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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Empfangen von in einer
Folge gesendeten Daten in einem Mobilfunksystem mit Empfangslücken gemäß den oberbegrifflichen
Merkmalen des Patentanspruchs 1, auf ein Verfahren zum Senden von
einer Folge von Daten von einem Sender zu zumindest einem Empfänger in
einem solchen Mobilfunksystem, auf einen Empfänger mit den oberbegrifflichen Merkmalen
des Patentanspruchs 14 bzw. auf ein Kommunikationssystem mit zumindest
zwei Sendern gemäß den oberbegrifflichen
Merkmalen des Patentanspruchs 15.
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In
einem Mobilfunksystem, beispielsweise gemäß dem Standard Universal Mobile
Telecommunication System (UMTS) werden Kommunikationsverbindungen über Funkschnittstellen
zwischen mobilen Teilnehmerstationen (UE: User Equipment) und stationären Basisstationen
(Node B) aufgebaut. Um die Mobilität einer Teilnehmerstation zu
unterstützen, muss
die Teilnehmerstation kontinuierlich Messungen hinsichtlich eines
möglichen Übergangs
(handover) zu einer anderen Basisstation durchführen. Diese Messungen werden
sowohl in einem Ruhezustand (idle) als auch in einem Verbindungszustand (connected
mode) durchgeführt.
Daher wurde in UMTS in der Betriebsart FDD (Frequency Division Duplex)
eine sogenannte komprimierte Betriebsart (Compressed mode/CM) eingeführt, um
einer Teilnehmerstation Zwischenfrequenz-(inter frequency) und Zwischen-Funkzugriffstechnologie-(Radio
Access Technology/RAT) Messungen auch während einer bestehenden Verbindung
zu einem zugewiesenen Kanal (Dedicated Channel/DCH) auch ohne eine zweite
Empfangseinrichtung zu ermöglichen.
Mit nur einer Empfangseinrichtung kann die Teilnehmerstation während einer
bestehenden Verbindung z.B. Handover-Messungen zu einem GSM-Funkzugriffsnetz (GSM:
Global System for Mobile Telecommunication) durchführen. Gemäß der momentanen
Spezifikation können
durch das Netz verschiedene Typen komprimierter Betriebsarten konfiguriert
werden. Die erste Betriebsart wird als "Uplink (UL – Aufwärtsverbindung) nur im CM" bezeichnet. Diese
Betriebsart für eine
Aufwärtsverbindung
nur im komprimierten Modus ist beispielsweise vorteilhaft, wenn
ein Terminal bzw. eine Teilnehmerstation mit einer zweiten Empfangseinrichtung
ausgestattet ist, diese Teilnehmerstation aber Messungen in beispielsweise
dem GSM 1800-Frequenzband nahe dem UMTS-Frequenzband, auf dem eine bestehende
Verbindung mit der ersten Empfangseinrichtung gehalten wird, durchführen muss.
In einem solchen Fall würde
eine kontinuierliche Übertragung
der Teilnehmerstation auf einem zugewiesenen UMTS-Kanal (UE UMTS
DCH Transmission) mit den GSM-Messungen, welche mit der zweiten
Empfangseinrichtung durchgeführt
werden, stark interferieren.
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Eine
zweite Betriebsart wird in der komprimierten Betriebsart für Aufwärts- und
Abwärtsverbindungen
verwendet und als UL/DL CM (DL: Downlink) bezeichnet. Diese Betriebsart
wird verwendet, um das Erfordernis einer zweiten Empfangseinrichtung in
der Teilnehmerstation und auch eines zweiten Synthesizers vermeiden
zu können.
Die dritte Betriebsart für
Abwärtsverbindungen
nur in komprimierter Betriebsart, die als „DL nur im CM" bezeichnet wird, kann
angewendet werden, falls eine einzelne Empfangsstation mit zwei
Synthesizern verwendet wird, um beispielsweise RAT-Zwischenmessungen
im GSM 900-Frequenzband
(GSM 900 Inter RAT Measurements) durchzuführen.
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2 stellt das Prinzip der
komprimierten Betriebsart dar. Daten werden über eine Vielzahl von Rahmen
fr (frame) übertragen,
wobei derzeit zwischen einem und maximal sieben Schlitzen pro Rahmen
fr durch die Teilnehmerstation zum Durchführen der Messungen belegt werden
können.
Diese Zeitschlitze können
sich entweder in der Mitte des einzelnen Rahmens fr befinden oder über zwei
Rahmen fr verteilt sein. Die Sendeleistung P wird in dem komprimierten
Rahmen frc erhöht
und dadurch die Verbindungsqualität konstant gehalten. Ein solcher
komprimierter Rahmen besteht somit aus komprimierten Daten cd und
einer Lücke
G. Während
der Lücke
G kann die Teilnehmerstation eine Messung auf anderen Ressourcen,
insbesondere anderen Frequenzen durchführen. Welche der Rahmen fr,
frc komprimiert werden, wird durch das Netz bzw. Kommunikationssystem
entschieden. Komprimierte Rahmen frc können periodisch oder auch auf
Anforderung festgelegt werden. Die Rate und der Typ der komprimierten Rahmen
frc sind variabel und hängen
z. B. von der Art der durch die Teilnehmerstation durchzuführenden
Messungen ab. Die Struktur der komprimierten Betriebsart wird einer
bestimmten Teilnehmerstation zugewiesen, wobei die Strukturen im
allgemeinen zwischen verschiedenen einer Vielzahl von Teilnehmerstationen
innerhalb einer Zelle verschieden sind. Bei der komprimierten Betriebsart
werden somit Daten über
Rahmen fr übertragen,
wobei ein Teil dieser Rahmen frc als komprimierte Rahmen frc Übertragungslücken G aufweist,
in denen keine Daten gesendet werden.
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Außerdem vorgesehen
sind für
ein solches Kommunikationssystem Multimedia-Rundfunkübertragungen
und sogenannte Multicast-Dienste (MBMS:
Multimedia Broadcast and Multicast Service), wobei es sich um einen
Dienst handelt, bei dem die Basisstationen Informationen von allgemeinem Interesse
auf einem gemeinsam verwendeten Kanal übertragen. Dieser gemeinsam
verwendete Kanal wird von mehreren Teilnehmerstationen abgehört. Die
allgemeine Information kann beispielsweise ähnlich zum Videotext im Fernsehen
oder dem Inhalt sein, der über
DAB (Digital Audio Broadcasting) übertragen wird, aber auch Dienste
wie Multimedia einschließt.
Beispielsweise können über einen
solchen Dienst Tore eines Fußballspiels
an eine Vielzahl von Teilnehmerstationen über einen einzigen Kanal übertragen
werden. Bei der Übertragung über diesen
Kanal ist jedoch eine kontinuierliche Übertragung von Daten ohne Übertragungslücken geplant.
Während der
Zeit der Empfangslücken
seitens der empfangenen Station werden seitens der sendenden Station bei
MBMS keine entsprechenden Sendelücken
vorgesehen, so dass ein Datenverlust während der Empfangslücken eintritt.
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Mit
der Einführung
von MBMS für
UMTS tritt somit das Problem auf, dass der physikalische Kanal (S-CCPCH),
der für
MBMS verwendet wird, die komprimierte Betriebsart (CM) nicht unterstützt. In
den Fällen,
in denen sich eine Teilnehmerstation in dem Zustand einer zugewiesenen
Verbindung befindet, ist ersichtlich, dass in den Momenten, in denen
die Teilnehmerstation Messungen im Fall einer komprimierten Betriebsart
durchführt,
Daten verloren gehen, welche zu dieser Zeit in dem entsprechenden S-CCPCH-Rahmen übertragen
werden. Dies führt
zu einem Verlust von MBMS-Daten, die über den Kanal S-CCPCH in kontinuierlicher
Folge übertragen
werden. Die Menge der verlorenen Daten hängt dabei von der Länge der
Lücken,
der Frequenz der Lücken und
der Anzahl aktiver CM-Sequenzen in der Teilnehmerstation ab.
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3 zeigt ein Beispiel von
Datenstrukturen, wie sie von einer Teilnehmerstation über eine
zugewiesene Verbindung in der komprimierten Betriebsart über einen
sogenannten DPCH-Kanal
(DPCH: Dedicated Connection in CM) empfangen werden in der oberen
Darstellung. Die untere Darstellung zeigt, welche Daten von der
Teilnehmerstation als Empfänger
in der Betriebsart mit Empfangslücken
im Fall des Empfangs fortlaufender Daten über einen derartigen Rundfunkkanal
S-CCPCH beim Empfang von MBMS empfangen bzw. nicht empfangen werden.
Die Teilnehmerstation führt
verschiedene Messungen durch, beispielsweise eine Messung der empfangenen
Signalstärke
von GSM-Signalen (GSM RSSI: Received Signal Strength Indicator).
Weitere Messungen werden beispielsweise hinsichtlich eines Basisstations-Identifizierungs-Codes
BSIC und hinsichtlich FDD-Zwischenfrequenzen durchgeführt. Ersichtlich ist,
dass während
dieser Messzeiten Daten auf dem Kanal S-CCPCH verloren gehen, falls
die Teilnehmerstation nur eine einzige Empfängereinrichtung hat und daher
die Empfangsfrequenz wechseln muss.
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Ein ähnliches
Problem entsteht, wenn sich eine Teilnehmerstation in einem vorwärts gerichteten Zugriffskanal-Zustand
einer Zelle (Cell FACH (Forward Access Channel) state) befindet,
in dem der Teilnehmerstation ein allgemein vorgegebener oder ein
geteilt verwendeter Transportkanal in der Aufwärtsrichtung zugewiesen ist,
beispielsweise der Direktzugriffskanal RACH (Random Access Channel), den
die Teilnehmerstation zu beliebiger Zeit für die Zugriffsprozedur verwenden
kann. Ein Charakteristikum des Zugriffs auf den FACH der Zelle besteht
darin, dass die Position der Teilnehmerstation dem terrestrischen
Funkzugriffsnetz von UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access
Network) auf Zellebene hinsichtlich der Zelle bekannt ist, in der
die Teilnehmerstation zuletzt eine Zellaktualisierungsprozedur durchgeführt hat.
In diesem Zustand ist der Teilnehmerstation kein fest zugewiesener
Kanal zugewiesen und Messungen gemäß der komprimierten Betriebsart
sind nicht erforderlich. Jedoch muss die Teilnehmerstation den FACH
in Abwärtsrichtung
kontinuierlich überwachen
und Zwischenfrequenz- und Zwischen-RAT-Messungen sind periodisch
durchzuführen.
Die Dauer des Messverlaufs entspricht der Dauer des größten Übertragungszeitintervalls
(TTI: Transmission Time Interval) auf dem für die Rundfunkmitteilungen
bzw. MBMS verwendeten Kanal S-CCPCH, welche durch die Teilnehmerstation
beobachtet werden kann, wobei die Messungsabläufe periodisch alle 2k Übertragungszeitintervalle
mit k = 1,2,3 für
80ms TTI gemäß derzeitiger
Vorgaben stattfinden. Im Fall einer TTI-Dauer der Messung von 80ms als längster Dauer
gibt es je nach Wahl von k Messperioden von 160ms, 320ms bzw. 640ms.
Zur Verdeutlichung stellt 4 ein
Beispiel einer Teilnehmerstation in dem sogenannten cell FACH state
mit k = 2 dar. Alle 320ms kann die Teilnehmerstation den MBMS-Empfang
auf dem entsprechenden Kanal S-CCPCH unterbrechen für den Fall,
dass Zwischenfrequenz- und RAT-Messungen erforderlich sind.
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Nachteilhaft
bei allen Verfahren ist, dass eine Teilnehmerstation kontinuierlich
und fortlaufend gesendete Daten auf einem Kanal S-CCPCH im Fall
der komprimierten Betriebsart nur unvollständig empfangen kann. Derzeit
erörtert
werden verschiedene Ansätze
zur Problemlösung.
Ein Ansatz besteht darin, dass ein Sender mit Kenntnis der Lücken seitens
der empfangenden Teilnehmerstation einfach die Übertragung von MBMS-Daten während dieser
Zeiten unterbricht und eine diskontinuierliche Übertragung (DTX: Discontinuous
Transmission) durchführt.
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Ein
anderer Ansatz besteht darin, dass empfängerseitig die Teilnehmerstation
versucht, fehlende Daten zu rekonstruieren, beispielsweise durch
eine Dekodierung unter Verwendung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC: Forward
Error Correction), z.B. mittels für sich bekannter Turbo-Dekodierungs-
und Verschachtelungs- (Interleaving) Verfahren. Diese Ansätze sind
jedoch problematisch, da die Messlücken verschiedener empfängerseitiger
Teilnehmerstationen, die sich innerhalb einer Zelle befinden und MBMS-Daten
empfangen, zeitlich zueinander nicht ausgerichtet sind. Die entsprechenden
Strukturen der Lücken
sind messspezifisch, d.h. abhängig
von der Art der Messung, welche durch eine Teilnehmerstation durchzuführen ist,
also beispielsweise Zwischenfrequenz- oder Zwischen-RAT-Messungen, wobei
dies beispielsweise auch von der Position der Teilnehmerstation
innerhalb der Zelle abhängt.
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Der
momentan bevorzugte Ansatz besteht darin, dass Zwischenfrequenz-
oder Zwischen-RAT-Messungen durch die Teilnehmerstation während eines
MBMS-Empfangs unter Einsatz eines diskontinuierlichen Empfangs (DRX:
Discontinuous Reception) durchgeführt wird. In diesem Fall werden die
MBMS-Daten ohne eine Unterbrechung gesendet und übertragen, wobei eine einzelne
empfangende Teilnehmerstation die MBMS-Daten, welche während der
Durchführung
von Interfrequenz- und Inter-RAT-Messungen
nicht empfangen wurden, einfach verliert. Durch die Verwendung einer
Vorwärts-Fehlerkorrektur
müsste
die Teilnehmerstation versuchen, die fehlenden Daten zu rekonstruieren.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein alternatives und vorzugsweise
verbessertes Verfahren zum Empfang einer Folge gesendeter Daten
bei Empfangslücken
beim Empfangen vorzuschlagen bzw. ein entsprechend geeignetes Verfahren
zum Senden einer Folge von Daten, einen Empfänger und ein entsprechendes
Kommunikationssystem vorzuschlagen.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren zum Empfangen von in einer Folge
gesendeter Daten gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren zum Senden einer Folge
von Daten gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 2, durch einen Empfänger für ein Mobilfunksystem gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 14 bzw. Mobilfunksystemeinrichtungen gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 15 gelöst.
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Bevorzugt
wird demgemäß ein Verfahren zum
Empfangen von in einer Folge von einem ersten Sender eines Mobilfunksystems
auf einem ersten Ressourcenelement einer Ressource gesendeten Daten
durch einen Empfänger,
wobei beim Empfangen Empfangslücken
entstehen und während
der Empfangslücken
nicht empfangene Daten durch den Empfänger rekonstruiert werden,
wobei die von dem ersten Sender nicht empfangenen Daten zeitlich
versetzt oder verwürfelt
von einem zweiten Sender auf dem gleichen Ressourcenelement der
Ressource zwischen den Empfangslücken
empfangen und zum Rekonstruieren der Folge aus Daten verwendet werden.
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Bevorzugt
wird demgemäß alternativ
oder in Kombination ein Verfahren zum Senden einer Folge von Daten
von einem Sender zu zumindest einem Empfänger in einem Mobilfunksystem über ein
Ressourcenelement einer Ressource, wobei das Mobilfunksystem einen
zweiten Sender mit überlappendem
Sendebereich zum Sendebereich des ersten Senders aufweist, wobei
die Daten auf dem selben Ressourcenelement von dem zweiten Sender
mit einem Versatz zeitlich versetzt oder verwürfelt zu deren Aussenden über den
ersten Sender derart durchgeführt
wird, dass empfängerseitig
durch Empfangslücken
auf dem Ressourcenele ment beim Empfang der Daten von dem ersten
Sender nicht empfangene Daten rekonstruierbar sind.
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Bevorzugt
wird demgemäß ein Empfänger für ein Mobilfunksystem
mit einer Empfängereinrichtung
zum Empfangen einer Folge von Daten eines Senders auf einem Ressourcenelement
einer Ressource, wobei die Empfängereinrichtung
zeitweilig den Empfang auf dem Ressourcenelement zum zeitweiligen
Wechsel des Ressourcenelements unterbricht, wodurch Empfangslücken entstehen,
wobei während
einer Empfangslücken
nicht empfangene Daten zeitlich versetzt von einem zweiten Sender empfangen
und zum Rekonstruieren der Folge von Daten verarbeitet werden.
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Bevorzugt
werden demgemäß Mobilfunksystemeinrichtungen
eines Mobilfunksystems mit zumindest zwei Sendern mit zumindest
teilweise überlappenden
Sendebereichen, wobei die Sender eine Folge von Daten aussenden,
wobei die Sender ausgestaltet sind, zum Aussenden der Daten jeweils
das gleiche Ressourcenelement einer Ressource zu verwenden, wobei
der eine Sende der Sender ausgestaltet ist, einzelne Datenelemente
oder Datenblöcke der
Daten jeweils versetzt zu einem entsprechenden Datenelement oder
Datenblock auf bzw. im Vergleich zu dem anderen Sender auszusenden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Bevorzugt
wird insbesondere ein Verfahren, bei dem als das Ressourcenelement
eine Sende- und Empfangsfrequenz verwendet wird, insbesondere eine
Frequenz eines FDD- oder FDMA-Mobilfunksystems.
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Bevorzugt
wird insbesondere ein Verfahren, bei dem empfängerseitig die Empfangslücken durch einen
zeitweiligen Wechsel des Ressourcenelements zu einem anderen Ressourcenelement
der Ressource entstehen.
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Übertragbar
ist ein solcher Ansatz auch auf andere Datenausfälle, beispielsweise wenn einzelne Daten
einer Folge von Daten durch Störungen
nicht empfangen werden können,
wie beispielsweise im Fall einer zweiten Empfängereinrichtung und aktiven Messungen
in einem nahen Frequenzband mit zu hoher Störwirkung. Auch im Fall externer
Störungen durch
eine externe Störquelle
ist das Verfahren umsetzbar.
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Bevorzugt
wird insbesondere ein Verfahren, bei dem das Mobilfunksystem ein
Kommunikationssystem mit dem Ressourcenelement zum Senden der Folge
von Daten über
eine Zeitdauer ist und der zumindest eine Empfänger den Empfang während der
Zeitdauer zeitweilig für
einen Empfang auf einem anderen Ressourcenelement unterbricht und
die Empfangslücken
dadurch verursacht.
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Bevorzugt
wird insbesondere ein Verfahren, bei dem die Reihenfolge der Daten
insbesondere Datenblöcke
beim Aussenden durch den zweiten Sender gegenüber der Reihenfolge der Daten
beim Aussenden über
den ersten Sender jeweils innerhalb von Datenblöcken mit einer begrenzten Anzahl
von Elementen vertauscht wird. Ein solches Vertauschen, d. h. eine
Permutation kann in Teilbereichen zyklisch oder zufällig durchgeführt werden.
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Falls
die Sender synchronisiert sind, z.B. innerhalb der Sektoren einer
Zelle, so verhindert eine einfache zyklische Vertauschung von möglichst
kleinen Teildatenbereichen, dass zu keiner Zeit von mehreren Sendern
die gleichen Daten übertragen
werden und außerdem
ist der für
die Umsortierung der Daten in der Empfangseinrichtung benötigte Speicher
gering. Außerdem
sofern Datenpakete mit Paketnummern zur Identifizierung der Reihenfolge
vorhanden sind, kann eine einfach Umordnung vorgenommen werden.
Werden lediglich zeitliche Verschiebungen mit gleichbleibender Reihenfolge
der einzelnen Datenelemente vorgenommen, so kann zum Vergleichen
unter Herausfinden eines entsprechenden Datenelements auch eine
Kreuzkor relation zwischen der mit fehlendem Datenelement empfangenen
Datenfolge und der Datenfolge von dem anderen Sender durchgeführt werden.
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Vorzugsweise
wird die von Nachbarstationen verwendete Verschiebung bzw. Verwürfelung
der Mobilstation mitgeteilt. Diese kann entweder durch eine explizite
Signalisierung erfolgen, oder wird implizit durch eine andere Kenngröße, z.B.
die Zellenidentifikation ID übermittelt
werden. Beispielsweise kann die verwendete Verschiebung berechnet
werden aus der Zell ID modulo einem Maximalverschiebungswert, bzw.
die Nummer der zur Verwürfelung angewandten
Permutation kann berechnet werden aus der Zell ID modulo der Anzahl
der verwendeten Permutationen.
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Falls
die Sender allerdings nicht synchronisiert sind, werden bevorzugt
keine rein zyklischen Vertauschungen vorgenommen, da so nicht verhindert
werden kann, dass bei einer beliebig zufälligen Zeitverschiebung zwischen
zwei Sendern nicht der Fall auftritt, dass von beiden Sendern die
gleichen Daten zur gleichen Zeit übertragen werden. Hier ist eine
insbesondere zufällige
Permutation möglichst kleiner
Datenteilbereiche vornehmbar, so dass wiederum der für die Umsortierung
in der Empfangseinrichtung benötigte
Speicher gering ist.
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Bevorzugt
wird insbesondere ein solches Verfahren, bei dem ein Versatz eines
Datenelements oder Datenblocks der Daten beim Aussenden über den
zweiten Sender gegenüber
dem Aussenden dieses Datenelements oder Datenblocks über den
ersten Sender zumindest der doppelten Dauer der Empfangslücke entspricht.
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Bevorzugt
werden insbesondere ein solches Verfahren, ein solcher Empfänger oder
solche Mobilfunksystemeinrichtungen zum Durchführen eines Empfangsverfahrens
im UMTS-Kompressionsmodus-Verfahren bei Empfang kontinuierlich und
ohne Berücksichtigung
des Kompressionsmodus gesendeter Daten.
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Bevorzugt
werden insbesondere ein solches Verfahren, eine solche Empfängereinrichtung
oder eine solche Mobilfunksystemeinrichtung, wobei der erste und
der zweite Sender zwei Sektorsender einer einzigen Sendestation
sind.
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Bevorzugt
wird insbesondere ein solches Verfahren, eine solche Empfängereinrichtung
oder eine solche Mobilfunksystemeinrichtung, wenn der Versatz eine
zeitnahe Rekonstruktion ermöglicht,
insbesondere eine Rahmendauer nicht überschreitet.
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Entweder
ist der Versatz Null hinsichtlich z. B. Sektoren einer Zelle oder
völlig
beliebig. Die zyklische Vertauschung bezieht sich nicht auf den
gesamten Datenstrom, sondern nur auf Teile, insbesondere möglichst
kleine Teile.
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Ein
Ausführungsbeispiel
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch
miteinander kommunizierende Stationen eines Mobilfunksystems;
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2 eine
Datenstruktur einer komprimierten Betriebsart gemäß dem Stand
der Technik;
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3 Empfangsstrukturen
eines Empfängers
im Falle einer Messung in komprimierter Betriebsart und Anwendung
der komprimierten Betriebsart auf fortlaufend kontinuierlich gesendete
Daten; und
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4 ein
Empfangsdatenschema im Fall einer zellulären FACH-Empfangsbetriebsart.
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Bevorzugt
wird ein selektiv kombinierender Empfang (SC: Selective Combining)
durch eine Teilnehmerstation UE. Dazu wird der gleiche Dateninhalt,
d. h. die gleichen Daten oder Datenpakete, in benachbarten Sektoren
und/oder Zellen von mehr als einer Basisstation zu einer Teilnehmerstation
gesen det. Dabei werden keine Beschränkungen hinsichtlich der Synchronisierung
der Daten selber auferlegt. In bekannter Art und Weise führt die
Teilnehmerstation in beispielsweise der komprimierten Betriebsart gemäß UMTS Interfrequenz-
oder Inter-RAT-Messungen durch und kann nicht alle Daten auf einem MBMS-Kanal
empfangen. Jedoch werden die Daten, welche während der Messlücken bzw.
Empfangslücken
gesendet und nicht empfangen wurden, rekonstruiert. Neben der Möglichkeit
einer für
sich bekannten Vorwärts-Fehlerkorrektur
(FEC) erfolgt dies dadurch, dass die Daten bzw. Datenpakete in benachbarten
und sich überlappenden
Sektoren und/oder Zellen mit einem Versatz oder zu zueinander verwürfelten
Zeiten gesendet werden. Dadurch kann die Teilnehmerstation während einer
Empfangslücke nicht
empfangene Daten über
dieselbe Ressource zu einem versetzten Zeitpunkt von einer benachbarten Zelle
oder von einem benachbarten Sektor empfangen und zur Rekonstruktion
verwenden.
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1 zeigt
schematisch eine Anordnung verschiedener Einrichtungen eines Mobilfunksystems,
beispielsweise gemäß UMTS,
sowie darin zwischen Stationen übertragene
Daten. Eine Übertragung
auf andere Mobilfunksysteme und ggf. andere Betriebsarten mit vergleichbarer
Problematik ist jedoch prinzipiell möglich. Insbesondere ist auch
neben dem Einsatz zweier getrennter Basisstationen B1, B2 mit jeweils
einer eigenen Zelle c1 bzw. c2 der Einsatz einer einzigen Basisstation
mit einer Sektor-Antennen-Anordnung und Sektorzellen möglich.
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Im
Einzelnen dargestellt sind beispielhaft drei Basisstationen als
Sender B1, B2, B3. Diese sind mit einer zentralen Steuereinrichtung
CC verbunden und werden hinsichtlich der Aussendung von Daten und
des Aufbaus von Kommunikationsverbindungen zentral gesteuert. In
UMTS können
diese zentralen Steuereinrichtungen die sog. RNC (Radio Network Controller)
sein.
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Eine
Teilnehmerstation dient als Empfänger UE
und befindet sich im Überlappungsbereich
der Zellen c1 und c2 des ersten bzw. des zweiten Senders B1, B2.
Eine dedizierte Verbindung besteht zwischen dem Empfänger UE
und dem ersten Sender B1. Der Empfänger UE befindet sich in einer
Betriebsart, in welcher überwiegend
Daten auf einer ersten Frequenz als einem ersten Ressourcenelement
f1 der Ressource Frequenz des FDD-Verfahrens von dem ersten Sender B1
empfängt.
Zwischenzeitlich schaltet der Empfänger UE für kurze Zeitmomente auf ein
zweites Ressourcenelement f2, d. h. auf eine zweite Frequenz, um
dort Messungen durchzuführen.
Während
dieser Zeitdauer können
keine Daten b einer Folge von Daten a, b, c, d, e empfangen werden,
welche über
die erste Frequenz f1 von dem ersten Sender B1 ausgesendet werden.
Bei der Folge von Daten a – e
handelt es sich um Datenelemente oder Datenblöcke, welche von dem ersten Sender
B1 über
einen Rundfunkkanal mit der ersten Frequenz als Ressourcenelement
f1 an eine Vielzahl von teilnehmerseitigen Empfängern UE übertragen werden sollen. Der
Empfänger
UE ist somit beispielsweise eine Teilnehmerstation in der komprimierten Betriebsart
des UMTS, welche MBMS-Daten
von dem ersten Sender B1 empfängt.
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Der
Empfänger
UE befindet sich außerdem innerhalb
der Funkreichweite des zweiten Senders B2. Der zweite Sender B2
sendet dieselben Daten der Folge von Daten a – e an Empfänger UE im Bereich seiner Zelle
c2. Um die Empfangslücken
bei dem Empfänger
UE durch dessen Betrieb in der komprimierten Betriebsart ausgleichen
zu können,
sendet der zweite Sender B2 auf dem vorzugsweise selben Ressourcenelement
f1, d. h. derselben ersten Frequenz, diese Daten der Folge von Daten
a – e zeitlich
versetzt, z. B. verwürfelt,
zu der entsprechenden Aussendung durch den ersten Sender B1. Dadurch
besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Empfänger UE
die fehlenden Daten b auf Grund der zeitlichen Verwürfelung
von dem zweiten Sender B2 empfangen kann.
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Die
Verwürfelung
kann auf verschiedene Art und Weise bewirkt werden. Neben einer
zeitlich verschobenen Aussendung der einzelnen Datenelemente oder
Datenblöcke
der Folge von Daten a – e zu
einem verschiedenen Zeitpunkt durch die beiden Sender B1, B2 kann
auch eine Vertauschung der Reihenfolge beim Aussenden der einzelnen
Datenelemente bzw. Datenblöcke
der Folge von Daten a – e vorgenommen
werden. Eine solche Vertauschung kann zyklisch oder zufällig durchgeführt werden.
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Bei
der Auswahl des Versatzes zum versetzten Aussenden der Daten durch
den zweiten Sender B2 wird vorzugsweise die Dauer der Empfangslücke berücksichtigt.
Der Versatz wird entsprechend größer gewählt als
die Dauer einer Empfangslücke.
Besonders bevorzugt wird ein Versatz von mindestens dem doppelten
der Empfangslücke.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird der Versatz mindestens so groß gewählt, wie
es der Summe aus der Empfangslücke
und der aktuellen oder maximalen Zeitverschiebung zwischen zwei
benachbarten Sendern entspricht. Dann ist sichergestellt, dass eine
Empfangslücke
den Empfang eines Datenpaketes nicht von beiden Sendern beeinträchtigen
kann.
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Vorteilhaft
ist ein solcher Ansatz auch mit Blick auf die Probleme des Sendeleistungsverbrauchs
seitens der Sender B1, B2 beim Versenden von Daten einer Folge von
Daten a – e über MBMS-Kanäle, um die
erforderliche Leistung zu reduzieren. Auch dies wird durch die selektive
Auswahl von Daten verschiedener Sender seitens des Empfängers UE
vorteilhaft ermöglicht.
Vom Netz, beispielsweise der zentralen Steuereinrichtung CC, wird die Übertragung
der Folge von Daten a – e
für die
verschiedenen benachbarten und sich überlappenden Sektoren bzw.
Zellen c1, c2 hinsichtlich des Inhalts bei MBMS koordiniert. Die
Synchronisierungsanforderungen für
das derart durchzuführende
selektive Kombinieren sind jedoch im Vergleich zu der Maximalverhältniskombinierung
(Maximum Ratio Combining) in dem Bereich zumindest einiger TTIs
nicht sehr streng.
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Im
Falle einer abgestimmten, bzw. synchronen Aussendung, z.B. innerhalb
der Sektoren einer Zelle, wird durch ein Vertauschen der zu sendenden Daten
in Art einer paarweisen Permutation die Rekonstruierbarkeit seitens
des Empfängers
UE vorteilhaft erhöht.
Im Fall einer solchen paarweisen Permutation wird vom ersten Sender
beispielsweise die Folge {a, b, c, d, e, f} ausgesendet, während der
zweite Sender B2 die paarweise permutierte Folge {b, a, d, c, f,
e} aussendet. Dies bietet den Vorteil, dass nur eine sehr geringe
Datenpufferung für
die Umordnung seitens eines Empfängers
erforderlich ist, welcher regulär
die Daten des zweiten Senders B2 empfängt und daher alle empfangenen
Daten umordnen muss. Diese paarweise Permutation bietet bereits
bei zeitgleichem Aussenden eines Rahmens mit einer Vielzahl solcher
Datenelemente bzw. durch den anderen Sender eines Rahmens mit diesen
Daten, dies jedoch paarweise permutiert, eine hohe Sicherheit gegen
den Verlust eines Datenelements oder Datenblocks auf dem gleichen
S-CCPCH MBMS TTI während
einer Interfrequenz- oder Inter-RAT-Messung.
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Falls
die Sender B1, B2 hinsichtlich der Aussendezeitpunkte zeitlich nicht
abgestimmt sind, ist eine zufällige
Permutation der Datenelemente vorteilhaft. Diese stellt sicher dass
in jedem Fall eine Datenrekonstruktion der Sender B1, B2 und einer
Länge von
1 MBMS S-CCPCH TTI ermöglicht
wird, wenn die selektive Kombinierung beim Aussenden der derart
versetzten Daten über
zwei Sender B1, B2 empfangen wird. Beispielsweise kann eine Permutation verwendet
werden, wobei die permutierte Sequenz bzw. Folge durch den zweiten
Sender B2 ausgesendet wird. Die Permutation wird unter Verwendung
der Folge des ersten Senders B1 durchgeführt, wobei jeweils vier oder
mehr Datenelemente oder Datenblöcke
untereinander permutiert werden. Datenelement 1 wird auf Position
3 verschoben, Datenelement 2 auf Position 4, Datenelement 3 auf
Position 1 und Da tenelement 4 auf Position 2. Um zyklisches Verhalten aufzubrechen
permutiert man Elemente zusätzlich zwischen
den beschriebenen Gruppen mit vier oder mehr Datenelementen.
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Die
Verwürfelung
oder Permutation der Datenelemente oder die Verzögerung für die einzelnen Sendern kann
durch die einzelnen Sender (oder ihnen zugeordnete Komponenten)
durchgeführt
werden. Sie kann aber auch zentral durch eine zentralen Steuereinrichtung
CC (beispielsweise RNC) für
alle durch diese Steuereinrichtung kontrollierten Sender durchgeführt werden.
Letzteres hat den Vorteil, dass diese Funktion nur in vergleichsweise
wenigen Netzelementen implementiert werden muss, insbesondere muss
auch nur in diesen Elementen der für die Verwürfelung bzw. Permutation oder
Verzögerung notwendige
Speicher vorgehalten werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann man auch einen Satz von Sequenzreihenfolgen (Permutationen)
vorgeben. Zu jedem Zeitpunkt erhält jede
Basisstation eine Sequenzreihenfolge aus diesem Satz zugeteilt,
wobei die Sequenzreihenfolgen regelmäßig geändert werden. Vorteilhafter
Weise werden die Sequenzreihenfolgen zufällig gewählt oder pseudo-zufällig d.h.
unter Verwendung eines Pseudozufallszahlenalgorithmus welcher die
Auswahl deterministisch in Abhängigkeit
von gewissen Parametern, beispielsweise der Zellen ID und der aktuellen
Rahmennummer auswählt.
Dadurch, dass benachbarte Zellen zufällig Sequenzreihenfolgen auswählen, ist
sichergestellt, dass unabhängig
von dem zeitlichen Versatz der Aussendungen eine minimale Wahrscheinlichkeit
sichergestellt ist, dass die Aussendungen eines Datenpaketes von
den beiden Zellen für
die Rekonstruierung genutzt werden können. Die Wahrscheinlichkeit
hängt dabei
von der Anzahl der Sequenzreihenfolgen ab (zumindest sofern die
Sequenzreihenfolgen geeignet gewählt
werden, wie weiter unten auch beschrieben). Bei beispielsweise 4
Sequenzreihenfolgen beträt
die minimale Wahrscheinlichkeit 75% (da nur in einem Viertel der Fälle Sequenzreihenfolgen
gewählt
werden, die zu einem gleichzeitigen Aussenden des betreffenden Datenpaketes
führen).
Dieses Verfahren führt
somit zu einer statistischen Mittelung der Kollisionen und verhindert
insbesondere, dass solche an bestimmten Orten permanent auftreten.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
hat den Vorteil, dass die Zellen nicht zeitlich synchronisiert werden müssen und
dass auch keine koordinierte Planung für die Zuweisung der Sequenzreihenfolgen
durchgeführt
werden muss.
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Typischerweise
sind in einem Netzwerk einzelne Zellen synchronisiert, z.B. Sektoren
die von einem gemeinsamen Standort aus abgestrahlt werden, wohingegen
andere unsynchronisiert sind, z.B. Sektoren an anderen Standorten.
Auch in diesem Fall lässt
sich das Verfahren vorteilhaft einsetzen: Für die synchronisierten Zellen
wird ein gemeinsamer (pseudo-) Zufallszahlengenerator verwendet,
zu dem von diesem gelieferten Wert wird dann ein Zell-spezifischer
Offset Wert addiert, wobei der Wertebereich des Zufallszahlengenerators
gleich der Anzahl der Sequenzreihenfolgen ist und die Addition mit
dem Offset Wert modulo der Anzahl der Sequenzreihenfolgen durchgeführt wird.
Die Offset Werte müssen dabei
so zugewiesen werden, dass benachbarte Zellen unterschiedliche Offset
Werte erhalten. Da aber im angesprochenen Szenario die Anzahl der
synchronisierten Zellen typischer Weise klein ist, insbesondere
viel kleiner als die Gesamtzahl der Zellen des Netzes, ist diese
Zuweisung leicht und lokal planbar. Eine Planung bzgl. der nicht
synchronisierten Zellen, insbesondere eine netzweite Planung ist
nicht notwendig. Damit ist sichergestellt, dass benachbarte synchronisierte
Zellen immer unterschiedliche Sequenzreihenfolgen verwenden und
gleichzeitig bei benachbarten nicht synchronisierten Zellen ein
statistischer Mittelungseffekt wie oben beschrieben auftritt.
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In
einem realistischen System gibt es üblicherweise mehr Zellen c1,
c2 als von zwei Sendern B1, B2 bzw. Sektoren. Um sicherzustellen,
dass die benachbarten Zellen in einem solchen Fall verschiedene
Verwürfelungen
bzw. Permutationen aufweisen werden mindestens vier Sequenzreihenfolgen
verwendet. Nach dem bekannten Vier-Farben Theorem lässt sich
jede Landkarte mit vier Farben so färben, dass benachbarte Gebiete
unterschiedlich gefärbt sind,
das bedeutet dass man auch den Zellen so Sequenzreihenfolgen zuweisen
kann, dass benachbarte Zellen immer unterschiedliche Sequenzreihenfolgen
verwenden. Damit ist sichergestellt, dass jede Teilnehmerstation
UE, welche zwei solche benachbarten Zellen empfängt, fehlende Daten rekonstruieren
kann.
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Ein
solcher Satz von 4 Sequenzreihenfolgen mit 4 Elementen ist beispielsweise
der folgende Satz (Sequenzreihenfolgensatz 1).
{a,b,c,d},
{d,a,b,c},
{c,d,a,b},
{b,c,d,a}
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Man
sieht, dass die Elemente a bis d je einmal pro Zeile und Spalte
auftreten. Dies ist notwendig, da von jeder Zelle jedes Datenpaket
genau einmal gesendet werden muss (Zeile) und da zu jedem Zeitpunkt
das Datenpaket von genau einer Zelle gesendet wird, damit eine UE,
welche zwei Zellen empfängt
aber zu einem Zeitpunkt nicht empfangen kann, garantiert das Datenpaket
nochmals empfangen kann. Sollte der minimale Abstand zwischen den Aussendungen
der Datenpakete über
die verschiedenen Zellen größer sein
müssen,
damit ein Empfang garantiert werden kann, so reicht das Kriterium dass
jedes Element nur genau einmal pro Spalte auftritt nicht aus. Somit
ist klar, dass ein Satz von Sequenzreihenfolgen der Länge 4 maximal
4 Sequenzreihenfolgen enthalten kann (allgemeiner kann ein Satz
von Sequenzreihenfolgen der Länge
n, wobei der Abstand zwischen den Aussendungen der Datenpakete über die
verschiedenen Zellen größer sein muss
als m maximal n/m Sequenzreihenfolgen enthalten).
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Dieser
spezielle Satz von Sequenzreihenfolgen hat die Eigenschaft, dass
die Sequenzreihenfolgen zueinander zyklisch vertauscht sind. Wie
bereits beschrieben kann man durch zyklische Vertauschung in einfacher
Weise Sätze
von Sequenzreihenfolge beliebiger Länge erzeugen. Die maximale Anzahl
der möglichen
Sequenzreihenfolgen pro Satz hängt
ab von der Länge
der Sequenzreihenfolgen und dem minimalen Abstand zwischen den Aussendungen
eines Datenpakets auf den verschiedenen Zellen. Durch geeignete
Wahl dieser Parameter lässt sich
so immer ein passender Satz finden.
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Ein
weiterer Satz von 4 Sequenzreihenfolgen mit 4 Elementen ist der
folgende Satz (Sequenzreihenfolgensatz 2):
{a,b,c,d},
{b,a,d,c},
{c,d,a,b},
{d,c,b,a}
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Dieser
Satz zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Folge die paarweise
Permutierung der ersten Folge ist, und die vierte Folge die paarweise
Permutierung der dritten Folge ist. Wie bereits gezeigt haben paarweise
permutierte Folgen den Vorteil, dass nur eine sehr geringe Datenpufferung
notwendig ist. Es ist allerdings nicht möglich, einen Satz von mehr
als zwei Folgen zu bilden, wobei alle Folgen untereinander paarweise
permutierte Folgen sind. Insofern ist der Sequenzreihenfolgensatz
2 insofern optimal, als er wenigstens zwei Paare von paarweise permutierten
Folgen enthält.
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Dieser
Satz lässt
sich auch durch folgendes Bildungsgesetz beschreiben:
Beginne
mit zwei paarweise permutieren Folgen der Länge 2:
{a,b},
{b,a}
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Setze
die Folgen analog fort, dadurch entstehen zwei paarweise permutierte
Folgen der Länge
4 (für
die Fortsetzung werden andere Buchstaben verwendet also statt a
wird c und statt b wird d verwendet, um eindeutige Bezeichnungen
zu erhalten):
{a,b,c,d},
{b,a,d,c}
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Füge weitere
Folgen an, wobei die angefügten
Folgen aus den vorhandenen Folgen dadurch gebildet werden, dass
die erste und zweite Hälfte
vertauscht werden (dabei entsteht aus {a,b,c,d} die Folge {c,d,a,b}
da die Hälften „a, b" und „c, d" vertauscht werden),
das ergibt den Sequenzreihenfolgensatz 2).
{a,b,c,d},
{b,a,d,c},
{c,d,a,b},
{d,c,b,a}
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Mit
diesem Bildungsgesetz lassen sich Sätze von Sequenzreihenfolgen
deren Länge
eine Zweierpotenz ist generieren, z.B. als nächstes der Satz der Länge 8:
{a,b,c,d,e,f,g,h},
{b,a,d,c,f,e,h,g},
{c,d,a,b,g,h,e,f},
{d,c,b,a,h,g,f,e},
{e,f,g,h,a,b,c,d},
{f,e,h,g,b,a,d,c},
{g,h,e,f,c,d,a,b},
{h,g,f,e,d,c,b,a}
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Ein
weiterer Satz von 4 Sequenzreihenfolgen mit 4 Elementen, welcher
ebenfalls zwei Paare von paarweise permutierten Folgen enthält (und
der somit ebenfalls optimal im o.g. Sinne ist) ist der folgende
Satz (dieser Satz ist allerdings etwas weniger „schön" da nicht so symmetrisch) (Sequenzreihenfolgensatz
3):
{a,b,c,d},
{b,a,d,c},
{d,c,a,b},
{c,d,b,a}
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Sieht
man von Umbenennungen der Elementen und Zeilenvertauschungen ab,
so gibt es insgesamt nur vier Sätze
von 4 Sequenzreihenfolgen mit 4 Elementen, der noch fehlende Satz
ist (Sequenzreihenfolgensatz 4):
{a,b,c,d},
{c,a,d,b},
{b,d,a,c},
{d,c,b,a}
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Alle
diese vier Sätze
lassen sich vorzugsweise in Mobilfunksystemen verwenden, wobei der
Sequenzreihenfolgensatz 2 als Paar von paarweise vertauschten Folgen
und durch das symmetrische Bildungsgesetze besonders ausgezeichnet
ist, der Sequenzreihenfolgensatz 3 aber (abgesehen vom Bildungsgesetz,
welches aber für
die Leistungsfähigkeit nur
eine untergeordnete Bedeutung hat) gleichwertig ist.