfunkempfängers, der einen Tuner zum
Empfangen eines modulierten Signals sowie einer Einrichtung zum
Demodulieren des empfangenen Signals umfasst, wobei das Signal in
der Form von Sende-Rahmen gesendet wird und jeder Rahmen einen Datenabschnitt
sowie einen Konfigurationsabschnitt umfasst, der Informationen bezüglich der
Position von Daten innerhalb des Datenabschnitts enthält,
wobei
dem Tuner Strom zugeführt
wird, um einen Empfang des Konfigurationsabschnitts jedes Rahmens
zu ermöglichen,
und die Zufuhr von Strom zu dem Tuner in Reaktion auf die in dem
Konfigurationsabschnitt enthaltenen Datenpositionsinformationen
moduliert wird, um einen Empfang ausgewählter Daten in dem Datenabschnitt
des Rahmens zu ermöglichen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Tuner vollständig
oder teilweise während
zumindest eines Teils des Datenabschnitts, der keine ausgewählten Daten
enthält,
abgeschaltet und der vollständige Strom
wird zu dem Tuner während
des Rests jedes Rahmens zugeführt.
Mit anderen Worten kann, während Abschnitten
des Rahmens, die keine erforderlichen Informationen enthalten, der
Strom durch Verringern des Zuführens
von Strom zu dem Tuner, entweder vollständig oder teilweise, eingespart
werden.
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Strom
wird vorzugsweise zusätzlich
zu dem Tuner für
eine vorgegebene Periode, die Bereichen des Rahmens, der die ausgewählten Daten
enthalten, vorausgeht und/oder folgt, zugeführt. Diese Periode kann eine „Schutzperiode" sein, die die übergangsmäßige Einstellung
des Tuners ermöglicht.
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Der
Konfigurationsabschnitt kann, wenn er in Verbindung mit einem DAB-Senden,
wie dies zuvor beschrieben ist, verwendet werden kann, die FIC-
und die NULL- und SYNC-Symbole aufweisen. Der Datenabschnitt kann
dem MSC entsprechen.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung schafft einen Rundfunkempfänger zum
Empfangen eines modulierten Rundfunksignals, das in der Form von
Sende-Rahmen gesendet ist, wobei jeder Rahmen einen Datenabschnitt
und einen Konfigurationsabschnitt umfasst, der Informationen bezüglich der
Position von Daten innerhalb des Datenabschnitts enthält, und
der Empfänger
umfasst:
einen Tuner zum Empfangen des modulierten Signals,
eine
Einrichtung zum Demodulieren des empfangenen Signals,
eine
Einrichtung zum Zuführen
von Strom zu dem Tuner, um einen Empfang des Konfigurationsabschnitts
jedes Rahmens zu gestatten, und
eine Einrichtung zum Modulieren
der Zufuhr von Strom zu dem Tuner in Reaktion auf die in dem Konfigurationsabschnitt
jedes Rahmens enthaltenen Informationen, um einen Empfang ausgewählter Daten
innerhalb des Datenabschnitts des Rahmens zu gestatten.
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Zusätzliche,
bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Unteransprüchen 3 bis
14 und 16 bis 21 beschrieben.
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Eine
spezifische Ausführungsform
der Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen;
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1 stellt
den Aufbau eines typischen DAB-Rahmens dar; und
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2 stellt
schematisch die Architektur eines DAB-Empfängers dar.
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Wie
zuvor beschrieben ist, liegt der DAB-Rahmen, der in 1 dargestellt
ist, in der Form eines Mode-I-Rahmens 10 entsprechend dem
European Broadcast Union (EBU) DAB Standard vor. Der Rahmen besteht
aus 77 aufeinanderfolgenden Symbolen, die ein NULL-Symbol 1,
ein Phase Reference Symbol (SYNC) 2, den FIC 3 und
den MSC 4 aufweisen. Andere Sende-Moden II, III, IV, wie
sie vorstehend beschrieben sind, sind auch in dem Standard spezifiziert.
Der MSC 4 weist einen oder mehrere Common Interleaved Frames (CIF) 5 auf.
Der Mode I DAB-Rahmen der 1 besitzt
den MSC in vier CIFs unterteilt. Innerhalb des MSC ist die adressierbare
Basiseinheit Capacity Unit (CU), die 64 Datenbits darstellt. Jeder
CIF hält
864 CUs. CU-Adressen sind von 0 bis 863 spezifiziert. Wenn der Stelle
des ersten Symbols in dem DAB-Rahmen (d.h. das Null-Symbol) der
Index 0 gegeben ist, ist die Stelle des ersten MSC-Symbols jedes
Mode in der Tabelle nachfolgend angegeben.
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Für jeden
Audio- oder Daten-Dienst, getragen durch den DAB-Rahmen innerhalb
des MSC, werden die Daten in aufeinanderfolgende CUs (positioniert
in aufeinanderfolgende Symbole innerhalb desselben CIF) verteilt.
In Moden I und IV ist mehr als ein CIF pro Rahmen vorhanden, und
die Daten für
einen bestimmten Dienst sind in aufeinanderfolgenden Symbol-Bursts
ohne eine Verschachtelung enthalten. Demzufolge treten CUs, die
zu einem bestimmten Audio- oder Daten-Dienst gehören, in 4 oder 2 Bursts innerhalb
von Rahmen von Mode I und IV jeweils auf. 1 stellt
einen ausgewählten
Unterkanal dar, der in dem ersten CIF erscheint, und die darauffolgenden
Bursts beziehen sich auf denselben Unterkanal, der in den verbleibenden
drei CIFs auftritt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird, wo ein bestimmter Unterkanal ausgewählt ist,
der Tuner des Funkempfängers
nur während
der Zeitperioden mit Strom versorgt, die notwendig sind, um einen
Empfang des ausgewählten
Unterkanals sicherzustellen. Die Stromversorgung zu dem Tuner kann während Teilen
des Rahmens, der Symbole enthält,
die sich auf andere Unterkanäle
beziehen, abgeschaltet werden, was zu einer Stromeinsparung führt.
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1 stellt
alle Symbole dar, die moduliert werden müssen, um das vollständige Dekodieren
eines ausgewählten
Unterkanals zu ermöglichen.
Diese sind NULL-, SYNC- und
FIC-Symbole, die MSC-Symbole, die durch den ausgewählten Unterkanal
belegt sind, und irgendein OFDM-Symbol, das einem ausgewählten MSC-Symbol
vorhergeht, wo ein differenzielles (DQPSK) Kodieren verwendet wird.
Zusätzlich
kann der Tuner vor dem Beginn eines erforderlichen Symbols eingeschaltet
werden, um die Übergangseinstellungsperiode des
Tuners zu ermöglichen.
Eine solche „Schutzperiode" kann auch eingesetzt
werden, bevor der Tuner, an dem Ende eines Symbols, abgeschaltet
ist, um den Verlust von Daten zu vermeiden.
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In
dem Beispiel, das in 1 dargestellt ist, wird angenommen,
dass die Einschalt-Übergangs-Einstellungsperiode
vernachlässigbar
klein ist, wobei der HF-Tuner nur für 29 Symbole von den 77 in
dem Rahmen eingeschaltet wird, d.h. eine Stromverringerung von 62%
verglichen mit dem Fall, in dem er dauerhaft mit Strom versorgt
ist.
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Der
Beginn und das Ende von CU-Adressen irgendeines gegebenen DAB-Unterkanals sind
in dem FIC spezifiziert. Diese Adressen können dynamisch unter den Vorgängen für eine Multiplex-Rekonfiguration, angegeben
in dem EBU Standard, geändert
werden, so dass ein gegebener Unterkanal nicht immer an derselben
Stelle in unterschiedlichen Rahmen erscheinen wird. Typischerweise ändert ein
DAB-Rundfunksenden seine Konfiguration ein paar Mal während eines
Tages.
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Der
FIC ist so strukturiert, dass er separate CU-Adresseninformationen
für jeden
FIC innerhalb des DAB-Rahmens enthält. Um effektiv die Zuführung von
Strom zu dem Tuner auf diese Information hin zu steuern, ist es
deshalb notwendig, zu bestimmen, welche Symbole in dem gesamten
DAB-Rahmen einer bestimmten CU-Adresse innerhalb eines gegebenen
CIF entsprechen.
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Unter
Verwendung des Mode I DAB-Rahmens aus 1 als ein
Beispiel ist der Rahmen aus bis zu 77 Symbolen (nummeriert mit 0
bis 76), ein NULL-Symbol, ein SYNC-Symbol, drei FIC-Symbolen und vier aufeinanderfolgende
CIFs, jedes 18 Symbole lang, aufweisend, aufgebaut.
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Der
FIC kann spezifizieren, dass ein bestimmter Unterkanal an, zum Beispiel,
CU-Adressen 100
bis 319 des ersten CIF in dem Rahmen und auch an CU-Adressen 100
bis 319 in jedem der anderen drei CIFs, jeweils, angeordnet ist.
Diese Informationen können
dann in Stromeinschaltzeiten für
den Tuner wie folgt umgewandelt werden.
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Die
ersten fünf
Symbole des Mode-I-DAB-Rahmens (Symbole 0–4) weisen die NULL-, SYNC-
und FIC-Symbole auf, wie dies zuvor angegeben ist, und der Tuner
muss während
dieser Periode mit Strom versorgt werden. Das erste Symbol des ersten
CIFs ist deshalb das sechste Symbol des DAB-Rahmens (Symbol-Nummer
5). Da dabei 18 Symbole in jedem CIF vorhanden sind und jedes Symbol
48 CUs aufweist, enthält der
erste CIF 864 CUs, angeordnet an Symbolen 5-22 des DAB-Rahmens.
Symbol 5 des Rahmens entspricht deshalb CU-Adressen 0 bis 47 des
ersten CIF, Symbol 6 entspricht CU-Adressen 48 bis 95, usw.. Deshalb sind die
Symbole, die sich auf den gegebenen Unter kanal in dem ersten CIF
beziehen, Symbole 7 bis 11, da diese zu CU-Adressen 96 bis 335 innerhalb
des ersten CIF entsprechen.
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Der
zweite CIF belegt Symbole 23 bis 40 des DAB-Rahmens, der dritte
CIF belegt Symbole 41–58, und
der vierte CIF belegt Symbole 59 bis 76. Deshalb entsprechen, unter
Verwendung derselben Prinzipien wie für den ersten CIF, CU-Adressen
100 bis 319 innerhalb jedes dieser CIFs den Symbolen 25–29, 43–47 und 61–65, jeweils,
innerhalb des DAB-Rahmens.
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Demzufolge
kann dort, wo der ausgewählte
Unterkanal CU-Adressen 100–319
jedes CIF einen Mode-I-DAB-Rahmen belegt, gesehen werden, dass der
Tuner mit Strom versorgt werden muss, um Symbole 0–4, 7–11, 25–29, 43–47 und
61–65
innerhalb des Rahmens zu empfangen. Wie in 1 dargestellt
ist, muss das Symbol, das jedem Block von erforderlichen Symbolen
vorausgeht, auch dort empfangen werden, wo ein differenziellen Kodieren
eingesetzt wird. In diesem Beispiel sind diese zusätzlichen
Symbole die Nummern 6, 24, 42 und 60. Deshalb sind insgesamt 29
von den 77 Symbolen jedes Rahmens in diesem bestimmten Beispiel
erforderlich, obwohl dies sehr stark von der Größe des Unterkanals und dem
DAB-Mode, der verwendet wird, abhängen kann.
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Dem
Beispiel vorstehend folgend, werden die Formeln, um die Symbol-Stelle,
die eine bestimmte CU hält,
zu bestimmen, nachfolgend für
jeden der vier DAB-Sendemoden angegeben. (Ein Null-Symbol besitzt
einen Index 0. Eine CU-Adresse ist mit C angegeben.)
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Mode I
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Da
vier CIFs vorhanden sind, listet die CU-Adresse innerhalb eines
CIF zu vier Symbolen, in Abhängigkeit
davon, auf welche CIF Bezug genommen ist, auf: C/48 + 5, C/48 +
23, C/48 + 41 und C48 + 59
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Mode II
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Die
CU-Adresse listet nur zu einem Symbol auf: C/12 + 5
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Mode III
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Die
CU-Adresse listet nur zu einem Symbol auf: C/6 + 10
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Mode IV
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Die
CU-Adresse listet zu zwei Symbolen auf: C/24 + 5 und C/24 + 41
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Unter
Verwendung der vorstehenden Formeln können die Symbole, die die CUs
enthalten, die zu irgendeinem ausgewählten Unterkanal gehören, bestimmt
werden. Da die QPSK-Symbole differenziell kodiert sind, muss das
Symbol, das dem einen vorhergeht, das die Start-CU enthält, auch
demoduliert werden.
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Die
Architektur eines DAB-Empfängers
ist schematisch in 2 dargestellt und ist zuvor
beschrieben worden. In dem Empfänger
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Systemsteuereinheit Einrichtungen, um
die Zuführung
von Strom zu dem Tuner in Abhängigkeit
der Inhalte der FIC zu steuern. Die funktionalen Blöcke in 2 zum
Verarbeiten des Signals, empfangen durch den Tuner (Anlog-Digital-Wandler,
FFT-Prozessor, usw.),
können
als Software innerhalb einer einzelnen Komponenten integriert sein.
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Die
Stromversorgung zu dem externen Tuner kann durch ein Signal gesteuert
werden, das ungefähr synchron
zu der Symbolrate der DAB-Übertragung
(irgendeine Schutzperiode zulassend) ist, insbesondere dort, wo
die Systemsteuereinheit eine externe Komponente ist. Alternativ
sollte dort, wo eine On-Chip-Systemsteuereinheit verwendet wird,
ein Pin bzw. ein Anschlussstift reserviert sein, um dieses Signal
herauszuführen. Ein
programmierbares Register kann auch verwendet werden, um unterschiedliche
Einschaltübergangszeiten für unterschiedliche
HF-Tuner zu ermöglichen.
Während
der Aus-Perioden
des Steuersignals kann der HF-Tuner teilweise oder vollständig ausgeschaltet
werden. Durch Modulieren der Stromversorgung zu dem HF-Tuner kann
der gesamte Stromverbrauch des DAB-Empfängers verringert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann eine wesentliche Stromeinsparung über die Verwendung eines solchen
Steuersignals erreicht werden, um den Tuner alleine abzuschalten. Ähnliche
Signale können dazu
vorgesehen werden, um die Stromversorgung zu jedem funktionalen
Block zu steuern, um dadurch größere Einsparungen
zu erzielen. Allerdings ist die Stromverringerung, die durch die
Verwendung solcher weiteren Signale erreicht wird, weniger signifikant,
und zwar aus einer Anzahl von Gründen.
Als erstes ist der Vorteil einer Stromverringerung nur in Bezug
auf die zusätzliche
Komplexität
marginal; als zweites können
alternative Stromeinsparungstechniken, wie beispielsweise die Verwendung
einer niedrigeren Taktrate, eingesetzt werden; und schließlich sind
gesonderte Steuersignale nicht dort erforderlich, wo die verschiedenen
Funktionen als Software in derselben Einheit integriert sind.
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Die
realisierbare Stromeinsparung ist am größten dann, wenn ein Teil des
Multiplex-Vorgangs nicht durch den Benutzer erforderlich ist. In
DAB-Moden II, III und IV ist das Verhältnis der Zeit, die an der
FIC und Übergangseinstellungsperiode
verbraucht ist, größer, und
der Vorteil der Stromeinsparung wird etwas verringert.
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Es
ist in Bezug auf den HF-Tuner erwünscht, in der Lage zu sein,
von einem vollständig
abgeschalteten Zustand in der kürzest
möglichen
Zeit in einer leistungseffizienten Weise zurückzukehren. Eine teilweise Stromabschaltung
und längere
Einschaltübergangszeiten
werden die Stromeinsparung verringern.
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Ausführungsformen
der Erfindung können
in verschiedenen Anwendung eingesetzt werden, wobei Beispiele dafür nachfolgend
angegeben sind:
- 1. Ein Empfänger-Stand-by-Modus, der den
FIC und möglicherweise
einen kleinen Datenunterkanal überwacht.
In diesem Mode würde
der Empfänger ähnlich zu
einem Pager arbeiten.
- 2. Tragbare Empfänger
nur für
Audio-Informationen, die niemals oder selten erfordern, dass alle
Symbole demoduliert werden müssen.