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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Kommunikationen und,
genauer gesagt, Verfahren zum Schätzen von Fehlerraten und zugehörigen Empfängern.
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In
digitalen Kommunikationssystemen, wie beispielsweise einem Funktelefon-Kommunikationssystem,
kann eine Dienstqualität
in Bezug auf eine durchschnittliche Framefehlerrate (FER) oder eine
durchschnittliche Bitfehlerrate (BER) für empfangene Informationsframes
spezifiziert werden. Zum Beibehalten einer erwünschten Dienstqualität kann ein
Sender (für
entweder ein mobiles Endgerät
oder eine Basisstation) einen Sendeleistungspegel und/oder ein Kanal/Quellen-Codierverfahren variieren,
um sich beispielsweise an eine erwünschte Dienstqualität, an Variationen
bezüglich
einer Systembelastung (Anzahl von mobilen Endgeräten, die bedient werden) und/oder
an Variationen bezüglich
Kanalzuständen
anzupassen. Eine Schätzung
einer Fehlerrate für
bei einer Empfangsvorrichtung empfangene Kommunikationen können somit
berechnet, zu einer Sendevorrichtung geliefert und zum Verändern einer
Sendeleistung verwendet werden.
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Eine
Fehlerrate kann durch Bilden eines Durchschnitts einer Anzahl von
Bits oder Frames geschätzt werden,
die bei einer zyklischen Redundanzprüfung einen Fehler zeigen. Ein
solcher Ansatz kann jedoch eine relativ geringe Konvergenzgeschwindigkeit
zur Verfügung
stellen. Wenn eine Betriebs-Framefehlerrate beispielsweise 1% ist,
kann eine statistisch zuverlässige
Framefehlerrate eine Beobachtung von wenigstens einigen hundert
Frames erfordern. Während
dieser Periode könnten
sich Kanalzustände
signifikant ändern,
was es schwierig machen könnte,
eine Ansprechanpassung zu erreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann eine Fehlerrate für empfangene Kommunikationen
geschätzt
werden. Insbesondere kann jede einer Vielzahl von empfangenen Symbolsequenzen
iterativ verarbeitet werden, um eine jeweilige Vielzahl von Datensequenzen
zur Verfügung
zu stellen, und eine Anzahl von durchgeführten Iterationen zum Bereitstellen
jeder der Vielzahl von Datensequenzen kann zur Verfügung gestellt
werden. Eine Fehlerrate für
die empfangenen Kommunikationen kann basierend auf der Anzahl von
durchgeführten
Iterationen zum Bereitstellen jeder der Vielzahl von Datensequenzen
geschätzt
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 und 2 sind
Blockdiagramme, die Ausführungsbeispiele
von Empfängern
und von Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen.
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3A–B und 4A–B sind
Kurven, die Korrelationen zwischen Fehlerraten und Prozessoriterationen
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung darstellen.
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5 und 6 sind
Ablaufdiagramme, die Operationen von Empfängern und Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung darstellen.
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7 stellt
Ausführungsbeispiele
von Nachschautabellen gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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8 ist
eine Tabelle, die Betriebszustände
für Simulationen
der 19–22 darstellt.
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9, 10, 17, 18 und 19 stellen
Simulationen von Empfängern
und Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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11, 12, 13, 14, 15, 16, 20, 21 und 22 stellen
graphisch Simulationen herkömmlicher
Empfänger
dar.
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23 ist
ein Blockdiagramm, das ein mobiles Endgerät gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun hierin nachfolgend ausführlicher
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden, in welchen bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen
unterschiedlichen Formen verkörpert
werden und sollte nicht als auf die hierin aufgezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt
gedacht sein; vielmehr sind diese Ausführungsbeispiele so zur Verfügung gestellt,
dass diese Offenbarung ernsthaft und vollständig sein wird und den Schutzumfang
der Erfindung Fachleuten auf dem Gebiet vollständig näher bringen wird. Gleiche Bezugszeichen
beziehen sich immer auf gleiche Elemente.
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Wie
es von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden wird, kann die vorliegende
Erfindung als Verfahren oder Vorrichtungen verkörpert werden. Demgemäß kann die
vorliegende Erfindung die Form eines Ausführungsbeispiels in Hardware,
eines Ausführungsbeispiels
in Software oder eines Ausführungsbeispiels,
das Software- und Hardwareaspekte kombiniert, annehmen. Es wird
auch verstanden werden, dass selbst dann, wenn ein Element derart
bezeichnet wird, dass es mit einem anderen Element "verbunden" oder "gekoppelt" ist, es direkt mit
dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dass
intervenierende Elemente vorhanden sein können. Gegensätzlich dazu
gibt es dann, wenn ein Element derart bezeichnet wird, dass es mit
einem andere Element "direkt
verbunden" oder "direkt gekoppelt" ist, keine vorhandenen
intervenierenden Elemente.
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Wie
es im Blockdiagramm der 1 dargestellt ist, kann ein
Empfänger
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Antenne 21, einen Funkprozessor 23,
einen iterativen Basisbandprozessor 25, eine Fehlererfassungsschaltung 27 und
eine Fehlerschätzeinheit 29 enthalten.
Der Funkprozessor erzeugt weiche Werte mit einer Symbolrate für die Kommunikationen,
die empfangen werden, und der iterative Basisbandprozessor decodiert
die weichen Werte unter Verwendung von iterativen Verarbeitungstechniken.
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Ein
zweites Beispiel eines Empfängers
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 2 dargestellt, wobei der iterative
Basisbandprozessor 25' einen
ersten Prozessor 41, einen zweiten Prozessor 43,
einen Entschachteler 45 und einen Verschachteler 47 enthält. Wie
bei dem Empfänger
der 1 enthält
auch der Empfänger
der 2 eine Antenne 21, einen Funkprozessor 23,
eine Fehlererfassungsschaltung 27 und eine Fehlerschätzeinheit 29.
Der Basisbandprozessor 25' kann
beispielsweise ein Turbodecodierer sein, wobei der erste und der
zweite Prozessor 41 und 43 jeweils ein erster
und ein zweiter Abbildungsdecodierer sein kann. Alternativ kann
der Basisbandprozessor 25' ein
Turbo-Entzerrer sein, wobei der erste Prozessor 43 ein
Entzerrer ist und der zweite Prozessor 45 ein Abbildungsdecodierer
ist.
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Der
iterative Basisbandprozessor 25 kann beispielsweise ein
Turbodecodierer für
einen parallelen verketteten Faltungscode sein, wie es beispielsweise
von Claude Berrou et al. in der Referenz mit dem Titel "Near Shannon Limit
Error-Correcting Coding And Decoding: Turbo-Codes", IEEE International
Conference On Communications Conference ICC 93, 23.–26. Mai 1993,
S. 1064–1070
diskutiert ist. Ein Turbo-Decodieralgorithmus kann
Module mit weicher Eingabe und weicher Ausgabe (SISO) zum iterativen
Verarbeiten von Komponentencodes verwenden. Andere iterative Basisbandprozessoren
enthalten beispielsweise iterative Decodierer für seriell verkettete Codes
(Sergio Benedetto et al., "Serial
Concatenation of Interleaved Codes; Performance Analysis, Desigri,
and Iterative Decoding",
IEEE Transactions On Information Theroy, Vol. 44, No. 3, Mai 1998, S.
900–926);
iterative Demodulations- und Decodieralgorithmen für eine codierte
differentielle Modulation (Krishna R. Narayanan et al., "A Serial Concatenation
Approach To Iterative Demodulation And Decoding", IEEE Transactions On Communications,
Vol. 47, No. 7, Juli 1999, S. 956–961); und iterative Entzerrungs-
und Decodieralgorithmen für
codierte Mehrpfadkanäle
(Annie Picart et al., "Turbo-Detection:
A New Approach to Combat Channel Frequency Selectivity", Proceedings of
IEEE International Communications Conference '97, S. 1498–1502, 1997) enthalten.
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Ein
gemeinsamer Aspekt von iterativen Basisbandprozessoren besteht darin,
dass eine durchschnittliche Betriebskomplexität (und ein Energieverbrauch)
signifikant reduziert werden kann, ohne eine Leistungsfähigkeit
zu verschlechtern, indem eine iterative Verarbeitung für einen
empfangenen Frame beendet wird, wenn die resultierenden Daten eine
Fehlererfassung/korrektur durchlaufen. Ein Turbodecodierer kann
beispielsweise entwickelt werden, um 8 Iterationen für einen
bestimmten Arbeitspunkt auszuführen.
Ein fehlerfreies Decodieren kann jedoch für viele Datenframes nach nur
2 oder 3 Iterationen des iterativen Basisbandprozessors erreicht
werden. Zusätzliche
Iterationen können
nur für
seltene Ereignisse benötigt
werden, wenn ein Frame mit einem signifikanten Ausmaß an Rauschen
empfangen wird und der iterative Basisbandprozessor relativ langsam
konvergiert.
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EP 0 982 874 offenbart eine
Vorrichtung, die Symbolsequenzen iterativ decodiert, jedoch wird
das Verfahren für
eine Leistungssteuerung in drahtlosen Funksystemen verwendet.
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Demgemäß kann die
Fehlererfassungsschaltung 27 dazu verwendet werden, die
Richtigkeit der durch den iterativen Basisbandprozessor 25 erzeugten
geschätzten
Datensequenz zu erfassen und eine nachfolgende iterative Verarbeitung
für einen
empfangenen Datenframe abzubrechen, wenn die geschätzte Datensequenz
eine Fehlererfassung (oder korrigiert werden kann) unter Verwendung
von Fehlererfassungstechniken durchläuft, wie beispielsweise eine
zyklische Redundanzprüfung.
Anders ausgedrückt
kann eine iterativer Verarbeitung für eine Symbolsequenz abgebrochen
werden, wenn die richtige Datensequenz (wie beispielsweise ein Datenframe)
zur Verfügung
gestellt werden kann. Dies kann eine durchschnittliche Betriebskomplexität reduzieren,
ohne eine Leistungsfähigkeit
zu reduzieren. Die Beendigung eines iterativen Verarbeitens für eine Symbolsequenz
auf eine Erfassung einer richtigen geschätzten Datensequenz hin ist
beispielsweise von Rose Y. Shao et al., "Two Simple Stopping Criteria For Iterative
Decoding", Proceedings
Of IEEE International Symposium On Information Theroy '98, S. 279, 16.–21. August
1998; von Joachim Hagenauer et al., US-Patent Nr. 5,761,248 mit dem Titel "Method And Arrangement
For Determining An Adaptive Abort Criterion In Iterative Decoding
Of Multi-Dimensionally Coded Information", erteilt am 2. Juni 1998; und von Akira
Shibutani et al., "Complexity
Reduction Of Turbo Decoding",
Proceedings Of IEEE Vehicular Technology Conference 100 Fall, Oktober
1999, S. 1570 diskutiert.
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Eine
iterative Verarbeitung kann beispielsweise unter Verwendung von
Bits einer zyklischen Redundanzprüfung (CRC) abgebrochen werden,
die für
viele Kommunikationssysteme in Datenframes geliefert werden. Gemäß diesem
Beispiel sind CRC-Bits
in jedem Datenframe eingebettet und kann die CRC-Prüfsumme am
Ende jeder Iteration berechnet werden. Der CRC-Code kann somit dazu verwendet werden,
anzuzeigen, wenn der iterative Prozessor die richtige Datensequenz
für den
Datenframe7 erzeugt hat, und diese Anzeige kann dazu verwendet werden,
eine nachfolgende iterative Verarbeitung für den Datenframe abzubrechen,
um dadurch durchgeführte
iterative Operationen potentiell zu reduzieren.
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In
Shibutani A. et al., "Reducing
average number of turbo decoding iterations" Electronics letters, IEE STEVENAGE,
GB, vol. 35, no. 9, 29. April 1999, Seiten 701–702 ist eine Anwendung von
CRC offenbart.
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Auf
eine Erfassung einer richtigen Datensequenz hin liefert die Fehlererfassungsschaltung 27 eine
Iterationssteuerungsrückkopplung
zum iterativen Basisbandprozessor 25, der den iterativen
Basisbandprozessor anweist, eine iterative Verarbeitung für die Symbolsequenz
abzubrechen, und die Fehlererfassungsschaltung 27 übergibt
die richtige Datensequenz als Informationsbit zur Verwendung in
der Kommunikationsvorrichtung. Die Fehlererfassungsschaltung übergibt
auch die Anzahl von durchgeführten
Verarbeitungsiterationen zum Erzeugen der richtigen Datensequenz
zu der Fehlerschätzeinheit 29,
wo die Anzahl von durchgeführten
Verarbeitungsiterationen dazu verwendet werden kann, eine Schätzung einer
Fehlerrate für
die empfangenen Kommunikationen zu berechnen.
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Beispielsweise
kann ein Durchschnitt der Anzahl von Verarbeitungsiterationen, die
zum Erzeugen einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden
richtigen Datensequenzen verwendet werden, zum Schätzen einer
Fehlerrate verwendet werden. Insbesondere kann die Fehlerschätzeinheit
auf dem Herausfinden beruhen, das eine durchschnittliche Anzahl
von Verarbeitungsiterationen typischerweise stark mit einer Betriebs-Framefehlerrate
(FER) und einer Bitfehlerrate (BER) korreliert ist. Diese Korrelation
ist in den 3A–B und 4A–B für Empfänger gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt, die Breitband-CDMA-(W-CDMA-)Turbodecodierer enthalten.
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In
Bezug auf die 3A–B ist eine Korrelation zwischen
Betriebs-Bit- und -Framefehlerraten und einer durchschnittlichen
Anzahl von Decodieriterationen für
einen W-CDMA-Empfänger
mit einem Log-Lin-Turbodecodierer für den iterativen Basisbandprozessor 25 dargestellt.
Ein Beispiel eines Log-Lin-Turbodecodierers ist beispielsweise von
Jung-Fu Cheng et al. in der Referenz mit dem Titel "Linearly Approximated
Log-Map Algorithms For Turbo Decoding", Proceedings Of IEEE Vehicular Technology
Conference '00 Spring,
Mai 2000, S. 2252–2256
diskutiert. In 3A ist die Betriebs-Framefehlerrate
(FER) für
den Log-Lin-Turbodecodierer
gegenüber
der durchschnittlichen Anzahl von Decodieriterationen pro Datenframe
für zwei
unterschiedliche Kanalmodelle und drei unterschiedliche Datenframegrößen K (K
= Anzahl von Bits in einem Datenframe) aufgetragen. Die zwei unterschiedlichen
Kanalmodelle sind additives weißes
Gaußsches
Rauschen (AWGN) und unabhängige
Rayleigh-Fading-(IRF-)Kanäle. In 3B ist
die Betriebs-Bitfehlerrate (BER) für den Log-Lin-Turbodecodierer
gegenüber
der durchschnittlichen Anzahl von Decodieriterationen pro Datenframe für die zwei
unterschiedlichen Kanalmodelle und drei unterschiedliche Framegrößen aufgetragen.
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In
Bezug auf die 4A–B ist eine Korrelation zwischen
Betriebs-Fehlerraten und einer durchschnittlichen von Decodieriterationen
für einen
WCDMA-Empfänger
mit einem Log-Max-Turbodecodierer
für den
iterativen Basisbandprozessor 25 dargestellt. Ein Beispiel
eines Log-Max-Turbodecodierers ist beispielsweise von Patrick Robertson
et al. in der Referenz mit dem Titel "A Comparison Of Optimal And Sub-Optimal
MAP Decoding Algorithms Operating In The Log Domain", Proceedings Of
IEEE International Communications Conference '95, Juni 1995, S. 1009–1013 diskutiert.
In 4A ist die Betriebs-Framefehlerrate (FER) für den Log-Max-Turbodecodierer
gegenüber
der durchschnittlichen Anzahl von Decodieriterationen pro Datenframe für zwei unterschiedliche
Kanalmodelle und drei 1 5 unterschiedliche Datenframegrößen K (K
= Anzahl von Bits in einem Datenframe) aufgetragen. Die zwei unterschiedlichen
Kanalmodelle sind additives weißes
Gaußsches
Rauschen (AWGN) und unabhängige
Rayleigh-Fading-(IRF-)Kanäle. In 413 ist die Betriebs-Bitfehlerrate (BER)
für den
Log-Max-Turbodecodierer gegenüber
der durchschnittlichen Anzahl von Decodieriterationen pro Datenframe
für die
zwei unterschiedlichen Kanalmodelle und drei unterschiedliche Framegrößen aufgetragen.
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Während oben
eine Korrelation von Fehlerraten in Bezug auf durchschnittliche
Anzahlen von Decodieriterationen unter Bezugnahme auf Empfänger mit
Log-Lin- und Log-Max-Turbodecodierern
diskutiert worden ist, sind diese iterativen Decodierer anhand eines
Beispiels diskutiert worden, und Verfahren und Empfänger gemäß der vorliegenden
Erfindung können
unter Verwendung von anderen iterativen Basisbandprozessoren und/oder
iterativen Basisbandverarbeitungstechniken implementiert werden.
Für eine
Implementierung eines iterativen Basisbandprozessors und eine gegebene
Datenframegröße K kann
somit eine zuverlässige
Beziehung zwischen einer durchschnittlichen Anzahl von Basisbandverarbeitungsiterationen
und einer Betriebs-Bit- und/oder
-Framefehlerrate bestimmt werden. Darüber hinaus zeigen die 3A–B und 4A–B, dass
die Beziehung zwischen der Betriebs-Fehlerrate und der durchschnittlichen
Anzahl von Decodieriterationen durch die Auswahl von Kanalmodellen
nicht signifikant beeinflusst werden kann.
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Ein
Beispiel von Operationen des Empfängers der 1 ist
in dem Ablaufdiagramm der 5 dargestellt.
Wie es oben diskutiert ist, verarbeitet der Empfänger iterativ jede einer Vielzahl
von aufeinanderfolgenden empfangenen Symbolsequenzen, um eine jeweilige
Vielzahl von Datensequenzen (wie beispielsweise Datenframes) zur
Verfügung
zu stellen, bei einem Block 51. Für jede gelieferte Datensequenz
wird bei einem Block 53 eine Anzahl von durchgeführten Iterationen
zum Liefern der Datensequenz geliefert und wird bei einem Block 55 die
Anzahl von durchgeführten
Iterationen zum Schätzen
einer Fehlerrate für
empfangene Kommunikationen verwendet. Beispielsweise kann eine durchschnittliche
Anzahl von durchgeführten
Iterationen unter Verwendung der zuallerletzt aufgezeichneten Anzahl
von Iterationen zusammen mit einer vorherigen Anzahl (vorherigen
Anzahlen) von durchgeführten
Iterationen für
vorherige Datensequenzen berechnet werden, und der Durchschnitt
kann dazu verwendet werden, die Fehlerrate unter Verwendung von
Daten zu schätzen, wie
beispielsweise denjenigen, die in den 3A–B und 4A–B zur Verfügung gestellt
sind. Die Operationen der 5 können für zusätzliche
empfangene Signalsequenzen bei einem Entscheidungsblock 57 wiederholt
werden.
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Alternative
Beispiele von Operationen des Empfängers der 1 sind
in 6 dargestellt. Insbesondere verarbeitet der iterative
Basisbandprozessor 25 iterativ eine empfangene Symbolsequenz
zum Liefern einer geschätzten
Datensequenz am Ende jeder Iteration bei einem Block 61.
Die Fehlererfassungsschaltung 27 führt eine Fehlerprüfung an
der geschätzten
Datensequenz am Ende jeder Verarbeitungsiteration durch. Wenn die
Datensequenz beim Entscheidungsblock 63 einen Fehler bei
der Fehlerprüfung
hat und eine maximale Anzahl von Verarbeitungsiterationen für die empfangene
Signalsequenz bei einem Entscheidungsblock 65 nicht durchgeführt worden
ist, führt
der iterative Basisbandprozessor 25 eine nachfolgende Verarbeitungsiteration
beim Block 61 durch, um eine nachfolgende geschätzte Datensequenz
zu liefern. Eine iterative Verarbeitung für die empfangene Signalsequenz
wird somit in Reaktion auf eine Iterationsrückkopplung wiederholt, bis
entweder eine geschätzte
Datensequenz eine Fehlererfassung beim Entscheidungsblock 63 durchläuft oder
die maximale Anzahl von Verarbeitungsiterationen durchgeführt worden
ist, wie es beim Entscheidungsblock 65 angezeigt ist.
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Auf
eine Beendigung einer iterativen Verarbeitung für eine empfangene Symbolsequenz
hin (die als Signalsequenz m identifiziert ist), wird bei einem
Block 67 eine Anzahl von Verarbeitungsiterationen Nm, die durchgeführt sind, um die schließliche geschätzte Datensequenz
m zu erzeugen, aufgezeichnet. Die geschätzte Datensequenz m kann auch
als Informationsbits (wie beispielsweise ein Datenframe) geführt werden,
wie es in 1 gezeigt ist. In dem Fall,
dass der Block 67 erreicht wurde, wenn die maximale Anzahl
von Verarbeitungsiterationen ohne ein Durchlaufen einer Fehlererfassung
durchgeführt
wurde, kann Nm die maximale Anzahl von Verarbeitungsiterationen
sein, und die schließliche
geschätzte
Datensequenz m kann als Datenbits geführt werden. Alternativ kann
Nm ignoriert werden, wenn die schließliche geschätzte Datensequenz
eine Fehlererfassung nicht durchläuft, und/oder die schließliche geschätzte Datensequenz
kann weggeworfen werden.
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Die
Anzahl von Verarbeitungsiterationen N
m für die zuallerletzt
geschätzte
Datensequenz m kann dann dazu verwendet werden, eine durchschnittliche
Anzahl von Verarbeitungsiterationen, die durchgeführt sind,
bei
einem Block
69 zu aktualisieren. Die durchschnittliche
Anzahl von durchgeführten
Verarbeitungsiterationen kann beispielsweise unter Verwendung von
Durchschnittsbildungstechniken, wie beispielsweise einer Gleitfensterdurchschnittsbildung
oder einer Durchschnittsbildung mit einem exponentiellen Vergessen,
berechnet werden. Wenn eine Gleitfensterdurchschnittsbildung verwendet
wird, hält
die Fehlerschätzeinheit
29 eine
Liste der vergangenen L gelieferten Anzahlen von Verarbeitungsiterationen
N
m, N
m-1, ..., N
m-L+1, und der aktuelle Durchschnitt von
Verarbeitungsiterationen kann berechnet werden als:
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Wenn
eine Durchschnittsbildung mit einem exponentiellen Vergessen verwendet
wird, kann die Fehlerschätzeinheit
29 die
vorherige durchschnittliche Anzahl von Verarbeitungsiterationen
mit
der aktuellen Anzahl von Verarbeitungsiterationen N
m unter
Verwendung eines Faktors für
ein exponentielles Vergessen 0 < α < 1 kombinieren,
so dass folgendes gilt:
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Unter
Verwendung einer Durchschnittsbildung mit einem exponentiellen Vergessen
ist eine Liste von vergangenen berichteten Anzahlen von Verarbeitungsiterationen
Nm, Nm-1, ... Nm-L+1 somit nicht erforderlich. Während eine
Gleitfensterdurchschnittsbildung und eine Durchschnittsbildung mit
exponentiellem Vergessen anhand eines Beispiels diskutiert sind,
könnten
andere Durchschnittsbildungstechniken verwendet werden.
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Eine
Betriebs-Framefehlerrate (FER) und/oder -Bitfehlerrate (BER) kann
dann durch die Fehlerschätzeinheit
29 bei
einem Block
71 unter Verwendung der durchschnittlichen
Anzahl von durchgeführten
Iterationen
geschätzt werden.
Insbesondere kann die Betriebs-FER und/oder -BER unter Verwendung
der durchschnittlichen Anzahl von durchgeführten Iterationen zusammen
mit einer Beziehung in Bezug auf eine Fehlerrate, die graphisch
beispielsweise in den
3A–B und
4A–B dargestellt
ist, geschätzt
werden. Die in den
3A–B und
4A–B graphisch
dargestellten Beziehungen können
in einem Speicher gespeichert werden, der für die Fehlerschätzeinheit
29 als
Nachschautabellen verfügbar
ist, oder als geeignete mathematische Beziehungen oder Funktionen.
Die Beziehungen zwischen der durchschnittlichen Anzahl von durchgeführten Iterationen
und den Fehlerraten kann von der Implementierung des iterativen
Basisbandprozessors, der verwendet wird, eine Anzahl von Bits in
einer Datensequenz (d.h. der Datenframegröße K), der verwendeten Kanalmodelle
und/oder anderen Faktoren abhängen,
und mehrere Beziehungen (d.h. Nachschautabellen oder mathematische
Funktionen) können
zur Verfügung
gestellt werden, um unterschiedliche Betriebszustände unterzubringen.
Darüber
hinaus können
die Beziehungen zwischen der durchschnittlichen Anzahl von durchgeführten Iterationen
und der Fehlerrate im Verlauf der Zeit gelernt und/oder onlinemäßig aktualisiert
werden.
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Die
Schätzung
der Fehlerrate kann dann zu der Funkvorrichtung gesendet werden,
die die Kommunikationen sendet, die empfangen werden, und dazu verwendet
werden, eine Sendeleistung für
die Kommunikation einzustellen, die durch den Empfänger der 1 empfangen
werden. Eine Erhöhung
bezüglich
der Fehlerrate für
Kommunikationen, die durch den Empfänger der 1 empfangen
werden, kann eine Notwendigkeit anzeigen, die Kommunikationen von
der anderen Funkvorrichtung mit einer höheren Leistung zu senden, um
die Fehlerrate für
Kommunikationen zu reduzieren, die durch den Empfänger der 1 empfangen werden.
Alternativ dazu kann eine Erniedrigung bezüglich der Fehlerrate für Kommunikationen,
die durch den Empfänger
der 1 empfangen werden, anzeigen, dass die andere
Funkvorrichtung mit einer niedrigeren Leistung senden kann. Der
Empfänger
der 1 kann dann mit einer iterativen Verarbeitung
einer nachfolgenden empfangenen Symbolsequenz fortfahren, wenn es
eine nachfolgende empfangene Symbolsequenz gibt, wie es beim Entscheidungsblock 73 angezeigt
ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Anzahl von iterativen Basisbandverarbeitungsiterationen,
die für
jede empfangene Symbolsequenz durchgeführt sind, dazu verwendet werden,
eine Fehlerrate für empfangene
Kommunikationen zu schätzen.
Fehlerratenschätzungen
können
somit für
jeden empfangenen Frame aktualisiert werden, und die Granularität jeder
aktualisierten Fehlerschätzung
kann größer als
Eins sein. Anders ausgedrückt
kann die Anzahl von iterativen Basisbandverarbeitungsiterationen,
die für
jede empfangene Symbolsequenz durchgeführt sind, zwischen 1 und der
maximalen Anzahl von zugelassenen Verarbeitungsiterationen variieren.
Zusätzlich
kann eine statistisch zuverlässige
Fehlerratenschätzung
unter Beobachtung einer relativ niedrigen Anzahl von verarbeiteten
Frames erhalten werden.
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Bei
einem Beispiel eines Empfängers
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der iterative Basisbandprozessor 25 eine
Log-Max-Decodierer
mit einer Datenframegröße von K
= 640 und einer maximalen Anzahl von Iterationen gleich 8 sein,
was zu Zwecken dieser Erklärung
vorausgesetzt wird, um aktuell mit einer Framefehlerrate (FER) von
0,01 zu arbeiten. Wie es in 4A gezeigt
ist, ist die entsprechende durchschnittliche Anzahl von Decodieriterationen
für jeden
Datenframe annähernd
3. Beim Verwenden von Fehlerschätzverfahren
gemäß Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
Beobachtungen von so wenig wie 20 Datenframes dazu verwendet werden,
eine zuverlässige
Framefehlerratenschätzung
zu erzeugen, vorausgesetzt, dass die Anzahl von Decodieriterationen
für jeden
Frame beobachtet werden kann, ob der Frame fehlerhaft ist oder nicht.
Diese Leistungsfähigkeit
kann erhalten werden, wo eine Messung (d.h. eine Anzahl von Iterationen) für jeden
Frame zur Verfügung
gestellt ist, und jede Messung bzw. jedes Maß eine Granularität von 8
hat (die maximale Anzahl von Iterationen). Gegensätzlich dazu
können
herkömmliche
Fehlerschätzeinheiten
auf Beobachtungen von aktuellen Bit/Frame-Fehlern beruhen und können in
der Größenordnung
von wenigstens einigen hundert Frames beobachten müssen, um
eine zuverlässige
Framefehlerratenschätzung
bei FER = 0,01 zu bekommen.
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Simulationsergebnisse
werden unter Bezug auf die 9, 10, 17, 18 und 19 für einen
W-CDMA-Turbocodeempfänger
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung diskutiert werden, die 10.000 Datenframes
empfangen, wo der iterative Basisbandprozessor ein Log-Max-Decodierer
mit einer Datenframegröße von K
= 640 ist, und unter Verwendung einer Gleitfenster-Durchschnittsbildung.
Die Beziehung zwischen einer Framefehlerrate und einer durchschnittlichen
Anzahl von Decodieriterationen für diesen
W-CDMA-Empfänger
ist in 4A dargestellt, und die Kurve
für K =
640 ist in numerische Daten in der Nachschautabelle der 7 umgewandelt.
Nach einem Berechnen der durchschnittlichen Anzahl von Verarbeitungsiterationen,
die verwendet werden, um eine richtige Datensequenz zu erzeugen,
wie es oben unter Bezug auf die 6 diskutiert
ist, und unter Verwendung einer Gleitfenster-Durchschnittsbildung,
kann eine Schätzung
der Framefehlerrate aus der Nachschautabelle der 7 unter
Verwendung von beispielsweise einer linearen Interpolation der aktuellen
durchschnittlichen Anzahl von Iterationen erhalten werden.
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Vergleichs-Simulationsergebnisse
werden unter Bezugnahme auf die 11, 12, 13, 14, 15, 16, 20, 21 und 22 für einen
Empfänger
diskutiert werden, der herkömmliche
Fehlerschätztechniken
verwendet. Insbesondere berechnet der herkömmliche Empfänger typischerweise eine
Framefehlerrate durch Beobachten einer vorbestimmten Anzahl von
decodierten Datenframes, durch Zählen
einer Anzahl der fehlerhaften Datenframes und durch Teilen der Anzahl
von Fehlern durch die vorbestimmte Anzahl von decodierten Datenframes,
um eine Framefehlerrate zu liefern. Wie es gezeigt werden wird, können herkömmliche
Fehlerschätzungen
zuverlässiger
für einen
Empfänger
durchgeführt
werden, der eine konstante Framefehlerrate erfährt, indem eine große vorbestimmte
Anzahl von Datenframes beobachtet wird. Eine solche Schätzung kann
jedoch nicht adäquat
zu Zuständen
passen, wo die Framefehlerrate sich relativ zu der Frameperiode
schnell ändert.
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In
den 9–18 sind
Simulationsergebnisse für
Empfänger
präsentiert,
die konstanten Signal-zu-Rausch-Verhältnissen (SNR) für die Dauer
von 10.000 empfangenen Frames unterzogen sind. Insbesondere verwenden
diese Simulationen eine konstante Betriebs-Eb/N0, die bei 0,9 dB, 1,2 dB und 1,48 dB simuliert
ist, mit entsprechenden Framefehlerraten von jeweils 0,1014, 0,0111
und 0,0013. Die 9, 11, 13, 15 und 17 sind
auf einer log-log-Skala vorgesehen, um anfängliche Konvergenzgeschwindigkeiten
darzustellen. Die 10, 12, 14, 16 und 18–22 sind
auf einer Halb-log-Skala vorgesehen, um eine langzeitige Variation
darzustellen.
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In
den 19–22 sind
Simulationsergebnisse für
Empfänger
präsentiert,
die variierenden Signal-zu-Rausch-Verhältnissen für die Dauer der 10.000 empfangenen
Frames unterzogen sind. Die Tabelle der 8 identifiziert
die Betriebs-Eb/N0 und
die für
jede Gruppe von Frames innerhalb der 10.000 Frames der Simulation
simulierte Betriebs-Framefehlerrate. Insbesondere wird eine Framefehlerrate
von 1% für
Frames 1–2000,
4001–6000
und 8001–10.000
simuliert; eine Framefehlerrate von 0,1% wird für Frames 2001–4000 simuliert;
und eine Framefehlerrate von 10% wird für Frames 6001–8000 simuliert.
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Die 9 und 10 stellen
Simulationsergebnisse für
einen WCDMA-Turbocodeempfänger
(unter Verwendung eines Log-Max-Decodierers
und einer Framegröße K = 640
mit einer Gleitfenster-Durchschnittsbildung) gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung dar, die mit drei konstanten Betriebs-Eb/N0 und Framefehlerraten durchgeführt sind
und mit einer Gleitfenster-Durchschnittsbildungsgröße L von
100 Frames durchgeführt
sind. Wie es in 9 gezeigt ist, können zuverlässige Schätzungen
der Framefehlerraten innerhalb von ungefähr 30 Frames bei allen drei
Fehlerraten erhalten werden. Die langzeitigen Schätzungen der
Framefehlerrate sind auch zuverlässig,
wie es in 10 gezeigt ist. Insbesondere
sind die langzeitigen Schätzungen
der Framefehlerraten bei 10% und 1% etwa in Bezug auf die aktuellen
Framefehlerraten zentriert. Die Schätzung für eine aktuelle Framefehlerrate
von 0,1% erscheint derart, dass sie etwas unter der aktuellen Framefehlerrate
zentriert ist. Dies kann ein Ergebnis der relativ niedrigen Abtastauflösung in
der Tabelle der 7 sein, die von dem steilen
Neigungsbereich der Kurve der 4B genommen
ist. Die 11 und 12 stellen
Simulationsergebnisse für
einen herkömmlichen
Empfänger
entsprechend den Ergebnissen der 9 und 10 und
unter Verwendung einer Fenstergröße von 100
Frames dar. Anders ausgedrückt
wird die Schätzung
der Framefehlerrate herkömmlich
durch Beobachten der allerletzten 100 Frames, durch Zählen der
Anzahl von Framefehlern und durch Teilen der Anzahl von Framefehlern
durch die Anzahl von beobachteten Frames berechnet. Wie es gezeigt
ist, wird keine zuverlässige
Schätzung
der Framefehlerrate geliefert, bis wenigstens 1/(aktuelle FER) Frames
beobachtet worden sind. Wie es gezeigt ist, kann eine zuverlässige Schätzung der
Framefehlerrate für
FER = 10% nach etwa 20 Frames erhalten werden. Die Schätzung der Framefehlerrate
für FER
= 1% ist nicht sehr zuverlässig
und kann nur gelegentlich Schätzungen
liefern, weil es einige 100 Framefenster ohne Framefehler geben
wird, was in einer geschätzten
Framefehlerrate von 0 für diese
Schätzungen
resultiert. Bei einer aktuellen FER von 0,1% scheint es so zu sein,
dass die Simulation einer herkömmlichen
Fehlerschätzung
bei dieser Simulation überhaupt
nicht wirkt.
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Die
Fenstergröße für eine herkömmliche
Fehlerschätzung
bei einem herkömmlichen
Empfänger
wurde auf 500 Frames bei der in den 13 und 14 dargestellten
Simulation erhöht.
Mit dieser Erhöhung bezüglich der
Fenstergröße kann
ein herkömmlicher
Empfänger
mit einer herkömmlichen
Fehlerschätzung dazu
fähig sein,
langzeitige Schätzungen
einer Framefehlerrate für
eine aktuelle FER = 1% zu verbessern. Die Schätzung bei einer aktuellen FER
= 1% unter Verwendung einer 500-Frame-Fenstergröße ist jedoch noch weniger
zuverlässig
als die Schätzung,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung einer kleineren Fenstergröße von 100
Frames geliefert wird, wie es in 10 gezeigt
ist. Darüber
hinaus kann eine herkömmliche
Fehlerschätzung
unter Verwendung eines Fensters von 500 Frames noch unfähig sein,
eine zuverlässige
Schätzung
der Framefehlerrate zu liefern, wenn die aktuelle FER = 0,1%.
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Die
Fenstergröße für die herkömmliche
Fehlerschätzung
wurde bei der in den 15 und 16 dargestellten
Simulation weiter auf 1000 Frames erhöht. Zuverlässige Schätzungen der Framefehlerrate
für eine aktuelle
FER = 10% und 1% wurden erhalten, wie es gezeigt ist. Schätzungen
der Framefehlerrate für
eine aktuelle FER = 0,1% schlägt
jedoch noch darin fehl, kontinuierlich zuverlässige Ergebnisse bei dieser
Simulation zu liefern.
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Die 17 und 18 stellen
Simulationen für
einen WCDMA-Turbocodeempfänger (unter
Verwendung eines Log-Max-Decodierers
und einer Framegröße K = 640
mit einer Gleitfenster-Durchschnittsbildung) gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung dar, die mit drei konstanten Betriebs-Eb/N0 und Framefehlerraten durchgeführt sind,
und mit einer erhöhten
Gleitfenster-Durchschnittsbildungsgröße L von 1000
Frames durchgeführt
sind. Wie es gezeigt ist, können
zuverlässigere
langzeitige Schätzungen
der Framefehlerraten geliefert werden, wenn sie mit Simulationen
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Gleitfenster-Durchschnittsbildungsgröße L von
100 Frames verglichen werden, wie es in den 9 und 10 gezeigt
ist. Wie es oben in Bezug auf die 9 und 10 diskutiert
ist, wird eine konsistente Unterschätzung der Framefehlerrate beobachtet,
wenn die aktuelle FER = 0,01, und diese Unterschätzung kann aus einem Mangel
an ausreichender Abtastauflösung
in diesem Bereich der Interpolationstabelle der 7 resultieren.
Eine Unterschätzung
kann durch Vorsehen einer größeren Auflösung von Abtastungen
für diesen
Bereich der Interpolationstabelle der 7 mit relativ
niedrigen Framefehlerraten und relativ niedrigen durchschnittlichen
Anzahlen von verwendeten Iterationen zum Verarbeiten empfangener Symbolsequenzen
reduziert werden.
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19 stellt
Simulationsergebnisse für
einen WCDMA-Turbocodeempfänger (unter
Verwendung eines Log-Max-Decodierers
und einer Framegröße K = 640
mit einer Gleitfenster-Durchschnittsbildung) gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung dar, die durchgeführt
sind, während
Betriebs-Eb/N0 und Framefehlerraten
variiert werden, und mit einer Gleitfenster-Durchschnittsbildungsgröße L von
100 Frames durchgeführt
sind. Insbesondere werden die Frames 1–2000, 4001–6000 und 8001–10.000
mit einer aktuellen FER = 1% empfangen; werden Frames 2001–4000 mit
einer aktuellen FER = 0,1% empfangen; und werden die Frames 6001–8000 mit
einer aktuellen FER = 10% empfangen. Wie es gezeigt ist, verfolgt
die Fehlerschätzeinheit
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung die Betriebs-FER sowohl reaktiv als auch zuverlässig.
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Die 20–22 stellen
Simulationsergebnisse für
einen herkömmlichen
Empfänger
dar, der derselben variierenden Betriebs-FER unterzogen ist, wie
es oben in Bezug auf 19 diskutiert ist, und unter
Verwendung jeweiliger Fenstergrößen von
100, 500 und 1000 Frames. Anders ausgedrückt wird die Schätzung der
Framefehlerrate herkömmlich
durch Beobachten der allerletzten 100, 500 oder 1000 Frames, durch
Zählen der
Anzahl von Framefehlern und durch Teilen der Anzahl von Framefehlern
durch die Anzahl von beobachteten Frames berechnet. Wie es gezeigt
ist, liefert eine herkömmliche
Fehlerschätzung
keine zuverlässigen Schätzungen
für variierende
Betriebs-Framefehlerraten. Die Simulation der 20 mit
einer relativ niedrigen Fenstergröße von 100 Frames liefert keine
zuverlässigen
Schätzungen
der niedrigeren Betriebs-Framefehlerraten, wo eine aktuelle FER
= 1% und 0,1%. Die Simulationen der 21 und 22 bei
höheren
Fenstergrößen von
500 und 1000 passen sich nicht schnell an Änderungen bezüglich der
Betriebs-Framefehlerrate an.
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Wie
es oben diskutiert ist, kann somit ein Empfänger gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
eine Schätzung
einer Fehlerrate für
empfangene Kommunikationen unter Verwendung einer Anzahl von iterativen
Basisbandprozessoriterationen erzeugen, die bei der Berechnung von
Datenframes durchgeführt
sind. Die Verwendung von iterativen Basisbandprozessoriterationen
zum Erzeugen von Schätzungen
einer Fehlerrate kann eine zuverlässige Schätzung liefern, die sich schnell
an sich ändernde
Empfangszustände anpasst.
Diese Fehlerschätzungen
können
dann zu der Funkvorrichtung gesendet werden, die empfangene Kommunikationen
sendet, um dadurch zuzulassen, dass die entfernte Funkvorrichtung
beispielsweise Sendecharakteristiken ändert, wie beispielsweise eine Sendeleistung,
um einen erwünschten
Pegel einer Empfangsqualität
beim Empfänger
aufrecht zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich können die Fehlerschätzungen
durch den Empfänger
mit oder ohne Senden der Fehlerschätzungen zu einer anderen Funkvorrichtung
verwendet werden.
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Empfänger gemäß der vorliegenden
Erfindung können
in Kommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise dem mobilen Endgerät 101,
das in 23 dargestellt ist, verwendet
werden, wobei das mobile Endgerät 101 Kommunikationen
mit einer Basisstation zur Verfügung
stellt. Wie es gezeigt ist, kann das mobile Endgerät eine Antenne 99,
einen Empfänger 103,
einen Sender 105, eine Steuerung 107 und eine
Anwenderschnittstelle 109 enthalten, wobei die Anwenderschnittstelle
ein Tastenfeld, eine Anzeige, einen Lautsprecher und/oder ein Mikrofon
enthalten kann. Insbesondere kann der Empfänger 103 als entweder
der Empfänger
der 1 oder der 2 implementiert
sein, und können
die Informationsbits und die Fehlerschätzung, die durch den Empfänger 103 erzeugt
sind zur Steuerung 107 geliefert werden. Die Steuerung 107 kann
somit die Fehlerschätzung
zum Sender 105 zur Rückübertragung
zur Basisstation liefern. Das mobile Endgerät 101 kann somit eine
Fehlerschätzung
für Kommunikationen
erzeugen, die von einer Basisstation empfangen sind, und die Fehlerschätzung zurück zu der
Basisstation senden.
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Das
mobile Endgerät 101 kann
beispielsweise ein Funktelefon, ein persönlicher digitaler Assistent,
ein Computer mit einem drahtlosen Modem oder irgendeine andere Vorrichtung,
die Sprach- und/oder Datenkommunikationen zur Verfügung stellt,
sein. Darüber
hinaus können
Empfänger
gemäß der vorliegenden
Erfindung beispielsweise in festen Endgeräten, Kommunikations-Basisstationen,
Satellitenempfängern
oder Funkrufeinheiten bzw. Pager verwendet werden.
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In
den Zeichnungen und in der Beschreibung sind typische bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung offenbart worden, und obwohl spezifische Ausdrücke verwendet
sind, sind sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn
verwendet und nicht zu Zwecken einer Beschränkung, wobei der Schutzumfang der
Erfindung in den folgenden Ansprüchen
aufgezeigt wird.