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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchführen einer
Leistungssteuerung eines Netzwerkteilsenders in einem Funksystem
sowie ein das Verfahren benutzendes Netzwerkteil in dem Funksystem.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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CDMA(code-geteilter
Mehrfachzugriff bzw. Code Division Multiple Access)-Funksysteme verwenden zwei
Arten von Leistungssteuerungen, nämlich Uplink-Leistungssteuerung
und Downlink-Leistungssteuerung. Die Uplink-Leistungssteuerung löst den sogenannten
Nah-Fern-Effekt, das heißt,
eine Situation, in der die Übertragung
einer Teilnehmerausstattung fern von der Basisstation gegenüber der Übertragung
einer Teilnehmerausstattung nahe der Basisstation schwächer wird,
wenn keine Leistungssteuerung benutzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Downlink-Leistungssteuerung,
bei der eine Leistungssteuerung erforderlich ist, um Mehrbenutzer-Interferenzen
oder Interferenzen anderer Zellen zu reduzieren, und um Interferenzen
durch andere Zellen zu kompensieren.
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Zum
Beispiel benutzt das IS-95-Funksystem eine langsame Leistungssteuerung.
Das System ist hauptsächlich
für Sprachübertragung
gedacht. Die Basisstation reduziert periodisch die angewandte Leistungssteuerung.
Eine Teilnehmerausstattung misst ein Rahmenfehlerverhältnis, und
wenn das Rahmenfehlerverhältnis
eine vorbestimmte Grenze, von zum Beispiel von 1%, überschreitet,
fordert die Teilnehmerausstattung mehr Sendeleistung von der Basisstation
an. Die Leistungssteuerung wird in Intervallen von etwa 15 bis 20
Millisekunden (mit einer Frequenz von 50 bis 67 Hz) ausgeführt und
der dynamische Leistungssteuerungsbereich beträgt ± 6 dB.
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Neuere
CDMA-Systeme wie das cdma2000-System oder das WCDMA-System benutzen
auch eine schnelle Leistungssteuerung; die Leistungssteuerung kann
für jeden
Schlitz des Rahmens individuell durchgeführt werden und der dynamische
Leistungssteuerungsbereich ist verhältnismäßig groß. Die Frequenz der schnellen
Leistungssteuerung liegt zum Beispiel bei 800 Hz oder 1600 Hz.
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In
neueren Mobilsystemen werden Daten zusätzlich zur Sprache übertragen,
jedoch ist die Leistungssteuerung in keiner Weise gemäß den Anforderungen
der zu übertragenen
Dienste optimiert, die an die Leistungssteuerung gestellt werden.
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Ein
Konferenzbeitrag „Wideband
CDMA packet data with hybrid ARQ" von
Mika Raitola et al in IEEE Proceedings, 5th Int. Symp. on Spread
Spectrum Techniques and Applications 1998, Seiten 318 bis 322, beschreibt
Leistungssteuerung.
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Dokument
WO 98/58461 beschreibt ein Verfahren zum Steuern von Leistungspegeln
mehrerer physikalischer Kanäle
auf der Basis derselben schnellen Regelschleife, sodass die Sendeleistungen
der physikalischen Kanäle
gleichzeitig erhöht
oder erniedrigt werden. Die Sendeleistung des physikalischen Steuerkanals, PCCH,
wird als Referenz benutzt, während
die Sendeleistung der physikalischen fest zugeordneten Kanäle als ein
Offset zur übertragenen
PCCH-Sendeleistung definiert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung soll ein verbessertes Verfahren zum Durchführen einer
Leistungssteuerung eines Netzwerkteilsenders in einem Funksystem
sowie ein das Verfahren benutzendes Netzwerkteil in dem Funksystem
schaffen. Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Durchführen einer
Leistungssteuerung eines Netzwerkteilsenders in einem Funksystem
nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Netzwerkteilsender in einem Funksystem nach
Anspruch 8 vorgeschlagen.
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Die
Idee der Erfindung besteht darin, dass nach Studien des Anmelders
ein optimales Leistungssteuerungsverfahren für jeden zu übertragenden Dienst existiert.
Die zu übertragenden
Dienste unterscheiden sich voneinander aufgrund ihrer Verzögerungsbedingungen.
Es wird entsprechend der Verzögerungsbedingung entschieden,
wie oft die Leistungssteuerung tatsächlich durchgeführt wird.
Die Frequenz der Leistungssteuerung hängt deshalb nicht notwendigerweise
von der Frequenz der zu empfangenen Leistungssteuerungsbefehle ab.
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Das
Verfahren und das System der Erfindung schaffen zumindest einen
solchen Vorteil, dass sich die Downlink-Kapazität vom Netzwerkteil zur Teilnehmerausstattung
erhöht,
da sich ihr mittleres Signal/Interferenz-Verhältnis verbessert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen im Detail erläutert.
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1A und 1B zeigen
ein Beispiel eines Systems gemäß der Erfindung,
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2 zeigt
den Betrieb eines Senders und einer Teilnehmerausstattung nach der
Erfindung,
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3A zeigt
ein Flussdiagramm zum Basisverfahren der Erfindung,
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3B und 3C zeigen
Flussdiagramme, die das Basisverfahren der Erfindung nach 3A durch
bevorzugte Ausführungen
ergänzen,
und
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4 zeigt
ein Beispiel der Struktur eines für die Funkverbindung benutzten
Rahmens.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung kann in allen Funksystemen benutzt werden, in denen Downlink-Leistungssteuerung
erforderlich ist und in denen verschiedene Dienste über eine
Funkverbindung übertragen
werden. Ein Übertragungskanal
kann zum Beispiel durch ein zeit-geteiltes, frequenz-geteiltes oder
code-geteiltes Mehrfachzugriffs verfahren gebildet werden. Die Erfindung
umfasst auch Systeme, die Kombinationen verschiedener Mehrfachzugriffsverfahren
enthalten. Die Beispiele beschreiben, wie die Erfindung in einem
universellem mobilen Telekommunikationssystem (bzw. Universal Mobile
Telecommuniations System, UMTS) mit einen WCDMA(breitbandiger code-geteilter
Mehrfachzugriff bzw. Wideband Code Division Multiple Access)-Verfahren
benutzt wird, ohne dass die Erfindung hierauf jedoch beschränkt wird.
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Die
Struktur eines UMTS wird nachfolgend unter Bezug auf die 1A und 1B beschrieben. 1B zeigt
nur die Blöcke,
die zur Erläuterung
der Erfindung erforderlich sind, dem Fachmann ist jedoch klar, dass
ein herkömmliches
Mobilsystem auch andere Funktionen und Strukturen enthält, die
hier nicht weiter im Detail beschrieben werden müssen. Die Hauptkomponenten
eines Mobilsystems sind ein Kernnetzwerk CN, ein landgestütztes UMTS-Funkzugriffsnetzwerk
UTRAN und eine Teilnehmerausstattung UE. Die Schnittstelle zwischen
dem CN und dem UTRAN ist mit Iu und die Schnittstelle zwischen dem
UTRAN und dem UE als Uu bezeichnet.
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Das
UTRAN besteht aus Funknetzwerk-Subsystemen RNS. Die Schnittstelle
zwischen den RNSs wird mit Iur bezeichnet. Ein RNS enthält eine
Funknetzwerkssteuerung RNC und einen oder mehrere Knoten B. Die Schnittstelle
zwischen einer RNC und einem Knoten B wird mit Iub bezeichnet. Der
Abdeckungsbereich des Knotens B, das heißt eine Zelle, ist in 1B mit
C bezeichnet.
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Die
Darstellung in 1A ist extrem abstrakt, und
wird deshalb in 1B weiter verdeutlicht, indem gezeigt
wird, welche Teile des GSM-Systems und des UMTS einander etwa entsprechen.
Es wird bemerkt, dass das hierin beschriebene Mapping nicht einschränkend, sondern
nur als Vorschlag gemeint ist, da die Zuständigkeiten und Funktionen verschiedener
Teile des UMTS sich immer noch in der Entwicklung befinden.
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1B zeigt
eine Paketübertragung über das
Internet 102 von einem an einem Mobilsystem angeschlossenen
Computer 100 zu einem portablen Computer, der mit einer
Teilnehmerausstattung UE verbunden ist. Die UE kann zum Beispiel
ein fest montiertes, ein in einem Fahrzeug montiertes oder ein in
der Hand gehalte nes portables Terminal sein. Die Funknetzwerk-Infrastruktur
UTRAN enthält
Funknetzwerk-Subsysteme RNS oder Basisstationssysteme. Ein RNS enthält eine
Funknetzwerkssteuerung RNC oder eine Basisstationssteuerung sowie
mindestens einen Knoten B oder eine Basisstation, die durch die
RNC gesteuert werden.
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Die
Basisstation B enthält
einen Multiplexer 114, Sende-Empfangseinheiten bzw. Transceiver 116 und eine
Steuereinheit 118, die den Betrieb der Transceiver 116 und
den Multiplexer 114 steuert. Der Multiplexer 114 setzt
von den verschiedenen Transceivern 116 benutzte Verkehrs-
und Steuerkanäle
auf die Übertragungsverbindung
Iub auf.
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Die
Transceiver 116 der Basisstation B sind mit einer Antenneneinheit 120 verbunden,
die eine bidirektionale Funkverbindung Uu zu der Teilnehmerausstattung
UE herstellt. Die Struktur der über
die bidirektionale Funkverbindung Uu übertragenen Rahmen wird genau
spezifiziert.
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Die
Basisstationssteuerung RNC enthält
ein Gruppenvermittlungsfeld 110 und eine Steuereinheit 112. Das
Gruppenvermittlungsfeld 110 wird dazu benutzt, Sprache
und Daten zu vermitteln und Signalisierungsleitungen zu kombinieren.
Das aus der Basisstation B und der Basisstationssteuerung RNC gebildete
Basisstationssystem enthält
auch einen Transcoder 108. Die Arbeitsteilung zwischen
der Basisstationssteuerung RNC und der Basisstation B sowie die
physikalische Struktur der Elemente kann in verschiedenen Ausführungen variieren.
Typischerweise steuert die Basisstation B, wie vorstehend beschrieben,
den Aufbau der Funkverbindung. Die Basisstationssteuerung RNC steuert
typischerweise die folgenden Maßnahmen:
Funkressourcenverwaltung, Steuerung der Übergabe zwischen den Funkzellen,
Leistungssteuerung, Zeitgabe und Synchronisierung, Ausrufen bzw.
Paging von Teilnehmerausstattungen.
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Der
Transcoder 108 ist üblicherweise
so nah wie möglich
an einer Mobildienstvermittlungszentrale 106 angeordnet,
da Sprache in Form des Mobiltelefonsystems zwischen dem Transcoder 108 und
der Basisstationssteuerung RNC übertragen
werden kann und somit Übertragungskapazität gespart
wird. Der Transcoder 108 passt verschiedene Formen digitaler
Sprachcodierung, die zwischen einer öffentlichen Telefonvermittlungsstelle
und einem Mobiltelefonnetzwerk benutzt werden, aneinander an, zum
Beispiel wird die Festnetzform von 64 kbit/s in eine andere Form
(zum Beispiel 13 kbit/s) des zellularen Funknetzwerkes umgewandelt und
umgekehrt. Die dafür
notwendige Ausrüstung
wird nicht im Detail beschrieben. Es wird jedoch bemerkt, dass Sprache
die einzige Datenart ist, die in dem Transcoder 122 umgewandelt
wird. Die Steuereinheit 112 führt Rufsteuerung, Mobilitätsmanagement,
Sammlung von statistischen Daten und die Signalisierung aus.
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Das
Kernnetzwerk CN besteht aus der Infrastruktur des Mobiltelefonsystems
außerhalb
des UTRAN. 1B zeigt die Einheiten des Kernnetzwerkes
CN, wie die Mobildienstvermittlungszentrale 106 und eine Gateway-Mobildienstvermittlungszentrale 104,
die für
die Verbindungen von dem Mobiltelefonsystem zur Außenwelt
zuständig
ist, in diesem Fall zum Internet 102.
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Ein
Beispiel einer Rahmenstruktur, die auf einem physikalischen Kanal
benutzt werden kann, wird unter Bezug auf 4 beschrieben.
Rahmen 440A, 440B, 440C, 440D sind
durchgehend von 1 bis 72 nummeriert und bilden einen 720-Millisekunden-Superrahmen.
Die Länge
eines Rahmens beträgt
10 Millisekunden. Der Rahmen 440C ist in 16 Schlitze 430A, 430B, 430C, 430D eingeteilt.
Die Länge
eines Schlitzes beträgt 0,625
Millisekunden. Ein Schlitz 430C entspricht typischerweise
einer Leistungssteuerperiode, während
der die Leistung eingestellt wird, zum Beispiel um 1 dB aufwärts oder
abwärts.
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Die
physikalischen Kanäle
sind in verschiedene Typen eingeteilt, einschließlich gemeinsamer physikalischer
Kanäle
und fest zugeordneter physikalischer Kanäle.
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Die
folgenden Transportkanäle
sind auf den gemeinsamen physikalischen Kanälen angeordnet: PCH (Paging
Channel = Rufkanal), BCH (Broadcast Channel bzw. Rundspruchkanal),
RACH (Random Access Channel bzw. Direktzugriffskanal) und FACH (Forward
Access Channel bzw. Vorwärtszugriffskanal).
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Fest
zugeordnete physikalische Kanäle
enthalten fest zugeordnete physikalische Datenkanäle (DPDCH) 410 und
fest zugeordnete physikalische Steuerkanäle (DPCCH) 412. Die
DPDCHs 410 werden benutzt, um die in der Ebene zwei der
OSI (Open Systems Interconnection bzw. offenen Systemzwischenverbindung)
und die in den darüberliegenden
Ebenen, das heißt
fest zugeordneten Steuerkanälen,
erzeugten Daten 406 zu transportieren. Die DPCCHs 412 transportieren
Steuerinformation, die in der Ebene eins der OSI erzeugt wird. Die
Steuerinformation enthält:
in der Kanalschätzung
benutzte Pilotbits 400, Feedback-Information (FBI) 408, Sendeleistungssteuerbefehle
(TPC) 402 und optional eine Transportformatkombinationsanzeige (TFCI) 404.
Die Transportformatkombinationsanzeige 404 informiert den
Empfänger über das
Transportformat verschiedener Transportkanäle oder die in dem Rahmen benutzte
Transportformatkombination.
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Wie 4 zeigt,
arbeiten die Downlink DPDCHs 410 und DPCCHs 412 im
Zeitmultiplex in demselben Schlitz 430C. In der Uplink-Richtung
werden die Kanäle
dagegen parallel übertragen,
das heißt,
in jedem Rahmen 440C im IQ/Code-Multiplex (I = in Phase,
Q = Quadratur).
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2 zeigt
einen Sender 200 nach der Erfindung und eine Teilnehmerausstattung
UE. Die Figur zeigt nur die Grundfunktionen des Funksenders 200.
Verschiedene Dienste, die in einem physikalischen Kanal untergebracht
werden, enthalten Sprache, Daten, bewegte oder stehende Videobilder
sowie Systemsteuerkanäle,
die in einem Steuerteil 208 des Funksenders verarbeitet
werden. Die Figur zeigt nur die Datenverarbeitung. Verschiedene
Dienste erfordern verschiedene Quellencodiermittel, zum Beispiel
erfordert Sprache einen Sprachcodec. Aus Gründen der Klarheit sind die
Quellencodiermittel in 2 nicht gezeigt.
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Pakete
vom Computer 100 kommen an dem Funknetzwerk-Subsystem RNS
an, siehe 1B, in dem in einem Kanalcodierer 202 eine
Kanalcodierung ausgeführt
wird. Die Kanalcodierung ist typischerweise eine Faltungscodierung
und deren verschiedene Abwandlungen, wie zum Beispiel Turbocodierung.
Die Kanalcodierung schließt
auch verschiedene Blockcodes ein, wie zyklische redundante Prüfung (CRC)
und den Reed-Solomon-Code.
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Verschachtelung
ist in 2 nicht gezeigt. Der Zweck einer Verschachtelung
besteht darin, die Fehlerkorrektur zu erleichtern. Beim Verschachteln
werden Signalbits in besonderer Weise miteinander vermischt, sodass
ein momentaner Schwund über
den Funkweg nicht notwendigerweise eine Identifizierung der übertragenen
Information unmöglich
macht.
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Das
Signal wird über
einen Spreizcode gespreizt und im Block 204 moduliert.
Die bei den Diensten zu übertragenden
Informationen werden mit dem Spreizcode multipliziert, wodurch die
verhältnismäßig schmalbandigen
Informationen in ein breites Frequenzband gespreizt werden. Jede
Verbindung Uu besitzt einen bestimmten Spreizcode, durch den der
Empfänger
die damit beabsichtigte Übertragung
identifiziert. Die Impulsform des erhaltenen Signals kann gefiltert
werden. Das Signal wird dann durch Multiplizieren mit einem Träger einem
Hochfrequenzträger
aufmoduliert. Das erhaltene Signal ist nun geeignet, unabhängig von
möglichen
Filterungen und Leistungsverstärkungen,
an den Funkweg Uu gesandt zu werden.
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Typischerweise
beträgt
die maximale Anzahl von zueinander orthogonalen benutzten Spreizcodes 256.
Wird zum Beispiel ein 4,096-Megachip-Träger im UMTS benutzt, entspricht
der Spreizfaktor 256 einer Übertragungsrate
von 32 kilobits/Sekunde. Dementsprechend wird die höchste praktische Übertragungsrate mit
dem Spreizfaktor 4 erreicht, und die Datenübertragungsrate beträgt dann
2048 kilobits/Sekunde. Die Übertragungsrate
auf dem Kanal variiert schrittweise zwischen 32, 64, 128, 256, 512,
1024 und 2048 kilobits/Sekunde, während der Spreizfaktor dementsprechend
zwischen 256, 128, 64, 32, 16, 8 und 4 variiert. Die durch den Benutzer
erreichte Übertragungsrate
hängt von
der benutzten Kanalcodierung ab. Unter Benutzung einer 1/3-Faltungscodierung
beträgt
die Datenübertragungsrate
des Benutzers etwa ein Drittel der tatsächlichen Datenübertragungsrate
des Kanals. Der Spreizfaktor kann die Länge des Spreizcodes angeben.
Der Spreizcode (1) entspricht zum Beispiel dem Spreizfaktor Eins.
Der Spreizfaktor Zwei hat zwei zueinander orthogonale Spreizcodes
(1,1) und (1,–1).
Darüber
hinaus hat der Spreizfaktor vier zueinander orthogonale Spreizcodes (1,1,1,1),
(1,1,–1,–1) unterhalb
der oberen Ebene des Spreizcodes (1,1) sowie Spreizcodes (1,–1,1,–1) und (1,–1,–1,1) unterhalb
der oberen Ebene des Spreizcodes (1,–1). Die Spreizcodes einer
bestimmten Ebene werden zueinander or thogonal erzeugt, wenn zum
Beispiel die Walsh-Hadamard-Code-Sets verwendet werden.
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Das
modulierte Signal wird dem Hochfrequenzteil 210 zugeleitet,
das einen Leistungsverstärker 212 enthält. Das
Hochfrequenzteil 210 kann auch Filter enthalten, die die
Bandbreite einschränken.
Ein analoges Funksignal 240 wird danach über die
Antenne 214 an den Funkweg Uu ausgesendet.
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Der
Funkempfänger 220 ist
typischerweise ein RAKE-Empfänger.
Ein analoges Hochfrequenzsignal 240 wird an einer Antenne 222 von
dem Funkkanal Uu empfangen. Das Signal 240 wird dem Hochfrequenzteil 224 zugeleitet,
das ein Filter aufweist, das Frequenzen außerhalb des gewünschten
Frequenzbandes blockiert. Das Signal wird danach in einem Demodulator 226 in
eine Zwischenfrequenz oder direkt in ein Basisband konvertiert,
in welcher Form das konvertierte Signal abgetastet und quantisiert
wird.
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Da
sich das Signal über
mehrere Wege ausgebreitet hat, werden die Mehrwegausbreitungs-Signalkomponenten
zweckmäßigenrweise
zu einem Block 226 kombiniert, der mehrere RAKE-Finger
nach dem Stand der Technik enthält.
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Ein
einsammelnder (rowing) RAKE-Finger sucht nach Verzögerungen
in jeder Mehrweg-Durchlaufsignalkomponente. Nach Feststellen der
Verzögerungen
wird jeder unterschiedliche RAKE-Finger zugeordnet, um eine bestimmte
Mehrwegausbreitungs-Signalkomponente zu empfangen. Beim Empfang
wird eine empfangene Signalkomponente durch den benutzten Spreizcode
korreliert, die durch eine im betreffenden Mehrpfad angeordnete
Verzögerung
verzögert
wurde. Die verschiedenen demodulierten und entspreizten Mehrwegausbreitungs-Signalkomponenten
desselben Signals werden miteinander kombiniert, um ein stärkeres Signal zu
erhalten.
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Das
Signal wird anschließend
einem Kanaldecoder 228 zugeführt, der die während der Übertragung benutzte
Kanalcodierung, zum Beispiel Blockcodierung und Faltungscodierung,
decodiert. Faltungscodierung wird vorzugsweise durch einen Viterbi-Decoder
decodiert. Die erhaltenen und ursprünglich ausgesandten Daten werden
einem Computer 12 zugeführt,
der mit der Teilnehmerausstattung UE zur weiteren Verarbeitung verbunden
ist.
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Der
Qualitätswert
des empfangenen Signals wird in einem Block 230 gemessen.
Die Messungen sind den Kanalbedingungen zugeordnet, wie Kanalparametern,
Signalempfangsleistung, Bitfehlerrate, SINR-Verhältnis (Signal/Störung + Rausch-Verhältnis),
SIR-Verhältnis
(Signal/Störung-Verhältnis),
C/I-Verhältnis
(Träger/Störung-Verhältnis),
oder werden nach beliebigen anderen Verfahren zum Messen der Kanalqualität ermittelt.
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Die
Downlink-Leistungssteuerung kann zum Beispiel derart ausgeführt werden,
dass ein durch das Netzwerk gegebener SIR-Nennwert für die Verbindung
festgelegt wird. Wenn die Teilnehmerausstattung UE feststellt, dass
der gegebene SIR-Nennwert nicht erreicht werden kann, informiert
die Teilnehmerausstattung UE einen Sender 232 hiervon durch Übertragung
eines Leistungssteuerbefehls an das Netzwerkteil RNS. Die Leistungssteuerbefehle
können
einen absoluten Leistungswert angeben, im allgemeinen geben sie
jedoch Proportionalwerte an, das heißt, die Leistungssteuerbefehle
geben zum Beispiel an, dass die Leistung durch einen bestimmten
Dezibel-Wert aufwärts
oder abwärts
verändert
werden soll.
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Der
Sender 232 der Teilnehmerausstattung UE sendet unter Benutzung
der Antenne 234 einen Leistungssteuerbefehl 250 an
das Netzwerkteil RNS. In dem Beispiel nach 4 ist der
Leistungssteuerbefehl in dem Sendeleistungssteuerbefehl 402 des
Rahmens enthalten oder wird durch den Uplink-DPCCH übertragen.
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Das
Netzwerkteil RNS enthält
einen Empfänger 216,
der einen Leistungssteuerbefehl 250 empfängt, der
durch die Teilnehmerausstattung UE unter Benutzung einer Antenne 218 ausgesandt
wurde. Der Leistungssteuerbefehl wird dann in den Entscheidungsmitteln 208 des
Netzwerkteils RNS verarbeitet, in denen die im Sender 2 benötigte Sendeleistung
spezifiziert ist. Der Leistungsverstärker 212 wird geregelt,
um das Signal an die Teilnehmerausstattung UE mit der erwünschten
Leistung auszusenden.
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Gemäß der Erfindung
benutzen die Entscheidungsmittel 208 auf einer Funkverbindung 240 die
Verzögerungsbedingungen
des zu übertragenen
Dienstes und mindestens einen empfangenen Leistungssteuerbefehl
als Basis für
die Leistungssteuerungsentscheidung.
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Die
durch den Anmelder durchgeführten
Simulationen zeigen, dass eine schnelle Downlink-Leistungssteuerung
beim Übertragen
von Echtzeit-Diensten, wie zum Beispiel Sprache, die Systemkapazität erhöht. Die durch
den Anmelder durchgeführten
Studien zeigen dementsprechend, dass es beim Übertragen von Nicht-Echtzeit-Diensten
für die
Systemkapazität
von Vorteil ist, langsame Downlink-Leistungssteuerung zu benutzen, da die
Kapazität
um bis zu 2,5 dB erhöht
werden kann. Die in Verbindung mit Nicht-Echtzeit-Diensten durchgeführten Studien
sind in einem Artikel „Wideband
CDMA Packet Radio With Hybrid ARQ" von Mika Raitola und Harri Holma in
der Publikation IEEE Fifth International Symposium on Spread Spectrum
Techniques & Application,
IEEE ISSSTA 1998 Proceedings, ISBN: 0-7803-4281-X veröffentlicht,
welcher Artikel hiermit durch Bezug eingeschlossen ist.
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Ein
Beispiel von Nicht-Echtzeit-Diensten ist paketvermittelte Datenübertragung,
bei der eine Verbindung zwischen Benutzern aufgebaut wird durch Übertragen
von Daten in Paketen, die zusätzlich
zu den eigentlichen Daten Adress- und Steuerinformationsdaten enthalten.
Paketübertragung
benutzt häufig
eine Grundform oder eine verbesserte Form eines ARQ-Protokolls.
Das ARQ-Protokoll (Automatic Repeat Request) bezieht sich auf eine
Prozedur, in der die Neuübertragung
der zu übertragenden
Daten durch Erhöhen von
deren Bitfehlerrate die Zuverlässigkeit
der zu übertragenden
Daten verbessert. Eine verbesserte Form des ARQ-Grundprotokolls
ist ein Hybrid-ARQ, das eine Kombination des ARQ und eines FEC (Forward
Error Correction) verwendet. Die FEC zeigt an, dass die zu übertragenden
Daten mit einem Code codiert werden, der Fehler korrigiert, das
heißt,
wenn die Angaben in 2 benutzt werden, bezieht sich
die FEC auf eine Kanalcodierung, die in einem Kanalcodierer 202 ausgeführt wird.
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Die
maximale Verzögerung
der Dienste wird kürzer,
wenn das ARQ-Protokoll zusammen mit der schnellen Leistungssteuerung
benutzt wird, als wenn das ARQ-Protokoll ohne schnelle Leistungssteuerung benutzt
wird. Ein Grund hierfür liegt
darin, dass wenn der Kanal Schwund hat, die schnelle Leistungssteuerung eine
schnelle Leistungserhöhung
ermöglicht.
Die Benutzung einer langsamen Leistungssteuerung würde zu einer
Wiederholung der Datenübertragung
führen.
Eine Neuübertragung
erhöht
Zeit-Diversity, was wiederum die Kapazität erhöht. Die Verzögerungen
variieren stärker,
wenn langsame Leistungssteuerung benutzt wird, als wenn schnelle
Leistungssteuerung benutzt würde.
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Es
soll angenommen werden, dass das Rahmenfehlerverhältnis bei
der Paketübertragung
10% nach der ersten Datenübertragung
ist und dass die Rahmenfehler unkorreliert sind. Diese Annahmen
sind ausreichend gültig
in Verbindung mit der schnellen Leistungssteuerung. Wird langsame
Leistungssteuerung benutzt für
sich langsam bewegende Teilnehmerausstattungen (Rate unter 10 km/h),
so sind die Rahmen korreliert, und längere Verzögerungen treten bei Kanalschwund
auf. Tabelle 1 zeigt die Verzögerungsverteilung
von Paketen, wenn schnelle Leistungssteuerung benutzt wird. In der
Tabelle wird angenommen, dass jede Neuübertragung zu drei zusätzlichen
Rahmen führt.
das heißt
zu 30 Millisekunden zusätzlicher
Verzögerung,
und dass auf dem Feedback-Kanal keine Fehler auftreten.
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Die
durch den Anmelder gemachten Studien zeigen, dass das optimale Ziel
Eb/N0 unter Benutzung
von schneller Leistungssteuerung sehr eng ist, während langsame Leistungssteuerung
eine sehr gleichmäßige Kapazitätskurve
ergibt. Die Arbeitspunkte der langsamen Leistungssteuerung können ohne
dramatischen Einfluß auf
die Performance erniedrigt werden. Dies bietet Flexibilität für die Downlink-Auslastungsegelung.
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Darüber hinaus
zeigen die durch den Anmelder durchgeführten Studien, dass im Mittel
niedrigere Sendeleistungen erforderlich sind, wenn keine schnelle
Leistungssteuerung benutzt wird. Die Variationen in der Sendeleistung
müssen
auch nicht berücksichtigt
werden. Langsame Leistungssteuerung setzt niedrigere Anforderungen
an den Leistungsverstärker
des Senders der Basisstation, da der obere Spielraum für die schnelle Leistungssteuerung
im Leistungsverstärker
nicht erforderlich ist. Wenn die Sendeleistung eines Kanals im allgemeinen
variiert, zum Beispiel um –3
bis +3 dB, muss die Sendeleistung bei Kanalschwund um bis zu 15
dB erhöht
werden, wenn schnelle Leistungssteuerung benutzt wird. Der obere
Spielraum bezieht sich auf die Differenz in der Variation zwischen
optimaler Sendeleistung und mittlerer Sendeleistung.
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Im
Folgenden werden die durchzuführenden
Vorgänge
im Verfahren zur Leistungssteuerung der Erfindung unter Bezug auf
die 3A aufgezeigt. Die Durchführung des Verfahrens beginnt
bei START 300. Die Funkverbindung 240 wird im
Schritt 302 vom Sender 200 des Netzwerkteils RNS
zur Teilnehmerausstattung UE aufgebaut.
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Ein
Signal wird über
die Funkverbindung 240 im Schritt 304 von dem
Sender 200 des Netzwerkteils RNS unter Benutzung der erforderlichen
Sendeleistung ausgesandt. Am Anfang der Verbindung kann eine fest eingestellte
Sendeleistung benutzt werden.
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Im
Schritt 306 wird das Signal in der Teilnehmerausstattung
UE empfangen und ein Qualitätswert
für das
Signal in Übereinstimmung
mit einem der oben beschriebenen bekannten Verfahren gemessen. Der
Qualitätswert
bestimmt den Leistungssteuerbefehl, wie zum Beispiel „erhöhe die Sendeleistung
um 1 dB" oder „erniedrige
die Sendeleistung um 1 dB".
Im Schritt 308 wird der Leistungssteuerbefehl von der Teilnehmerausstattung
UE zum Sender des Netzwerkteils RNS signalisiert.
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Die
in dem Sender benötigte
Sendeleistung wird im Schritt 310 spezifiziert auf der
Basis der Verzögerungsbedingungen
des über
die Funkverbindung zu übertragenden
Dienstes und mindestens eines empfangenen Leistungssteuerbefehls, um
die Entscheidung über
die Leistungssteuerung zu treffen. Der Vorgang in diesem Schritt
wird im Detail in 3B erläutert.
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Im
Schritt 312 wird geprüft,
ob die Funkverbindung 240 noch in Betrieb ist. Wenn die
Funkverbindung nicht mehr im Betrieb ist, schreitet das Verfahren
zum Schritt 314 weiter, in dem das Verfahren endet. Da
das beschriebene Verfahren die Leistungssteuerung nur auf einer
Funkverbindung durchführt,
und da ein Sender 200 eines Netzwerksteils gleichzeitig
verschiedene Verbindungen zu verschiedenen Teilnehmerausstattungen hat,
ist zu erkennen, dass das Verfahren gemäß der Erfindung für verschiedene
Verbindungen parallel in einem Sender 200 gleichzeitig
ausgeführt
werden kann.
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Ist
die Funkverbindung nicht beendet, fährt das Verfahren vom Schritt 312 zum
Schritt 304 fort, in dem das Verfahren zum zweiten Mal
ausgeführt
wird, das heißt
das folgende Signal wird auf der Funkverbindung 240 vom
Sender 200 des Netzwerkteils RNS mit der notwendigen Sendeleistung
ausgesandt. Der Ausdruck „erforderliche
Sendeleistung" bezieht
sich hier auf die im Schritt 310 spezifizierte Sendeleistung
insbesondere in Übereinstimmung
mit der Erfindung.
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Im
Folgenden wird die Betriebsweise des Schritts 310 im Detail
unter Bezug auf 3B beschrieben. Die Arbeitsweise
des Schritts 310 wird durch die Schritte 320, 322, 326 und 330 dargestellt.
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Im
Schritt 320 wird eine Wahl aufgrund der Art des Dienstes
getroffen. Beim Einteilen der Dienste ist die Verzögerungsbedingung
der bestimmende Faktor. Der Dienst wird immer mehr zu einem Echtzeit-Dienst, je
kürzer
die Verzögerungsbebedingung
ist.
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Wenn
es sich um einen Echtzeit-Dienst 322 mit kurzer Verzögerung handelt,
zum Beispiel Sprachübertragung
oder Echtzeit-Daten mit kurzer Verzögerung, schreitet das Verfahren
zum Schritt 324 weiter, nach dem eine schnelle Leistungssteuerung
benutzt wird und in dem die erforderliche Sendeleistung nach Empfang jedes
Leistungssteuerbefehls spezifiziert wird.
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Wenn
es sich um einen Echtzeit-Dienst mit langer Verzögerung handelt, zum Beispiel
Echtzeit-Daten mit schnellerer Verzögerung, schreitet das Verfahren
zum Schritt 326 weiter, nach dem eine langsamere als die
schnelle Leistungssteuerung benutzt wird und in dem die erforderliche
Sendeleistung nach Empfang jedes Leistungssteuerbefehls nicht verändert wird.
Für den
Fachmann ist klar, dass die Frequenz der durchgeführten Leistungssteuerung
entsprechend der Eigenart der zu übertragenden Daten ausgelegt
werden kann.
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Wenn
es sich um einen Nicht-Echtzeit-Dienst handelt, wie zum Beispiel
die Benutzung eines Webbrowsers oder eine Datenübertragung in nur einer Richtung,
schreitet das Verfahren zum Schritt 330, nach dem eine
langsame Leistungssteuerung benutzt wird und in dem die erforderliche
Sendeleistung nach Empfang jedes Leistungssteuerbefehls nicht verändert wird.
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Es
ist schwierig, die Begriffe „schnelle
Leistungssteuerung", „langsamer
als schnelle Leistungssteuerung" und „langsame
Leistungssteuerung" präzise zu
definieren, da deren Grenzen von dem zu untersuchenden Funksystem
abhängen.
Es kann jedoch bemerkt werden, dass zum Beispiel in dem UMTS-System
die Frequenz der schnellen Leistungssteuerung etwa 800 bis 1600
Hz beträgt,
das heißt,
dass die Maximalleistungssteuerung für jeden Rahmenschlitz in der
Funkverbindung getrennt durchgeführt
wird. Dementsprechend variiert die Frequenz der langsamen Leistungssteuerung
zwischen 1,4 bis 100 Hz, das heißt, die erforderliche Sendeleistung
wird höchstens
für jeden
in der Funkverbindung zu benutzenden Rahmen oder Superrahmen verändert. Die
Leistungssteuerung, die langsamer als die schnelle Leistungssteuerung
ist, kann zwischen diesen beiden Extremwerten oder zwischen 100
und 800 Hz variieren.
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Es
kann in diesem Zusammenhang festgestellt werden, dass die Erfindung
in solchen Systemen angewandt wird, in denen das Signalisieren einer
physikalischen Schicht nur die schnelle Leistungssteuerung unterstützt. Wenn
langsamere als schnelle Leistungssteuerung erwünscht ist, wird eine einen
Mittelwert beschreibende Quantität
von einem bestimmten Wert von schnellen Leistungssteuerungs-Steuerbefehlen
berechnet, und die Quantität
wird dann als Basis für
eine Leistungssteuerungsentscheidung benutzt. Zum Beispiel kann
in dem UMTS-System
der Wert eines langsamen Leistungssteuerungsbefehls bezüglich eines Rahmens
aus den Leistungssteuerungs-Steuerbefehlen bezüglich aller Schlitze des Rahmens
berechnet werden, das heißt,
aus insgesamt 16 Leistungssteuerungsbefehlen. Die Situation kann
zum Beispiel derart sein, dass 9 Befehle den Befehl „erhöhe die Sendeleistung
um 1 dB" und 7 Befehle
den Befehl „reduziere
die Sendeleistung um 1 dB" enthalten.
In einem solchen Fall könnte
der Befehl „erhöhe die Sendeleistung
um 2 dB" als Durchschnittsbefehl
betrachtet werden. Abhängig
von den Eigenschaften des Leistungsverstärkers müssen bestimmte Grenzen für die Leistungssteuerung
gesetzt werden, da die Sendeleistung eine bestimmte Grenze nicht überschreiten
oder eine bestimmte Grenze nicht unterschreiten kann. Reicht der
Leistungsbereich nicht aus, so wird die Verbindung unterbrochen,
oder im Fall einer Paketübertragung
wird eine große
Anzahl von Neuübertragungen
durchgeführt.
Ein anderer Weg zur Lösung
des Problems besteht in einem Handover bzw. einer Umbuchung.
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3C zeigt
den Effekt eines zu übertragenden
Dienstes, bei dem die Fehlerkorrektur-Strategie benutzt wird. Die
auszuführenden
Maßnahmen 320, 340, 342 und 344 sind
in dem Schritt 304 der 3A enthalten,
in dem ein zu übertragendes
Signal gebildet und übertragen
wird.
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Im
Schritt 320 wird eine Auswahl entsprechend der Art des
Dienstes getroffen.
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Handelt
es sich um einen Echtzeit-Dienst 322 mit kurzer Verzögerung,
so wird die Information in einem solchen Dienst typischerweise durch
eine Fehler korrigierende FEC-Codierung gemäß Schritt 340 geschützt. Eine
schnelle Leistungssteuerung erlaubt es, eine adäquate Qualität für jede FEC-Codierungs/Verschachtelungs-Sequenz
zu garantieren.
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Handelt
es sich um einen Echtzeit-Dienst 326 mit langer Verzögerung,
so wird die Information in einem solchen Dienst gemäß Schritt 342 mit
mindestens einer Fehler korrigierender FEC-Codierung geschützt, und falls
erforderlich, werden Neuübertragungen
unter Benutzung eines ARQ-Protokolls durchgeführt. Die Leistungssteuerung
kann langsamer als schnelle Leistungssteuerung sein, da durch die
Neuübertragungen
eine Zeit-Diversity gegen Schwund in einem Kanal gegeben ist. Dieselbe
Prozedur kann benutzt werden, wenn es sich um Nicht-Echtzeit-Dienste
handelt, da keine festgelegten Verzögerungsbedingungen ge setzt
sind, sodass gelegentlich auftretende lange Verzögerungen toleriert werden können.
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Die
Performance von Nicht-Echtzeit-Diensten werden entsprechend der
Gesamt-Performance
gemessen und nicht entsprechend der Verzögerung zu bestimmten Zeiten.
Wenn in einem Kanal Schwund auftritt, die Kanalbedingungen sich
jedoch nicht geändert
haben, dann besteht der einzige Weg zum Überprüfen der Daten darin, die Sendeleistung
ausreichend zu erhöhen.
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Ein
Weg, die wiederholten Neuübertragungen
desselben Datenpakets zu reduzieren, besteht im weichen Kombinieren
der übertragenen
Datenpakete gemäß Schritt 344.
Das weiche Kombinieren kann entweder durch Kombinieren von Datenpaketen
oder durch Anwenden des Maximalverhältnis-Kombinierens durchgeführt werden.
Das weiche Kombinieren ist in den Publikationen WO 98/49796 und
WO 98/49797 beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen
sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Teilnehmerausstattung UE auf der Funkverbindung 240 mindestens
ein fest zugeordneter physikalischer Kanal und mindestens ein Teil
eines gemeinsam genutzten physikalischen Kanals zeitgeteilt zugewiesen.
In diesem Fall hat die Downlink-Verbindung einen fest zugeordneten
Kanal mit möglicherweise
geringer Übertragungskapazität, der kontinuierlich
in Benutzung ist, und falls erforderlich, einen gemeinsam genutzten
Kanal in Benutzung. Der gemeinsam genutzte Kanal wird bei burstartigen
Datenübertragungen
benutzt, wenn eine große
Datenübertragungskapazität erforderlich
ist. Der gemeinsam genutzte Kanal kann verschiedene Benutzer haben,
und zum Beispiel kann ein Transportformatkombinationsanzeiger 404 anzeigen,
wer den gemeinsam genutzten Kanal zu einer bestimmten Zeit wahrscheinlich
benutzen kann. Das beschriebene weiche Kombinieren kann ebenfalls
auf einem zeitgeteilt gemeinsam genutzten physikalischen Kanal angewandt
werden. Die Leistungssteuerung eines zeit-geteilt gemeinsam genutzten
physikalischen Kanals wird auf der Basis der Leistungssteuerungsentscheidung
des fest zugeordneten physikalischen Kanals durchgeführt. Die
Leistungssteuerung des gemeinsam genutzten physikalischen Kanals
ist naturgemäß benutzerspezifisch.
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In
dem Funksystem nach 2 wird gemäß der Erfindung angenommen,
dass der Sender 200 Entscheidungsmittel 208 aufweist
zum Festlegen der in dem Sender 200 erforderlichen Sendeleistung
unter Benutzung der Verzögerungsbedingungen
des über
die Funkverbindung 240 zu übertragenden Dienstes und mindestens
eines empfangenen Leistungssteuerungsbefehls als Basis für die Leistungssteuerungsentscheidung.
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Die
Erfindung wird vorzugsweise durch Software implementiert, wobei
das Netzwerkteil RNS, zum Beispiel der Sender 200, einen
Mikroprozessor enthält,
in dem die Entscheidungsmittel als Arbeitssoftware implementiert
sind. Die Erfindung kann natürlich
auch durch Hardwarelösungen
mit den entsprechenden Funktionen realisiert werden, wie zum Beispiel
mit anwendungsspezifischen ICs (ASIC) oder mit separater Logik.
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Auch
wenn die Erfindung vorstehend unter Bezug auf das Beispiel in den
beigefügten
Zeichnungen beschrieben wurde, ist die Erfindung selbstverständlich nicht
hierauf beschränkt,
sondern kann in verschiedener Weise innerhalb des Schutzumfanges
der in den anliegenden Ansprüchen
offenbarten erfinderischen Idee modifiziert werden.