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HINTERGRUND
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I. Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Sprach- und Datenkommunikationssysteme.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung neue und verbesserte
Verfahren und Vorrichtungen zum Übertragen
von Datenverkehr auf einem Kommunikationskanal.
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II. Hintergrund
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Das
Gebiet von drahtlosen Kommunikationen hat viele Anwendungen einschließlich zum
Beispiel drahtlosen Telefonen, Paging, drahtlosen Lokal Loops, persönlichen
digitalen Assistenten (PDAs = personal digital assistants), Internettelefonie,
und Satellitenkommunikationssystemen. Eine besonders wichtige Anwendung
sind zellulare Telefonsysteme für
mobile Teilnehmer. (wie hierin verwendet umfasst der Ausdruck „zellulare" Systeme sowohl zellulare wie
auch persönliche
Kommunikationssystem (PCS = Personal Communication System) – Frequenzen.) Verschiedene
over-the-air Interfaces wurden für
solche zellularen Telefonsysteme entwickelt, einschließlich zum
Beispiel Frequenzmultiplexvielfachzugriff (FDMA = frequency division
multiple access), Zeitmultiplexvielfachzugriff (TDMA = time division
multiple access), und Codemultiplexvielfachzugriff (CDMA = code
division multiple access). In Verbindung damit wurden verschiedene
heimische und internationale Standards entwickelt einschließlich zum
Beispiel advanced mobile phone service (AMPS), global system for
mobile (GSM) und der Übergangsstandard
95 (IS-95). Insbesondere werden IS-95 und seine Derivate, IS-95A,
IS-95B, ANSI J-STD-008 (oft kollektiv hierin bezeichnet als IS-95)
und vorgeschlagene Systeme mit hohen Datenraten für Daten
etc. durch die Telecommunication Industry Association (TIA) oder
andere gut bekannte Standardisierungsorgane verbreitet.
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Zellulare
Telefonsysteme, welche gemäß der Verwendung
des IS-95 Standards konfiguriert sind, verwenden CDMA Signalverarbeitungstechniken
um hoch effizienten und robusten zellularen Telefondienst vorzusehen.
Exemplarische zellulare Telefonsysteme, welche im Wesentlichen gemäß der Verwendung
des IS-95 Standards konfiguriert sind, sind in U.S. Patenten Nummer
5,103,459 und 4,901,307, welche den Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung
zugeordnet sind, beschrieben. In CDMA Systemen ist over-the-air Leistungskontrolle
ein essentieller Aspekt. Ein exemplarisches Verfahren der Leistungskontrolle
in einem CDMA System ist in U.S. Patent Nummer 5,056,109 beschrieben,
welches den Bevollmächtigten
der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist.
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Ein
primärer
Vorteil der Verwendung eines CDMA over-the-air Interfaces ist, dass
Kommunikationen über
das gleiche Hochfrequenz (RF = radio frequency) Band durchgeführt werden.
Zum Beispiel kann jede entfernte Teilnehmereinheit (zum Beispiel ein
zellulares Telefon, persönlicher
digitaler Assistent (PDA), Laptop, welcher mit einem zellularen
Telefon verbunden ist, Auto-Freisprecheinheit, etc.) in einem gegebenen
zellularen Telefonsystem mit der gleichen Basisstation durch Sendung
eines Rückverbindungssignals über die
gleichen 1,25 MHz des RF Spektrums kommunizieren. Ähnlich kann
jede Basisstation in einem solchen System mit entfernten Einheiten durch Übertragung
eines Vorwärtsverbindungssignals über andere
1,25 MHz des RF Spektrums kommunizieren. Die Übertragung von Signalen über das gleiche
RF Spektrum sieht verschiedene Vorteile einschließlich zum
Beispiel einer Erhöhung
in der erneuten Frequenzverwendung eines zellularen Telefonsystems
und der Fähigkeit
zum Durchführen
von weichen Übergaben
zwischen zwei oder mehr Basisstationen vor. Erhöhte erneute Frequenzbenutzung
erlaubt, dass eine größere Anzahl
von Anrufen über
einen gegebenen Betrag des Spektrums durchgeführt wird. Weiche Übergabe
bzw. Soft Hand-Off ist ein robustes Verfahren für den Übergang einer entfernten Station
von dem Abdeckgebiet von zwei oder mehr Basisstationen, welches
gleichzeitiges Bilden einer Schnittstelle mit zwei Basisstationen
beinhaltet. Im Gegensatz dazu beinhaltet harte Übergabe bzw. Hard-Handoff das
Beenden des Inter faces mit einer ersten Basisstation bevor das Interface
mit einer zweiten Basisstation aufgebaut wird. Ein exemplarisches
Verfahren des Durchführens
von weicher Übergabe
ist in U.S. Patent Nummer 5,267,261 beschrieben, welches dem Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist.
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In
konventionellen zellularen Telefonsystemen kommunizieren ein öffentlich
vermitteltes Telefonnetzwerk (PSTN) (typischerweise eine Telefongesellschaft)
und eine Mobilvermittlungsstelle (MSC = mobile switching center)
mit einer oder mehreren Basisstationssteuerelementen (BSCs = base
station controllers) über
standardisierte E1 und/oder T1 Telefonleitungen (nachfolgend als
E1/T1 Leitungen bezeichnet). Die BSCs kommunizieren mit Basisstations-Transceiver-Subsystemen
(BTSs = base station transceiver subsystems) (auch entweder als
Basisstationen oder Zellstandorten bezeichnet), und miteinander, über einen
Backhaul, der E1/T1 Leitungen aufweist. Die BTSs kommunizieren mit
entfernten Einheiten über
RF bzw. HF Signale, welche über
die Luft gesendet werden.
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Um
erhöhte
Kapazität
vorzusehen forderte die International Telecommunication Union kürzlich die
Einreichung von vorgeschlagenen Verfahren zum Vorsehen von hoher
Datenrate und qualitativ hochwertigen Sprachdiensten über drahtlose
Kommunikationskanäle
an. Die Einreichungen beschreiben so genannte „dritte Generation" oder „3G" Systeme. Ein exemplarischer
Vorschlag, die cdma2000 ITU-R Funkübertragungstechnologie (RTT
= radio transmission technology) Kandidateneinreichung (bezeichnet hierin
als cdma2000) wurde durch die TIA veröffentlicht. Der Standard für cdma2000
ist in Vorschlagsversionen von IS-2000 gegeben und wurde von der TIA
angenommen. Der cdma2000 Vorschlag ist kompatibel mit IS-95 Systemen
in mehreren Wegen. Ein anderer CDMA Standard ist der W-CDMA Standard, wie
ausgeführt
in drittes Partnerschaftsprojekt „3GPP", Dokumentennummer 3G TS 25.211, 3G
TS 25.212, 3G TS 25.213, und 3G TS 25.214.
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Gegeben
den wachsenden Bedarf für
drahtlose Datenanwendungen wurde der Bedarf für sehr effiziente drahtlose
Datenkommunikationssysteme signifi kant erhöht. Die IS-95, cdma2000, und
WCDMA Standards sind dazu in der Lage, sowohl Datenverkehr wie auch
Sprachverkehr über
die Vorwärts- und
Rückverbindungen
zu übertragen.
Ein Verfahren des Übertragens
von Datenverkehr in Codekanalrahmen von fester Größe ist detailliert
in U.S. Patent Nummer 5,504,773, benannt „METHOD AND APPARATUS FOR
THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION", den Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung
zugeordnet, beschrieben.
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Ein
signifikanter Unterschied zwischen Sprachverkehrsdiensten und Datenverkehrsdiensten ist
die Tatsache, dass die ersteren strikte maximale Verzögerungsanforderungen
haben. Typischerweise muss die gesamte Einwegverzögerung von
Sprachdatenrahmen weniger als einhundert msec sein. Im Unterschied
dazu kann der Verzögerung
von Datenverkehrsrahmen erlaubt werden, in der Größenordnung
zu variieren, um die Effizienz von Datenkommunikationssystemen zu
optimieren. Insbesondere können
effizientere Fehlerkorrekturcodiertechniken, welche signifikant
größere Verzögerungen
erfordern als solche, welche durch Sprachverkehrsdienste toleriert werden
können,
verwendet werden. Ein exemplarisches effizientes Codierschema für Daten
ist in U.S. Patent Nummer 5,933,462, benannt „SOFT DECISION OUTPUTDECODER
FOR DECODING CONVOLUTIONALLY ENCODED CODEWORDS", angemeldet am 6. November 1996, dem
Bevollmächtigten
der vorliegenden Erfindung zugeordnet, offenbart.
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Ein
anderer signifikanter Unterschied zwischen Sprachverkehr und Datenverkehr
ist, dass Sprachverkehr einen festen und gemeinsamen Dienstgrad
(GOS = grade of service) für
alle Benutzer erfordert. Typischerweise wird dies für digitale Systeme,
welche Sprachdatendienste vorsehen, in eine feste und gleiche Übertragungsrate
für alle
Benutzer und eine maximal tolerable Fehlerrate für die Sprachverkehrsrahmen übersetzt.
Im Gegensatz dazu, wegen der Verfügbarkeit von Protokollen zur
erneuten Übertragung
für Datenverkehrsdienste,
kann der GOS von Benutzer zu Benutzer verschieden sein und kann
variiert werden, um die gesamte Effizienz des Datenkommunikationssystems
zu erhöhen.
Der GOS eines Datenkommunikationssystems ist typischerweise als
die gesamte Verzögerung
definiert, welche in der Übertragung
einer vorbestimmten Menge von Daten auftritt.
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Verschiedene
Protokolle existieren zum Übertragen
von paketiertem Verkehr über
paketleitende Netzwerke, so dass Information bei ihrem beabsichtigten
Ziel ankommt. Ein solches Protokoll ist „The Internet Protocol" RFC 791 (September
1981). Das Internetprotokoll (IP) teilt Nachrichten in Pakete auf,
routet die Pakete von einem Sender zu einem Ziel, und fügt die Pakete
in die Originalnachrichten bei dem Ziel wieder zusammen. Das IP
Protokoll erfordert, dass jedes Datenpaket mit einem IP Header beginnt,
welcher Quell- und
Zieladressfelder enthält, welche
eindeutig Host- und Zielcomputer identifizieren. Das Übertragungskontrollprotokoll
(TCP = transmission control protocol), verbreitet in RFC 793 (September
1981), ist verantwortlich für
die zuverlässige Lieferung
in richtiger Reihenfolge von Daten von einer Anwendung zu einer
anderen. Das User Datagram Protocol (UDP) ist ein einfacheres Protokoll, welches
nützlich
ist, wenn die Zuverlässigkeitsmechanismen
von TCP nicht notwendig sind. Für Sprachdatendienste über IP sind
die Zuverlässigkeitsmechanismen
von TCP nicht notwendig weil erneute Übertragung von Sprachpaketen
ineffektiv ist aufgrund von Verzögerungseinschränkungen.
Somit wird UDP normalerweise verwendet, um Sprachverkehr zu übertragen.
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XP-000996928
beschreibt ein Verzögerungssteuerungsschema
für synchrone
Detektion von einem orthogonal codierenden Multi-Träger CDMA
System.
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U.S.
Patent Nummer 6,084,865 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Kommunizieren von Information unter Verwendung von TDMA und
adaptiver Übertragung
und Empfang. Signalbursts werden übertragen unter Verwendung
von mindestens einem von zwei Zeitschlitzen einer Vielzahl von Zeitschlitzen
in einer jeweiligen TDMA Rahmenperiode. Beide der zwei Zeitschlitze
werden empfangen, ob ein oder zwei Zeitschlitze verwendet werden
oder nicht. Die Signale, welche empfangen wurden, werden als beabsichtigt
und nicht beabsichtigt klassifiziert und nacheinander folgend empfangene Signale,
welche als beabsichtigt klassifiziert wurden, werden in einem Block
zum Dekodieren zusammengefügt.
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CDMA
Systeme verwenden Pilotkanäle
und mehrere Verkehrskanäle
um Sprach- und Datendienste zu Teilnehmern zu tragen. Um die Systemperformance
auf der Rückverbindung
zwischen der entfernten Station und der Basisstation zu optimieren,
werden Pilotkanalenergien und Verkehrskanalenergien ausgeglichen.
Jedoch tritt kein Ausgleich von Kanalenergien auf der Vorwärtsverbindung
auf, weil die Basisstation bei einem maximalen Leistungspegel, welcher
geeignet ist, um alle entfernten Stationen, welche sich innerhalb
des beabsichtigten Bereichs der Basisstation befinden, zu bedienen, überträgt.
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Aufgrund
des Bedarfs zum Übertragen
von Sprachverkehr und Datenverkehr auf einem einzigen Trägerkanal,
gibt es einen derzeitigen Bedarf, optimale Übertragungsstrategien für die Vonwärtsverbindung
zu entwickeln.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Neue
und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Übertragen von Datenverkehr
auf einem einzigen Kanal werden präsentiert. Ein Kanal, wie hierin
verwendet, betrifft mindestens einen Teil einer Frequenzbandweite,
welche einem Dienstanbieter für
drahtlose Kommunikation zugeordnet ist. In den unten stehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen
kann der Kanal sowohl Sprachverkehr wie auch Datenverkehr zugeordnet
sein, oder der Kanal kann ausschließlich Datenverkehr zugeordnet
sein.
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Gemäß ersten
und zweiten Aspekten der Erfindung werden jeweils Verfahren zum Übertragen von
Daten in einem Kanal eines drahtlosen Kommunikationssystems gemäß den Ansprüchen 1 und
2 vorgesehen.
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Gemäß dritten
und vierten Aspekten der Erfindung werden jeweils Vorrichtungen
zum Übertragen
von Daten in einem Kanal eines drahtlosen Kommunikationssystems
gemäß den Ansprüchen 9 und 10
vorgesehen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
gegeben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher
werden von der detaillierten Beschreibung, welche untenstehend gegeben
wird, wenn sie zusammen mit den Zeichnungen genommen wird, in welchen
gleiche Bezugszeichen durchgängig
korrespondierend identifizieren, und wobei folgendes gilt:
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1 ist
ein Diagramm eines exemplarischen Datenkommunikationssystems;
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2 ist
ein Graph, welcher periodische Übertragungen
von Datenverkehrspaketen illustriert;
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3 ist
ein Graph, welcher Übertragungen von
Datenverkehrspaketen während
optimalen Übertragungsbedingungen
illustriert;
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4 ist
ein Flussdiagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels, wobei die Übertragungszeiteinteilung
periodisch ist für
eine vorbestimmte Dauer und dann aperiodisch wird;
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5 ist
ein Diagramm, welches ein Beispiel des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels
illustriert;
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6 ist
ein Flussdiagramm, welches ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
illustriert, wobei die Übertragung
von Zeiteinteilungsprioritäten
zwischen neuen Übertragungen
und erneuten Übertragungen
eingestellt werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Wie
illustriert in 1 weist ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk 10 im
Allgemeinen eine Vielzahl von mobilen Stationen (MS) oder entfernten Teilnehmereinheiten 12a bis 12d,
eine Vielzahl von Basisstationen 14a bis 14c,
ein Basisstationssteuerelement (BSC = base station controller) oder
eine Paketsteuerungsfunktion 16, ein Mobilstationssteuerelement
(MSC = mobile station controller) oder Switch 18, Paketdatendienstknoten
(PDSN = packet data service node) oder Internetworking Function
(IWF) 20, ein öffentlich
vermitteltes Telefonnetzwerk (PSTN = public switched telephone network) 22 (typischerweise
eine Telefongesellschaft), und ein Internetprotokoll (IP) Netzwerk 24 (typischerweise
das Internet) auf. Aus Gründen
der Einfachheit sind vier entfernte Stationen 12a bis 12d,
drei Basisstation 14a bis 14c, ein BSC 16,
ein MSC 18, und ein PDSN 20 gezeigt. Es soll vom
Fachmann verstanden werden, dass es jede Anzahl von entfernten Stationen 12,
Basisstationen 14, BSCs 16, MSCs 18,
und PDSNs 20 geben kann.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist das drahtlose Kommunikationsnetzwerk 10 ein Paketdatendienstnetzwerk.
Die entfernten Stationen 12a bis 12d können zellulare
Telefone, zellulare Telefone, welche mit einem Laptopcomputer verbunden
sind, auf welchem IP-basierte Webbrowseranwendungen laufen, zellulare
Telefone mit assoziierten Auto-Freisprecheinrichtungen, oder PDAs,
auf welchen IP basierte Webbrowseranwendungen laufen, sein. Die
entfernten Stationen 12a bis 12d können vorteilhafter
derart konfiguriert sein, dass sie eines oder mehrere drahtlose
Paketdatenprotokolle, wie sie zum Beispiel in dem EIA/TIA/IS-707
Standard beschrieben sind, ausführen.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel
erzeugen die entfernten Stationen 12a bis 12d IP
Pakete, welche für
das IP Netzwerk 24 bestimmt sind, und kapseln die IP Pakete
in Rahmen unter Verwendung des Punkt-zu-Punkt Protokolls (PPP = point-to-point
protocol) auf.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist das IP Netzwerk 24 mit dem PDSN 20 verbunden,
der PDSN 20 ist mit dem MSD 18 verbunden, das
MSC ist mit dem DSC 16 und dem PSDN 22 verbunden und
das BSC 16 ist mit den Basisstationen 14a bis 14c über Drahtleitungen
verbunden, welche zur Übertragung von
Sprache und/oder Datenpaketen gemäß einem von mehreren bekannten
Protokollen einschließlich
zum Beispiel E1-T1, asynchroner Übertragungsmodus
(ATM = asynchronous transfer mode), IP, PPP, Frame Relay, HDSL,
ADSL oder xDSL konfiguriert sind. In einem alternativen Ausführungsbeispiel
ist das BSC 16 direkt mit dem PDSN 20 verbunden,
und das MSC 18 ist nicht mit dem PDSN 20 verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel
kommunizieren die entfernten Stationen 12a bis 12d mit den
Basisstationen 14a bis 14c über ein HF Interface, welches
in dem dritte Generation Partnerschaftsprojekt 2 „3GPP2", „Physical
Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems" 3GPP2 Dokumentnummer
C.P0002-A, TIA PN-4694, soll als TIA/EIA/IS-2000-2-A, (Entwurf,
editierte Version 30) (19. November 1999) veröffentlicht werden, definiert ist.
Während
eines typischen Betriebs des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 10 empfangen
die Basisstationen 14a bis 14c Sätze von
Rückverbindungssignalen
von verschiedenen entfernten Stationen 12a bis 12d,
welche in Telefonanrufen, Webbrowsing, oder Datenkommunikationen
involviert sind, und demodulieren diese. Jedes Rückverbindungssignal, welches
durch eine gegebene Basisstation 14a bis 14c empfangen
wurde, wird innerhalb der Basisstation 14a bis 14c verarbeitet.
Jede Basisstation 14a bis 14c kann mit einer Vielzahl
von entfernten Stationen 12a bis 12d durch Modulierung
und Übertragung
von Sätzen
von Vorwärtsverbindungssignalen
zu den entfernten Stationen 12a bis 12d kommunizieren. Zum
Beispiel kommuniziert die Basisstation 14a mit ersten und
zweiten entfernten Stationen 12a, 12b gleichzeitig,
und die Basisstation 14c kommuniziert mit dritten und vierten
entfernten Stationen 12c, 12d gleichzeitig. Die
resultierenden Pakete werden zu dem BSC 16 weitergeleitet,
welches Anrufressourcenzuweisung und Mobilitätsmanagementfunktionalität einschließlich der
Organisation von weichen Übergaben
oder eines Anrufs für
eine bestimmte entfernte Station 12a bis 12d von
einer Basisstation 14a bis 14d zu einer anderen
Basisstation 14a bis 14d vorsieht. Zum Beispiel
kommuniziert eine entfernte Station 12c mit zwei Basisstationen 14b, 14c gleichzeitig.
Evtl. wird, wenn die entfernte Station 12c sich weit genug
von einer der Basisstationen 14c wegbewegt, zu der anderen
Basisstation 14b übergeben.
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Wenn
die Übertragung
ein konventioneller Telefonanruf ist wird das BSC 16 die
empfangenen Daten zu dem MSC 18 routen, welches zusätzliche Routingdienste
zum Bilden eines Interface mit dem PSDN 22 vorsieht. Wenn
die Übertragung
eine paketbasierte Übertragung
wie ein Datenanruf ist, welcher für das IP Netzwerk 24 bestimmt
ist, wird das MSC 18 die Datenpakete zu dem PSDN 20 routen, welcher
die Pakete zu dem IP Netzwerk 24 senden wird. Alternativ
wird das BSC 16 die Pakete direkt zu dem PSDN 20 routen,
welcher die Pakete zu dem IP Netzwerk 24 sendet.
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Rückkanäle sind Übertragungen
von entfernten Stationen 12a bis 12d zu Basisstationen 14a bis 14c.
Die Performance von Rückverbindungsübertragungen
kann als ein Verhältnis
zwischen den Energiepegeln des Pilotkanals und anderen Rückverkehrskanälen gemessen
werden. Ein Pilotkanal begleitet die Verkehrskanäle um kohärente Demodulation der empfangenen
Verkehrskanäle
vorzusehen. In dem cdma2000 System können die Rückverkehrskanäle mehrere
Kanäle
aufweisen, einschließlich aber
nicht eingeschränkt
auf einen Zugriffskanal, einen erweiterten Zugriffskanal, einen
rückwärtigen gemeinsamen
Steuerungskanal, einen rückwärtigen dedizierten
Steuerungskanal, einen rückwärtigen Fundamentalkanal,
einen rückwärtigen zusätzlichen Kanal,
und einen rückwärtigen zusätzlichen
Codekanal, wie durch Funkkonfigurationen von jedem individuellen
Teilnehmernetzwerk unter Verwendung von cdma2000 spezifiziert.
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Obwohl
die Signale, welche durch unterschiedliche entfernte Stationen innerhalb
des Bereichs einer Basisstation nicht orthogonal zueinander sind,
sind die verschiedenen Kanäle,
welche durch eine gegebene entfernte Station übertragen werden, gegenseitig
orthogonal zueinander durch Verwendung von orthogonalen Walshcodes.
Jeder Kanal wird zunächst
gespreizt unter Verwendung eines Walshcodes, welcher für die Kanalisierung
und für die
Resistenz gegenüber
Phasenfehlern in dem Empfänger
sorgt.
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Wie
bereits erwähnt
ist die Leistungssteuerung ein wichtiger Gesichtspunkt in CDMA Systemen.
In einem typischen CDMA System fügt
eine Basisstation Leistungssteuerungsbits in Übertragungen ein, welche zu
jeder entfernten Station innerhalb des Bereichs der Basisstation übertragen
werden. Unter Verwendung der Leistungssteuerungsbits kann eine entfernte
Station vorteilhafterweise die Signalstärke ihrer Übertragungen so einstellen,
dass Leistungsverbrauch und Interferenz mit anderen entfernten Stationen
reduziert werden. In dieser Art und Weise ist die Leistung von jeder
individuellen entfernten Station in dem Bereich einer Basisstation
ungefähr
die gleiche, was maximale Systemkapazität erlaubt. Die entfernten Stationen
sind mit mindestens zwei Mitteln zum Ausgeben von Leistungseinstellung
vorgesehen. Eines ist ein Open-Loop-Leistungssteuerungsprozess,
welcher durch die entfernte Station durchgeführt wird, und ein anderes ist
ein Closed-Loop-Korrigierprozess,
welcher sowohl die entfernte Station wie auch die Basisstation mit
einbezieht.
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Jedoch
kann in der Vorwärtsverbindung
eine Basisstation einen maximalen Leistungspegel zu allen entfernten
Stationen innerhalb des Bereichs der Basisstation übertragen,
weil der Gesichtspunkt der Interferenz zwischen entfernten Stationen
innerhalb der gleichen Zelle nicht auftritt. Diese Möglichkeit kann
ausgenutzt werden, um ein System zu entwickeln, welches sowohl Sprachverkehr
wie auch Datenverkehr tragen kann. Es soll erwähnt werden, dass der maximale
Leistungsübertragungspegel nicht
so hoch sein kann, dass er mit dem Betrieb von benachbarten Basisstationen
interferiert.
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In
einem System unter Verwendung von Sprachverkehr mit Codierung und
Decodierung mit variabler Rate wird eine Basisstation Nichtsprachverkehr
mit einem konstanten Leistungspegel übertragen. Die Verwendung von
Codierung und Decodierung mit variabler Rate konvertiert Sprachcharakteristika
in Datenrahmen, welche optimal mit variablen Raten codiert sind.
In einem exemplarischen CDMA System sind diese Raten volle Rate,
halbe Rate, viertel Rate, und achtel Rate. Diese codierten Sprachrahmen
können
dann mit verschiedenen Leistungspegeln übertragen werden, welche eine
gewünschte Zielrahmenfehlerrate
(FER = target frame error rate) erreicht, wenn das System korrekt
entwickelt ist. Wenn zum Beispiel die Datenrate weniger ist als die maximale
Datenratenkapazität
des Systems, können Datenbits
redundant in einen Rahmen gepackt werden. Wenn eine solche redundante
Packung auftritt können
Leistungsverbrauch und Interferenz mit anderen entfernten Stationen
reduziert werden weil der Prozess der weichen Kombination bei dem
Empfänger
die Wiederherstellung von zerstörten
Bits erlaubt. Die Verwendung von Codierung und Decodierung mit variabler
Rate ist detailliert in U.S. Patennummer 5,414,796, benannt „VARIABLE
RATE VOCODER", dem
Bevollmächtigten
der vorliegenden Erfindung zugeordnet, beschrieben. Weil die Übertragung
von Sprachverkehrsrahmen nicht notwendigerweise die maximalen Leistungspegel
ausnützt,
mit welchen die Basisstation übertragen
kann, kann paketierter Datenverkehr unter Verwendung der Restleistung übertragen
werden.
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Somit,
wenn ein Sprachrahmen zu einem gegebenen Zeitpunkt x(t) bei X dB übertragen
wird, aber die Basisstation hat eine maximale Übertragungskapazität von Y
dB, dann gibt es (Y – X)
dB Restleistung, welche zum Übertragen
von Datenverkehr verwendet werden kann.
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Der
Prozess des Übertragens
von Datenverkehr mit Sprachverkehr kann problematisch sein. Weil
die Sprachverkehrsrahmen mit verschiedenen Übertragungsleistungspegeln übertragen
werden ist die Menge (Y – X)
dB nicht vorhersagbar. Ein Verfahren des Umgehens mit dieser Unsicherheit
ist Datenverkehrsnutzlasten in wiederholte und redundante Unterpakete
umzupacken. Durch diesen Prozess des weichen Kombinierens, wodurch
ein zerstörtes Unterpaket
mit einem anderen zerstörten
Unterpaket kombiniert wird, kann die Übertragung von wiederholenden
und redundanten Unterpaketen optimale Datenübertragungsraten erzeugen.
Nur zu illustrativen Zwecken wird die Nomenklatur des cdma2000 Systems
hierin verwendet. Diese Verwendung beabsichtigt nicht, die Implementierung
der Erfindung auf cdma2000 Systeme einzuschränken. In einem cdma2000 System
ist Datenverkehr in Pakete aufgeteilt, welche aus Unterpaketen zusammengesetzt sind,
welche Schlitze besetzen.
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Wenn
zum Beispiel eine entfernte Station die Übertragung von Daten mit 76,8
kbps anfordert, aber die Basisstation weiß, dass die Übertragungsrate nicht
möglich
ist zu der angeforderten Zeit, aufgrund der Platzierung der entfernten
Station und dem Betrag von Restleistung, welcher verfügbar ist,
kann die Basisstation die Daten in mehrere Unterpakete packen, welche
mit dem geringeren verfügbaren
Restleistungspegel übertragen
werden. Die entfernte Station wird die Datenunterpakete mit zerstörten Bits empfangen,
aber kann die nicht zerstörten
Bits der Unterpakete weich kombinieren, um die Datennutzlast innerhalb
einer akzeptablen FER zu empfangen.
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Diese
Methode ist problematisch, weil die entfernte Station dazu in der
Lage sein muss, die zusätzlichen
Unterpakete zu detektieren und zu decodieren. Weil die zusätzlichen
Unterpakete redundante Datennutzlastbits tragen, wird die Übertragung
von diesen zusätzlichen
Unterpaketen alternativ als „erneute Übertragung" bezeichnet.
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Ein
Verfahren, das es einer entfernten Station erlaubt, die erneuten Übertragungen
zu detektieren, ist das Senden solche erneute Übertragungen in periodischen
Intervallen. In diesem Verfahren wird ein Vorspann zu dem ersten übertragenen
Unterpaket angefügt,
wobei der Preambel Information trägt, welche identifiziert, welche
entfernte Station die Zieldestination der Datennutzlast ist, die Übertragungsrate
des Unterpakets, und die Anzahl von Unterpaketen, welche verwendet
werden, um die volle Menge von Datennutzlast zu tragen. Der Zeitpunkt
der Ankunft von Unterpaketen, das heißt die periodischen Intervalle,
zu welchen erneute Übertragungen
eingeteilt sind, dass sie ankommen, ist normalerweise ein vordefinierter
Systemparameter, wenn aber ein System keinen solchen Systemparameter
hat, kann die Einteilungsinformation auch in der Preambel enthalten
sein. Andere Information, wie die RLP Sequenznummern des Datenpakets,
können
auch enthalten sein. Weil die entfernte Station darüber informiert
ist, dass zukünftige Übertragungen
zu spezifischen Zeiten ankommen werden, müssen solche zukünftigen Übertragungen
keine Preambelbits aufweisen.
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Rayleigh
Schwund, auch bekannt als Multipfadinterferenz, tritt auf, wenn
mehrere Kopien des gleichen Signals bei dem Empfänger in einer destruktiven
Art und Weise ankommen. Wesentliche Multipfadinterferenz kann auftreten,
um flachen Schwund der gesamten Frequenzbandbreite zu erzeugen.
Wenn eine entfernte Station sich in einer schnell verändernden
Umgebung bewegt kann tiefer Schwund zu Zeiten auftreten, wenn Unterpakete
zur erneuten Übertragung
eingeteilt sind. Wenn ein solcher Umstand auftritt benötigt die
Basisstation zusätzliche Übertragungsleistung,
um das Unterpaket zu übertragen.
Dies kann problematisch sein, wenn der Restleistungspegel nicht
dazu ausreicht, um die Unterpakete erneut zu übertragen.
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2 illustriert
einen Graphen von Signalstärke
bezüglich
der Zeit, wobei periodische Übertragungen
zu Zeiten t1, t2,
t3, t4 und t5 auftreten. Zur Zeit t2 zeigt
der Kanal Schwund, deshalb muss der Übertragungsleistungspegel erhöht werden,
um eine kleine FER zu erreichen.
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Ein
anderes Verfahren, welches einer entfernten Station erlauben wird,
die erneuten Übertragungen
zu detektieren, ist, eine Präambel
an jedes übertragene
Unterpaket anzuhängen,
und dann die Unterpakete während
optimalen Kanalbedingungen zu senden. Optimale Kanalbedingungen
können
an der Basisstation bestimmt werden durch Information, welche durch
eine entfernte Station übertragen
wird. Optimale Kanalbedingungen können bestimmt werden durch
Kanalzustandsinformation, welche durch Datenanforderungsnachrichten
(DRC = data request messages) oder durch Leistungsstärkemessnachrichten
(PSMM = power strength measurement messages), welche durch eine
entfernte Station zu der Basisstation während des Ausführens der
Operation übertragen
werden, bestimmt werden. Kanalzustandsinformation kann auf eine
Vielzahl von Wegen übertragen
werden. Solche Verfahren sind in U.S. Patent Nummer 6,377,809, angemeldet
am 16. September 1997, benannt „CHANNEL STRUCTURE FOR COMMUNICATION
SYSTEMS", dem Bevollmächtigten der
vorliegenden Erfindung zugeordnet, beschrieben. Ein Maß von optimaler
Kanalbedingung ist der Betrag der Interferenz auf grund von anderen
entfernten Stationen. Ein anderes Maß von optimaler Kanalbedingung
ist die Rayleigh Schwund Bedingung.
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Das
Verfahren der Übertragung
nur während bevorzugten
Kanalbedingungen ist ideal für
Kanäle, welche
keine vorbestimmten Zeitintervalle für Übertragungen haben. In dem
exemplarischen Ausführungsbeispiel überträgt eine
Basisstation nur die Spitzen einer Rayleigh Schwund Einhüllenden,
wodurch Signalstärke
gegen Zeit aufgetragen wird und die Signalstärkenspitzen werden identifiziert
durch einen vorbestimmten Schwellenwert. Wenn ein solches Verfahren
implementiert wird, dann ist ein leicht detektierbarer und decodierbarer
Vorspann für
erneute Übertragungen
sehr wichtig.
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3 illustriert
eine Zeichnung von Signalstärke
gegen Zeit. Wenn die Basisstation bestimmt, dass die Signalstärke zu einer
entfernten Station gut ist zu Zeiten t1,
t4 und t5, aber
nicht zu Zeiten t2 und t3, weil
die Signalstärke
nicht über
dem Schwellenwert x ist, dann wird die Basisstation nur zu Zeiten
t1, t4 und t5 übertragen.
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Weil
die Dekodierung der erneuten Übertragungen
abhängig
ist von den daran angehängten Präambeln,
kann es erforderlich sein, dass die Präambeln mit einem höheren Leistungspegel übertragen
werden, als der Rest der Unterpakete, oder es kann erforderlich
sein, dass sie derart strukturiert werden, dass sie leichter detektierbar
und/oder decodierbar sind. Ein Verfahren zum Strukturieren von Präambeln ist
beschrieben in der U.S. Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2002/0097780
A1, benannt „PREAMBLE
GENERATION".
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Jedoch
sind Präambelbits
Overheadbits, welche Übertragungsleistung
verwenden, welche anderenfalls verwendet werden könnte, um
Datenverkehr zu tragen. Man nehme zum Beispiel an, dass eine Präambel K
Bits lang ist, die Datennutzlast ist in M Unterpakete aufgeteilt,
und die gesamte Anzahl von Bits für alle Unterpakete ist N. Dann
wird eine periodische Übertragung,
welche nur den Vorspann benötigt,
einen Zusatz von K/N Bits haben, und der Betrag der Energie zum Übertragen
dieses Zusatzes ist 10 log10 (K/N). Jedoch
ist für
aperiodische Übertragungen,
welche einen Vorspann für
jedes Unterpaket benötigen,
der Zusatz MK/N, und der Betrag der Energie zum Übertragen dieses Zusatzes ist
10 log10 (MK/N).
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Die
exemplarischen Ausführungsbeispiele, welche
hierin beschrieben sind, nutzen die Vorteile der zwei obigen Verfahren
aus, während
sie die negativen Aspekte der Verfahren minimieren. Obwohl diese
Ausführungsbeispiele
in dem Kontext eines Kanals beschrieben sind, welcher sowohl Sprach- wie
auch Datenverkehr trägt,
können
die Methoden, welche hierin detailliert ausgeführt sind, auch auf jeden anderen
Datenverkehrskanal angewandt werden, in welchem erneute Übertragungen
von zerstörten
Datenpaketen auftreten.
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4 illustriert
ein erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel
zum Übertragen
von Datenverkehr und Sprachverkehr zusammen auf einem einzigen Kanal.
Alternativ kann dieses Ausführungsbeispiel
verwendet werden, um Daten auf einem designierten Datenkanal zu übertragen.
Unter Verwendung des hierin beschriebenen Ausführungsbeispiels kann eine Basisstation
Datenverkehrsnutzlast zu mehreren entfernten Stationen unter Verwendung von
Restleistungspegeln übertragen.
Jedoch ist das Verfahren nur für
illustrative Zwecke unter Verwendung von nur einer Basisstation
und einer entfernten Station beschrieben. In dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel
sind die Unterpakete, welche die Datennutzlast tragen, in einen
ersten Teil und einen zweiten Teil durch eine Einteilereinheit aufgeteilt. Der
erste Teil der Unterpakete wird mit einer konstanten Verzögerung zwischen Übertragungen
gesendet, und der zweite Teil der Unterpakete wird nur während bevorzugten
Kanalbedingungen gesendet.
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Bei
Schritt 70 hat eine Einteilereinheit in einer Basisstation
Datenverkehr zur Übertragung
zu einer entfernten Station empfangen. Gemäß effizienten Datencodierschemata
wie dasjenige, welches in U.S. Patent Nummer 5,933,462 beschrieben
ist, wird die Datennutzlast redundant in eine Vielzahl von Unter pakete
gepackt, welche sequentiell zu einer entfernten Station übertragen
werden. Redundanz bezieht sich auf die im Wesentlichen gleiche Datennutzlast,
welche durch jedes Datenpaket getragen wird. Es sei erwähnt, dass
Leistungssteuerungsbits in die Unterpakete in Intervallen ohne Betrachtung
des Inhalts der Unterpakete eingefügt werden, so dass die resultierenden
eingefügten
Unterpakete nicht identisch zueinander sein können.
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Bei
Schritt 71 steuert die Einteilereinheit die Übertragung
eines ersten Teils der Unterpakete zu einer entfernten Station,
wobei jedes der Unterpakete mit einer vorbestimmten Verzögerung zwischen
jedem Unterpaket übertragen
wird. Ein Beispiel einer vorbestimmten Verzögerung ist drei Schlitz Zyklen, wodurch
jeder Schlitz 1,25 Millisekunden lang ist. Das erste Unterpaket
enthält
Präambelbits,
welche an die Datenunterpakete angefügt sind, wodurch der entfernten
Station mitgeteilt wird, dass K weitere Unterpakete zu den vorbestimmten
Zeitintervallen ankommen werden.
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Bei
Schritt 72 wartet die Einteilereinheit auf ein ACK oder
ein NACK von der entfernten Station. Bei Schritt 73 kommt
ein ACK an und die Einteilereinheit verwirft die verbleibenden Unterpakete,
welche redundante Datennutzlast tragen. Keine weitere Aktion ist
nötig.
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Wenn
ein ACK nicht bei Schritt 72 angekommen ist, dann entscheidet
die Einteilereinheit bei Schritt 74, ob irgendwelche weiteren
Unterpakete, welche periodisch gesendet werden sollen, verbleiben.
Wenn keines verbleibt, dann beginnt die Einteilereinheit mit der Übertragung
des Kanal sensitiven Teils der Unterpakete bei Schritt 75.
Weil die entfernte Einheit keinen Weg des Bestimmens hat, wenn ein Unterpaket,
welches zu der entfernten Einheit adressiert ist, ankommen wird,
muss eine Präambel
an jedem Unterpaket angefügt
sein, mit der Adressierinformation für die entfernte Station.
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5 ist
ein Diagramm eines beispielhaften Übertragungs- und erneuten Übertragungs-Musters der
Zeit t1 bis zur Zeit t4.
Datenverkehr Nutzlast ist in sechzehn Unterpakete gepackt, wobei
jedes Unterpaket redundant mit der Datenverkehrsnutzlast oder einem
Teil der Datenverkehrsnutzlast gepackt ist. Es soll erwähnt werden,
dass die Anzahl von Unterpaketen nur für illustrative Zwecke ist,
und gemäß Systemanforderungen
variieren kann. Zur Zeit t1 startet die Basisstation
damit, acht Unterpakte auf der Vorwärtsverbindung zu übertragen,
mit vorbestimmten Zeitdauern zwischen jedem Unterpaket. Zur Zeit
t2 wird ein NACK empfangen. Zur Zeit t3 überträgt die Basisstation
die verbleibenden acht Unterpakete gemäß optimalen Kanalbedingungen,
so dass die Zeitverzögerungen
zwischen erneuten Übertragungen
variieren. Das zweite exemplarische Ausführungsbeispiel zum Übertragen
von Datenverkehr verwendet die Einteilereinheit der Basisstation,
um Prioritäten
zwischen erneuten Übertragungen
zu einer aktuellen Station und neuen Übertragungen zu einer neuen Station
einzustellen. 6 illustriert das zweite exemplarische
Ausführungsbeispiel.
Bei Schritt 130 empfängt
eine Basisstation eine Datenverkehrsnutzlast zur Übertragung
zu einer ersten entfernten Station und packt die Datenverkehrsnutzlast
um in redundante Unterpakete. Bei Schritt 131 überträgt die Basisstation
mindestens ein Unterpaket zu der ersten entfernten Station zu einer
Zeit, in welcher die erste Station ein starkes Signal empfangen
wird. Bei Schritt 132 empfängt die Basisstation Datenverkehrsnutzlast
zur Übertragung
zu einer zweiten entfernten Station wenn eine Bestätigung nicht
bei Schritt 134 angekommen ist, und packt die Datenverkehrsnutzlast
in redundante Unterpakete um. Bei Schritt 133 bestimmt
die Basisstation, ob Übertragungen
zu der zweiten entfernten Station begonnen werden sollen, oder ob
zu der ersten entfernten Station übertragen werden soll. Bei
diesem Schritt weist eine Einteilereinheit in der Basisstation ein
relatives Gewicht von Wichtigkeit zu den Übertragungen zu der zweiten
entfernten Station und den erneuten Übertragungen zu der ersten
entfernten Station bei einem Punkt x(t) zu. Wenn eine lange Verzögerung aufgetreten
ist bei x(t) seit den Übertragungen
zu der ersten entfernten Station, bei Schritt 135, überträgt die Basisstation
zu der ersten entfernten Station anstatt neue Übertragung zu der zweiten entfernten Station
zu senden.
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In
dieser Art und Weise kann die Basisstation Übertragungsprioritäten neu
setzen, um wahrnehmbare Übertragungsverzögerungen
für den
Benutzer zu reduzieren. Erneute Übertragungen
zu entfernten Stationen können
derart eingeteilt sein, dass sie zu anderen Zeiten auftreten, deutlich
unterhalb der Schwellenwertenergiepegel, welche für Kanal
sensitive Übertragungsschemata
eingestellt sind.
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Somit
wurden ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung
zum Übertragen
von Datenverkehr unter Verwendung von Kanalzustandsinformation beschrieben.
Der Fachmann wird verstehen, dass verschiedene illustrative logische
Blöcke, Module,
Schaltkreise, und Algorithmusschritte, welche in Verbindung mit
den Ausführungsbeispielen, welche
hierin offenbart sind, beschrieben werden, als elektronische Hardware,
Computersoftware, oder Kombinationen von beiden implementiert werden können. Die
verschiedenen illustrativen Komponenten, Blöcke, Module, Schaltkreise und
Schritte wurden im Allgemeinen in Ausdrücken ihrer Funktionalität beschrieben.
Ob die Funktionalität
als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von den jeweiligen Anwendungen
und Designeinschränkungen,
welche dem Gesamtsystem auferlegt sind, ab. Der Fachmann erkennt
die Austauschbarkeit von Hardware und Software unter diesen Umständen, und
wie die beschriebene Funktionalität für jede spezielle Anwendung
am besten implementiert werden soll. Als Beispiele, können die
verschiedenen illustrativen logischen Blöcke, Module, Schaltkreise und
Algorithmusschritte, welche in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen,
welche hierin offenbart sind, beschrieben wurden, mit einem digitalen
Signalprozessor (DSP = digital signal processor), einem anwendungsspezifischen
integrierten Schaltkreis (ASIC = application specific integrates
circuit), einem feldprogrammierbaren Gate Array (FPGA = field programmable
gate array) oder anderen programmierbaren Logikgeräten, diskreten
Gates oder Transistorlogik, diskreten Hardware Komponenten wie zum
Beispiel Register oder FIFO, einem Prozessor, welcher einen Satz
von Firmware Anweisungen ausführt,
irgendwelchen konventionellen programmierbaren Softwaremodulen und
ein Prozessor, oder eine Kombination davon implementiert oder ausgeführt werden. Der
Prozessor kann vorteilhafterweise ein Mikroprozessor sein, aber
in einer Alternative kann der Prozessor jeder konventionelle Prozessor,
Steuerelement, Mikrocontroller oder Zustandsmaschine sein. Das Softwaremodul
kann in RAM Speicher, Flash Speicher, ROM Speicher, EPROM Speicher,
EEPROM Speicher, Registern, Festplatte, einer entfernbaren Diskette,
einer CD-ROM oder jeder anderen Form von Speichermedium, welches
im Stand der Technik bekannt ist, enthalten sein. Der Fachmann wird
ferner erkennen, dass Daten, Instruktionen, Kommandos, Informationen,
Signale, Bits, Symbole, und Chips, auf welche durchgängig in
der obigen Beschreibung Bezug genommen wird, vorteilhafterweise
durch Spannungen, Ströme,
elektromagnetische Wellen, magnetische Felder oder Teilchen, optische Felder
oder Teilchen, oder jede Kombination davon repräsentiert werden können.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung wurden somit gezeigt und beschrieben.
Es wird dem Durchschnittsfachmann jedoch offensichtlich sein, dass
verschiedene Abwandlungen zu den Ausführungsbeispielen, welche hierin offenbart
wurden, gemacht werden können,
ohne von dem Umfang der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert,
abzuweichen.