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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Sende- und/oder Empfangseinheit zur Durchführung einer räumlich selektiven Paketdatenübertragung in einem Mobilfunksystem nach dem Universal Mobile Telecommunications System-Standard UMTS.
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Die aktuelle Version des UMTS-Standards, bezeichnet als Release 4, Stand 09/2001, beinhaltet drei Funkübertragungstechnologien: den Frequenzbereichsduplex bzw. FDD-Mode, den 3.84 Mcps Zeitbereichsduplex bzw. TDD-Mode und den 1.28 Mcps TDD-Mode, siehe [1]–[5]. Beim 1.28 Mcps TDD-Mode handelt es sich um das chinesische Mobilfunksystem TD-SCDMA, das ebenso wie der 3.84 Mcps TDD-Mode die Techniken TDMA und CDMA kombiniert. In TD-SCDMA erfolgt die Datenübertragung von Up- und Downlink auf einer Frequenz bei einer Trennung per Zeitmultiplex. Unter dem Begriff Uplink wird die Übertragung der Daten von einem mobilen Teilnehmer-Endgerät, beispielsweise einem Handy o. ä., zu einer Basisstation verstanden. Das mobile Teilnehmer-Endgerät wird nachfolgend UE genannt, die Basisstation wird als NodeB bezeichnet. Entsprechend wird die Übertragung der Daten von der NodeB zur UE als Downlink bezeichnet. Die Trennung der Kanäle erfolgt über orthogonale Spreizcodes.
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In TD-SCDMA ist die Anwendung von intelligenten Antennensystemen, s. g. Smart Antennas, in den NodeBs vorgesehen. Diese Antennentechniken sind neu und dienen dazu, die Teilnehmerkapazität zu erhöhen und neue Dienste mit hohem Bandbreitebedarf zu ermöglichen. Ein intelligentes Antennensystem stellt im Prinzip eine Gruppenantenne dar, in der mehrere Einzelantennen zusammengeschaltet sind. Mit der Gruppenantenne kann sowohl im Sende- als auch im Empfangsfall gleichzeitig mehrere Richtcharakteristika gebildet werden. Dadurch ist eine räumlich selektive Abstrahlung zu und/oder der räumlich selektive Empfang von verschiedenen UEs möglich. Auf diese Weise können störende Effekte, wie z. B. die Mehrfachzugriffsinterferenz bzw. Multiple Access Interference, beträchtlich gemindert werden.
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Die Verwendung von Smart Antennas führt dazu, dass die Sendeleistungen sowohl der NodeBs als auch der UEs reduziert werden können. Damit lässt sich der Energieverbrauch senken, was beispielsweise bei Handys im Sinne einer längeren Betriebsdauer wünschenswert ist. Die Vorteile von Smart Antennas müssen aber durch einen relativ hohen Aufwand bei der Realisierung der NodeBs erkauft werden. Neben den nun mehrfach benötigten analogen Sende- und Empfangskomponenten muss sehr viel Signalverarbeitung eingesetzt werden: Aus dem Empfangssignal müssen Parameter, wie z. B. die Einfallsrichtung, bestimmt werden, das Antennendiagramm muss durch ein s. g. Beamforming richtig geformt und den UEs im Zuge des s. g. Beamtracking nachgeführt werden. Da sowohl eine angepaßte Ausformung des Antennendiagramms und im Fall beweglicher mobiler Teilnehmer-Endgeräte auch eine Nachführung der Antennencharakteristik erforderlich sind, so werden nachfolgend stets Beamforming und/oder Beamtracking betrachtet werden. Eine Konzentration auf eine der beiden Techniken allein ist damit nicht ausgeschlossen.
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Derzeit ist das Beamforming und/oder Beamtracking für eine Paketdatenübertragung in TD-SCDMA sowohl mit Dedicated Channels als auch mit Shared Channels möglich. Auf jeden Fall benötigt die NodeB hierzu immer einen Rückkanal vom jeweiligen UE.
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Zur Übertragung insbesondere von unregelmässig anfallenden Paketdatenverkehr in DL- und UL-Richtung sind in TD-SCDMA die Transportkanäle Downlink Shared Channel DSCH und Uplink Shared Channel USCH spezifiziert. Der DSCH wird auf den physikalischen Kanal Physical Downlink Shared Channel PDSCH abgebildet, während der USCH auf den physikalischen Kanal Physical Uplink Shared Channel PUSCH abgebildet wird. Das besondere an diesen Kanälen ist, dass das UMTS-Funknetz diese Ressourcen innerhalb einer Zelle reservieren kann und diese Ressourcen für eine gewisse Zeit einer bestimmten UE zuweisen kann, so dass es in der angegebenen Zeit eine nur dieser einen UE gewidmete Ressource ist. Dadurch lässt sich unregelmässig anfallender Paketdatenverkehr in effizienter Weise an das UE senden.
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Das Beamforming und/oder Beamtracking mit den Shared Channels wird folgendermassen durchgeführt: Die NodeB teilt dem UE über die Nachricht Physical Shared Channel Allocation mit, welche und für welchen Zeitraum PDSCH- und PUSCH-Ressourcen für die folgenden Paketdatenübertragungen allokiert sind. Diese Nachricht wird über einen s. g. Forward Access Channel bzw. FACH-Transportkanal an das UE gesendet, wobei der FACH auf einen physikalischen Kanal abgebildet wird, den s. g. Secondary Common Control Physical Channel S-CCPCH. Der S-CCPCH wird dabei von der NodeB in die gesamte Zelle übertragen, da diese zum diesem Zeitpunkt noch nicht weiss, wo sich das UE in der Zelle befindet. Wenn das betreffende UE die Nachricht empfängt, sendet es als Antwort den PUSCH zur NodeB. Anhand dieser Antwort kann die NodeB die Position der UE in der Zelle bestimmen. Mit dieser Information sendet die NodeB jetzt die zu übertragenen Paketdaten über die PDSCH-Ressourcen räumlich gerichtet zum UE. Nach jedem Empfang der PDSCH sendet dann das UE als Antwort den PUSCH, den die NodeB ebenfalls räumlich gerichtet empfängt. Anhand dieses Rückkanals kann die NodeB das Beamforming und/oder Beamtracking während der gesamten Dauer der Paketdatenübertragung korrekt durchführen.
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Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist auch eine rein unidirektionale Paketdatenübertragung im Downlink über die PDSCH ohne entsprechende PUSCH-Ressourcen möglich. Allerdings ist in diesem Fall kein Beamforming und/oder Beamtracking durchführbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung, eine Sende- und/oder Empfangseinheit und ein Kommunikationssystem vorzuschlagen, die eine räumlich selektive Paketdatenübertragung auf effiziente Weise ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Ferner sind eine Sende- und/oder Empfangseinheit nach Anspruch 4 eine Lösung dieser Aufgabe. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung offenbart mithin ein Verfahren, mit dem eine räumlich selektive Paketdatenübertragung zu einer Mobilfunkstation im UMTS 1.28 Mcps TDD-Mode, TD-SCDMA, durchgeführt wird. Ein erfindungsgemäßes Verfahren beinhaltet dabei folgende drei Merkmale:
- – Verwendung des Uplink Pilot Channels UpPCH als Rückkanal für den Physical Downlink Shared Channel PDSCH;
- – Übertragung eines Uplink-Synchronisationscodes SYNC-UL Code als Antwort für den empfangenen PDSCH und
- – Signalisierung des zu übertragenden SYNC-UL Codes durch einen PDSCH-spezifischen Midamble.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur räumlich selektiven Paketdatenübertragung ermöglicht das Beamforming oder Beamtracking auch im Falle einer unidirektionalen Paketdatenübertragung über den Physical Downlink Shared Channel PDSCH, indem auf Ressourcen-effiziente Weise der Uplink Pilot Channel UpPCH als Rückkanal verwendet wird. Auf diese Weise können störende Effekte, wie z. B. die Mehrfachzugriffsinterferenz bzw. Multiple Access Interference, beträchtlich gemindert werden. Es werden damit also nicht länger alle sendenden UEs von einem NodeB empfangen, sondern nur noch die, die auch möglichst gut gehört bzw. empfangen und verarbeitet werden sollen. Daraus ergibt sich eine wesentlich vereinfachte Signalaufbereitung und Selektion der einzelnen gemeinsam empfangenen Signale. Ferner können damit auch die Sendeleistungen der NodeBs und UEs reduziert werden.
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Die Signalisierung der PDSCH- und UpPCH-Ressourcen wird als SYNC-UL Code im Downlink über die Nachricht Physical Shared Channel Allocation vorgenommen.
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Zur Darstellung weiterer Vorteile wird auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels verwiesen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung unter detaillierter Darstellung des Standes der Technik anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.
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1 zeigt eine skizzierte Darstellung einer Mobilfunkzelle bei räumlich selektiver Paketdatenübertragung einer Basisstation NodeB zu mehreren Mobilstationen UE1, UE2, UE3 als vereinfachtes Blockschaltbild zur Realisierung einer bekannten Leistungsregelung;
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2 stellt einen zeitlichen Ablauf einer bidirektionalen Paketdatenübertragung mit PDSCH und PUSCH dar;
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3 zeigt eine Rahmenstruktur in TD-SCDMA;
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4 stellt eine Struktur eines Traffic-Bursts dar;
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5 zeigt eine Wurststruktur des Downlink-Synchronisationsbursts;
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6 zeigt eine Burststruktur des Uplink-Synchronisationsbursts und
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7 zeigt einen zeitlichen Ablauf einer unidirektionalen Paketdatenübertragung mit PDSCH und UpPCH.
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Ferner sind der Zeichnung zwei Tabellen beigefügt, von denen
Tabelle 1 eine Übersicht über eine Zusammensetzung der Codegruppen in TD-SCDMA und
Tabelle 2 eine Assoziation von Midamble und SYNC-UL Codes für Beamforming und/oder Beamtracking wiedergibt.
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Wie schon im vorstehenden Text werden auch nachfolgend im Wesentlichen die Fachbegriffe verwendet, wie sie für den Fachmann in diesem Gebiet der Technik geläufig sind. Dabei muß in Kauf genommen werden, dass es sich hierbei vor allem um englisch sprachige Begriffe handelt, für die es jedoch keine geläufige deutsche Übersetzung gibt.
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In 1 ist ein Beispiel dargestellt, in der eine Basisstation NodeB zu mehreren Teilnehmer-Endgeräten UE1, UE2, UE3 eine räumlich selektive Datenübertragung durchführt. Dazu ist die NodeB mit einer Gruppenantenne versehen, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsfall gleichzeitig mehrere Richtcharakteristika ausbildet. Dadurch ist eine räumlich selektive Abstrahlung zu bzw. der räumlich selektive Empfang von den verschiedenen UEs möglich. Auf diese Weise können störende Effekte, wie z. B. die Mehrfachzugriffsinterferenz bzw. Multiple Access Interference, beträchtlich gemindert werden.
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In der Abbildung von 2 ist der Ablauf einer räumlich selektiven Paketdatenübertragung über die Shared Channels als eine derzeit gegebene Möglichkeit für Beamforming und/oder Beamtracking für eine Paketdatenübertragung in TD-SCDMA dargestellt. Auf jeden Fall benötigt die NodeB hierzu immer einen Rückkanal vom jeweiligen UE, wie die Datenübertragungspfeile andeuten, die über den Physical Uplink Shared Channel PUSCH vom UE an die NodeB übertragen werden.
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Zum besseren Verständnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun kurz die Rahmen- und Zeitschlitzstruktur in TD-SCDMA beschrieben. In TD-SCDMA ist ein Frequenzkanal in 10 Zeitschlitzen bzw. Time slots eingeteilt, die wiederum in Rahmen bzw. Frames und Unter-Rahmen bzw. Subframes zusammengefasst sind. In der Abbildung von 3 ist die entsprechende Rahmenstruktur vereinfacht dargestellt. Ein Frame hat eine Länge von 10 ms, während ein Subframe 5 ms lang ist. Innerhalb der Zeitschlitze werden die zu übertragenden Daten in einer fest vorgegebenen Struktur, den sog. Bursts, übertragen. Dabei gibt es drei Typen von Zeitschlitzen mit den entsprechenden Bursts: traffic burst, downlink synchronisation burst und uplink synchronisation burst.
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Der traffic burst wird in den Zeitschlitzen Ts0, Ts1, ..., Ts6 verwendet und besteht aus zwei Datenblöcken, einem Midamble-Teil zur Kanalschätzung und einer Schutzzeit, die sog. Guard Period GP. Insgesamt besteht der Burst aus 864 chips, siehe 4. Jeder Datenblock besteht aus 352 chips. Die Midamble hat eine Länge von 144 chips und die GP ist 16 chips lang.
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Mit der im TD-SCDMA definierten Chipfrequenz von 1.28 Mcps, das entspricht einer Chipdauer von Tc = 781.25 ns, hat der Traffic-Burst eine Länge von 675 μs. In den Zeitschlitzen Ts0, Ts1, ..., Ts6 lassen sich bis zu 16 Traffic-Bursts unterbringen, die sich durch ihren Spreizcode unterscheiden. Entsprechend dem Spreizfaktor kann pro Burst eine unterschiedliche Anzahl von Daten übertragen werden.
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Der downlink synchronisation burst wird nur im Downlink Pilot Time Slot DwPTS verwendet und besteht aus einer Guard Period der Länge 32 chips und einem SYNC-DL-Block der Länge 64 chips, siehe die Abbildung von 5. Entsprechend wird der uplink synchronisation burst nur im Uplink Pilot Time Slot UpPTS verwendet und besteht aus einem SYNC-UL-Block der Länge 128 chips und einer Guard Period GP der Länge 32 chips, wie in der Abbildung von 6 skizziert. Zwischen diesen beiden Synchronisationsbursts ist ein Zeitschlitz mit einer Guard Period GP von 96 chips Länge vorgesehen, um eine gegenseitige Störung zu vermeiden.
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In TD-SCDMA sind alle Zell-spezifischen Codes, also SYNC-DL Codes, SYNC-UL Codes, Scrambling Codes und Basic Midamble Codes, in insgesamt 32 Codegruppen zusammengefasst. Tabelle 1 gibt hierzu einen Überblick. Jede Funkzelle wird mit einer bestimmten Codegruppe konfiguriert. Wenn beispielsweise eine Zelle mit der Codegruppe 1 konfiguriert wird, dann verwendet es einen Downlink-Synchronisationscode SYNC-DL Code mit der ID 0, acht Uplink-Synchronisationscodes SYNC-UL Codes mit den IDs 0 bis 7, einen von vier möglichen Scrambling Codes mit den IDs 0 bis 3, sowie einen von vier möglichen Basic Midamble Codes mit den IDs 0 bis 3.
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Um nun Beamforming und/oder Beamtracking auch im Falle einer unidirektionalen Paketdatenübertragung im Downlink über den PDSCH durchführen zu können, wird als Rückkanal der UpPCH gewählt, über der die Zell-spezifischen SYNC-UL Codes im UpPTS übertragen werden. Die Verwendung des UpPCHs hat den Vorteil, dass dieser eine Ressourcen-effiziente Lösung darstellt: Die Übertragung eines SYNC-UL Codes repräsentiert prinzipiell eine 1-Bit-Information. Ferner werden für den UpPCH keine Spreizcodes, Scrambling Codes oder Midamble Codes benötigt.
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Wie bereits erwähnt, gibt es insgesamt 256 SYNC-UL Codes. Jeweils acht Codes sind jedoch in der jeweiligen Zelle für die Uplink Synchronisation reserviert und kommen daher für Beamforming und/oder Beamtracking nicht in Frage. Die restlichen 256 – 8 = 248 Codes kann man prinzipiell für Beamforming und/oder Beamtracking verwenden, wobei jedoch maximal acht Codes genügen. Wenn also die NodeB über die PDSCH Paketdaten an das UE senden will, dann soll diese vorher per FACH bzw. S-CCPCH dem UE signalisieren, welche acht von den 248 in Frage kommenden SYNC-UL Codes hierfür verwendet werden sollen. Nach jedem Empfang des PDSCH sendet dann das UE als Antwort einen von den acht möglichen SYNC-UL Codes über den UpPCH. Die Signalisierung des zu übertragenden SYNC-UL Codes erfolgt dabei durch den PDSCH-spezifischen Midamble. In Tabelle 2 ist die Zuordnung der jeweiligen Midamble Codes und den SYNC-UL Codes in Abhängigkeit von der Codegruppe definiert.
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Die Daten über den PDSCH sowie S-CCPCH werden in Form des Traffic-Bursts übertragen. Aufgrund des in TD-SCDMA maximalen Spreizfaktors von 16 kann man also pro Zeitschlitz 16 verschiedene physikalische Kanäle übertragen. Insgesamt stehen damit auch 16 verschiedene Midamble Codes zur Verfügung, die aus dem Zell-spezifschen Basic Midamble Code generiert werden.
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Wenn nun beispielsweise die NodeB dem UE per FACH bzw. S-CCPCH signalisiert, dass für Beamforming/Beamtracking die Uplink-Synchronisationscodes der Codegruppe 32 verwendet werden sollen, dann stehen hierfür die SYNC-UL Codes mit den IDs 248 bis 255 zur Verfügung. Als Antwort für den empfangenen S-CCPCH bzw. PDSCH überträgt das UE den SYNC-UL Code, welches durch den PDSCH-spezifischen Midamble im S-CCPCH bzw. PDSCH signalisiert wird. Wenn also der S-CCPCH bzw. PDSCH mit dem Midamble m(1) oder m(9) übertragen wird, dann sendet das UE über den UpPCH den SYNC-UL Code 248.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird angenommen, dass die Funkzelle mit der Codegruppe 1 konfiguriert ist, sowie mit der Codegruppe 32 zur Durchführung von Beamforming und/oder Beamtracking für unidirektionale Paketdatenübertragung im Downlink mit PDSCH. Ferner soll der S-CCPCH sowie der PDSCH in Form des Traffic-Bursts mit der Midamble m(9) übertragen werden. In der Abbildung von 7 ist der zeitliche Ablauf der räumlich selektiven unidirektionalen Paketdatenübertragung mit PDSCH und UpPCH dargestellt, also von der NodeB zu dem UE:
Die NodeB will Paketdaten auf Ressourcen-effizienter Weise und mit Beamforming und/oder Beamtracking über den PDSCH zum UE senden. Hierzu teilt die NodeB dem UE zuerst über die Nachricht Physical Shared Channel Allocation mit, welche PDSCH- und UpPCH-Ressourcen als SYNC-UL Codes der gewählten Codegruppe 32 für die folgenden Paketdatenübertragungen im Downlink allokiert sind. Ferner wird mitgeteilt, für welchen Zeitraum diese Ressourcen allokiert sind. Diese Physical Shared Channel Allocation-Nachricht wird über den FACH bzw. S-CCPCH an das UE gesendet. Der S-CCPCH wird dabei von der NodeB in die gesamte Zelle übertragen, da diese zum diesem Zeitpunkt noch nicht weiss, wo sich das UE in der Zelle befindet. Wenn das betreffende UE die Nachricht empfängt, sendet es als Antwort den UpPCH zur NodeB. Das UE sendet hierzu aufgrund der Signalisierung durch die Übertragung des Midambles m(9) im S-CCPCH im UpPCH den SYNC-UL Code 248, vergleiche Tabelle 2.
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Anhand dieser Antwort kann die NodeB die Position der UE in der Zelle bestimmen. Mit dieser Information sendet die NodeB jetzt die zu übertragenen Paketdaten über die PDSCH-Ressourcen mit dem Midamble m(9) räumlich gerichtet zum UE. Nach jedem Empfang der PDSCH sendet dann das UE als Antwort den UpPCH mit SYNC-UL Code 248, den die NodeB ebenfalls räumlich gerichtet empfängt. Anhand dieses Rückkanals kann die NodeB das Beamforming und/oder Beamtracking während der gesamten Dauer der Paketdatenübertragung korrekt durchführen.
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Hintergrundangaben zu UMTS 1.28 Mcps TDD-Mode TD-SCDMA finden sich zusammengefaßt insbesondere an folgenden im vorstehenden Text referenzierten Stellen:
- [1] 3GPP TS 25.221 V4.2.0 (2001-09): Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (TDD)
- [2] 3GPP TS 25.222 V4.1.0 (2001-09): Multiplexing and channel coding (TDD)
- [3] 3GPP TS 25.223 V4.2.0 (2001-09): Spreading and modulation (TDD)
- [4] 3GPP TS 25.224 V4.2.0 (2001-09): Physical layer procedures (TDD)
- [5] 3GPP TS 25.225 V4.2.0 (2001-09): Physical layer – Measurements (TDD)
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Bezugszeichenliste
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- CDMA
- Codemultiplex/Code Division Multiple Access
- DL
- Downlink
- DSCH
- Downlink Shared Channel
- DwPTS
- Downlink Pilot Timeslot
- FACH
- Forward Access Channel
- FDD
- Frequenzbereichsduplex/Frequency Division Duplex
- GP
- Überwachungsperiode/Guard Period
- Mcps
- Mega chips per second
- PDSCH
- Physical Downlink Shared Channel
- PUSCH
- Physical Uplink Shared Channel
- S-CCPCH
- Secondary Common Control Physical Channel
- TDD
- Zeitbereichsduplex/Time Division Duplex
- TDMA
- Zeitbereichsvielfachzugriff/Time Division Multiple Access
- TD-SCDMA
- Time Division Synchronous CDMA
- UE
- Teilnehmer-Endgerät/User Equipment
- UL
- Uplink
- UMTS
- Universal Mobile Telecommunications System
- UpPCH
- Uplink Pilot Channel
- UpPTS
- Uplink Pilot Timeslot
- USCH
- Uplink Shared Channel
