CN1129334C - Gsm通信系统扩大小区半径的方法 - Google Patents
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Abstract
一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，设置第一、第二基站收发信机，分别负责在离基站收发信机半径0-35千米、35-70千米范围的常规小区、扩展小区的移动台的通话。当移动台处于扩展小区时，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据，当数据信号处于扩展小区时，由第二收发信机接收；当数据信号进入常规小区时，由第一收发信机接收。本发明在不改变GSM最大时间提前量的条件下能够扩展小区半径。
Description
技术领域
本发明涉及GSM全球数字蜂窝系统领域，尤其是一种GSM通信系统扩大小区半径的方法。
背景技术
GSM系统中的无线接口综合了频分多址FDMA与时分多址TDMA两种技术。无线接口上传输的单位是100多个调制比特组成的脉冲串，称为“突发脉冲″。突发脉冲占用200kHz的频带宽度，持续时间为0.577ms(15/26ms)，如图1所示，称它所占用的时间和频率窗口为缝隙。一个缝隙持续的时间称为时隙，缝隙所占有的频带宽称为称为频隙。频隙相当于GSM规范中的射频信道。
帧通常被表示为接连发生的n个缝隙。在GSM系统中n取为8，且这样的帧称为时分复用TDMA帧，即一个时分复用TDMA帧由8个时间上相邻的缝隙组成。
一条物理信道是在特定的、周期性出现的缝隙中发送的突发脉冲序列。在GSM系统中这个周期是8，即是一个TDMA帧。也可以说，一个射频信道包括8个物理信道。物理信道可以以它的一个缝隙在TDMA帧中出现的序号来区分，这个序号叫做时隙号。一个TDMA帧时长4.615ms(120/26ms)，由8个时隙组成。多个TDMA帧构成复帧，其结构有两种，分别为26复帧和51复帧。26复帧结构的周期为120ms，含有26个TDMA帧，用于业务信道及其随路控制信道。51复帧结构的周期为3060/13ms，含有51个TDMA帧，用于控制信道。
物理信道是频分和时分的组合，它由基站和移动台之间的缝隙流组成。
在GSM系统中，上行链路是指从移动台到基站方向的链路，下行链路是指从基站到移动台方向的链路。对移动台而言，如果能避免同时发射和接收的要求，对其实现是很有利的：一台移动台的接收机无需对它的发射机进行防护，从而可以大大减小移动台的体积。为实现这一点，在GSM系统中，上行链路的TDMA帧总是落后于下行链路的TDMA帧3个时隙(大约1730微秒)。在基站看来，这个延迟是固定的，但从移动台看来，问题有点不同：由于移动台的移动性，它到服务小区的基站总是有一定的传输延迟，而且这个传输延迟一般不是固定的。为了弥补往返于基站的传输延迟，移动台的发射必须有一定的提前，这叫做移动台的定时提前。定时提前量TA的范围是0一233微秒(这个限制来自于接入突发脉冲的时域特性)。所以，从移动台看到的上行链路与下行链路的精确偏移是3时隙减去定时提前量。专用模式下的移动台必须时刻使用合适的定时提前量发射，否则就会与基站失去同步。
在GSM系统中，规定一个时隙为577微秒，传送带有156.25bit数据的突发脉冲。当移动台随机接入网络时是通过在随机接入信道RACH上发送接入突发脉冲，接入突发脉冲的具体格式如图2所示。
由接入突发脉冲的格式可以看出，因为信息比特后面有63bit(3bit尾比特，60bit扩展保护比特)的冗余比特，则小区时间提前量在无线口存在63bit的限制，即在空间上存在35km的限制(因为信号是以光速传播，63×577×1.0E-6÷156.25×3×1.0E5÷2＝35km)。也就是说，当小区的覆盖半径超过35km时，信号延迟就会超过GSM规范规定的最大值63bit对应的持续时间。如果一个移动台到达了常规覆盖半径的边缘，它将以系统允许的最大时间提前量TA值发射；如果移动台继续向小区外围移动，由于时间提前量已经到达最大值，系统不能继续对时间提前量TA值进行自适应调节，移动台发射的信号将会在下一个时隙到达基站接收机，无法解出。
目前由于GSM的时间提前量存在63bit的限制，使得一个小区的半径不能超过35km。在大多数情况下是足够使用的，但对于某些特定的应用场合，比如对于岛屿、沙漠等移动用户分布很稀少的地区，如果仍然采用这种半径为35km的小区，则每个小区会有很少的用户，往往需要为很少的用户去建立一个站点，这样就显得很不经济了。这时会有超过35km覆盖的要求，此时目前的系统就不能满足这些需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，它能够在GSM的时间提前量存在63bit的限制的条件下，仍然能够使小区的半径扩大到35km以上。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，在从移动台到基站收发信机的上行链路的时分复用帧落后于从基站收发信机到移动台的下行链路的时分复用帧3个时隙的GSM通信系统中，
A、在基站设置两个收发信机，第一收发信机设置第一天线，负责在离基站半径0-35千米范围内的常规小区的移动台的通话，第二收发信机设置第二天线，第二天线高于第一天线，负责在离基站半径35-70千米范围内的扩展小区的移动台的通话；
B、不断地判断移动台所在的小区，当移动台处于常规小区时，令第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第一方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向第一收发信机发射数据，由第一天线接收；
当移动台处于扩展小区时，令第二、第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第二方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据，由第二收发信机的第二天线接收，当数据信号进入常规小区时，由第一收发信机的第一天线接收；
当判断出移动台所在的小区发生了改变时，控制接收方式在上述第一、第二方式中进行切换；
C、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据指定1个时隙，基站收发信机的接收窗口保留1个时隙的宽度。
在步骤B中，不断地判断移动台所在的小区并在小区发生改变时完成接收方式的切换可以包括这样的过程：当前基站收发信机不断检测移动台到基站收发信机的距离，并将该距离上报基站控制器的比较模块，如果在上次判断中判断移动台处于常规小区，则比较模块比较该距离与常规小区的最大半径，比较结果输出给一个基站控制器的中央处理模块，如果该距离小于常规小区的最大半径时仍判断移动台处于常规小区，仍由第一天线采取第一方式接收，如比较结果相反则判断移动台处于扩展小区，由基站控制器控制切换到第二天线采取第二方式接收；如在上次判断中判断移动台处于扩展小区，则比较模块比较该距离与扩展小区的最小半径，比较结果输出给中央处理模块，如果该距离大于扩展小区的最小半径，则仍判断移动台处于扩展小区，由第二天线采取第二方式接收，如比较结果相反则判断移动台处于常规小区，由中央处理模块控制切换到第一天线采取第一方式接收。
在步骤B中，不断地判断移动台所在的小区并在小区发生改变时完成接收方式的切换可以包括这样的过程：当前基站收发信机不断检测移动台到基站收发信机的距离，并根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系计算时间提前量，并将该时间提前量上报基站控制器的比较模块，如果在上次判断中判断移动台处于常规小区，则比较模块比较该时间提前量与常规小区的最大时间提前量，比较结果输出给一个基站控制器的中央处理模块，如果该时间提前量小于常规小区的最大时间提前量时仍判断移动台处于常规小区，仍由第一天线采取第一方式接收，如比较结果相反则判断移动台处于扩展小区，由基站控制器控制切换到第二天线采取第二方式接收；如在上次判断中判断移动台处于扩展小区，则比较模块比较该时间提前量与扩展小区的最小时间提前量，比较结果输出给中央处理模块，如果该时间提前量大于扩展小区的最小时间提前量，则仍判断移动台处于扩展小区，由第二天线采取第二方式接收，如比较结果相反则判断移动台处于常规小区，由中央处理模块控制切换到第一天线采取第一方式接收。
上面所述的根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系计算时间提前量，是以移动台到基站收发信机的2倍距离除以光速，计算出移动台到基站收发信机之间的时间延迟。
在步骤B中，不断地判断移动台所在的小区并在小区发生改变时完成接收方式的切换可以包括这样的过程：移动台开机时测量常规小区和扩展小区的小区选择参数C1，选择其中较大的作为当前的小区，同时不断测量常规小区和扩展小区的小区重选参数C2，并进行比较，当移动台位于常规小区时，一旦判断出常规小区的小区重选参数C2小于扩展小区的小区重选参数C2，则进行小区重选，将当前服务小区更新为扩展小区，同时由基站控制器控制完成接收方式的转换；当移动台位于扩展小区时，一旦判断出常规小区的小区重选参数C2大于扩展小区的小区重选参数C2，则进行小区重选，将当前服务小区更新为常规小区，同时由基站控制器控制完成接收方式的转换。
由于本发明设置了两个收发信机，第一收发信机负责常规小区的移动台的通话，第二收发信机负责扩展小区的移动台的通话，一旦移动台位于常规小区半径35千米之外进入扩展小区时，移动台发送的数据信号，在处于扩展小区时由第二收发信机接收，第二收发信机默认其管理的移动台均有一个固定的最大时间提前量，即常规小区的最大时间提前量，也就是说，在第二收发信机中收数据的时刻比第一收发信机晚一个对应此固定值的时间，这样就一下子突破了常规小区最大时间提前量的限制，就使得即使当移动台处于扩展小区时，在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，也可以经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据。这样，就解决了在不改变GSM最大时间提前量的条件下，仍然能够使小区的半径扩大到35km以上的问题。
附图说明
图1是GSM无线接口所采用的突发脉冲示意图。
图2是GSM无线接口所采用的突发脉冲的具体格式图。
图3是本发明GSM通信系统扩大小区半径的方法流程图。
图4是本发明的常规小区和扩展小区示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步具体的说明。
图3是本发明GSM通信系统扩大小区半径的方法流程图。在该流程图中，可以看出其实现的步骤。
在GSM系统中，从移动台到基站收发信机的上行链路的TDMA帧总是落后于相应的从基站收发信机到移动台的下行链路的TDMA帧3个时隙(大约1730微秒)。时分复用TDMA帧有8个时隙，分别标号为0、1、2……7。其中，时隙0用于向移动台1发射数据，时隙3用于基站收发信机接收移动台1的数据。在基站收发信机看来，这个延迟是固定的，但从移动台看来，由于移动台的移动性，它到服务小区的基站总是有一定的传输延迟，而且这个传输延迟一般不是固定的。为了弥补往返于基站的传输延迟，移动台的发射必须有一个定时提前量。由图2所示，由接入突发脉冲的格式可以看出，在信息比特后面有63bit的冗余比特。而在GSM系统中，规定一个时隙为577微秒，传送带有156.25bit数据的突发脉冲。因此可以计算出来定时提前量的最大值为(577/156.25)×63＝233(微秒)。因此，定时提前量TA的范围是0一233微秒。从移动台看到的上行链路与下行链路的精确偏移是3时隙减去定时提前量。专用模式下的移动台必须时刻计算出合适的定时提前量发射，否则就会与基站失去同步。
在本发明中我们将离基站收发信机半径0-35千米范围内的小区定义为常规小区，将离基站收发信机半径35-70千米范围内的小区定义为扩展小区。设置第一收发信机，第一收发信机具有第一天线，负责在离基站收发信机半径0-35千米范围内的常规小区的移动台的通话，并设置第二收发信机，具有高于第一天线的第二天线，负责在离基站收发信机半径35-70千米范围内的扩展小区的移动台的通话。
本发明可以通过这样的过程来实现：当前基站收发信机不断检测移动台到基站收发信机的距离，并将该距离上报基站控制器的比较模块，如果在上次判断中判断移动台处于常规小区，则比较模块比较该距离与常规小区的最大半径，比较结果输出给一个基站控制器的中央处理模块，如果该距离小于常规小区的最大半径时中央处理模块判断移动台仍处于常规小区；如果该距离大于常规小区的最大半径时中央处理模块判断移动台仍处于常规小区。如在上次判断中判断移动台处于扩展小区，则比较模块比较该距离与扩展小区的最小半径，比较结果输出给中央处理模块，如果该距离大于扩展小区的最小半径，则中央处理模块判断该移动台仍处于扩展小区；如果该距离小于扩展小区的最小半径，则中央处理模块判断该移动台处于常规小区。
判断完移动台所在的小区，则分两种情况进行：
当移动台处于常规小区时，令第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第一方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向第一收发信机发射数据，由第一天线接收。
当移动台处于扩展小区时，令第二、第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第二方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据，由第二收发信机的第二天线接收，当数据信号进入常规小区时，由第一收发信机的第一天线接收。
当基站控制器判断移动台所在的小区发生了改变时，基站控制器控制接收方式在上述第一、第二方式中进行切换。
举例来说，假设当前移动台处于常规小区内，由第一基站收发信机接收，并假设常规小区的最大半径是35km，移动台正处于常规小区和扩展小区的边界处。这一次第一基站收发信机检测到移动台到基站收发信机的距离35.1km，在上一次检测中检测的结果是34.9km，说明移动台已经移动到扩展小区。第一基站收发信机将距离35.1km上报基站控制器的比较模块，在上次判断中判断移动台是处于常规小区的，则比较模块比较该距离35.1km与常规小区的最大半径35km，比较结果输出给一个基站控制器的中央处理模块。因为该距离35.1km大于常规小区的最大半径35km，所以基站控制器判断移动台处于扩展小区，采用所述的第二方式接收：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据，由第二收发信机的第二天线接收，当数据信号进入常规小区时，由第一收发信机的第一天线接收。
在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据指定1个时隙，基站收发信机的接收窗口保留1个时隙的宽度。
在本发明中，一旦移动台位于常规小区半径35千米之外进入扩展小区时，移动台发送的数据信号，在处于扩展小区时由第二收发信机接收，第二收发信机默认其管理的移动台均有一个固定的最大时间提前量，即常规小区的最大时间提前量，也就是说，在第二收发信机中收数据的时刻比第一收发信机晚一个对应此固定值的时间，这样就一下子突破了常规小区最大时间提前量的限制，解决了在不改变GSM最大时间提前量的条件下，仍然能够使小区的半径扩大到35km以上的问题。
在本发明中，也可以由当前基站收发信机不断检测移动台到基站收发信机的距离，并根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系计算时间提前量，该计算方法是以移动台到基站收发信机的2倍距离除以光速，计算出移动台到基站收发信机之间的时间延迟。然后由当前收发信机将该时间提前量上报基站控制器的比较模块，如果在上次判断中判断移动台处于常规小区，则比较模块比较该时间提前量与常规小区的最大时间提前量，比较结果输出给一个基站控制器的中央处理模块，如果该时间提前量小于常规小区的最大时间提前量时中央处理模块仍判断移动台处于常规小区，如比较结果相反中央处理模块则判断移动台处于扩展小区；如在上次判断中判断移动台处于扩展小区，则比较模块比较该时间提前量与扩展小区的最小时间提前量，比较结果输出给中央处理模块，如果该时间提前量大于扩展小区的最小时间提前量，则中央处理模块仍判断移动台处于扩展小区，如比较结果相反则中央处理模块判断移动台处于常规小区。
判断完移动台所在的小区，则分两种情况进行：
当移动台处于常规小区时，令第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第一方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向第一收发信机发射数据，由第一天线接收。
当移动台处于扩展小区时，令第二、第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第二方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据，由第二收发信机的第二天线接收，当数据信号进入常规小区时，由第一收发信机的第一天线接收。
当基站控制器判断移动台所在的小区发生了改变时，基站控制器控制接收方式在上述第一、第二方式中进行切换。
在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据指定1个时隙，基站收发信机的接收窗口保留1个时隙的宽度。
本发明也可借助小区选择参数C1和小区重选参数C2来判断小区。小区选择参数C1是移动台选择最有可能进行成功通信的小区的一个参数，移动台根据该参数值的大小进行最有可能进行成功通信的小区，该参数本领域技术人员非常熟知，故在此不再赘述。移动台开机时测量常规小区和扩展小区的小区选择参数C1，选择其中较大的作为当前的小区，同时不断测量常规小区和扩展小区的小区重选参数C2，并进行比较。小区重选参数C2是移动台在位于小区之间的边界时用于选择最有可能进行成功通信的小区的参数，该参数本领域技术人员比较熟悉，故在此不再赘述。当移动台位于常规小区时，一旦判断出常规小区的小区重选参数C2小于扩展小区的小区重选参数C2，则进行小区重选，将当前服务小区更新为扩展小区；当移动台位于扩展小区时，一旦判断出常规小区的小区重选参数C2大于扩展小区的小区重选参数C2，则进行小区重选，将当前服务小区更新为常规小区。
判断完移动台所在的小区，则分两种情况进行：
当移动台处于常规小区时，令第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第一方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向第一收发信机发射数据，由第一天线接收。
当移动台处于扩展小区时，令第二、第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第二方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据，由第二收发信机的第二天线接收，当数据信号进入常规小区时，由第一收发信机的第一天线接收。
当移动台所在的小区发生了改变时，基站控制器控制接收方式在上述第一、第二方式中进行切换。
在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据指定1个时隙，基站收发信机的接收窗口保留1个时隙的宽度。
在本发明中，如果采取全向天线，则常规小区和扩展小区分别是圆形和环形的区域；如果采取定向天线，则常规小区和扩展小区分别是扇形和扇环的区域。
Claims (5)
1、一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，在从移动台到基站收发信机的上行链路的时分复用帧落后于从基站收发信机到移动台的下行链路的时分复用帧3个时隙的GSM通信系统中，
A、在基站设置两个收发信机，第一收发信机设置第一天线，负责在离基站半径0-35千米范围内的常规小区的移动台的通话，第二收发信机设置第二天线，第二天线高于第一天线，负责在离基站半径35-70千米范围内的扩展小区的移动台的通话；
B、不断地判断移动台所在的小区，当移动台处于常规小区时，令第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第一方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向第一收发信机发射数据，由第一天线接收；
当移动台处于扩展小区时，令第二、第一收发信机接收移动台发射的数据，将这种方式称作第二方式：在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据，由第二收发信机的第二天线接收，当数据信号进入常规小区时，由第一收发信机的第一天线接收；
当判断出移动台所在的小区发生了改变时，控制接收方式在上述第一、第二方式中进行切换；
C、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据指定1个时隙，基站收发信机的接收窗口保留1个时隙的宽度。
2、根据权利要求1所述的GSM通信系统扩大小区半径的方法，其特征在于：在步骤B中，不断地判断移动台所在的小区并在小区发生改变时完成接收方式的切换包括这样的过程：当前基站收发信机不断检测移动台到基站收发信机的距离，并将该距离上报基站控制器的比较模块，如果在上次判断中判断移动台处于常规小区，则比较模块比较该距离与常规小区的最大半径，比较结果输出给一个基站控制器的中央处理模块，如果该距离小于常规小区的最大半径时仍判断移动台处于常规小区，仍由第一天线采取第一方式接收，如比较结果相反则判断移动台处于扩展小区，由中央处理模块控制切换到第二天线采取第二方式接收；如在上次判断中判断移动台处于扩展小区，则比较模块比较该距离与扩展小区的最小半径，比较结果输出给中央处理模块，如果该距离大于扩展小区的最小半径，则仍判断移动台处于扩展小区，由第二天线采取第二方式接收，如比较结果相反则判断移动台处于常规小区，由中央处理模块控制切换到第一天线采取第一方式接收。
3、根据权利要求1所述的GSM通信系统扩大小区半径的方法，其特征在于：在步骤B中，不断地判断移动台所在的小区并在小区发生改变时完成接收方式的切换包括这样的过程：当前基站收发信机不断检测移动台到基站收发信机的距离，并根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系计算时间提前量，并将该时间提前量上报基站控制器的比较模块，如果在上次判断中判断移动台处于常规小区，则比较模块比较该时间提前量与常规小区的最大时间提前量，比较结果输出给一个基站控制器的中央处理模块，如果该时间提前量小于常规小区的最大时间提前量时仍判断移动台处于常规小区，仍由第一天线采取第一方式接收，如比较结果相反则判断移动台处于扩展小区，由中央处理模块控制切换到第二天线采取第二方式接收；如在上次判断中判断移动台处于扩展小区，则比较模块比较该时间提前量与扩展小区的最小时间提前量，比较结果输出给中央处理模块，如果该时间提前量大于扩展小区的最小时间提前量，则仍判断移动台处于扩展小区，由第二天线采取第二方式接收，如比较结果相反则判断移动台处于常规小区，由中央处理模块控制切换到第一天线采取第一方式接收。
4、根据权利要求3所述的GSM通信系统扩大小区半径的方法，其特征在于：在步骤B中，所述的根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系计算时间提前量，是以移动台到基站收发信机的2倍距离除以光速，计算出移动台到基站收发信机之间的时间延迟。
5、根据权利要求1所述的GSM通信系统扩大小区半径的方法，其特征在于：在步骤B中，不断地判断移动台所在的小区并在小区发生改变时完成接收方式的切换可以包括这样的过程：移动台开机时测量常规小区和扩展小区的小区选择参数，选择其中较大的作为当前的小区，同时不断测量常规小区和扩展小区的小区重选参数，并进行比较，当移动台位于常规小区时，一旦判断出常规小区的小区重选参数小于扩展小区的小区重选参数，则进行小区重选，将当前服务小区更新为扩展小区，同时由基站控制器控制完成接收方式的转换；当移动台位于扩展小区时，一旦判断出常规小区的小区重选参数大于扩展小区的小区重选参数，则进行小区重选，将当前服务小区更新为常规小区，同时由基站控制器控制完成接收方式的转换。
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Legal Events
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Granted publication date: 20031126 |
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| CX01 | Expiry of patent term |