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Diese Erfindung betrifft das Gebiet
eines Steuern des physikalischen Pegels, und insbesondere eines
Steuerns des Signalpegels in Funksystemen. Genauer betrifft die
Erfindung auf Punkt-zu-Multipunkt-(PmP)-Mikrowellen-TDMA-Funkkommunikationssysteme,
die aus einem Funkknoten (RN) eines Netzes und aus einem Satz von
Zugriffsendgeräten
eines Benutzers bestehen, und die Steuerung, in diesen Systemen,
des Signalpegels in der Richtung von den Endgeräten zu dem Knoten.
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Es ist bekannt, dass gegenwärtig ein
Trend besteht, Punkt-zu-Multipunkt-(PmP)-Funkkommunikationssysteme
in das Zugriffsnetz wegen ihrer Fähigkeit, ein Netz ohne die
Notwendigkeit eines Installierens von Kabeln bereitzustellen, einzuführen.
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PmP-Systeme arbeiten typischerweise
bei Mikrowellenfrequenzen und sollten Endgeräte und Knoten in einer Sichtlinie
während
der Installation aufweisen, um richtig zu arbeiten. In diesen Systemen
besteht die Übertragung
einer Funkfrequenzverbindung, die die Kommunikation zwischen einem Funkknoten
(auf der Netzseite) und einer Anzahl von Funkendgeräten, die
in den Gebäuden
angeordnet sind, wo die Teilnehmer sind, zulässt. Indem TDMA die Zugriffstechnik
ist, empfängt
der Knoten eine Burst-Sequenz, die von unterschiedlichen Sendern/Endgeräten gesendet
wird, die in unterschiedliche Entfernungen von dem Knoten besetzt
sind. Die bidirektionale Funkkommunikation, die in diesen Systemen
eingerichtet ist, ist nämlich
schematisch in 1 der
angehängten
Zeichnungen dargestellt und umfasst, wie es altbekannt ist, Aufwärtsstreckensignale
von den Endgeräten
zu dem Knoten und Abwärtsstreckensignale
von dem Knoten zu den Endgeräten.
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Die Notwendigkeit eines Steuerns
des Leistungspegels, der von jedem Endgerät in dem Demodulator des Funkknotens
empfangen wird, um so eine optimale Demodulation für jede mögliche Ausbreitungszustände (Entfernung
jedes Endgeräts, Status
des Ausbreitungskanals, etc.) sicherzustellen, ist in einem System,
das die PmP-TDMA-Architektur der 1 benutzt,
vorhanden. Besondere Sorgfalt sollte dem Phänomen einer Regenabschwächung gewidmet
werden, die, wie es altbekannt ist, die Übertragung auf der Funkverbindung
schädigt,
indem der Leistungspegel des Signals sogar um einige 10 dB in Abhängigkeit
von der Regenzone, der Länge der
Funkverbindung und der erforderlichen Systemverfügbarkeit verringert wird.
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Auf der Empfängerseite sollte der Pegel
des Signals an dem Eingang des digitalen Modulators innerhalb eines
geeigneten dynamischen Fensters unmittelbar vor der Analog-zu-Digital(A/D)-Konversion relativ
zu der effektiven Anzahl verfügbarer
Bits gehalten werden, um so die Verschlechterung des Entscheidungsbetriebsverhaltens
des Empfängers
in der gesamten Leistungsdynamik, die bei der Funkfrequenz erwartet
wird, zu vermeiden.
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Somit ist die Steuerung des Signalpegels
jedes Übertragungsbursts
in TDMA-Systemen notwendig.
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Das Problem ist bis jetzt durch ein
Einsetzen zweier unterschiedlicher Techniken angegangen und gelöst worden,
wovon jedoch beide Nachteile aufzeigen.
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Eine Fernsteuerung der Leistung an
jedem Endgerät
wird gemäß einer
ersten Technik eingesetzt. Der Knotendemodulator findet den Signalpegel,
der für
jeden Burst empfangen wird, heraus und sendet die Steuerschleifennachricht,
um die Übertragungsleistung
jedes Endgeräts
zu steuern.
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Die Steuerung der Zwischenfrequenz-(IF)-Verstärkung des
Empfängers
wird durch eine zweite Technik bereitgestellt. Der Knotendemodulator
findet den Signalpegel für
jeden Burst heraus und wirkt auf die Schaltung einer automatischen
Verstärkungssteuerung
bei einer Zwischenfrequenz, um so jede Änderung zu kompensieren.
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Die Fernsteuerschleife allein weist
in nachteiliger Weise eine begrenzte Steuerbandbreite auf, da die
Steuergeschwindigkeit proportional zu der Anzahl von Steuernachrichten,
die ausgetauscht werden, und somit zu dem Eingriff des Bands, das
für den
Verkehr beabsichtigt ist, ist.
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Umgekehrt weist die Verwendung der
Schaltung einer automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) allein
an der Empfangsseite den Nachteil eines Erzwingens auf, dass die
Endgeräte
bei dem höchsten
Leistungspegel senden, auch wenn keine Regenabschwächung auftritt,
wobei der Leistungspegel der Endgeräte auf die Installation hin,
nur in Abhängigkeit
von der Entfernung von dem Knoten eingestellt wird.
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Die Aufgabe dieser Erfindung besteht
darin, eine neue Technik bereitzustellen, um die oben erwähnten Probleme
zu lösen,
die sich auf die Steuerung des Signalpegels beziehen.
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Die Erfindung besteht darin, dass
sie – in Punkt-zu-Multipunkt-Mikrowellen-TDMA-Funkkommunikationssystemen – das Ausführen der
Steuerung eines Signalpegels durch ein Aktivieren einer lokalen
Steuerung in dem Knotenempfänger
durch eine bestimmte AGC und gleichzeitig eine Funksteuerschleife
von dem Knoten zu jedem Endgerät,
die den Übertragungsleistungspegel
einstellt, bereitstellt.
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In vorteilhafter Weise ist die schnelle
AGC, die eingesetzt wird, um die Erfindung auszuführen, eine
Schaltung, die in der Re-Konfiguration schnell und gleichzeitig
präzise
und stabil während
der Arbeitsphasen ist. Vorzugsweise besteht sie aus einem Verstärker einer
hohen Genauigkeit und einer festen Verstärkung und aus einem variablen
Abschwächer mit
einer hohen Genauigkeit und einer geeigneten Stabilität relativ
zu den Änderungen
in der Abschwächung.
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Die Erfindung wird nun tiefergehend
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Schema einer bereits betrachteten PmP-TDMA-Architektur, wobei das Steuerverfahren gemäß der. Erfindung
benutzt wird;
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2 wie
mit der neuen Technik, die in einem Funkkommunikationssystem wie
demjenigen in 1 vorgeschlagen
worden ist, zu arbeiten ist;
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3 die
Implementierung einer AGC, die in einer Re-Konfiguration schnell und gleichzeitig
genau und stabil während
der Arbeitsphasen ist, in dem Funkknoten des Systems in 2;
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4 das
Profil eines Signalpegels in einem PmP-TDMA-System gemäß der Erfindung; und
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5 die
Implementierung des Algorithmus der Verstärkungssteuerung in der Empfangskette des
Knotens.
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Ein Funkknoten (RN) 1 mit
seiner Antenne 1A und einigen Zugriffs-Endgeräten (AT) 2, 3 und 4 sind
in 2 gezeigt. Der Knoten 1 umfasst,
wie es altbekannt ist, einen analogen Demodulator 6 und
einen digitalen Demodulator 7. Wie bereits bemerkt, besteht
die Aufgabe der Erfindung darin, dass die Signalbreiten an dem Eingang
des digitalen Modulators 7 des Knotens 1 für jedes
Endgerät
und in jedwedem Ausbreitungszustand während Kommunikationen gleich
sind.
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Wegen der TDMA-Übertragung hängt der
Signalpegel aufeinanderfolgender Bursts, der von dem Knotenempfänger empfangen
wird, von dem Verbindungszustand des spezifischen Endgeräts ab und kann
einen weiten Bereich von Änderungen
mit sich bringen. Die AGC 5 sollte schnell genug sein,
um in der Lage zu sein, die Verstärkung während der Ausblendzeit zu schalten,
die zwei benachbarte Bursts trennt.
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Die Ausblendzeit sollte so kurz wie
möglich (z.B.
200-400 ns) sein, um eine Übertragungseffizienz
zu maximieren.
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Die Information über den Verstärkungspegel (AGC)
wird für
jedes spezifische Endgerät
auf jeden Übertragungsrahmen
hin aktualisiert und zurückgesetzt,
wenn der entsprechende Burst empfangen wird.
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Die Erfindung schlägt vor,
die Anzeige, die durch den Pegelwert der AGC für jedes Endgerät gegeben
wird, zu verwenden, um seinem Leistungspegel fernzusteuern, indem
eine Steuernachricht gesendet wird. Tatsächlich ist der vorhandene AGC-Pegel
ein indirektes Maß der
Leistungsänderung,
die das Endgerät
auszuführen
hat, um ein optimales Übertragungsbetriebsverhalten
aufrecht zu erhalten.
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Die lokale AGC wird als ein dynamischer Puffer
in dem vorgeschlagenen Algorithmus verwendet, was es somit zulässt, die
Anzahl von Steuernachrichten zu verringern. Tatsächlich können eine genaue Pegelsteuerung
und geeignete Korrekturen während
eines schnellen Übergangs
durch die lokale AGC sichergestellt werden, ohne Steuernachrichten zu
senden, womit die Kapazität
des Bands, das für die
Benutzer reserviert ist, aufrechterhalten wird. Dieses Merkmal ist
fundamental in der TDMA-Übertragung,
um die Verschwendung einer spektralen Ressource zu minimieren, wenn
eine große
Anzahl von Endgeräten
zu steuern sind. Tatsächlich
teilt ein TDMA-System die spektrale Ressource durch eine Teilung
in Zeitschlitze und eine Zuordnung von Gruppen von Zeitschlitzen
für jeden
Benutzer in Abhängigkeit von
den vorhandenen Banderfordernissen des Benutzers selbst.
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In dem Fall einer PmP-TDMA-Architektur
mit einer dynamischen Zuordnung des Bands hängt das Ausmaß einer
Zeitnutzung des geteilten Kanals von der Anzahl aktiver Benutzer,
die von einem bestimmten Funkknoten bedient werden, und von dem
Aktivitätsausmaß des einzelnen
Benutzers ab. Dementsprechend ist die Anzahl aktiver Zeitschlitze
in einer Zeitperiode (die proportional zu der mittleren Leistung
in der gleichen Periode ist) nicht vorhersagbar.
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Wie bekannt ist, besteht die Architektur
für den
Knotenempfänger üblicherweise
aus einem Außenteil
und aus einem Innenteil. Die beiden Untereinheiten sind durch ein
oder mehrere Verbindungskabel verbunden.
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Typische Profile der Signalpegel,
die in einem PmP-TDMA-System
empfangen werden, sind in 4 aufgezeichnet,
wobei das linke Diagramm das Leistungsaußenprofil, d.h. an dem Eingang
der Antenne 1A zeigt, und das rechte Diagramm das Leistungsinnenprofil,
d.h. an dem Eingang des Demodulators 6 zeigt. Der Amplitudenspitzenwert
dieser Profile kann verwendet werden, um die Verstärkung in der
Knotenempfängerkette
zu steuern, indem der Spitzenwert in der Information, die in der
Außeneinheit
gemessen wird, mit demjenigen, der in der Inneneinheit gemessen
wird, verglichen wird, wie untenstehend erklärt.
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Da das Außenteil in einem sehr breiten
Temperaturbereich, beispielsweise (–40°C +60°C) und bei sehr hohen Trägerfrequenzen
arbeiten sollte, ist es inhärent
teurer als das Innenteil. Seine Komplexität sollte deswegen so weit wie
möglich
beschränkt werden,
auch zu Lasten des Innenteils, um so die Kosten der Vorrichtung
niedrig zu halten und ihre großskalige
Herstellung nicht zu beeinträchtigen.
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Es ist nämlich ratsam, um eine starke
Implementierung und ein annehmbares Kostenniveau des Außenteils
aufrecht zu erhalten, die Implementierung einer schnellen und genauen
AGC zu vermeiden. Dementsprechend liegt die Verstärkung in
dem Außenteil üblicherweise
auf einem konstanten nominalen Verstärkungswert.
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Deswegen sollte die variable AGC
in dem Innenteil in der Lage sein, die Änderungen in den Ausbreitungszuständen (Regenabschwächung) und
die Änderungen
in der Verstärkung/Abschwächung relativ
zu dem Front-End-Verstärker
des Empfängers und
zu dem Kabel, das innen und außen
(wobei letzteres veränderbare
Länge und
Merkmale aufweist), festzustellen.
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Dies wird mit der Implementierung
in 5 ausgeführt, die
die gesamte AGC des Knotenempfängers
zeigt, die gemäß der Erfindung
aus drei unterschiedlichen Unterblöcken besteht.
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Der erste Unterblock ist ein fester
Verstärker 10,
der eine hohe Genauigkeit und einen festen Verstärkungswert aufweist (Außenteil).
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Der zweite Unterblock ist eine schnelle
AGC 5, die aus einem Festverstärker 5A und einem
variablen Abschwächer 5B (siehe 3) besteht, der eine hohe
Genauigkeit und eine geeignete Stabilität bezüglich der Änderungen in der Abschwächung (Innenteil)
aufweist. Der Verstärker 5A weist
einen festen Verstärkungswert
z.B. in dem Bereich von 30-40 dB mit einer Variation von weniger
als z.B. 6 dB über der
Zeit auf. Der Abschwächer 5B weist
einen Dynamikbereich von z.B. 30 dB und eine Ansprechzeit von z.B.
200 ms auf, d.h. es kann 200 ms dauern, bis der Abschwächer 5B die
angeforderte Abschwächung erreicht.
Der Abschwächer 5B erreicht
die angeforderte Abschwächung
mit z.B. 1 dB-Variation über
der Zeit.
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Der dritte Unterblock ist eine langsame
AGC 8, die einen Dynamikbereich kleiner als die erste und eine
begrenzte Geschwindigkeit aufweist, die die Aufgabe eines Ausgleichens
der Änderungen
in der Verstärkung
der Empfangskette des Knotens (Innenteil) aufweist. Die langsame
AGC 8 weist einen Dynamikbereich von z.B. 20 dB und eine
Ansprechzeit von z.B. >50
ms auf, d.h. es kann mehr als 50 ms dauern, bis die AGC einen angeforderten
Wert erreicht.
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Eine derartige langsame AGC muss
nicht während
der Ausblendzeit rekonfiguriert werden, sie muss nur die Änderungen
in der Gleichtaktverstärkung
zulassen. Die Verwendung dieses Unterblocks lässt es zu, die Dynamikanforderungen
bezüglich des
schnellen AGC-Unterblocks (der das einzelne Endgerät diskriminieren
sollte) zu verringern.
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Das Problem eines Steuerns der Verstärkung innerhalb
des Funkknotens, der gemäß dem PmP-TDMA-Modus
arbeitet, über
die Verwendung einer Information über den Spitzenwert der empfangenen
Leistung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst.
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Eine Information über den Spitzenwert in dem
Signal bezüglich
sowohl des Innenteils als auch des Außenteils wird in dem Steueralgorithmus
verwendet.
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Tatsächlich hängt der Unterschied zwischen den
beiden Spitzenwerten, die für
die Teile berechnet werden, nur von den Verstärkungsänderungen innerhalb des Empfängers und
nicht von den Änderungen in
den Kanalzuständen
ab.
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In dem vorgeschlagenen Verfahren
stellt eine geeignete Steuerschaltung 9, die in 5 gezeigt ist, es bereit,
den Unterschied zwischen den beiden Spitzenwerten des empfangenen
Signals an unterschiedlichen Punkten des Systems konstant zu halten.
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Deswegen sind drei unterschiedliche
Steuerschleifen in dem Aufwärtsstreckenkanal
gleichzeitig vorhanden und aktiv:
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- A. eine Leistungssteuerung des sendenden Endgeräts (außen);
- B. eine Steuerung der schnellen AGC in dem Empfänger des
Funkknotens (innen) auf einer Zugriffs-Endgerätebasis;
- C. eine Steuerung der langsamen AGC, die für sämtliche der Endgeräte in dem
Empfänger
des Funkknotens (innen) gemeinsam ist, um Verstärkungs-/Abschwächungsänderungen
innerhalb der Empfangskette zuzulassen, in dem Fall eines PmP-TDMA-Empfangs.
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Das Band jeder Steuerschleife wird
genau gewählt,
so dass sämtliche
der Schleifen, die in dem Aufwärtsstreckenkanal
vorhanden sind, stabil bleiben, obwohl sie auf eine gleichlaufende
Weise arbeiten.
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Die Stabilität des Gesamtsystems wird durch Verwendung
ausreichend verschiedener Bänder
für jede
der drei Schleifen erhalten.
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Tatsächlich sollte, wenn es gewünscht wird, ein
gutes Signal/Rausch-(S/N)-Verhältnisse
an dem Empfängereingang
unter Verwendung der minimalen Übertragungsleistung
sicherzustellen, ein Nominalwert für den AGC-Pegel gesetzt werden,
der seinen Referenzpegel definiert. Der Unterschied zwischen dem
vorhandenen AGC-Wert des spezifischen Endgeräts und dem globalen Referenzwert
bestimmt die Korrekturnachricht, die zu dem Endgerät selbst
zu senden ist.
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Falls beispielsweise ein Nominal-AGC-Wert auf
10 dB eingestellt ist, und ein vorhandener Pegel von 15 dB ansteigt,
bedeutet das, dass die Übertragungsleistung
um 5 dB geringer als der erforderliche Übertragungspegel ist, und eine
Steuernachricht gesendet werden sollte, um diesen Fehlbetrag zu
kompensieren.
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Wenn eine Regenabschwächung auftritt,
erhöht
die schnelle AGC rasch den Verstärkungswert, um
so den Leistungspegel in dem dynamischen Gebiet des Demodulators
aufrecht zu erhalten, aber dies verursacht einen Versatz des schnellen AGC-Pegels
von dem Referenzwert und eine Steuernachricht wird gesendet, um
so die Übertragungsleistung
des Endgeräts
zu erhöhen.
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Die gesamte verfügbare Übertragungsleistung des Endgeräts wird
gegen die Abschwächung während einer
langen und starken Abschwächung verwendet
werden. Tatsächlich
empfängt,
bis die schnelle AGC den Referenzpegel erreicht, der Sender Nachrichten,
seine Leistung zu erhöhen.
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Die neue erfindungsgemäße Technik
weist den Vorteil eines Steuerns des Leistungspegels in jedweder
Abschwächungssituation
auf, um so den Anforderungen eines S/N-Verhältnisses an dem Eingang des
digitalen Demodulators 7 des Knotens zu entsprechen, ohne über die Übertragungsleistung der
Endgeräte-Sender
zu gehen, und indem der Pegel der Eingangsleistung innerhalb des
dynamischen Gebiets des Demodulators gehalten wird.
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Überdies
wird die Steuerbandbreite in der vorgeschlagenen Implementierung
klein gehalten, um diese Steuerung in der TDMA-Übertragung zu verwenden, wenn,
wie es üblich
ist, viele Endgeräte gleichzeitig
gesteuert werden müssen.
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Diese Technik erlaubt es, ein Betriebsverhalten
bei einem Betreiben von mehr als sechzig Endgeräten mit einem Funkkanal zu
erreichen, der einer 100 dB/s-Abschwächung unterworfen ist, ohne
eine wesentlichen Verschwendung der Bandbreite von dem Knoten zu
den Endgeräten. Überdies
können die
Anforderungen der gesamten Pegelsteuerdynamik des Systems zwischen
dem Sender und dem Empfänger
aufgeteilt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Steuern des Signalpegels in-Punkt-zu-Multipunkt-(PmP)-Funkkommunikationssystemen
mit einem Mikroweullen-Zeitdivisions-Mehrfachzugriff
(TDMA), gemäß welchem
eine lokale Steuerung durch eine bestimmte AGC (5) in dem
Empfänger
des Knotens (1) aktiviert wird, und gleichzeitig eine Funksteuerschleife
(9) von dem Knoten (1) zu jedem Endgerät (2, 3, 4)
aktiviert wird, wobei der Sendeleistungspegel geregelt wird. Die
AGC (5), die in dem Empfänger des Knotens (1)
eingesetzt ist, ist eine Schaltung, die sowohl schnell in einer
Rekonfiguartion als auch genau und stabil in den Arbeitsphasen ist.