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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Übertragungsprozeduren
bei zellularen Kommunikationssystemen. Insbesondere betrifft die
Erfindung die Auswahl von Prozeduren zum Senden von Datenpaketen
in zellularen Kommunikationssystemen der dritten Generation.
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Hintergrund
der Erfindung
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Drahtlose
Kommunikationssysteme umfassen typischer Weise eine Reihe von Funkvorrichtungen,
die auf unterschiedlichste Weise verbunden sein können. Diese „Funkvorrichtungen" können Mobiltelefone
sein. Sie können
alternativ mobile oder tragbare Funkgeräte sein, die normalerweise
als „PMR-Funkgeräte" bezeichnet werden.
Nachstehend wird der Begriff mobile Station (MS) für Mobiltelefone
und tragbare bzw. mobile Funkgeräte
verwendet.
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Die
mobilen Stationen können über Basisstationen
des Systems kommunizieren. Jede Basisstation versorgt typischer
Weise eine Zelle des drahtlosen Kommunikationssystems. Die Basisstationen
bieten Verbindungen entweder zum Festnetz („POTS") oder zu weiteren mobilen Stationen
im System. Mobile Stationen, die über Basisstationen kommunizieren,
können,
müssen
sich aber nicht innerhalb der gleichen Zelle des Netzwerks befinden.
Alternativ können
mobile Stationen bei einer Kommunikation im „direkten Modus" direkt miteinander
kommunizieren.
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Bei
Breitband-Codemultiplexzugriffssystemen (WCDMA-Systemen) des Third Generation Partnership Project
(3GPP) und anderen derartigen Systemen der dritten Generation (3G-Systemen) existieren
unterschiedliche Verfahren, die sowohl bei Aufwärtsverbindungen als auch bei
Abwärtsverbindungen
zum Senden von Paketdaten genutzt werden können. Die Kommunikation zwischen
einem mobilen Teilnehmer- oder Benutzergerät (UE) und einem Netzwerk wird
als Aufwärtsverbindung
bezeichnet, und die zwischen dem Netzwerk und dem Benutzergerät als Abwärtsverbindung.
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Beispiele
zellularer Kommunikationssysteme sind in der Patentkooperationsvertragsanmeldung
WO 1999/66748, die ein System beschreibt, das einen Verbindungsstatus
einer mobilen Kommunikationsvorrichtung dynamisch anpasst, wobei
eine Verbindung auf der Grundlage einer bzw. eines oder mehrerer
die Verbindung betreffender Bedingungen/Parameter, wie bei einer
Paketdatenverbindung beispielsweise der Menge der Daten in der Warteschlange,
auf einen optimalen Status einge stellt wird, und in der Patentkooperationsvertragsanmeldung
WO 1999/52307 zu finden, die ein System zur Zuweisung von Ressourcen
in einem universellen mobilen Telefonsystem beschreibt, bei dem
die Funknetzsteuerung (RNC) auf der Grundlage der Verkehrsbedingungen
und/oder der Qualität
der Dienstparameter den geeignetsten Typ von Kanal für eine Übertragung
auswählt.
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Gegenwärtig sind
drei Arten von Transport-/Logikkanal für das Senden von Paketen über eine
Aufwärtsverbindung
vorgesehen. Diese Kanäle
ermöglichen
das Senden von Paketen von dem Benutzergerät (UE) zum Netzwerk. Der erste
Kanal ist der Direktzugriffskanal (RACH, Random Access Channel),
der zweite der gemeinsame Paketkanal (CPCH, Common Packet Channel)
oder der Kanal für
den erweiterten Zugriff (für CDMA
2000) und der dritte der zugewiesene Kanal (DCH, Dedicated Channel).
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Ähnlich existieren
derzeit zwei Arten von für
das Senden von Paketen über
eine Abwärtsverbindung vorgesehenem
Transportlogikkanal. Dabei handelt es sich um den Vorwärtszugriffskanal
(FACH, Forward Access Channel) und den geteilten Abwärtsverbindungskanal
(DSCH, Downlink Shared Channel). Der zuletzt genannte unter den
beiden ist dem zugewiesenen Kanal (DCH) für die Abwärtsverbindung zugeordnet.
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Zum
gegenwärtigen
Zeitpunkt ist einem Netzwerk oder System nicht bekannt, welche Prozedur
von der Funknetzsteuerung (RNC, Radio Network Controller) für eine Paketdatenübertragung über eine
Aufwärts- oder
Abwärtsverbindung
auf gerufen werden sollte. Es ist dem System nicht möglich, den
geeignetsten Kanal als Solchen bzw. die geeignetste Prozedur als
Solche zu nutzen, ohne instruiert zu werden, welcher Kanal der geeignetste
ist. Das Problem besteht daher darin, dass das System nicht in der
Lage ist, seine Leistung zu optimieren. Zudem enthalten die 3GPP-Spezifikationen keine
Vereinbarung, die eine Prozedur bereitstellt, die die Auswahl einer
geeigneten Paketdatenübertragungsprozedur
ermöglicht.
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Die
vorliegende Erfindung nimmt sich eines oder mehrerer der vorstehend
erwähnten
Nachteile an.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Auswahl einer Übertragungsprozedur
gemäß Anspruch
1 geschaffen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Auswahl einer Übertragungsprozedur
gemäß Anspruch
11 geschaffen.
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Ist
eine Übertragung
in eine Richtung über
eine Abwärtsverbindung
erforderlich, berechnet der BTS (der Knoten B), von dem die Abwärtsübertragung
ausgehen soll, die Größe einer
Paketdatenwarteschlange und misst dann die Größe der ihm zur Verfügung stehenden,
nicht genutzten linearen Leistungsverstärkerkapazität (LPA-Kapazität).
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Ähnlich kann
unabhängig
von der Größe der Warteschlange
der auf die Übertragung
wartenden Paketdaten ein zugewiesener Kanal (DCH) für eine Aufwärtsverbindung
und ein zugewiesener geteilter Kanal (DSCH) im Zusammenhang mit
dem zugewiesenen Abwärtskanal
verwendet werden, wenn eine Übertragung in
beide Richtungen erforderlich ist.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Nachstehend
werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen lediglich beispielhaft
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigen:
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1 die
Interaktion zwischen einem zellularen 3G-Kommunikationsnetz und seinen Benutzern;
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2 ein
Ablaufdiagramm, das die erfindungsgemäße Auswahl der Übertragungsprozedur
beim Senden von Paketdaten in eine Richtung über eine Aufwärtsverbindung
darstellt;
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3 ein
Ablaufdiagramm, das die erfindungsgemäße Auswahl der Übertragungsprozedur
beim Senden von Paketdaten in eine Richtung über eine Abwärtsverbindung
darstellt;
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4 das
allgemeine Schema eines erfindungsgemäß arbeitenden, drahtlosen Kommunikationssystems 10;
und
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5 eine
mobile Station (MS) zur Verwendung in dem System gemäß 4.
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Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
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Wie
aus 1 ersichtlich, kommuniziert bei einem zellularen
Kommunikationssystem der dritten Generation eine Funknetzsteuerung
(RNC, Radio Network Controller) 102 mit einer Anzahl (1
bis k) von BTSs oder Knoten B, die wiederum mit einer Anzahl (1
bis n) Benutzern 104, 106, 108 kommunizieren,
die als Benutzergeräte
(UE) bekannt sind. Das Benutzergerät kann ein Mobiltelefon, ein
Laptop-Computer, ein Anrufmelder, etc. sein. Die Kommunikation erfolgt über einen
Quellenknoten B 110. Jeder Quellenknoten B ist eine Komponente
des Netzwerks und steht mit der Funknetzsteuerung (RNC) in Verbindung.
Diese Elemente sind gleichgestellt mit der Basisstationssteuerung
(BSC, Base Station Controller), einer mobilen Station oder einem Teilnehmer
(MS) und der Basis-Sender-Empfänger-Station
(BTS, Base Transceiver Station) eines globalen mobilen Kommunikationssystems
(GSM) oder eines allgemeinen Paketfunksystems (GPRS, General Packet Radio
System).
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Das
Verfahren zur Auswahl einer geeigneten Übertragungsprozedur hängt vom
Typ der erforderlichen Übertragung
ab. Die verfügbaren
Typen von Übertragung
können
als i) Paketdatenübertragung
in eine Richtung über
eine Aufwärtsverbindung,
ii) Paketdatenübertragung
in eine Richtung über
eine Abwärtsverbindung und
iii) Paketdatenübertragung
in beide Richtungen über
eine Aufwärtsverbindung
und eine Abwärtsverbindung
ausgedrückt
werden. Der Funknetzsteuerung ist der Typ der auszuführenden Übertragung
bekannt, da sie die Übertragung
entweder initiiert oder in die Zuweisung der Ressource für eine angeforderte
Aufwärtsverbindung
involviert ist. Die Auswahl der Übertragungsprozedur
als Solche wird entsprechend dem durchzuführenden Typ von Übertragung
ausgeführt.
Die Auswahl wird nachstehend für
jeden Typ von Übertragung
im Einzelnen beschrieben.
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Obwohl
die Auswahl des für
die Paketdatenübertragung
zu verwendenden logischen Kanals von dem Typ der auszuführenden Übertragung
abhängt
(wie vorstehend im Einzelnen ausgeführt), hängt sie primär von einer
Reihe von Faktoren ab. Diese Faktoren umfassen die Größe der Warteschlange
am Benutzergerät
oder an der Funknetzsteuerung für
ein bestimmtes Benutzergerät,
d.h. die Anzahl der auf die Übertragung
wartenden Datenpakete, die den Datenpaketen in der Warteschlange
zugeordneten Anforderungen an die Qualität des Dienstes (QoS, Quality
of Service), die Anzahl der Sprach- und Datenbenutzer, die das System
gegenwärtig
nutzen, die Positionen dieser Benutzer, den erfahrenen aktuellen
Störpegel
und die LPA-Kapazität,
etc.
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Die
Auswahl des logischen Kanals für
die Paketdatenübertragung
in einer Richtung über
eine Aufwärtsverbindung
wird unter Bezugnahme auf 2 im Einzelnen
beschrieben. Der Funktionskasten 202 zeigt den Schritt
des Sendens einer Messprotokollnachricht über einen Quellenknoten B an
die Funknetzsteuerung durch ein Benutzergerät. Die Messprotokollnachricht
enthält
die Größe der Warteschlange
betreffende Informationen, Dienstqualitätsanforderungen der am Benutzergerät angesammelten
Pakete, die Anzahl der verriegelten Finger und Pilot-Stärkemessnachrichten,
etc. Dieser Schritt wird von jedem Benutzergerät ausgeführt, das gegenwärtig im
System arbeitet und eine Aufwärtsverbindung
benötigt.
Der Funktionskasten 204 beschreibt den Schritt jedes Knotens
B im Einzelnen, der in seinem Funktionsbereich ein Benutzergerät verwaltet,
das eine Aufwärtsverbindung
benötigt,
wobei die Zunahme des Rauschens (der Anstieg des Rauschens) berechnet
wird, den er aufgrund der Aktivität des Benutzergeräts erfährt, und
dieser Wert an die Funknetzsteuerung gemeldet wird. Wie vorstehend
ausgeführt,
ist der Knoten B in einem 3G-System das Äquivalent zum BTS in einem
GSM- oder GPRS-System. Jeder Knoten ist als Solcher für die Benutzergeräte innerhalb
seines spezifizierten Bereichs (des Bereichs der Zelle, in dem er
arbeitet) verantwortlich.
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Wurden
sämtliche
oben aufgeführten
Informationen empfangen, berechnet die Funknetzsteuerung die Informations/Kanalbitrate,
die SF und die Anzahl der zur Übertragung
der in der Warteschlange befindlichen Datenpakete mit der berechneten
Geschwindigkeit erforderlichen Datenrahmen. Diese Werte werden auf
der Grundalge der Größe der Warteschlange
(Funktionskasten 206) und weiterer Systeminformationen,
wie einer Zunahme des Rauschens, etc. berechnet. Die Daten werden
unter Verwendung physischer Kanäle über eine vorgegebene
Anzahl an Rahmen mit einer von der Funknetzsteuerung berechneten
Informationsbitrate an die Zielvorrichtung gesendet. Jeder Rahmen
hat eine bestimmte Dauer und umfasst eine Anzahl von Zeitfenstern, die
zur Übertragung
vom Benutzergerät
oder vom Knoten B über
eine Aufwärtsverbindung
und eine Abwärtsverbindung
genutzt werden können.
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Der
Funktionskasten
208 zeigt einen beispielhaften Schritt
der Funknetzsteuerung, in dem bestimmt wird, welcher der drei zur
Verwendung für
Aufwärtsverbindungen
geeigneten logischen Kanäle
verwendet werden soll. Eine derartige Bestimmung wird entsprechend
den folgenden aufeinander folgenden Bedingungen ausgeführt: Bedingung
1:
wobei T
1 und R
1 Schwellenwerte sind, deren Werte implementierungsabhängig sind
und vom Systembetreiber in der Funknetzsteuerung (RNC) eingestellt
werden. Bedingung
2:
wobei T
1, T
2,
R
1, R
2, I
1 und V
1 erneut Schwellenwerte
sind, deren Werte implementierungsabhängig und systembetreiberdefiniert
sind. Zudem gilt T
2 > T
1 und R
2 > R
1.
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Die
vorstehend genannten Bedingungen zeigen eine typische Methode zur
Bestimmung, welcher logische Kanal zum Senden der Datenpakete über eine
Aufwärtsverbindung
verwendet werden soll. Die Schwellenwerte sind dabei erneut auf
Werte eingestellt, die sicherstellen, dass der Direktzugriffskanal
(RACH) für
kurze Nachrichten oder Übertragungen
(von beispielsweise 1 oder 2 Rahmen), der gemeinsame Paketkanal (CPCH)
oder der Kanal für
den erweitertem Zugriff (EACH) für
Nachrichten bzw. Übertragungen
mittlerer Länge
(von beispielsweise 3 bis 10 Rahmen) und der zugewiesene Kanal (DCH)
für lange
Nachrichten oder Übertragungen
(von beispielsweise mehr als 10 Rahmen) verwendet wird.
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Die
Auswahl des logischen Kanals für
die Paketdatenübertragung
in eine Richtung über
eine Abwärtsverbindung
ist in 3 dargestellt. wie ersichtlich, werden die zu
sendenden Pakete für
eine Abwärtsverbindung
an der Funknetzsteuerung (RNC) in einer Warteschlange für den bestimmten
Benutzer aufgereiht. Der Knoten B berechnet die Größe der Warteschlange
und misst die Größe der ungenutzten
linearen Leistungsverstärkerkapazität (LPA-Kapazität), die
er dann an die Funknetzsteuerung weiterleitet. Der LPA ist eine
Hardwarekomponente des Systems, die im Knoten B angeordnet ist.
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Der
Funktionskasten
304 stellt den Schritt der Nutzung der
gelieferten Informationen (in Form der Größe der Warteschlange) durch
die Funknetzsteuerung zur Berechnung der Kanalbitrate und der Anzahl
der zur Übertragung
der in der Warteschlange befindlichen Datenpakete erforderlichen
Rahmen dar. Diese Informationen werden dann im folgenden Zustand
verwendet, um zu bestimmen, welcher der beiden für eine Abwärtsverbindung verfügbaren logischen
Kanäle
verwendet werden soll (Funktionskasten
306):
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Wieder
sind T3 und R3 implementierungsabhängige Schwellenwerte,
deren Werte vom Systembetreiber eingestellt werden.
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Durch
die vorstehend aufgeführte
Bedingung wird sichergestellt, dass für Übertragungen von kürzerer Dauer
(von beispielsweise 1 bis 2 Rahmen) der FACH und für Übertragungen
von längerer
Dauer (von beispielsweise mehr als 2 Rahmen) der DSCH (im Zusammenhang
mit dem DCH für
eine Abwärtsverbindung) verwendet
wird.
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Der
letzte Typ von Übertragung,
der verwendet werden kann, ist die Paketdatenübertragung in beide Richtungen über eine
Aufwärtsverbindung
und eine Abwärtsverbindung.
Soll eine derartige Übertragung
initiiert werden, muss keine Bestimmung der zu verwendenden Übertragungsprozedur durchgeführt werden.
In diesem Fall sollte der DCH stets für die Aufwärtsverbindung und der einem
DCH zugeordnete DSCH stets für die
Abwärtsverbindung
verwendet werden, wobei unabhängig
von der Größe der Warteschlange
eine schnelle Initialisierungsprozedur für die Paketdatenübertragung
verwendet wird. Die schnelle Initialisierungsprozedur ist eine Prozedur,
die die Unterbrechung des zugewiesenen Kanals beinhaltet, wenn keine
Daten gesendet werden müssen,
und seinen zugehörigen
raschen Neustart, wenn die nächsten
Daten übertragen
werden müssen. Ähnlich ermöglicht dies
das Senden von Paketen in Schüben.
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Die
vorstehend beschriebene Methodik hat den Vorteil, dass sichergestellt
wird, dass sowohl bei einer Aufwärtsverbindung
als auch bei einer Abwärtsverbindung
und sowohl bei einer Übertragung
in einer Richtung als auch bei einer Übertragung in beide Richtungen
der geeignetste und zweckmäßigste logische
Kanal für das
Senden von Datenpaketen verwendet wird. Der logische Kanal wird
zur Verfeinerung der Auswahl und zur Optimierung der Leistung des
Systems im Allgemeinen im Hinblick auf den aktuellen Status und
die herrschenden Bedingungen des Systems ausgewählt.
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Zusätzlich zu
dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird ein System geschaffen,
das die Einrichtung zum Ausführen
des Verfahrens umfasst, wodurch dessen inhärente Vorteile erzielt werden.
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4 zeigt
das allgemeine Schema eines Beispiels eines erfindungsgemäßen drahtlosen
Kommunikationssystems 10. Mobile Stationen 2, 4 und 6 gemäß 4 können mit einer
Basisstation 8 kommunizieren. Die mobilen Stationen 2, 4 und 6 können Mobiltelefone
sein. Alternativ können
sie PMR-Funkgeräte,
beispielsweise tragbare Funkgeräte
oder in Fahrzeugen montierte mobile Funkgeräte sein.
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Jede
der in 4 gezeigten mobilen Stationen kann über die
Basisstation 8 mit einer oder mehreren anderen mobilen
Stationen kommunizieren. Wenn die mobilen Stationen 2, 4 und 6 für einen
Betrieb im Direktmodus geeignet sind, können sie direkt miteinander
bzw. mit anderen mobilen Stationen kommunizieren, ohne dass die
Kommunikationsverbindung die Basisstation 8 durchläuft.
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5 zeigt
eine erfindungsgemäß arbeitende
mobile Station (MS). Die mobile Station (MS) gemäß 5 ist eine
Funkkommunikationsvorrichtung und kann entweder ein tragbares bzw.
mobiles Funkgerät
oder ein Mobiltelefon sein.
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Die
mobile Station 2 gemäß 5 kann
Sprache von einem Benutzer der mobilen Station senden. Die mobile
Station umfasst ein Mikrophon 34, das ein Signal zur Übertragung
durch die mobile Station liefert. Das Signal von dem Mikrophon 34 wird
von der Sendeschaltung 22 gesendet. Die Sendeschaltung 22 sendet über einen
Schalter 24 und eine Antenne 26.
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Die
mobile Station 2 weist auch eine Steuereinheit 20 und
einen Festspeicher (ROM) 32 auf. Die Steuereinheit 20 kann
ein Mikroprozessor sein.
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Der
ROM 32 ist ein dauerhafter Speicher und kann ein nicht
flüchtiger,
elektrisch löschbarer,
programmierbarer Festspeicher (EEPROM) sein. Der ROM 32 ist über eine
Leitung 30 mit der Steuereinheit 20 verbunden.
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Die
mobile Station 2 gemäß 5 umfasst
auch eine Anzeige 42 und einen Tastenblock 44,
der als Teil des Benutzerschnittstellenschaltkreises der mobilen
Station dient. Zumindest der Tastenblockabschnitt 44 des
Benutzerschnittstellenschaltkreises kann vom Benutzer aktiviert
werden. Es kann auch eine Stimmaktivierung für die mobile Station verwendet
werden. Ähnlich
können
andere Einrichtungen zur Interaktion mit einem Benutzer verwendet
werden, wie beispielsweise ein berührungsempfindlicher Bildschirm.
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Von
der mobilen Station empfangene Signale werden von dem Schalter zum
Empfangsschaltkreis 28 weitergeleitet. Von dort werden
die empfangenen Signale an die Steuereinheit 20 und einen
Audioverarbeitungsschaltkreis 38 weitergeleitet. Ein Lautsprecher 40 ist
mit der Audioschaltung 38 verbunden. Der Lautsprecher 40 bildet
einen weiteren Teil der Benutzerschnittstelle.
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Es
kann ein Datenanschluss 36 vorgesehen sein. Der Anschluss 36 liefert
ein Daten zum Senden durch die Sendeschaltung 22, den Schalter
und die Antenne 26 enthaltendes Signal. Auch von dem Empfangsschaltkreis 28 empfangene
Daten können
dem Anschluss 36 zugeführt
werden. Auf die Darstellung der Verbindung, die dies ermöglicht,
wurde aus Gründen
der Klarheit der Darstellung in 5 verzichtet.
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Es
ist ersichtlich, dass das Verfahren, obwohl es unter Bezugnahme
auf Breitband-Codemultiplexzugriffssysteme (WCDMA-Systeme) beschrieben
wurde, gleichermaßen
auf andere zellulare Kommunikationssysteme der dritten Generation
einschließlich
des universellen mobilen Telekommunikationssystems (UMTS) anwendbar
ist.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung selbstverständlich lediglich
beispielhaft beschrieben wurde und dass innerhalb des Rahmens der
beiliegenden Ansprüche
Modifikationen an Einzelheiten vorgenommen werden können.