DE69932859T2 - Verfahren zur gerichteten funkkommunikation - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Richtfunkkommunikation und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf ein Verfahren der Signalverarbeitung zur Verwendung in zellularen Kommunikationsnetzwerken, die Raumteilungsmehrfachzugriff verwenden.
  • Auf Raumteilungsmehrfachzugriff basierende zellulare Kommunikationsnetzwerke und die damit verbundenen Vorteile sind wohlbekannt. Der durch ein zellulares Netzwerk abgedeckte Bereich ist in eine Vielzahl von Zellen oder Zellsektoren unterteilt. Jede Zelle wird durch eine Basisstation bedient, die Signale zu und Signale von Mobilstationen sendet und empfängt, die in der Zelle oder dem Zellsektor lokalisiert sind, die oder der mit der jeweiligen Basisstation assoziiert ist. In einem Raumteilungsmehrfachzugriffssystem sendet die Basissendeempfängerstation für eine gegebene Mobilstation vorgesehene Signale über die Zelle oder den Zellsektor hinweg, sondern sendet das Signal lediglich in eine Strahlrichtung, aus der ein Signal von der Mobilstation empfangen ist.
  • Da der Strahl, der durch die Basissendeempfängerstation gesendet ist, womöglich lediglich in eine bestimmte Richtung gesendet wird und dementsprechend vergleichsweise schmal sein kann, wird die Sendeenergie in jenen schmalen Strahl konzentriert. Dies führt sowohl bei den von der Basissendeempfängerstation gesendeten Signalen als auch den durch die Basissendeempfängerstation empfangenen Signalen zu einem besseren Signal-zu-Rauschverhältnis. Außerdem kann als Ergebnis der Richtungsabhängigkeit der Basissendeempfänger station eine Verbesserung bei dem Signal-zu-Interferenzverhältnis des durch die Basissendeempfängerstation empfangenen Signals erreicht werden. Es wird ebenso die Interferenz verringert, die durch das durch die Basisstation zu der Mobilstation gesendete Signal bei anderen Mobilstationen in derselben Zelle oder benachbarten Zellen verursacht wird. Dies erhöht die Kapazität des Systems und/oder erhöht die Qualität der Kommunikation.
  • SDMA-(Raumteilungsmehrfachzugriff, „Space Division Multiple Access")-Systeme können in analogen und digitalen zellularen Netzwerken implementiert werden und können in den unterschiedlichen existierenden Standards wie GSM, DCS 1800, TACS, AMPS und NMT umfasst sein. SDMR-Systeme können ebenso in Verbindung mit anderen existierenden Mehrfachzugriffstechniken verwendet werden, die beispielsweise auf Zeitteilungsmehrfachzugriffs-(TDMA, „Time Division Multiple Access"), Codeteilungsmehrfachzugriffs-(CDMA, „Code Division Multiple Access"), wie jene durch den US IS-95-CDMA-Standard und den vorgeschlagenen Standard dritter Generation beschriebenen, und Frequenzteilungsmehrfachzugriffs-(FDMA, „Frequency Division Multiple Access") -Techniken basieren.
  • Ein Signal von einer Mobilstation folgt bekanntermaßen im Allgemeinen mehreren Wegen zu der BTS (Basissendeempfängerstation, „Base Transceiver Station"). Diese Vielzahl von Wegen wird im Allgemeinen Mehrfachwege genannt. Ein gegebenes Signal, das durch die Mobilstation gesendet ist, kann dann aufgrund dieser Mehrfachwegewirkungen durch die Basissendeempfängerstation aus mehr als einer Richtung empfangen werden.
  • Von einer Mobilstation zu einer Basissendeempfängerstation gesendete Signale sind als „Uplink"-Signale, und von einer Basissendeempfängerstation zu einer Mobilstation gesendete Signale sind als „Downlink"-Signale bekannt. Der durch die Basissendeempfängerstation von der Mobilstation empfangene Uplink-Kommunikationsstrom umfasst eine Reihe von in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen empfangenen Kommunikationsbursts. Jeder empfangene Burst des Uplink-Kommunikationsstroms enthält ein Referenzsignal und ein Datensignal, und diese Abschnitte umfassen wiederum je eine Folge von Signalkomponenten, die nachstehend Bits genannt sind. In gleicher Weise umfasst der von der Sendeempfängerstation zu der Mobilstation gesendete Downlink-Kommunikationsstrom eine Reihe von in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen gesendeten Kommunikationsbursts. Jeder jeweilige Burst des Downlink-Kommunikationsstroms enthält ein Referenzsignal und ein Datensignal, von denen jedes wiederum eine Folge von Signalkomponenten umfasst, die nachstehend Bits genannt sind. Die Referenzsignale des Uplink- und des Downlink-Kommunikationsstroms sind in diesem Beispiel Pilotsignale genannt, um Konsistenz mit der CDMA-Terminologie herzustellen.
  • Es wurde vorgeschlagen, dass von der Mobilstation MS gesendete Pilotsignale durch die empfangende Basisstation zum Überwachen der Raumeigenschaften des Empfangskommunikationsstroms verwendet werden, um optimale Sendeparameter zu bestimmen. Konventionelle adaptive Basissendeempfängerstationen verarbeiten jeden in der Uplink-Richtung empfangenen Kommunikationsburst, um Parameter für den entsprechenden Burst in der Downlink-Richtung zu bestimmen. Die Senderichtung, die bei der Downlink-Kommunikation für einen gegebenen Zeitschlitz zu verwenden ist, wird auf der Grundlage von Ankunftsrichtungsinformationen bestimmt, die aus der Uplink-Kommunikation des entsprechenden Zeitschlitzes geschätzt sind, wobei sich die Uplink- und Downlink-Signale auf unterschiedlichen Frequenzen befinden.
  • Eine Schaltung innerhalb der Basissendeempfängerstation bestimmt für jeden Empfangszeitschlitz ein Winkelenergieprofil des Uplink-Signals, das auf dem Basisstationsantennenarray von der Mobilstation auftrifft, und zeigt Sendeparameter an, die in jedem Sendezeitschlitz zu verwenden sind. In der Praxis wird das bestimmte Winkelenergieprofil einer Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung zugeführt, die einen Strahlauswahlalgorithmus ausführt, um die Downlink-Sendeparameter zu bestimmen. Somit wird die Senderichtung für einen gegebenen Kommunikationsburst, der das Pilot- und das Datensignal innerhalb jenes Bursts enthält, aus Schätzungen von Parametern von Pilotsymbolen bestimmt, die von der Mobilstation während des entsprechenden Uplink-Kommunikationsbursts empfangen sind, und werden zumindest für die Dauer jenes Bursts auf festem Niveau gehalten, d.h. für den gesamten Sendezeitschlitz.
  • Da jedoch die Einhüllende des bei der Basissendeempfängerstation empfangenen Signals von der Kombinationssumme einer großen Anzahl von Signalen abhängt, die auf deren jeweilige Trägerfrequenzen bezogene Phasen aufweisen, lässt sich sagen, dass die Kurzzeitantworten (z.B. unmittelbares Verhalten) der Uplink- und Downlink-Kanäle unkorreliert sind. Das heißt, dass die Uplink- und Downlink-Kanäle lediglich auf lange Sicht wechselseitig sind. Ein Ergebnis besteht darin, dass der Kanal und die Signalankunftsrichtungen (DoA, „Direction of Arrival"), die aus dem Uplink geschätzt sind, nicht jenen entsprechen, die zum geeigneten Kommunizieren mit der Mobilstation in der Downlink-Richtung erforderlich sind. Dieses Problem tritt noch stärker in Umgebungen auf, die durch größere Winkelstreuausmaße (z.B. Mikro- und Pikozellen) gekennzeichnet sind, und ebenso, wenn die Winkelauflösung einer Basisstation erhöht wird (wenn z.B. die Anzahl von Antennenelementen groß ist).
  • Die Leistungsfähigkeit des Downlinks wird nicht lediglich hinsichtlich der bei der empfangenden Mobilstation registrierten Signalqualität gemessen, sondern ebenso unter Berücksichtigung der zum Erreichen jenes Qualitätsniveaus erforderlichen Betriebskosten. Die Basisstation strebt danach, bei der Mobilstation mit einem minimalen Einsatz von Ressourcen eine Signalqualität zu erreichen, die zum Erzeugen einer akzeptablen und/oder vorbestimmten Dienstgüte hinreichend ist. Die Spektraleffizienz weist eine direkte Wirkung auf die Systemkapazität und Anbindungsleistungsfähigkeit auf. Ein Verbessern der Anbindungsleistungsfähigkeit erfordert im Allgemeinen ein Erhöhen bei der Sendeleistung oder eine erhöhte Verwendung von Diversität, die zum Erhöhen des Pegels von erzeugter Interferenz tendieren. Die Natur der Interferenz reicht von breitwinkelig (z.B. omnidirektionale/Sektorantennen) bis hin zu schmalwinkelig (z.B. adaptive Antennen). In dem Fall von breitwinkeligen Antennen ist die Interferenz durch eine geringe Winkeldichte charakteristisiert, da die Energie gleichmäßig über die/den gesamte/n Zelle/Sektor verteilt wird. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall von schmalwinkeligen Antennen die interferierende Energie in den verwendeten schmalen Strahlen konzentriert. In Mehrfachratensystemen, die in Breitband-CDMA-Standards vorgeschlagen sind, in denen Hoch-Bitratenbenutzer mit entsprechend hohen Energiepegeln senden, erzeugt die vorstehend beschriebene konventionelle Verwendung von adaptiven Antennen eine räumliche Interferenz mit hohem Farbausmaß.
  • Die Druckschrift WO-A-96/37969 beschreibt ein Verfahren zum Senden eines Pilotsignals in einem zellularen Funksystem, das in jeder Zelle zumindest eine Basisstation umfasst, die mit innerhalb ihres Bereichs befindlichen Mobilstationen kommuniziert, und wobei die Basisstationen ein Pilotsignal zu der Mobilstation senden. Das System umfasst zumindest eine Basisstation, die zu der Mobilstation unter Verwendung von Abstrahlmustern sendet, die sich über die Zeit ändern.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung streben nach einem Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens zur Richtfunkkommunikation.
  • Es ist ein Verfahren zur Richtfunkkommunikation in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk zwischen einer ersten Station und einer zweiten Station bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte Senden einer Vielzahl von Kommunikationsbursts von der ersten Station zu der zweiten Station umfasst, wobei jeder der Bursts im Wesentlichen kontinuierlich ist und ein Referenzsignal, das eine Vielzahl von Referenzsignalkomponenten aufweist, und ein Datensignal, das eine Vielzahl von Datensignalkomponenten aufweist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb desselben Bursts jeweilige Signalkomponenten des Referenzsignals in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen gesendet werden, wobei die Datensignalkomponenten in den im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen gesendet werden.
  • Bevorzugte Verfahren verbessern die Anbindungsqualität, da sie zu Verbesserungen bei räumlichen Korrelationen zwischen den Uplink- und Downlink-Kanälen führen. Bevorzugte Verfahren stellen ebenso eine schnelle Winkeldiversität und die effiziente Weiß-Verarbeitung der erzeugten Mitkanalinterferenz bereit. Verfahren, die Ausführungsbeispiele der Erfindung bilden, weisen besondere Vorteile bei Funkumgebungen auf, die durch große Winkelstreuausmaße gekennzeichnet sind, und/oder in denen Basissendeempfängerstationen vergleichsweise hohe Winkelauflösungen aufweisen.
  • Es kann eine Anzahl von Pilot- und/oder Datensignalsendemodellen in unterschiedlichen Umgebungen verwendet werden. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Anzahl von Pilotreferenzsignalkomponenten in unterschiedliche Richtungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten gesendet, wobei fortlaufende Referenzsignalkomponenten in unterschiedliche Richtungen gesendet werden und eine Anzahl der Datensignalkomponenten in unterschiedliche Richtungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten gesendet wird, wobei die Reihenfolge der verwendeten Richtsendung jener entspricht, die während einer Sendung der Referenzsignalkomponenten verwendet wurde.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Anzahl von Pilotsignalkomponenten in unterschiedliche Richtungen zu im Wesentlichen demselben Zeitpunkt gesendet und wird eine Anzahl der Datensignalkomponenten in unterschiedliche Richtungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten gesendet. Dies ermöglicht den Datensignalkomponenten, ohne Rücksichtnahme auf die Reihenfolge der verwendeten Richtsendung gesendet zu werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein unterschiedlicher Spreizcode zur Sendung in jede Richtung verwendet.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Sendung von Pilotsignalen über den Kommunikationsburst hinweg verteilt, wobei Sätze von Datensignalkomponenten dazwischen angeordnet sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Sendeempfängerstation zur Richtfunkkommunikation in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk zwischen einer ersten Station und einer zweiten Station bereitgestellt, wobei die Sendeempfängerstation eine Einrichtung zum Senden einer Vielzahl von Kommunikationsbursts von der ersten Station zu der zweiten Station umfasst, wobei jeder der Bursts im Wesentlichen kontinuierlich ist und ein Referenzsignal, das eine Vielzahl von Referenzsignalkomponenten aufweist, und ein Datensignal, das eine Vielzahl von Datensignalkomponenten aufweist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Senden innerhalb desselben Bursts von jeweiligen Signalkomponenten des Referenzsignals in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen betreibbar ist, und die Datensignalkomponenten in den im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen gesendet werden.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und dafür, wie selbige ausgeführt werden kann, ist nachstehend lediglich beispielbezogen auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Basissendeempfängerstation und ihrer zugehörigen Zellsektoren,
  • 2 eine schematische Ansicht der Basissendeempfängerstation gemäß 1,
  • 3 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens der Richtfunkkommunikation,
  • 4 ein Beispiel von Ankunftsrichtungsdaten,
  • 5 eine ausführlichere Darstellung eines in einem zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Downlink-Kommunikationsbursts,
  • 6 eine Darstellung eines in einem dritten Ausführungsbeispiel verwendeten Downlink-Kommunikationsbursts des Verfahrens der Richtfunkkommunikation,
  • 7 eine Darstellung eines in einem vierten Ausführungsbeispiel verwendeten Downlink-Kommunikationsbursts des Verfahrens der Richtfunkkommunikation, und
  • 8 eine Darstellung eines in einem fünften Ausführungsbeispiel verwendeten Downlink-Kommunikationsbursts des Richtfunkkommunikationsverfahrens.
  • Zunächst ist Bezug auf 1 genommen, die drei Zellsektoren 2 eines zellularen Mobiltelefonnetzwerks zeigt. Die drei Zellsektoren 2 werden durch jeweilige Basissendeempfängerstationen (BTS) 4 bedient. Es sind drei separate Basissendeempfängerstationen 4 am selben Ort bereitgestellt. Jede BTS 4 weist einen Sendeempfänger auf, der Signale zu und von einem jeweiligen der drei Zellsektoren 2 sendet und empfängt. Somit ist eine gewidmete Basissendeempfängerstation für jeden Zellsektor 2 bereitgestellt. Jede BTS 4 ist somit in der Lage, mit Mobilstationen (MS, „Mobile Station") zu kommunizieren, wie Mobiltelefonen, die sich in jeweiligen Zellsektoren 2 befinden.
  • Es werden Daten zwischen der BTS 4 und der MS in Kommunikationsbursts gesendet. Die Kommunikationsbursts enthalten ein Referenzsignal, das eine bekannte Sequenz von Daten ist. Der Zweck des Referenzsignals besteht im Allgemeinen darin, dass Daten erhalten werden können, die den Betrieb des Systems unterstützen. Diese Art von Informationen enthält beispielsweise Ankunftsrichtungsinformationen, Signalstärkeninformationen und Verzögerungsinformationen. In gegenwärtigen GSM-Systemen wird das Referenzsignal Trainingssequenz genannt, wohingegen in CDMA-Systemen das Referenzsignal dem Pilotsignal entspricht.
  • Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit einem Codeteilungsmehrfachzugriffssystem be schrieben, das ein Antennenarray bei der Basisstation verwendet. Jeder Kommunikationsburst wird in einem gegebenen Kommunikationskanal gesendet, der durch die ausgewählte Richtung und den angewendeten Spreizcode definiert ist.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Basissendeempfängerstation 4, die für Code-/Raumteilungsmehrfachzugriffssysteme geeignet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 2 gezeigten unterschiedlichen Blöcke nicht notwendigerweise getrennten Elementen einer tatsächlichen Basissendeempfängerstation zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen. Die in 2 gezeigten unterschiedlichen Blöcke entsprechen durch die Basissendeempfängerstation ausgeführten unterschiedlichen Funktionen. Die Basissendeempfängerstation 4 weist ein Antennenarray 6 auf. Die Basisstation 4 bedient lediglich einen der in 1 gezeigten drei Zellsektoren 2. Weitere zwei Basisstationen 4 sind zum Bedienen der weiteren zwei Zellsektoren 2 bereitgestellt. In diesem Beispiel weist das Antennenarray 6 acht Antennenelemente auf. Die Elemente sind angeordnet, um eine Beabstandung von etwa einer halben Wellenlänge zwischen jedem Antennenelement aufzuweisen und sind in einer horizontalen Reihe in einer geraden Linie angeordnet. Jedes Antennenelement ist zum Senden und Empfangen von Signalen eingerichtet und kann jedweden geeigneten Aufbau aufweisen. Jedes Antennenelement kann eine Dipolantenne, eine Patch-Antenne oder jedwede andere geeignete Antenne sein. Die acht Antennenelemente definieren zusammen ein Phasenantennenarray 6.
  • Jedes Antennenelement der Phasenarrayantenne 6 wird bekanntermaßen mit demselben zu einer Mobilstation MS zu sendenden Signal versorgt. Es sind jedoch die Phasen der den jeweiligen Antennenelementen zugeführten Signalen hinsichtlich einander verschoben. Die Differenzen in der Phasenbe ziehung zwischen den jeweiligen Antennenelementen zugeführten Signalen lässt ein Richtabstrahlmuster entstehen. Das Antennenarray 6 kann gesteuert werden, um einen Strahl b1 bis b8 in einer oder mehreren der gezeigten acht Richtungen bereitzustellen. Das Antennenarray 6 kann beispielsweise gesteuert werden, um ein Signal zu einer MS lediglich in der Richtung von Strahl b5 oder lediglich in der Richtung von Strahl b6 oder in mehr als eine Strahlrichtung zum selben Zeitpunkt zu senden. Ein Signal kann beispielsweise in zwei Richtungen gesendet werden, die durch Strahl b5 und Strahl b6 definiert sind.
  • 2 zeigt lediglich eine schematische Ansicht der acht möglichen Strahlrichtungen, die mit dem Antennenarray 6 erreicht werden können. In der Praxis existiert jedoch tatsächlich eine Überlappung zwischen benachbarten Strahlen. In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Breite der Strahlen sowie die Anzahl von Strahlen variiert werden, die zum Abdecken eines gegebenen Bereichs bereitgestellt sind.
  • Die Steuer- und Demodulationsschaltung 8 enthält eine Strahlbildungsschaltung, wie eine Butler-Matrixschaltung, Verstärkerstufen, Analog-zu-Digitalumwandlerarrays und Digital-zu-Analogumwandlerarrays. In der Empfangsrichtung erfasst die Strahlbildungsschaltung die Phasendifferenz zwischen jedem der durch die jeweiligen Antennenelemente empfangenen Signale und verwendet diese Informationen, um die oder jede Strahlrichtung zu bestimmen, aus der das Signal empfangen wurde. Empfangene Signale werden dann typischerweise durch die Verstärkerstufen zu der Demodulationsschaltung hindurchgereicht, in der die Trägerfrequenzkomponente entfernt wird. Das empfangene analoge Signal wird in ein digitales Signal umgewandelt und wird zu der Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 ausgege ben. In der Senderichtung wird die relative Phase des einem jeden Antennenelement zugeführten Signals und somit ebenso die gewünschte Strahlrichtung durch die Strahlbildungsschaltung gesteuert. Bevor sie den Antennenelementen zugeführt werden, werden digitale Daten aus der Signalverarbeitungsschaltung in analoge Signale umgewandelt und auf die Trägerfrequenz moduliert.
  • Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 entfernt die Spreizcodes aus dem empfangenen Signal. Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung bestimmt die Kanalimpulsantwort für die empfangenen Signale, aus der Parameter bestimmt werden können, die zum Definieren eines Kanals zur Sendung von nachfolgenden Signalen verwendet werden. Sie Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 führt ebenso eine Kreuzkorrelation und Analyse aus. Die Kreuzkorrelation wird zum Erzeugen von Abgriffen verwendet, die die Kanalimpulsantwort für jene Korrelation darstellen, und vergleicht empfangene Signale und gespeicherte Informationen. Eine Kanalimpulsantwort wird für jeden Kanal entsprechend einem gegebenen Kommunikationsburst erzeugt, der in jeder der acht Antennenrichtungen b1 bis b8 empfangen ist. Ein gegebener Kommunikationsburst kann in einer oder mehreren Strahlrichtungen empfangen werden.
  • Die innerhalb der Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 ausgeführte Analyse dient zum Bestimmen und Speichern der aus der Kanalimpulsantwort berechneten Maximalenergie. Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 analysiert ebenso die Kanalimpulsantworten, um die minimale Verzögerung sicherzustellen, mit der ein gegebenes Signal empfangen wird. Der Kanal mit der minimalen Verzögerung kann den Sichtverbindungsweg zwischen einer Mobilstation und deren Basissendeempfängerstation darstellen.
  • Eine Entscheidungsschaltung der Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 vergleicht die bestimmten Parameter für jeden Kanal, um Sendeparameter für nachfolgend zu sendende Signale auszuwählen. Die Entscheidungsschaltung wählt Sendeparameter auf der Grundlage von Informationen aus den empfangenen Signalen aus, wie Strahlrichtung und Energiepegel. Diese Auswahl kann einfache Verfahren zur Auswahl verwenden, wie ein Auswählen der Strahlrichtung(en), die die Maximalenergie und minimale Verzögerung aufweist (aufweisen), in den empfangenen Signalen. Alternativ können kompliziertere Verfahren des Auswählens verwendet werden.
  • 3 zeigt schematisch ein Verarbeitungsverfahren auf Bitebene zur Verwendung in Richtfunkkommunikationsnetzwerken. Wie in 3 gezeigt, empfängt die Basissendeempfängerstation einen Uplink-Kommunikationsstrom 30 von einer Mobilstation MS. Der Uplink-Kommunikationsstrom 30 umfasst eine Reihe von Kommunikationsbursts in einem (i-1)-ten, einem i-ten bzw. einem (i+1)-ten Empfangszeitschlitz. Jeder Kommunikationsburst enthält ein Pilotsignal P und ein Datensignal D, von denen jedes wiederum eine Vielzahl von Signalbits umfasst. Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 der Basissendeempfängerstation 4 verwendet einen Strahlauswahlalgorithmus 34, um Senderichtungen für einen gegebenen Downlink-Kommunikationszeitschlitz auf der Grundlage des in dem entsprechenden Uplink-Kommunikationsburst empfangenen Pilotsignals und möglicherweise ebenso unter Berücksichtigung von Informationen aus vorigen Zeitschlitzen 36 zu bestimmen.
  • Zur Kommunikation in der Downlink-Richtung wird die zur Sendung ausgewählte Richtung innerhalb des Kommunikationsbursts (d.h. innerhalb eines gegebenen Zeitschlitzes) variiert. Es werden beispielsweise jeweilige Bits des Pilotsig nals P und/oder Datensignals D des Downlink-Kommunikationsbursts in unterschiedlichen Richtungen gesendet. Dies ist schematisch für das Datensignal durch die Richtantennenkeulen b1, b2 und b3 gemäß 3 gezeigt. Vorzugsweise wird die Senderichtung von Bit zu Bit derart geändert, dass die verwendeten Richtungen sich selbst auf eine zyklische Weise wiederholen. Die Gesamtanzahl von auswählbaren Strahlrichtungen kann eine vorbestimmte Anzahl sein. In 3 sind drei Richtungen in einem Teil der Zeitschlitze verwendet. Die Anzahl verwendeter Richtungen kann von Zeitschlitz zu Zeitschlitz variieren.
  • Gemäß dem allgemeinen Modell von 3 schätzt die Basissendeempfängerstation 4 ein Winkelenergieprofil bei Empfang eines Uplink-Kommunikationsbursts und bestimmt unter Verwendung dieser Informationen die in dem entsprechenden Downlink-Kommunikationsburst zu verwendenden Senderichtungen. Dieses Winkelenergieprofil basiert auf den Pilotsignalen und enthält Ankunftsrichtungsinformationen, wobei ein Beispiel derer in 4 bereitgestellt ist. Das in 4 gezeigte Energieprofil zeigt die geschätzte Signalenergie (oberhalb eines gegebenen Schwellenwerts Th) als eine Funktion der in einem Azimutalankunftswinkel gemessenen Antennenstrahlrichtung. Gemäß dem Winkelenergieprofil von 4 werden Signale von merklicher Stärke, d.h. oberhalb des Schwellenwerts Th, gleichzeitig in Antennenstrahlrichtungen b1, b2 und b3 empfangen, wobei das Signal mit maximaler Energie aus Richtung b3 empfangen ist. Der vorbestimmte Schwellenwert Th wird verwendet, um sicherzustellen, dass lediglich merkliche Signalstärken aufweisende Ankunftsrichtungen berücksichtigt werden.
  • Die Basissendeempfängerstation 4 sendet ein Pilotsignal, das die in der nachfolgenden Sendung des Datensignals D jenes Kommunikationsbursts zu verwendenden Senderichtungen angibt. Dies ermöglicht der Mobilstation MS, den Kanal zu schätzen, der jeder der zu verwendenden Senderichtungen entspricht. In einigen Ausführungsbeispielen wird eine Vielzahl von Pilotsignalkomponenten gleichzeitig gesendet, und in anderen wird eine vorbestimmte Pilotsendesequenz verwendet, Die Pilotsendung kann durch eine Anzahl von unterschiedlichen Modellen ausgeführt werden. Eine Datensendung in der Downlink-Richtung umfasst, soweit möglich, fortlaufende Bits des Datensignals, die in unterschiedliche Richtungen gesendet werden. Wird eine vorbestimmte Pilotsendesequenz verwendet, dann werden Vorteile aus dieser Art des Richtungsspringens maximiert, falls das bei der Datensendung eingesetzte Richtsendemuster jenem entspricht, das durch die Pilotsignalkomponenten desselben Bursts definiert ist, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
  • Die Mobilstation weist Vorwissen darüber auf, dass die Basissendeempfängerstation 4 variierende Senderichtungen im Laufe eines Downlink-Kommunikationsbursts verwendet. Bei dem ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildenden Verfahren findet eine Bitebenen-Downlink-Verarbeitung des zu sendenden Signals statt. Wird die räumliche und zeitliche Granularität des gesendeten Signals, wie hier beschrieben, auf die Bitebene zerlegt, dann wird ein Gewinn nicht lediglich hinsichtlich der Diversität bei den gewünschten Signalen (Bitebenenstrahlspringen), sondern ebenso von dem Standpunkt der Interferenz aus erzielt. Die Hauptvorteile dieses Verfahrens liegen in der Verbesserung der Anbindungsqualität in der Downlink-Richtung und in dem Zuwachs der Systemkapazität. Bevorzugte Ausführungsbeispiele stellen schnelle Winkeldiversität und eine effiziente Weißverarbeitung (Zufallsverarbeitung) der erzeugten Mitkanalinterferenz bereit. Erstere ist in Umgebungen mit niedriger Mobilität vorteilhaft, während Letztere die Wirkungen von Interferenz auf andere Benutzer durch Weißverarbeitung der Struktur des gesendeten Signals in dem Raum- sowie dem Zeitbereich beseitigt.
  • Gemäß einem in 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Winkelstrahlprofil wie jenes in 4 durch die Verarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 der Basissendeempfängerstation 4 eingerichtet, und die den empfangenen Richtungen b1, b2 und b3 entsprechenden Strahlrichtungen b1, b2 und b3 werden als die Downlink-Richtungen zur Sendung für den i-ten Zeitschlitz bestimmt. Vorzugsweise ist zumindest eine Komponente des Pilotsignals P in jede dieser Richtungen zu senden. In diesem Beispiel werden Pilotsignalkomponenten dreimal in dem Zeitschlitz gesendet. Die Pilotsignalbits oder -bitsequenz P1, P2 und P3 können die gleichen sein oder sich unterscheiden. Vorzugsweise unterscheiden sie sich. Das Pilotsignal des Downlink-Kommunikationsbursts umfasst ein in die erste Richtung b1 gesendetes erstes Pilotsignalbit P1, ein in die zweite Richtung b2 gesendetes zweites Pilotsignalbit P2 und ein in die dritte Richtung b3 gesendetes drittes Pilotsignalbit P3. Die drei Pilotsignalbits P1, P2 und P3 werden somit fortlaufend gesendet. Die empfangende Mobilstation verwendet die Pilotsignalbits des Kommunikationsbursts zum Schätzen der mit jeder gesendeten Richtung assoziierten Kanalimpulsantwort. Die Datenbits d1, d2 und d3 des i-ten Zeitschlitzes werden dann jeweils in die entsprechenden Richtungen b1, b2 und b3 gesendet. Die vorbestimmte Sendereihenfolge der Pilotsignalbits P1, P2 und P3 definiert ein Richtsprungmuster, das während der Sendung der Datenbits d1, d2 und d3 des gleichen Kommunikationsbursts nachgebildet wird. Nachfolgende Datenbits werden in unterschiedliche Richtungen gesendet. Dies ermöglicht der Mobilstation MS, jedes empfangene Datenbit unter Verwendung von Informationen zu verarbeiten, die aus dem aus derselben jeweiligen Richtung empfangenen Pilotsignal erhalten sind.
  • Zur Vereinfachung und zur Minimierung der Verwendung von Overhead-Informationen kann die Anzahl von gesendeten Pilotsignalen Np von einem Kommunikationsburst zu dem nächsten auf einem festen Niveau gehalten werden. Np kann beispielsweise gleich 3 sein. Überschreitet die Anzahl von zur Verfügung stehenden Senderichtungen die Anzahl von Pilotsignalbits Np, dann werden lediglich die besten Np Richtungen zur Downlink-Sendung ausgewählt. Alternativ können einige Richtungen bei der Sendung wiederholt werden, falls die Anzahl von zur Verfügung stehenden Senderichtungen kleiner als die Anzahl von Pilotsignalbits Np ist. In diesem Fall wird die Downlink-Senderichtung derart variiert, dass dieselbe Richtung nicht für die Sendung von fortlaufenden Datenbits verwendet wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel werden die Senderichtungen für die Downlink-Richtung auf der Grundlage der Energie des entsprechenden empfangenen Signals in der Uplink-Richtung ausgewählt. Wie jedoch in Zusammenhang mit der Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung 10 erwähnt, kann jedwedes geeignete Kriterium zum Bestimmen der Strahlrichtungen zur Sendung verwendet werden. Andere Ausführungsbeispiele berücksichtigen beispielsweise eine Minimierung der erzeugten Interferenz in bestimmten Richtungen.
  • 5 zeigt somit ein zweites Ausführungsbeispiel, in dem Pilotsignalbits eines Kommunikationsbursts auf eine serielle Weise gesendet werden, wobei ein jedes Pilotsignalbit zu einem bestimmten Zeitpunkt und in eine unterschiedliche Richtung hinsichtlich des vorangegangenen Pilotsignals gesendet wird. Die Datensignalbits für jenen Kommunikationsburst werden nachfolgend in entsprechende Richtungen und in derselben Reihenfolge wie die Pilotsignale gesendet. Dieses Ausführungsbeispiel wird hier zeitorthogonales Pi lotsende-(TOPT „Time Orthogonal Pilot Transmission")-Verfahren genannt, Die Strahlen selbst sind womöglich nicht orthogonal. Die Breite der Strahlen kann änderbar sein.
  • 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das eine modifizierte Version des zeitorthogonalen Pilotsendeverfahrens ist, in dem die einer jeden Richtung entsprechenden Pilotsignale über den Kommunikationsburst hinweg verteilt sind. In dem gezeigten i-ten Zeitschlitz wird das Pilotsignal P in drei Richtungen gesendet, um drei Pilotsignalbits P1, P2 und P3 zu definieren. Diese drei Pilotsignalbits sind gleichmäßig über den gesamten Schlitz hinweg verteilt, und einem jeden von ihnen folgt ein Datenblock, der fortlaufende Datenbits umfasst. Gemäß 6 wird ein erstes Pilotbit P1 in die Richtung b1 gesendet, ebenso wie der nachfolgende Datenblock, der Datenbits d1N, d2N, d2N, bis dNN umfasst. Das zweite Pilotbit P2 wird in eine zweite Richtung b2 gesendet, und der Datenbits d1R, d2R, d3R bis dRR umfassende nächste Datenblock wird ebenso in die Richtung b2 gesendet. Das dritte Pilotbit P3 definiert in gleicher Weise die Richtung zur Sendung für einen dritten Datenblock, der Datenbits d1V, d2V, d3V bis dVV umfasst. Es liegt ein Dreirichtungsspringen innerhalb des Zeitschlitzes eines einzelnen Kommunikationsbursts vor. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß 6 eine langsamere Rate des Richtungsspringens innerhalb eines Zeitschlitzes verwendet als das Ausführungsbeispiel gemäß 5.
  • Sind die aus der Uplink-Kommunikationsrichtung bestimmten Richtungen räumlich orthogonal zueinander, dann kann ein in 7 gezeigtes viertes Ausführungsbeispiel verwendet werden. Die bestimmten Richtungen werden als orthogonal betrachtet, falls deren Winkeltrennung zwischen den Strahlmaxima größer als die halbe Energiestrahlbreite ist. Wird an genommen, dass die Funkumgebung eine hinreichend große Winkelspreizung führt, dann erreicht die Verwendung einer konventionellen analogen Strahlbildungseinrichtung (z.B. Butler-Matrixschaltung) orthogonale Antennenstrahlrichtungen sowohl während der Sendung als auch während des Empfangs. Das Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird hier raumorthogonales Pilotsende-(SOPT, „Space Orthogonal Pilot Transmission")-Verfahren genannt. Die Pilotsignal-P-Sendung in der Downlink-Richtung umfasst die gleichzeitige Sendung von Pilotsignalbits Pn in alle der bestimmten Senderichtungen b1, b2 und b3. Somit tritt die Sendung von Pilotsignalbits zum selben Zeitpunkt auf, und die Strahlrichtungen b1, b2 und b3 sind orthogonal. Die nachfolgende Datensignalsendung D wird durch Verwenden von unterschiedlichen Richtungen für fortlaufende Datenbits durchgeführt, aber in diesem Fall muss die Reihenfolge zur Sendung nicht notwendigerweise einem vorbestimmten Richtsendemuster folgen, wie es mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 vorgeschlagen wurde. Hierbei kann die Auswahl der Senderichtungen von Datenbits jedweder Reihenfolge unter der Voraussetzung folgen, dass alle Richtungen durch das Pilotsignal definiert und orthogonal sind. In diesem Beispiel erfolgt die Auswahl der Richtung zur Datenbitsendung zufällig mit jeder Richtung b1, b2 und b3, die im Mittel für eine äquivalente Anzahl von Durchgängen verwendet werden. Dies ist möglich, da bei der empfangenden Mobilstation jedes empfangene Bit mit der Kanalantwort des gesamten Kanals gefaltet (korreliert) wird, wobei alle umfassten Richtungen enthalten sind. Da diese Richtungen zu dem empfangenen Signal orthogonal sind, ist deren Auswirkung prinzipiell beseitigt.
  • In einem in 8 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel wird eine festgelegte Anzahl Np von Pilotsignalen gleichzeitig in die Senderichtungen gesendet, die bei der Sendung von Datenbits innerhalb des selben Kommunikationsbursts zu verwenden sind. Das Pilotsignal für eine jede Richtung weist einen eindeutigen Code auf, der orthogonal zu anderen Codes ist, die bei der Pilotsignalsendung verwendet werden. Daher ist dieses Beispiel hierbei codeorthogonale Pilotsendung (COPT, „Code Orthogonal Pilot Transmission") genannt. Unter Bezugnahme auf 8 umfassen die Pilotsignalbits Pn drei Pilotsignale, die die Spreizcodes C1, C2 und C3 aufweisen, die gleichzeitig in die Richtungen b1, b2 und b3 gesendet werden. Danach werden fortlaufende Bits der Datensendung d1, d2, d3, d4 bis dm in unterschiedliche Richtungen und unter Verwendung der Spreizcodes gesendet, die für die während der Pilotsendung betroffenen bestimmten Richtung definiert sind. Die Mobilstation MS ist in der Lage, die einer jeden Richtung entsprechenden Kanalimpulsantworten individuell zu schätzen, und es können wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 fortlaufende Datenbits durch die Basissendeempfängerstation zu der Mobilstation MS in unterschiedliche Richtungen unter Verwendung eines beliebigen Richtsendemusters unter der Voraussetzung gesendet werden, dass bei Sendung in die N-te Richtung der zugehörige N-te Code verwendet wird. Die empfangende Mobilstation MS faltet die Informationen eines gegebenen Bits mit der Kanalimpulsantwort des vollständigen Kanals, wobei alle verwendeten Senderichtungen und deren zugehörige Codes umfasst sind, es werden aber aufgrund der Codeorthogonalität lediglich Informationen der relevanten gesendeten Bits zurückbehalten.
  • Die Leistungsfähigkeit der beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispiele führt zu Verbesserungen bei Korrelationen zwischen den aus den Uplink-Kommunikationen geschätzten Ankunftsrichtungen und bei der Auswahl von Senderichtungen für die Downlink-Kanäle. Bedeutsame Vorteile umfassen die Bereitstellung einer schnellen Winkeldiversität und der effizienten Weißverarbeitung der erzeugten Mitkanalinterferenz insbesondere in Mehrfachratensystemen (z.B. W-CDMA und zukünftigen drahtlosen Netzwerken), in denen Hochbitratenbenutzer mit vergleichsweise hohen Energiepegeln senden und die konventionelle Verwendung von adaptiven Antennen eine räumliche Interferenz mit hohem Farbausmaß erzeugt.
  • Ausführungsbeispiel der Erfindung bildende Verfahren weisen insbesondere Vorteile in Funkumgebungen auf, die durch große Winkelspreizausmaße (z.B. Mikro- und Pikozellen) charakterisiert sind, und wenn eine Winkelauflösung der Basissendeempfängerstation vergleichsweise hoch ist. Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens verbessert das Winkelspreizausmaß einer Funkumgebung und einen Zuwachs der räumlichen Auflösung einer BTS. Dies ist dadurch begründet, dass da sich das Winkelspreizausmaß erhöht und die erzeugten Strahlen schmaler werden, die BTS die Vorteile des Betriebs im räumlichen Bereich effizient ausnutzen kann. Es stehen beispielsweise in dem Maße mehr Springrichtungen zur Verfügung, indem diese Bedingungen angewendet werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung können in Mikro- und/oder Pikozellumgebungen vorteilhaft verwendet werden. Derartige Funkumgebungen führen nicht lediglich große Winkelspreizausmaße, sondern sind ebenso durch kleine Verzögerungsspreizausmaße aufgrund der kleinen Größe jener Umgebungen gekennzeichnet. Dies ist insbesondere bei Modellen in hohem Maße vorteilhaft, die eine Orthogonalität (z.B. Codeorthogonalität) ausnutzen. Auch sind es jene Umgebungen, in denen Hochbitratenbenutzer zu erwarten sind. Der zum Bedienen dieser Benutzer erzeugte Pegel von Mitkanalinterferenz wird durch Einsetzen von Ausführungsbeispiele der Erfindung bildenden Verfahren verringert.
  • Die Qualität der Kanalschätzung bei der empfangenden Mobilstation MS hängt im hohen Maße von dem zur Sendung der Pi lotsignalbits verwendeten Energiebetrag ab. Da die Pilotsendung hinsichtlich des Zeit-, Raum- und/oder Codebereichs gemultiplext ist, ist die effektive Energie pro Pilot kleiner, wenn dieselbe Energie unter den Piloten verteilt wird, wie jene in den herkömmlichen Verfahren (Schlitzebenenverarbeitung) verwendete. Diese Herabminderung bei der Pilotsignalenergie wird durch den Arrayzuwachs kompensiert.
  • Die Pilot- und/oder Datensignalsendungen innerhalb eines Kommunikationsbursts können hinsichtlich Zeit, Frequenz, Raum oder Spreizcode gemultiplext sein. Hinsichtlich einer Pilotsignalsendung gezeigte Verfahren können in gleicher Weise bei einer Datensignalsendung angewendet werden. Die vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Verfahren können getrennt oder in jedweder Kombination verwendet werden.
  • Während Ausführungsbeispiele der Erfindung vorstehend in Zusammenhang mit einem CDMA-System beschrieben sind, können Ausführungsbeispiele der Erfindung mit jedweder anderen Art von Zugriffssystem verwendet werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung können in einer Mobilstation sowie in einer Basisstation implementiert werden.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Richtfunkkommunikation in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk zwischen einer ersten Station (4) und einer zweiten Station (2), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Senden einer Vielzahl von Kommunikationsbursts von der ersten Station zu der zweiten Station, wobei jeder der Bursts im Wesentlichen kontinuierlich ist und ein Referenzsignal (P), das eine Vielzahl von Referenzsignalkomponenten (P1, P2, P3) aufweist, und ein Datensignal (D), das eine Vielzahl von Datensignalkomponenten (d1, d2, d3) aufweist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb desselben Bursts jeweilige Signalkomponenten des Referenzsignals in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen (b1, b2, b3) gesendet werden, wobei die Datensignalkomponenten in den im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen (b1, b2, b3) gesendet werden.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Anzahl der Vielzahl von Referenzsignalkomponenten (P1, P2, P3) in unterschiedlichen Richtungen (b1, b2, b3) zu unterschiedlichen Zeitpunkten gesendet wird, wobei aufeinanderfolgende Referenzsignalkomponenten in unterschiedlichen Richtungen gesendet werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenzsignalkomponenten fortlaufend gesendet werden.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Anzahl der Vielzahl von Referenzsignalkomponenten (P1, P2, P3) in unterschiedlichen Richtungen im Wesentlichen zum selben Zeitpunkt gesendet wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl der Vielzahl von Datensignalkomponenten (d1, d2, d3) in unterschiedlichen Richtungen (b1, b2, b3) im Wesentlichen zum selben Zeitpunkt gesendet wird.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Anzahl der Vielzahl von Datensignalkomponenten (d1, d2, d3) in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen (b1, b2, b3) zu unterschiedlichen Zeitpunkten und fortlaufend gesendet wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6 bei Abhängigkeit von Anspruch 3, wobei die Reihenfolge der Richtsendung der Datensignalkomponenten jener während der Sendung der Referenzsignalkomponenten verwendeten entspricht.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei fortlaufende Datensignalkomponenten in den unterschiedlichen Richtungen ohne Rücksichtnahme auf die Reihenfolge der Richtsendung der Referenzsignalkomponenten gesendet werden.
  9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere der Datensignalkomponenten (d1, d2, d3) vor der letzten Referenzsignalkomponente (P1, P2, P3) des Kommunikationsbursts gesendet wird oder werden.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Datensignalkomponenten (d1, d2, d3) in eine Vielzahl von Sätzen unter teilt werden, wobei jeder Satz nach einer jeweiligen Referenzsignalkomponente (p1, P2, P3) gesendet wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei jeder Satz von Datensignalkomponenten (d1, d2, d3) in derselben Richtung wie die vorhergehende Referenzsignalkomponente (P1, P2, P3) gesendet wird.
  12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das in einem Codeteilungsmehrfachzugangssystem verwendet wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei ein unterschiedlicher Spreizcode für die Sendung von jeweiligen Referenzsignalbits in jeder Richtung verwendet wird.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das Referenzsignal ein Pilotsignal ist.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Spreizcodes, die bei der Sendung der Referenzsignalkomponenten (P1, P2, P3) in den unterschiedlichen Richtungen (b1, b2, b3) verwendet werden, ebenso bei der Sendung von Datensignalkomponenten (d1, d2, d3) in den entsprechenden Richtungen verwendet werden.
  16. Sendeempfängerstation zur Richtfunkkommunikation in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk zwischen einer ersten Station (4) und einer zweiten Station (2), wobei die Sendeempfängerstation eine Einrichtung (6) zum Senden einer Vielzahl von Kommunikationsbursts von der ersten Station (4) zu der zweiten Station (2) umfasst, wobei jeder der Bursts im Wesentlichen kontinuierlich ist und ein Referenzsignal (P), das eine Vielzahl von Referenzsignalkomponenten (P1, P2, P3) aufweist, und ein Datensig nal (D), das eine Vielzahl von Datensignalkomponenten (d1, d2, d3) aufweist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Senden innerhalb desselben Bursts von jeweiligen Signalkomponenten des Referenzsignals (P1, P2, P3) in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen (b1, b2, b3) betreibbar ist, und die Datensignalkomponenten in den im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen (b1, b2, b3) gesendet werden.
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