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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung einer Anzahl
von Datenpaketen für Codierungszwecke.
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Bei
einer Übertragung
von Daten über
z.B. EGPRS (Enhanced General Packet Radio Service) werden diese
zunächst
in Datenpakete zerlegt. Jedes Datenpaket bzw. jedes Datenpaketpaar
wird gemäß einem
von neun möglichen
Modulations-Codier-Schemata (MCS; MCS = Modulation Coding Scheme)
kanalcodiert und über
vier TDMA-Rahmen verteilt (TDMA = Time Division Multiple Access) übertragen.
Ein TDMA-Rahmen dauert 4,6 ms, wobei für ein einem TDMA-Rahmen zugeordnetes
Datenpaket nur einer von acht Zeitschlitzen der Länge 577 μs belegt
wird.
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Zur
Erhöhung
des Durchsatzes kann eine Zeitschlitz-Bündelung (Multislot Allocation),
wobei das Burst Mapping auch bei einer Allokation von nur einem
Zeitschlitz erfolgen kann. Dabei werden N Zeitschlitze allokiert,
sodass beispielsweise über
4 TDMA-Rahmen N Datenpakete oder Datenpaketpaare übertragen
werden. Die Auswahl der Anzahl der allokierten Zeitschlitze erfolgt
dynamisch durch das der Datenübertragung
zugrunde liegende Netzwerk und wird einer Mobilstation direkt vor
der Aussendung des jeweiligen Datenpakets an die Basisstation mitgeteilt.
Das verwendete Modulations-Codier-Schema wird hingegen früher vereinbart,
sodass die Zerlegung der Datenpakete "auf Vorrat" erfolgen kann. Wenn ein Codier-Schema, das von einem
Codierer zur Datencodierung verwendet wird, entsprechend der Kanalqualität festgelegt
wurde, so ist die Datenrate proportional zur Anzahl der allokierten Zeitschlitze
N.
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Im
Falle mehrerer benachbarter Zeitschlitze enthält das Zeitschlitz-Bündel (Burst)
mehrere Trainingssequenzen sowie bekannte Bits am Beginn und am
Ende eines jeden Zeitschlitzes. Für das gesamte Zeitschlitz-Bündel kann
jedoch die Zusatzinformation nur einmal vorgesehen werden, sodass
nur eine Trainingssequenz und die Anfangs- und Endbits nur einmal
auftreten. Da bei einem Zeitschlitz-Bündel bestehend beispielsweise
aus vier Zeitschlitzen beispielsweise nur eine Trainingssequenz übertragen
wird, werden so Bits frei, die sich beispielsweise für codierte
Bits verwenden lassen.
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3a zeigt
einen aus vier Zeitschlitzen der Länge 156,25 oder 577μs Symbolen
bestehenden Burst mit einem verschlüsselten Datenfeld 301 und einer
in einem ersten Schlitz angeordneten Trainingssequenz 303 (TSC).
Am Anfang und am Ende des Bündels
sind jeweils bekannte Bits 305 und 307 angeordnet.
Ferner kann eine Guard-Periode 309 vorgesehen werden.
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3b zeigt
ein aus vier gebündelten
Zeitschlitzen geformtes Zeitschlitz-Bündel, bei dem die Trainingssequenz 303 in
der Mitte des neu entstandenen Zeitschlitzes angeordnet ist. Die
Zeitdauern der jeweiligen Symbolabschnitte sind den 3a und 3b zu
entnehmen.
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Die
codierten Bits, die beispielsweise in dem Datenfeld 301 angeordnet
sind, enthalten zum einen kanalcodierte Datenbits und zum anderen
die kanalcodierte Information über
die Kanalcodierung der Datenbits (kanalcodierte Header-Bits). Die
Information über
die Kanalcodierung der Datenbits wird im Falle einer Bündelung
von vier Zeitschlitzen derzeit viermal übertragen.
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Die
frei werdenden Bits können
wie folgt verwendet werden:
- – Option
1: Erhöhung
der Datenrate bei gleichzeitiger Beibehaltung der Redundanz;
- – Option
2: Erhöhung
der Redundanz bei der Kanalcodierung der Datenbits bei gleichzeitiger
Beibehaltung der Datenrate; und
- – Option
3: Gleichzeitige Erhöhung
der Datenrate und der Redundanz.
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Eine
Erhöhung
der Datenrate bedeutet, dass die Datenrate überproportional zur Anzahl
der allokierten Zeitschlitze N steigt.
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Die
Größe der Datenpakete
bzw. der Datenpaketpaare ist gemäß den bekannten
Konzepten abhängig
von der Zahl der allokierten Zeitschlitze. Dies führt dazu,
dass die Segmentierung in Datenpakete erst nach einer dynamischen
Allokation erfolgen kann. Dies ist für die Implementierung des Protokoll-Stapels
eine große
Belastung. Außerdem
ist es für
die Link-Adaption des EGPRS RLC Protokolls notwendig, dass die vorgesehenen "Data Unit"-Größen eingehalten
werden. Die vorgesehenen Größen bilden
drei Familien mit jeweils einer gemeinsamen Basis von 22, 28 bzw.
37 Oktets (also 176, 224 bzw. 296 Bits). Diese Basis darf nicht
verlassen werden, um später
notwendig werdende erneute Übertragungen
(Retransmissions) der einzelnen RLC-Blöcke durchführen zu können. Eine dynamische Allokation mit
allokationsabhängiger
Paketgröße würde also eine
Link-Adaption gar nicht erlauben.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein effizientes Konzept zur Bestimmung
der durch einen Codierer zu codierenden Anzahl der Datenpakete zu
schaffen, mit dem eine dynamische Zeitschlitz-Bündelung einfach
durchgeführt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine effiziente
Bestimmung der Anzahl zu codierender Datenpakete im Hinblick auf
eine später
erfolgende Zeitschlitz-Bündelung
nur bei einer gemeinsamen Betrachtung der zu bestimmenden Anzahl
der Datenpakete und der bei der Codierung der Anzahl der Datenpakete
unter Verwendung eines Codierungsschemas resultierenden Coderate.
Eine sich aus dieser Aufgabenstellung ergebende Optimierungsaufgabe
mit zwei Variablen, nämlich
der Anzahl der Datenpakete und der resultierenden Coderate, kann
gelöst
werden, indem eine Randbedingung berücksichtigt wird. Bei dieser
Randbedingung kann es sich beispielsweise um einen Schwellwert handeln,
den die resultierende Coderate beispielsweise nicht überschreiten
oder nicht unterschreiten kann.
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Die
Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Anzahl von
Datenpaketen, die durch einen Codierer in eine codierte Sequenz
mit einer vorbestimmten Anzahl von Bits umzusetzen sind, wobei ein
Datenpaket eine Mehrzahl von Bits (beispielsweise zwei oder mehr
Bits) aufweist. Die Vorrichtung zum Bestimmen der Anzahl von Datenpaketen
umfasst eine Berechnungseinrichtung, die ausgebildet ist, um die
Anzahl der Datenpakete derart zu bestimmen, dass eine Differenz
zwischen der resultierenden Coderate, die sich bei einer Umsetzung
der Anzahl der Datenpakete in die codierte Sequenz unter Verwendung
eines Codierungsschemas ergibt, und einer Referenz-Coderate einen
vorbestimmten Schwellwert nicht überschreitet.
Dieser Schwellwert kann beispielsweise 0 sein oder beispielsweise
in einem Schwellwert-Intervall zwischen 0 und 10% der Referenz-Coderate
liegen.
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Weist
beispielsweise jedes Datenpaket eine identische Anzahl von Bits
auf, bestimmt die Anzahl der Datenpakete die Anzahl der insgesamt
zu codierenden Bits einer Datensequenz.
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Gemäß einem
Aspekt ist die codierte Sequenz oder eine aus der codierten Sequenz
ableitbare Sequenz auf eine Mehrzahl von Zeitschlitzen eines Zeitschlitz-Bündels aufteilbar,
wobei beispielsweise zur Übertragung
der codierten Sequenz oder der ableitbaren Sequenz beispielsweise
eine Anzahl N von dynamisch allokierten und aggregierten Zeitschlitzen z.B.
pro TDMA-Rahmen verwendet wird. Die Mehrzahl der Zeitschlitze kann
beispielsweise zu einem Rahmen zusammengefasst werden, wobei eine
einzige Trainingssequenz (TSC) benötigt wird. Daraus ergibt sich
die bereits erwähnte
Ersparnis von Bits, denn bei einer separaten Übertragung von mehreren Zeitschlitzen
müsste
pro Zeitschlitz eine Trainingssequenz vorgesehen werden. Die codierte
Sequenz oder die ableitbare Sequenz (beispielsweise durch das Interleaving)
können
beispielsweise zu einem Zeitschlitz-Bündel zusammengefasst werden,
das mehrere Zeitschlitze aufweist, wie es in den 3a und 3b dargestellt
ist. In diesem Fall kann die Referenz-Coderate diejenige Coderate
sein, die sich bei einer Zuordnung der codierten Sequenz oder der ableitbaren
Sequenz zu einem einzigen Zeitschlitz ergibt. Diese Referenz-Coderate
ist somit die maximal erreichbare Coderate unter Verwendung eines Codierschemas.
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Bevorzugt
wird die Anzahl der Datenpakete derart bestimmt, dass die Differenz
zwischen der sich bei der Codierung der Anzahl der Datenpakete ergebenden
Coderate (das Verhältnis
der Anzahl der uncodierten zu der Anzahl der codierten Bits) und
der Referenz-Coderate kleiner als der vorbestimmte Schwellwert oder
gleich dem vorbestimmten Schwellwert ist. Der vorbestimmte Schwellwert
ist bevorzugt kleiner als die Referenz-Coderate und größer oder
gleich 0.
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Gemäß einem
Aspekt ist die Berechnungseinrichtung ausgebildet, um die Anzahl
der Datenpakete iterativ zu bestimmen. Da die Anzahl der Datenpakete
die Länge
der zu codierenden Datensequenz angibt, kann hierzu eine Formel
für die
Coderate verwendet werden. Bei der iterativen Bestimmung der Anzahl
der Datenpakete kann in einem ersten Iterationsschritt beispielsweise
mit zwei Datenpaketen oder mit einem Datenpaket gestartet werden.
Die Anzahl der Bits der codierten Sequenz hängt beispielsweise von dem
zu verwendenden Codierungsschema ab und bleibt bei der Iteration
bevorzugt unverändert.
Die in dem ersten Iterationsschritt bestimmte Coderate wird beispielsweise
mit der Referenz-Coderate
verglichen, wobei festgestellt wird, ob der vorbestimmte Schwellwert überschritten
oder nicht überschritten
wird. Wird der Schwellwert überschritten, wird
die Anzahl der Datenpakete um ein Inkrement, beispielsweise um 1,
erhöht,
wobei erneut die Coderate berechnet und mit der Referenz-Coderate
verglichen wird. Die Iteration wird wie vorstehend geschildert weitergeführt, bis
eine Anzahl von Datenpaketen bestimmt worden ist, für die die
Differenz zwischen der Referenz-Coderate und dem vorbestimmten Schwellwert,
den die resultierende Coderate nicht überschreitet, z.B. minimal
bezogen auf die bereits berechneten Coderaten wird. Die Iteration
kann beispielsweise abgebrochen werden, falls die Differenz ab einer
bestimmten Anzahl von Datenpaketen wieder größer wird.
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Gemäß einem
Aspekt wird die codierte Sequenz durch einen Interleaver verschachtelt.
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Bevorzugt
ist die Berechnungseinrichtung ausgebildet, um die Anzahl der Datenpakete
pN auf der Basis der folgenden Formel zu
berechnen: pN = argmax{pN ∈ {p1, p1 + 1, p1 + 2,...}|RN(pN) = pN(PN + B)/KN ≤ R1}.
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Dabei
ist PN die Anzahl der Datenbits pro Datenpaket,
B bezeichnet die Anzahl der zusätzlichen Bits,
beispielsweise CRC-Bits, RN ist die resultierende
Coderate, die erfindungsgemäß von der
Anzahl der Datenpakete, pN, abhängt. Mit
KN ist die Anzahl der Bits der codierten
Sequenz bzw. einer aus dieser Sequenz ableitbaren Sequenz (z.B.
durch das Interleaving) bezeichnet. R1 ist
die Referenz-Coderate.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die Berechnungseinrichtung ausgebildet, um die
Anzahl der Datenpakete, pN, unter Verwendung
der folgenden Formel zu bestimmen: pN =
argmax{pN ∈ {p1,
p1 + 1, p1 + 2,...}|RN(pN) = PN(PN + B)/KN ≤ R1 + δR}Dabei
bezeichnet δR
beispielsweise einen vorbestimmten Schwellwert, der bei einer Differenz
zwischen RN und R1 nicht überschritten
werden soll. Dieser Schwellwert kann beispielsweise 10% von R1 betragen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner eine Sender-Vorrichtung, die die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Bestimmen der Anzahl von Datenpaketen aufweist. Die Sender-Vorrichtung weist
ferner einen Codierer zum Umsetzen der Anzahl von Datenpaketen in
eine codierte Sequenz mit einer Anzahl von Bits unter Verwendung
eines Codierschemas mit der resultierenden Coderate auf. Bei dem
Codierschema kann es sich beispielsweise um eine Reed-Solomon-Codierung
oder um eine Faltungs-Codierung handeln, wobei optional eine Punkturierung
durchgeführt
werden kann.
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Die
zu verwendenden Codierschemata können
beispielsweise in Form von Tabellen in einem Speicherelement bereitgestellt
werden und beispielsweise von der Anzahl der Datenpakete und/oder
in Abhängigkeit
von der Anzahl der Bits pro Datenpaket und/oder in Abhängigkeit
von der Anzahl der Bits der codierten Sequenz und/oder in Abhängigkeit
von der resultierenden Coderate und/oder in Abhängigkeit von der Anzahl der
Zeitschlitze, auf die die codierte Sequenz oder eine aus der codierten
Sequenz ableitbare Sequenz aufteilbar ist, abhängen. Ferner kann in der Tabelle
oder in den Tabellen das Punkturierungsschema eines Punkturierers
enthalten sein, der von der Sender-Vorrichtung umfasst ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt umfasst die Sender-Vorrichtung eine Zeitschlitz-Zuordnungseinrichtung,
die ausgebildet ist, um die codierte Sequenz oder eine aus der codierten
Sequenz ableitbare Sequenz (beispielsweise durch das Interleaving)
in eine Anzahl von Teilsequenzen aufzuteilen und jede Teilsequenz
einem Zeitschlitz zuzuordnen. Die Zeitschlitze können dabei gebündelt werden
und zu einem gemeinsamen Zeitschlitz-Bündel zusammengefasst werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt umfasst die Sender-Vorrichtung einen Sender zum
Aussenden der codierten Sequenz oder der auf der codierten Sequenz
ableitbaren Sequenz in einer Mehrzahl von Zeitschlitzen, die beispielsweise
gebündelt
sind, wobei einem Zeitschlitz eine Teilsequenz der codierten Sequenz
oder der ableitbaren Sequenz zugeordnet ist.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Figuren
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Schema des erfindungsgemäßen Konzeptes;
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2a–e Tabellen
zur Auswahl des zu verwendenden Codierschemas; und
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3a, 3b eine
schematische Darstellung der Zeitschlitz-Bündelung.
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1 veranschaulicht
das erfindungsgemäße Schema
am Beispiel einer TDMA-Übertragung. Dabei
wird eine Anzahl von Sequenzen 101 mit jeweils P Datenbits
zur Übertragung
bereitgestellt. Die Anzahl P der Datenbits ist bevorzugt keine Funktion der
allokierten Schlitze. Jede Sequenz kann beispielsweise codiert werden,
wodurch jeweils beispielsweise B CRC Bits hinzukommen (CRC = Cyclic Redundancy
Check). Aus der Anzahl der Datensequenzen 101 entsteht
somit eine Anzahl von Datenpaketen 103, wobei ein Datenpaket 103 jeweils
aus einer Datensequenz 101 hervorgeht. Die Anzahl der Datenpakete 103 wird
im Schritt 105 codiert, wobei jedes Datenpaket separat
oder alle Pakete gemeinsam codiert werden. Bei der Codierung kann
es sich beispielsweise um eine Faltungs-Codierung handeln, wobei anschließend eine
Punkturierung durchgeführt werden
kann. Optional können
die Bits vor und/oder nach der Codierung beispielsweise unter Verwendung
eines Interleavers verschachtelt werden.
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Die
Codierung wird bevorzugt durch einen Codierer mit der Coderate: RN = pN(P
+ B)/KN durchgeführt.
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Dabei
bezeichnen RN die resultierende Coderate,
pN die Anzahl der Datenpakete, die gemäß der vorliegenden
Erfindung bestimmt wird, P ist die Anzahl der Datenbits in der jeweiligen
Sequenz 101, B ist die Anzahl der optionalen Redundanz-Bits
und KN ist eine vorgegebene Anzahl der Bits
der codierten Datensequenz, die der Codierer ausgibt. Die Redundanz-Bits
können
ferner Paritätsbits
(Block Sequence Check) aufweisen.
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Auf
der Basis der vorstehenden Gleichung bestimmt die erfindungsgemäße Berechnungseinrichtung
die Anzahl der Datenpakete für
die sich unter Verwendung eines Codierschemas eine resultierende
Coderate ergibt, die beispielsweise nicht größer als ein vorbestimmter Schwellwert
ist bzw. die sich von einer Referenz-Coderate höchstens um einen vorbestimmten
Schwellwert unterscheidet.
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Die
codierte Sequenz der Länge
KN wird im Schritt 107 optional
unter Verwendung von einem Interleaver verschachtelt. Die KN verschachtelten Bits bilden die Grundlage
für das
im Schritt 109 folgende Burst-Mapping (Zeitschlitz-Bündelung),
wobei ein Burst-Mapping-Paket jeweils für einen in einer Tabelle spezifizierten,
allokierten Zeitschlitz erzeugt wird. Nach dem Burst-Mapping 109 werden
die Bits und zusätzlich
das Overhead auf die TDMA-Rahmen 111, 113, 115 und 117 verteilt.
Bei dem TDMA-Rahmen 111 kann es sich beispielsweise um
einen n-ten Rahmen handeln, der KN/4 Bits
und einen Overhead aufweist. Der Rahmen 113 ist beispielsweise
ein TDMA-Rahmen mit der Rahmennummer n+1, dem ebenfalls beispielsweise
KN/4 Bits und Overhead zugewiesen worden
sind. Die Rahmen 115 und 117 sind beispielsweise
Rahmen mit den Indizes n+2 und n+3, denen jeweils KN/4
Bits und Overhead zugeordnet worden sind.
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Erfindungsgemäß werden
N dynamisch allokierte und aggregierte Zeitschlitze pro TDMA-Rahmen
erzeugt. Der Overhead kann beispielsweise die Trainingssequenz (TS),
die Tail-Bits, die Schutzperiode (Guard-Periode) oder codierte und
verschachtelte Header-Bits umfassen. Gemäß einem Aspekt ist PN = 2, pN, RN eine Funktion der allokierten Schlitze
und des Codierungsschemas. Das Feld TS kann ferner Paritätsbits (Block
Sequence Check) umfassen.
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Erfindungsgemäß wird im
Falle der Allokation von mehreren Zeitschlitzen die Größe der Datenpakete
nicht verändert.
Die frei werdenden Bits werden mit zusätzlichen Datenpaketen aufgefüllt und
die so nicht nutzbaren Bits für
mehr Redundanz verwendet. Durch diese Maßnahme wird die Datenrate erhöht, da eine
Segmentierung der Datei in Datensegmente weiterhin vor der dynamischen
Allokation "auf Vorrat" erfolgen kann. Ferner
ist die Link-Adaption des RLC-Protokolls ohne zusätzlichen
Aufwand über die
bereits standardisierten Prozeduren möglich.
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In
den 2a bis 2e sind
die Parameter p, P, K, R sowie die resultierende Datenrate pP/20
in kbit/sec beispielhaft für
9 EGPRS Modulations-Codierschemata MCS-1 bis MCS-9 und für verschiedene
Allokationen N=1,2,3,4 zusammengefasst. Für N=1 sind diese Parameter
bei allen Figuren gleich, da hier kein Vorteil durch die Zeitschlitz-Aggregation erzielbar
ist.
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2a zeigt
die Parameter, wie sie durch den 3GPP Standard 45.003 vorgegeben
sind. Eine Zeitschlitz-Aggregation findet nicht statt.
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Die 2b und 2c zeigen
die Parameter gemäß zweier
Vorschläge,
die im 3GPP Dokument GP-060640 publiziert wurden (hier N=1 und N=2).
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Die 2d und 2d zeigen
die Parameter gemäß der Erfindung.
Die Zeitschlitzaggregation wird nun zu einer Steigerung der Datenrate
ohne nachteilige Implikation für
den Protokollstapel und im Einklang mit der Link Adaption ausgenutzt.
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Wie
im 3GPP Standard vorgesehen, erfolgt die Auswahl des Kodierschemas
MCS-1 bis 9 und die Allokation der Zeitschlitze in allen Fällen durch
das Netzwerk in Abhängigkeit
von der Auslastung der Zelle und der Qualität des Kanals.