DE19702869C2 - Adaptive Entzerrung für ein Funktelefonsystem mit Frequenzspringen - Google Patents
Adaptive Entzerrung für ein Funktelefonsystem mit FrequenzspringenInfo
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- H04L25/00—Baseband systems
- H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
- H04L25/06—Dc level restoring means; Bias distortion correction ; Decision circuits providing symbol by symbol detection
- H04L25/068—Dc level restoring means; Bias distortion correction ; Decision circuits providing symbol by symbol detection by sampling faster than the nominal bit rate
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Entzerrung
von blockweise empfangenen Datenbits.
Zwischen den Teilnehmern eines Funktelefonsystems können di
gitale Daten ausgetauscht werden. Das Funktelefonsystem kann
auch gemäß dem GSM-Standard (Funkübertragungssystem gemäß den
Empfehlungen des CEPT-Unterausschusses Group Special Mobile
oder Global System for Mobile Communication, GSM) oder gemäß
dem DECT-Standard (Digital European Cordless Telecommunicati
on, DECT) ausgebildet sein.
Die ausgetauschten digitalen Daten können digitalisierte
Sprachsignale, Daten zur Fax-Kommunikation oder ganz allge
mein Daten für stationäre oder mobile Datenverarbeitungs
systeme, wie Personal Computer oder Notebooks, sein.
Bei dem GSM-Mobilfunksystem wird das Vielfachzugriffsverfah
ren TDMA (Time Division Multiple Access) benutzt, wobei die
Mobilfunkteilnehmer durch unterschiedliche Zeitschlitze eines
Zeitmultiplexsystems unterschieden werden. Das GSM-Mobil
funksystem ist für den 900 MHz-Bereich (GSM 900) und für den
1800 MHz-Bereich (DCS 1800) standardisiert. Im GSM 900 senden
die Mobilfunkgeräte und empfangen die Basisstationen in einem
Frequenzband von 890 bis 915 MHz. In dem Frequenzband von 935
bis 960 MHz senden die Basisstationen und empfangen die Mo
bilfunkgeräte. Bei DCS 1800 werden die Frequenzbänder von
1710 bis 1785 MHz und von 1805 bis 1880 MHz benutzt.
Zur Verbesserung der Datenübertragung im GSM-Mobilfunksystem
werden die Verschachtelung der Information und das Niederfre
quenzspringen verwendet. Mit dem Ausdruck "Niderfrequenzspringen"
wird ein Frequenzspringen in einem vergleichs
weise engen Frequenzbereich bezeichnet. Beim Frequenzspringen wird die ko
dierte Information in sequentiellen Datenblöcken auf einer
Vielzahl von Funkkanälen übertragen.
Für die Zuweisung der Frequenzwerte für die Sprungfrequenzen
gibt es im allgemeinen zwei Sprungfrequenz-
Zuweisungsstrategien. Beim sogenannten zufälligen Springen
hat jeder Teilnehmer im Mobilfunksystem seine eigene Fregenz
sequenz, nach der in einer vorgegebenen Reihenfolge die Fre
quenzwerte gewechselt werden. Beim sogenannten orthogonalen
Springen, welches im GSM-Mobilfunksystem verwendet wird, wer
den die Frequenzsequenzen für die von einer gegebenen Zelle
bedienten mobilen Station deterministisch ausgewählt.
Beim Frequenzspringen werden die Datenblöcke mit einer jewei
ligen Zeitdauer von ca 5 µs nacheinander auf einer anderen
Frequenz übertragen. Das heißt, nach jeweils 5 µs wird von
der Sende- und der Empfangsstation ein anderer Frequenzwert
gewählt. Da sich im GSM-Mobilfunksystem die Frequenzwerte der
aufeinanderfolgenden Signalblöcke nur wenig unterscheiden
sind die Empfangsbedingungen für jeden Block zumindest annä
hernd gleich.
Beim militärischen Funktelefonsystem SCRA (Single Channel Ra
dio Access) wird zur Datenübertragung ebenfalls ein Frequenz
sprungverfahren eingesetzt. Dabei wird eine bestimmte Anzahl
der zu übertragenden Informationen, das heißt ein Datenblock,
auf einer Frequenz übertragen. Nach jedem übertragenen Block
wird auf eine andere Frequenz gewechselt. Der genutzte Fre
quenzbereich umfaßt dabei den oberen VHF- und den unteren
UHF-Bereich von ca. 170 bis über 300 MHz. Auf Grund dieses
vergleichsweise großen Frequenzbereiches, aus dem die Fre
quenzwerte für das Frequenzspringen ausgewählt werden, sind
die Empfangsbedingungen für jeden Block anders. Während des
Empfangs eines Blockes kann davon ausgegangen werden, daß die
Empfangsbedingungen annähernd konstant bleiben.
Die sich ändernden Empfangsbedingungen führen zu Fehlern in
den empfangenen Daten. Hauptursache dafür sind Verzerrungen,
die durch Überlagerung einzelner Signalkomponenten über Mehr
wegeausbreitungen entstehen. Die Mehrwegeausbreitungen führen
ebenfalls zum frequenzselektiven Schwund (Raleigh Fading).
Bei grundsätzlich kleinen Empfangsfeldstärken tritt zunehmend
Rauschen als Fehlerursache auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
adaptiven Entzerrung der in einem Funktelefonsystem empfange
nen Daten anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan
spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sowohl das Rauschen
unterdrückt als auch der verzerrten Datenstrom entzerrt. Das
erfindungsgemäße Verfahren ist eine Optimierung zwischen
Rauschunterdrückung und verbleibender Verzerrungen der Daten.
Das erfindungsgemäße Verfahren paßt sich automatisch an die
im Funktelefonbetrieb stark wechselnden Empfangsbedingungen
an. Hierdurch können noch stark gestörte Empfangsdaten opti
mal rekonstruiert werden, was eine Reduzierung der Restfeh
lerrate bewirkt.
Die automatische Anpassung an die Empfangseigenschaften eines
einzelnen Datenblocks bewirkt durch eine Optimierung der Re
generation der Daten eine Reduzierung der Fehler in den emp
fangenen Daten.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Meßwert für
die Empfangsqualität bestimmt. Dieser ermöglicht eine verbes
serte Datenregeneration im Funktelefonsystem und ermöglicht
ferner die Bestimmung der Übertragungsqualität einer Verbin
dung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein für blockweise,
drahtlos oder auch drahtgebunden empfangene Daten anwendbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spieles beschrieben.
Jeder Datenblock, der unter Verwendung des Fequenzsprungver
fahrens übertragen wurde, weist beispielsweise 240 Bits auf,
wovon ca. 180 Nutzbits die eigentliche Information darstel
len. Der Empfang der drahtlos im Funktelefonsystem übertrage
nen Datensignale und die Rückgewinnung der Daten sind für die
Erfindung von untergeordneter Bedeutung und wird im folgen
den nicht näher beschrieben.
Die empfangenen Datenbits werden zur Ausführung der Erfindung
mehrfach, beispielsweise achtfach überabgetastet, das heißt
für jedes gesendete beziehungsweise empfangene Bit werden
empfangsseitig acht Abtastwerte sn aufgenommen. Die Ab
tastwerte sn haben die binären Werte 0 oder 1. Für ein ideal
übertragenes Datenbit sind alle acht Abtastwerte sn gleich,
und haben den gleichen Wert wie das gesendete Bit.
Bei auftretendem Rauschen haben einzelne der Abtastwerte sn
einen anderen binären Wert als das gesendete Bit. Die in ih
ren Werten verfälschten Bits treten statistisch verteilt auf.
Bei Verzerrungen werden die Abtastwerte sn in der Nähe der
Übergangsstellen der Datenbits von einem binären Wert zum an
deren von diesem Flankenwechsel im Datenstrom beeinflußt, das
heißt die Augenöffnung wird geringer. Bei Verzerrungen treten
daher die verfälschten Abtastwerte vorzugsweise in der Nähe
dieser Flankenwechsel auf.
Für eine optimale Datenregeneration sollten nur die Ab
tastwerte sn zur Rekonstruktion eines Datenbits verwendet
werden, welche nicht von den vorherigen und nachfolgenden Da
ten beeinflußt worden sind.
Für eine optimale Rauschunterdrückung sollen möglichst viele
Abtastwerte sn zur Rekonstruktion des Datenbits beitragen.
Ein einzelner gestörter Abtastwert sn stört das Ergebnis der
Rekonstruktion dann nicht.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde. Durch
eine statistische Auswertung aller aufgezeichneten Abtastwer
te sn eines Blockes werden Störungen möglichst vollständig
unterdrückt. Zur adaptiven Entzerrung wird erfindungsgemäß
pro Block die optimale Anzahl und Gewichtung der Abtastwerte
sn ermittelt um den Wert eines empfangenen Datenbits zu be
stimmen. Hierzu werden folgende Verfahrensschritte angewen
det.
Die Übergänge von einem Binärwert zum anderen, das heißt die
Flankenwechsel oder die Schrittumschaltungen, werden im emp
fangenen Datenstrom ermittelt. Die jeweils aufeinanderfolgen
den Abtastwerte sn-1 und sn werden hierzu in einem Empfangsbe
reich mit I Abtastwerten sn miteinander verglichen, bei
spielsweise durch eine Exklusiv-Oder-Verknüpfung. Die Ver
knüpfungen vi werden wie folgt bestimmt:
vi = si-1 xor si für 0 ≦ i < I
Der ausgewertete Empfangsbereich wird beispielsweise so breit
gewählt, daß alle Empfangsdatenbits immer vorliegen. Der Emp
fangsbereich enthält beispielsweise einen ganzen Datenblock
mit 200 Bits.
In einem weiteren Schritt soll die Phasenlage der Abtastwerte
sn zu den Empfangsdaten ermittelt werden. Einem einzigen Da
tenbit auf der Sendeseite können bei der gewählten Acht
fachabtastung acht Abtastwerte sn auf der Empfangsseite zuge
ordnet werden. Die Verknüpfungen vn werden zu acht Summen Sn
aufsummiert, wobei jeweils mit dem nachfolgenden Abtastwert
sn begonnen und jede achte Verknüpfung vn aufsummiert wird.
Anhand der Werte der Summen Sn kann auf die Phasenlage der
Abtastwerte sn zu den Empfangsdaten, auf den Grad der Verzer
rung, sowie auf ein Maß für das Rauschen geschlossen werden.
Bei idealen Empfangsdaten ist der Wert der Summe Sn für genau
einen Wert von n von Null verschieden. Da für jedes gesendete
Bit in diesem Fall acht gleiche Abtastwerte sn aufgenommen
werden, sind nur die Werte der Verknüpfungen vn an den Bit
kanten, das heißt an den Flankenwechseln im Datenstrom, von
dem Wert Null verschieden. Alle anderen Verknüpfungen vn er
geben den Wert Null. Die vom Wert Null verschiedenen Verknüp
fungen vn haben als Abstand immer ein Vielfaches von acht.
Der Abstand ist im Einzelfall davon abhängig, ob das Datenbit
seinen binären Wert wechselt oder nicht. Dadurch werden die
vom Wert Null verschiedenen Verknüpfungen vn immer zu einem
Summenwert Sn auf summiert. Die Summenbildung dient sozusagen
zur Auswertung der Gesamtstatistik der Datenbits in jedem der
Datenblöcke.
Bei Rauschen, das heißt bei verrauschten Datenbits, werden
näherungsweise in allen Summen Sn vom Wert Null verschiedene
Verknüpfungen vn aufsummiert. Diese verteilen sich aber annä
hernd gleichmäßig auf alle Summen Sn.
Bei Verzerrungen im Datenstrom ist nicht ein einzelner Wert
der Summen Sn von Null verschieden, sondern mehrere aufeinan
derfolgende Werte. Dies ist bedingt durch eine Verkleinerung
des Auges im Augendiagramm.
Zum Auswerten der Verteilung der aus den Verknüpfungen vn ge
bildeten Summen Sn werden diese Summen Sn zunächst geglättet.
Hierzu werden beispielsweise acht Glättungswerte gn errech
net. Es hat sich bei den, dem Ausführungsbeispiel zugrunde
liegenden Werten als vorteilhaft herausgestellt, zur Bildung
eines Glättungswertes gn jeweils vier aufeinanderfolgende
Summen Sn zu verwenden. Als ebenfalls vorteilhaft erwiesen
sich Gewichtungsfaktoren mit dem Wert vier für die beiden
mittleren Summen SM(n-1) und SM(n) und mit dem Wert eins für die
beiden äusseren Summen SM(n-2) und SM(n+1).
Bei einem anderen Wert für die Mehrfachabtastung oder für die
Anzahl der Bits im Datenblock, können die Anzahl und die Ge
wichtung der für die Bildung der Glättungswerte gn herangezo
genen Summen Sn entsprechend angepaßte Werte annehmen.
Jeder der acht Glättungswerte gn ist jeweils dem einen Ab
tastwert sn zugeordnet. Die acht Glättungswerte gn sind damit
den acht Abtastwerten sn eines Datenbits zugeordnet.
Die Phase ϕ der Empfangsdatenbits zu den Abtastwerten sn wird
als nächstes bestimmt. Hierzu wird der größte gϕ der Glät
tungswerte gn bestimmt. Durch den größten Glättungswert gϕ ist
die Lage der möglichen Flankenwechsel beziehungsweise Schrit
tumschläge oder Binärwertwechsel innerhalb des Datenblockes
bestimmt.
Die Glättungswerte gn sind ein Maß dafür, wie oft sich die
Abtastwerte sn von den vorherigen und den nachfolgenden Ab
tastwerten sn-1 und sn+1 unterscheiden. Abtastwerte sn, deren
zugehöriger Glättungswert gn groß ist, werden nicht zur Re
konstruktion der Empfangsdaten verwendet. Zur Rekonstruktion
der Empfangsdaten werden nur die Abtastwerte sn verwendet,
deren zugehörige Glättungswerte gn kleiner sind als ein mitt
lerer Glättungswert g. Der mittlere Glättungswert g wird
beispielsweise wie folgt berechnet:
Abtastwerte sn mit vergleichsweise kleinem Glättungswert gn
werden bei der Rekonstruktion der Empfangsdaten stärker ge
wichtet, als die Abtastwerte sn mit einem vergleichsweise
großen Glättungswert gn. Die Gewichte wn hierzu werden bei
spielsweise wie folgt berechnet:
Die Gewichte wn werden beispielsweise derart normiert, so daß
die Summe über alle normierten Gewichte ω'n den Wert 8 er
gibt.
Aus den Abtastwerten sn werden Empfangsdaten dm unter Verwen
dung dieser normierten Gewichte ω'n wie folgt rekonstruiert:
Die Werte der rekonstruierten Daten dm liegen nach der Run
dung auf ganze Zahlen in einem Wertebereich von Null bis Sie
ben. Der Wert Null eines Datenbits dm entspricht dabei einem
gut empfangenen Bit mit dem binären Wert Null, der Wert Sie
ben eines Datenbits dm entspricht einem gut empfangenen Bit
mit dem binären Wert Eins. Die feinen Abstufungen bei dem
Wert der rekonstruierten Daten dm können als Zusatzinfor
mation bei der weiteren Fehlererkennung und -korrektur ver
wendet werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Maß q für die
Qualität der rekonstruierten Daten errechnet. Hierzu werden
die Glättungswerte gi mit den normierten Gewichten ω'i multi
pliziert und aufsummiert. Das Maß q wird wie folgt berechnet:
Je besser die Qualität der empfangen Datenbits ist, desto
kleiner ist der Wert des Maßes q.
Claims (6)
1. Verfahren zur adaptiven Entzerrung von blockweise empfan
genen Datenbits, bei dem folgende Verfahrensschritte ausge
führt werden:
- 1. durch r-fache Überabtastung werden aus den binären Datenbits binäre Abtastwerte (sn) gewonnen,
- 2. aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten (sn-1, sn) wird eine Verknüpfung (vn) gebildet, durch die die Binär wertwechsel im Datenstrom der Datenbits erkennbar sind,
- 3. aus den Verknüpfungen (vn) werden r Summen (Sn) gebildet, wobei bei jeder Summe (Sn) jeweils fortlaufend mit einer der ersten r Verknüpfungen (vn) begonnen und jede r-te Verknüp fung (vn+r) aufsummiert wird,
- 4. aus den Summen (Sn) werden jeweils unter Heranziehung minde stens einer benachbarten Summe (Sn-1, Sn+1) Glättungswerte (gn) gebildet,
- 5. die Phasenlage der Abtastwerte (sn) zu den Binärwertwechseln im Datenstrom der Datenbits ist durch den maximalen Glät tungswerte (gϕ) gegeben, und die r Glättungswerte (gn) sind jeweils den r Abtastwerten (sn) innerhalb der einem Datenbit entsprechenden Zeitdauer zugeordnet,
- 6. aus den Abtastwerten (sn) werden Empfangsdaten (dm) rekon struiert, wobei die Abtastwerte (sn) mit Gewichten (wn) ver sehen aufsummiert werden, und die Werte der Gewichte (wn) abnehmen mit steigendem Wert der zugehörigen Glättungswerte (gn).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem achtfach (r = 8)überabgetastet wird, und
bei dem zur Bildung der Glättungswerte (gn) jeweils vier auf einanderfolgende Summen (Smn-2, Smn-1, SMn, Smn+1) verwendet wer den, wobei die beiden mittleren Summen (Smn-1, SMn) mit dem Wert Vier und die beiden äusseren Summen (Smn-2, Smn+1) mit dem Wert Eins gewichtet werden.
bei dem achtfach (r = 8)überabgetastet wird, und
bei dem zur Bildung der Glättungswerte (gn) jeweils vier auf einanderfolgende Summen (Smn-2, Smn-1, SMn, Smn+1) verwendet wer den, wobei die beiden mittleren Summen (Smn-1, SMn) mit dem Wert Vier und die beiden äusseren Summen (Smn-2, Smn+1) mit dem Wert Eins gewichtet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem nur solche Gewichte (wn) einen von Null verschiedenen
Wert aufweisen, deren Wert einen Schwellwert unterschreitet.
4. Verfahren nach Anspruch 3
bei dem der Schwellwert durch einen mittleren Glättungswert
(g) bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
bei dem die Gewichte (wn) derart normiert werden, so daß die
Summe über alle normierten Gewichte (ω'n), bezogen auf ein
Datenbit, einen vorbestimmten Wert ergibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
bei dem zur Bestimmung eines Maßes (q) für die Qualität der
rekonstruierten Empfangsdaten (dm) die Glättungswerte (gi)
mit den normierten Gewichten (ω'i ) multipliziert und aufsum
miert werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997102869 DE19702869C2 (de) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | Adaptive Entzerrung für ein Funktelefonsystem mit Frequenzspringen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997102869 DE19702869C2 (de) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | Adaptive Entzerrung für ein Funktelefonsystem mit Frequenzspringen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19702869A1 DE19702869A1 (de) | 1998-07-30 |
DE19702869C2 true DE19702869C2 (de) | 1999-09-23 |
Family
ID=7818475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997102869 Expired - Fee Related DE19702869C2 (de) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | Adaptive Entzerrung für ein Funktelefonsystem mit Frequenzspringen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19702869C2 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4134206C1 (de) * | 1991-10-16 | 1992-12-10 | Ant Nachrichtentechnik Gmbh, 7150 Backnang, De |
-
1997
- 1997-01-27 DE DE1997102869 patent/DE19702869C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4134206C1 (de) * | 1991-10-16 | 1992-12-10 | Ant Nachrichtentechnik Gmbh, 7150 Backnang, De |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19702869A1 (de) | 1998-07-30 |
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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