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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf zellulare Kommunikationssysteme. Genauer, und nicht auf dem Weg einer Begrenzung, richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein System und ein Verfahren zum Anpassen der Länge eines zyklischen Präfix an eine erwartete Verzögerungsausdehnung (delay spread) in einem Orthogonalfrequenzmultiplex- (OFDM) Zellularkommunikationssystem.
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OFDM-Modulation wird zunehmend für die physikalische Schicht zellularer Kommunikationssysteme der vierten Generation (4G) betrachtet. Typischerweise besteht jedes OFDM-System aus zwei Teilen: (1) einem nützlichen Teil und (2) einem zyklischen Präfix (CP). Der CP ist ein Duplikat der letzten „M“-Abtastungen des nützlichen Teils. Der CP überträgt keinerlei Daten, sondern ist notwendig sicherzustellen, dass OFDM-Teilträger nicht miteinander interferieren. Je länger der CP wird, desto geringer sind Daten, die das OFDM-Symbol in dem nützlichen Teil übertragen kann. Deshalb ist es äußerst wünschenswert, die Länge des CP so kurz wie möglich zu halten. Die Länge des CP muss jedoch mindestens so lang wie die Verzögerungsausdehnung des Kanals sein.
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In zellularen Kommunikationssystemen ist der geografische Dienstbereich in eine Reihe von Zellen unterteilt. Jede Zelle enthält einen Zugangspunkt (AP), der Information zu Benutzerendgeräten (UTs) überträgt, die innerhalb der Zelle arbeiten, und Information von den UTs empfängt. In jeder Zelle kann OFDM-Modulation auf der Abwärtsstrecke zwischen dem AP und einem UT oder auf der Aufwärtsstrecke zwischen dem UT und dem AP genutzt werden. Die Verzögerungsausdehnung in jeder Zelle variiert basierend auf der Geometrie der Zelle, wie etwa der Zahl von Reflektoren, dem Abstand zwischen den Reflektoren, dem Absorptionskoeffizienten von jedem Reflektor und dergleichen.
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Um sicherzustellen, dass die Länge des CP länger als die Verzögerungsausdehnung in jeder Zelle ist, war bekannt, einen CP der gleichen Länge in jeder Zelle zu verwenden. Wenn dies geschieht, muss jedoch die Länge des CP gewählt werden, länger als die längste Verzögerungsausdehnung in beliebigen der Zellen zu sein. Mit anderen Worten wird die CP-Länge für die Verzögerungsausdehnung des schlechtesten Falls über alle Zellen gewählt. Da die Verzögerungsausdehnung von Zelle zu Zelle variiert, gibt es viele Zellen, in denen die CP-Länge beträchtlich länger als die Verzögerungsausdehnung ist. Somit gibt es unnötigen Overhead in vielen Zellen, wobei der Umfang von Nutzdaten, die in dem zellularen System übertragen werden können, reduziert wird.
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Ein anderer bekannter Ansatz zum Sicherstellen dessen, dass die Länge des CP länger als die Verzögerungsausdehnung in jeder Zelle ist, besteht für jeden AP darin, die Verzögerungsausdehnung in seiner eigenen Zelle zu bestimmen, und die Länge des CP in seiner Zelle auf eine Länge zu setzen, die länger als die bestimmte Verzögerungsausdehnung ist. Dies führt zu einer unterschiedlichen CP-Länge in jeder Zelle. Das Problem bei diesem Ansatz besteht darin, dass ein UT, das in eine gegebene Zelle eintritt, nicht weiß, welche CP-Länge in dieser Zelle genutzt wird. Das UT muss blind eintreten, und eine längere Prozedur durchführen, um die CP-Länge zu bestimmen, bevor eine Verbindung hergestellt werden kann. Dies verursacht eine zusätzliche Verzögerung, bevor das UT und der AP Kommunizieren von Nutzdaten beginnen können (z.B. eine Verzögerung, bevor das UT und der AP einen Sprachruf beginnen können) .
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ZHANG Zhao-yang; LAI Li-feng: A novel OFDM Transmission scheme with length-adaptive Cyclic Prefix, IN: Journal of Zhejiang University SCIENCE, 2004, Seiten 1336-1342, ISSN 1009-3095 ist es bekannt, in einem OFDM-Übertragungssystem mit längenadaptivem zykischen Präfix die Verzögerungsausdehnung für jeden Empfänger neu zu bestimmen. Gemäß Seite 1337 und 1 dieser Druckschrift empfängt ein Transceiver B ein Datenpaket von einem Transceiver A, bestimmt die Verzögerungsausdehnung mit Hilfe des Datenpakets und bestimmt daraus die CP-Länge des nächsten Datenpakets, das an den Transceiver A übertragen wird. Dabei signalisiert der Transceiver B dem Transceiver A, welche CP-Länge von dem Transceiver B bestimmt worden ist. Um die Verzögerungsausdehnung bestimmen zu können, muss somit jedes Mal ein Datenpaket zwischen zwei Transceivern ausgetauscht werden. Dies führt zu Verzögerungen bei einem Empfänger, weil dieser blind in die Zelle eintritt und die CP-Längen zunächst nicht kennt.
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Was in der Technik benötigt wird, sind ein System und Verfahren zum Anpassen der Länge des zyklischen Präfix an eine erwartete Verzögerungsausdehnung in einem OFDM-Zellularkommunikationssystem, was die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Die vorliegende Erfindung sieht ein derartiges System und Verfahren vor.
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ZUSAMMENSFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung ist in den Hauptansprüchen angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein System und ein Verfahren zum Anpassen der Länge des zyklischen Präfix an eine erwartete Verzögerungsausdehnung in einem OFDM-Zellularkommunikationssystem vor. Außerdem passt die Erfindung den CP auf einer Basis pro Zelle an, und verbreitet (sendet aus) die tatsächliche Länge des CP, die zu nutzen ist in jeder Zelle zu UTs, die in der Zelle arbeiten.
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Somit richtet sich die vorliegende Erfindung in einem Aspekt auf ein Verfahren zum Anpassen einer Länge eines zyklischen Präfix an eine Verzögerungsausdehnung in einem OFDM-Zellularkommunikationssystem. Das Verfahren enthält Bestimmen einer längsten Verzögerungsausdehnung, die die längste Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle in dem zellularen Kommunikationssystem ist; Bestimmen einer gegebenen Verzögerungsausdehnung in einer gegebenen Zelle; und, falls die gegebene Verzögerungsausdehnung gleich der längsten Verzögerungsausdehnung ist, Einstellen der Länge des zyklischen Präfix in der gegebenen Zelle auf einen Wert, der gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung ist. Falls jedoch die gegebene Verzögerungsausdehnung kürzer als die längste Verzögerungsausdehnung ist, setzt das Verfahren die Länge des zyklischen Präfix in der gegebenen Zelle auf einen Wert, der gleich oder länger der gegebenen Verzögerungsausdehnung und kürzer als die längste Verzögerungsausdehnung ist. Das Verfahren enthält auch Rundsenden des Wertes der Länge des zyklischen Präfix in der gegebenen Zelle unter Nutzung eines zyklischen Präfix mit einer Länge, die gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung ist.
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In einem anderen Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Anpassen einer Länge eines zyklischen Präfix an eine Verzögerungsausdehnung in einem OFDM-Zellularkommunikationssystem, das enthält die Schritte zum Bestimmen der Verzögerungsausdehnung in jeder Zelle in dem zellularen Kommunikationssystem; Bestimmen der längsten Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle in dem zellularen Kommunikationssystem; und Definieren einer kurzen zyklischen Präfixlänge, die kürzer als die längste Verzögerungsausdehnung ist. Das Verfahren enthält auch Bestimmen für eine gegebene Zelle, ob die Verzögerungsausdehnung der Zelle kürzer als die kurze zyklische Präfixlänge ist. Falls die Verzögerungsausdehnung der Zelle länger als die kurze zyklische Präfixlänge ist, wird die zyklische Präfixlänge der Zelle auf einen Wert gesetzt, der gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung ist. Falls jedoch die Verzögerungsausdehnung der Zelle kürzer als die kurze zyklische Präfixlänge ist, wird die zyklische Präfixlänge der Zelle auf einen Wert gesetzt, der gleich der kurzen zyklischen Präfixlänge ist. Das Verfahren kann auch enthalten Rundsenden des Wertes der zyklischen Präfixlänge in der Zelle unter Nutzung eines zyklischen Präfix mit einer Länge, die gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung ist.
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In noch einem anderen Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein System zum Anpassen einer zyklischen Präfixlänge an eine Verzögerungsausdehnung in einem Zugangspunkt in einer gegebenen Zelle in einem OFDM-Zellularkommunikationsnetz. Das System enthält eine Verzögerungsausdehnungsmesseinheit zum Bestimmen einer gegebenen Verzögerungsausdehnung in der gegebenen Zelle; Kommunikationsmittel zum Empfangen von dem Netz eines Wertes der längsten Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle in dem Netz; und eine Bestimmungseinheit einer zyklischen Präfixlänge, die angepasst ist, die gegebene Verzögerungsausdehnung und den Wert der längsten Verzögerungsausdehnung zu empfangen, und eine zyklische Präfixlänge für die gegebene Zelle zu bestimmen. Die Bestimmungseinheit ist angepasst, die zyklische Präfixlänge in der gegebenen Zelle auf einen Wert zu setzen, der gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung ist, falls die gegebene Verzögerungsausdehnung gleich der längsten Verzögerungsausdehnung ist. Falls jedoch die gegebene Verzögerungsausdehnung kürzer als die längste Verzögerungsausdehnung ist, setzt die Bestimmungseinheit die zyklische Präfixlänge in der gegebenen Zelle auf einen Wert, der gleich oder länger der gegebenen Verzögerungsausdehnung und kürzer als die längste Verzögerungsausdehnung ist. Das System kann auch eine Rundsendungseinheit zum Rundsenden des Wertes der Länge des zyklischen Präfix in der gegebenen Zelle unter Nutzung eines zyklischen Präfix mit einer Länge, die gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung ist, enthalten.
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Figurenliste
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In dem Folgenden werden die wesentlichen Merkmale der Erfindung detailliert beschrieben, indem bevorzugte Ausführungsform gezeigt werden, mit Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen.
- 1 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 2 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 3 veranschaulicht ein OFDM-Symbol für einen Abwärtsstreckenkanal in einer Zelle mit einer langen Verzögerungsausdehnung;
- 4 veranschaulicht ein OFDM-Symbol für einen Abwärtsstreckenkanal in einer Zelle mit einer kurzen Verzögerungsausdehnung und einem verkürzten zyklischen Präfix, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angepasst ist; und
- 5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Systems der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Anpassen der Länge des zyklischen Präfix an eine erwartete Verzögerungsausdehnung in einem OFDM-Zellularkommunikationssystem vor. Außerdem passt die Erfindung den CP auf einer Basis pro Zelle an, und verbreitet die tatsächliche Länge des CP, die in jeder Zelle zu nutzen ist, zu UTs, die in der Zelle arbeiten.
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In einem zellularen System überträgt der AP in jeder Zelle typischerweise Zugangsinformation in einem Abwärtsstreckensynchronisationskanal (DSCH). Die Zugangsinformation kann Information enthalten, wie etwa die Identität des AP, Synchronisationszeitsteuerungsinformation, Frequenzkorrekturen und dergleichen. Jedes UT liest die Zugangsinformation von dem DSCH, bevor das UT versucht, mit dem AP zu kommunizieren.
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In der vorliegenden Erfindung überträgt der AP in jeder Zelle in dem DSCH die Länge des CP, die in dieser Zelle genutzt wird. Da die Verzögerungsausdehnung eine Funktion der Geometrie jeder Zelle ist, und die Geometrie jeder Zelle allgemein fixiert ist, kann jeder AP eine angemessene CP-Länge wählen, die etwas länger oder gleich der Verzögerungsausdehnung in der Zelle des AP ist. Um sicherzustellen, dass alle UTs die Information in dem DSCH lesen können, wird die Länge des CP, die für die DSCH-Rundsendung genutzt wird, auf eine fixierte Länge gleich der längsten Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle gesetzt. Somit wird die CP-Länge des schlechtesten Falls genutzt, um die UTs über die kürzeren CP-Längen zu informieren, die in jeder Zelle genutzt werden.
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1 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In Schritt 11 wird die längste Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle in dem Netz bestimmt. In Schritt 12 wird die Länge des CP, die für die DSCH-Rundsendung genutzt wird, auf eine fixierte Länge gesetzt, die gleich der längsten Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle ist. In Schritt 13 bestimmt jeder AP die Verzögerungsausdehnung für die Zelle des AP. In Schritt 14 wählt jeder AP dann eine angemessene CP-Länge, die etwas länger oder gleich der Verzögerungsausdehnung in der Zelle des AP ist. In Schritt 15 überträgt der AP in jeder Zelle in dem DSCH die Länge des CP, die in dieser Zelle genutzt wird. Um sicherzustellen, dass alle UTs die Information in dem DSCH lesen können, wird die Länge des CP, die für die DSCH-Rundsendung genutzt wird, auf eine fixierte Länge gesetzt, die gleich der längsten Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle ist.
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2 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Diese Ausführungsform nutzt eine lange CP-Länge für Zellen mit langen Verzögerungsausdehnungen, und nutzt eine kurze CP-Länge für Zellen mit kurzen Verzögerungsausdehnungen. In Schritt 21 wird die längste Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle in dem Netz bestimmt. In Schritt 22 wird die kurze CP-Länge definiert. Die kurze CP-Länge kann so definiert werden, dass ein vordefinierter Prozentsatz von Zellen in dem Netz, die Verzögerungsausdehnungen haben, die kürzer als die kurze CP-Länge sind, die kurze CP-Länge für OFDM-Symbole nutzen können. Falls z.B. gewünscht wird, dass 50 Prozent der Zellen in dem Netz die kurze CP-Länge nutzen, und 50 Prozent der Zellen in dem Netz Verzögerungsausdehnungen haben, die kürzer als 500 Abtastungen sind, kann die kurze CP-Länge auf 500 Abtastungen gesetzt sein.
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In Schritt 23 wird die lange CP-Länge definiert. Die lange CP-Länge ist gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle. Falls z.B. die längste Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle 1012 Abtastungen ist, kann die lange CP-Länge auf 1012 Abtastungen gesetzt sein. In Schritt 24 wird bestimmt, ob die Verzögerungsausdehnung in einer gegebenen Zelle kürzer als die kurze CP-Länge ist. Falls nicht, bewegt sich der Prozess zum Schritt 25, wo die CP-Länge in der gegebenen Zelle gleich der langen CP-Länge gesetzt wird. Falls jedoch die Verzögerungsausdehnung in der gegebenen Zelle kürzer als die kurze CP-Länge ist, bewegt sich der Prozess zu Schritt 26, wo die CP-Länge in der gegebenen Zelle gleich der kurzen CP-Länge gesetzt wird. In Schritt 27 verbreitet der AP für die gegebene Zelle die ausgewählte CP-Länge in dem DSCH unter Nutzung der langen CP-Länge für die Rundsendung.
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3 und 4 veranschaulichen OFDM-Symbole für einen Abwärtsstreckenkanal in einer Zelle, die in Übereinstimmung mit der Ausführungsform von 2 angepasst wurden. Es wird in beiden Figuren angenommen, dass jedes OFDM-Symbol aus Q=4596 Abtastungen besteht, und die längste Verzögerungsausdehnung in beliebigen der Zellen kürzer oder gleich 1012 Abtastungen ist. Somit wird die CP-Länge für den DSCH auf 1012 Abtastungen in beiden Figuren gesetzt. In dem in 3 gezeigten Beispiel hat die Zelle eine Verzögerungsausdehnung, die länger als die kurze CP-Länge ist (d.h. länger als 500 Abtastungen). Deshalb wird die lange CP-Länge (d.h. 1012 Abtastungen) für den CP in dem Datenkanal genutzt.
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In dem in 4 gezeigten Beispiel hat die Zelle eine Verzögerungsausdehnung, die kürzer als die kurze CP-Länge ist (d.h. kürzer als 500 Abtastungen). Deshalb wird die kurze CP-Länge (d.h. 500 Abtastungen) für den CP in dem Datenkanal genutzt. Als eine Folge können zusätzliche Nutzdaten übertragen werden. Wie oben vermerkt, verwendet der DSCH stets eine CP-Länge, die gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung in einer beliebigen Zelle ist (d.h. 1012 Abtastungen) .
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In jenen Zellen, wo von der Verzögerungsausdehnung erwartet wird, länger als 500 Abtastungen zu sein, ist der nützliche Teil des DSCH eine Sequenz, A(i), einer Länge 7*512, von der Menge von Sequenzen {A(j): j=1, ..., J}. Gleichermaßen ist der nützliche Teil des Datenkanals von einer Länge 7*512. In Zellen, wo von der Verzögerungsausdehnung erwartet wird, kürzer als 500 Abtastungen zu sein, ist der nützliche Teil des DSCH eine Sequenz, B(i), auch von einer Länge 7*512, von der Menge von Sequenzen {B(j): j=1, ..., J}. In diesen Zellen ist der nützliche Teil des Datenkanals von einer Länge 8*512.
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Wie oben vermerkt, ist in 3 und 4 die Gesamtzahl von Abtastungen in jedem OFDM-Symbol in Q=4596 Abtastungen fixiert, ungeachtet der Länge des CP. Falls M1 verwendet wird, um 1012 Abtastungen zu bezeichnen, und M2 verwendet wird, um 500 Abtastungen zu bezeichnen, ist die Länge des nützlichen Teils jedes OFDM-Symbols Q-M1 oder Q-M2 Abtastungen. Um das OFDM-Symbol zu demodulieren, nimmt ein Empfänger typischerweise eine diskrete Fourier-Transformation (DFT) einer Größe an, die gleich der Länge des nützlichen Teils des OFDM-Symbols ist. Es ist wünschenswert, die Länge der DFT derart zu machen, dass die DFT effizient berechnet werden kann. In dem gezeigten beispielhaften Fall ist es wünschenswert sicherzustellen, dass eine (Q-M1)-Punkt-DFT und eine (Q-M2)-Punkt-DFT effizient berechnet werden können. Typischerweise kann eine DFT-Länge, die als ein Produkt von kleinen Primzahlen ausgedrückt werden kann, unter Verwendung von Gemischtradix-Techniken effizient berechnet werden. In 1 ist die Länge der DFTs in dem Datenkanal 7*512; deshalb können diese DFTs unter Verwendung von schnellen Fourier-Transformationen (FFTs) von Radix-2 und Radix-7 effizient berechnet werden. In 2 ist die Länge der DFTs in dem Datenkanal 8*512=4096; deshalb können diese DFTs unter Verwendung von FFTs von Radix-2 effizient berechnet werden.
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Der Einfachheit der Darstellung halber nutzt die in 2-4 gezeigte Ausführungsform nur zwei optionale CP-Längen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass feinere Granularität durch Definieren zusätzlicher CP-Längen zur Verwendung durch die APs in ihren jeweiligen Zellen erreicht werden kann. Z.B. können CP-Längen in jeden 100 Abtastungen definiert sein, sodass z.B. eine CP-Länge von 600 in einer Zelle mit einer Verzögerungsausdehnung größer als 500 und kleiner als 600 Abtastungen genutzt werden kann. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, kann alternativ jeder AP die CP-Länge in seiner Zelle auf eine beliebige Länge setzen, die gleich oder länger der gemessenen Verzögerungsausdehnung der Zelle ist.
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5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Systems der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform ist das System in einem Zugangspunkt (AP) 31 in einer gegebenen Zelle in einem OFDM-Zellularkommunikationsnetz implementiert. Das System kann auch in einem Netzsteuerknoten implementiert sein, der die zyklische Präfixlänge für jede Zelle bestimmt und den AP in jeder Zelle darüber informiert, welche zyklische Präfixlänge zu nutzen ist. Eine Verzögerungsausdehnungsmesseinheit 32 bestimmt die Zellenverzögerungsausdehnung 33 in der Zelle des AP. Die Zellenverzögerungsausdehnung wird zu einer CP-Längenbestimmungseinheit 34 gesendet. Die CP-Längenbestimmungseinheit empfängt auch von einem Netzsteuerknoten 35 einen Wert der längsten Verzögerungsausdehnung 36 in einer beliebigen Zelle in dem Netz. Die CP-Längenbestimmungseinheit bestimmt eine Zellen-CP-Länge 37 für die Zelle des AP und stellt die Zellen-CP-Länge einer Rundsendungseinheit 38 bereit. Die Rundsendungseinheit verbreitet die Zellen-CP-Länge über den DSCH 39 zu einem UT 40. Der DSCH nutzt einen CP mit einer Länge, die gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung ist, um sicherzustellen, dass alle UTs die Rundsendung empfangen können.
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Die CP-Längenbestimmungseinheit 34 setzt die Zellen-CP-Länge 37 auf einen Wert, der gleich oder länger der längsten Verzögerungsausdehnung 36 ist, falls die Zellenverzögerungsausdehnung 33 gleich der längsten Verzögerungsausdehnung ist. Falls jedoch die Zellenverzögerungsausdehnung 33 kürzer als die längste Verzögerungsausdehnung 36 ist, setzt die Bestimmungseinheit die Zellen-CP-Länge auf einen Wert, der gleich oder länger der gegebenen Verzögerungsausdehnung und kürzer als die längste Verzögerungsausdehnung ist.
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Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den begleitenden Zeichnungen dargestellt und in der vorangehenden detaillierten Beschreibung beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern zu zahlreichen Neuanordnungen, Modifikationen und Ersetzungen ohne Abweichung von dem Bereich der Erfindung fähig ist. Die Spezifikation betrachtet alle beliebigen Modifikationen, die in den Bereich der Erfindung fallen, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird.
