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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Funkzugangsnetze und
konkret Funkzugangsnetze, die mehrere Telekommunikationsstandards
unterstützen.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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UMTS
ist ein Funkkommunikationsverfahren, das standardisiert wurde und
das gegenwärtig
angewendet wird. Die entsprechenden Standards, insbesondere der
3GPP TS 25.308 Version 5.2.0, März
2002, und der 3GPP TS 25.321 V5.2.0, September 2002, die verschiedene
Erweiterungen des UMTS betreffen, d.h. den High Speed Downlink Packet
Access (HSDPA) und die MAC-Protokollspezifikation,
offenbaren Details hinsichtlich dieser Kommunikationsformate.
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Andere
Funkstandards, wie zum Beispiel IEEE 802.11, sind vorgesehen, um
mobilen Geräten
wie zum Beispiel Mobiltelefonen, Laptops, Headsets und PDAs (Personal
Digital Assistants) zu ermöglichen,
miteinander und mit einem leitungsgebundenen LAN (Local Area Network)
zu kommunizieren. Solche mobilen Geräte sind zum Übertragen
zwischen Funk-LANs (WLANs) fähig
und einige mobile Geräte
können
zwischen verschiedenen Typen von Funknetzen übertragen (z.B. einem WLAN
und einem Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerk). Solche Übertragungen
erfordern in der Regel das Aufbauen einer neuen Verbindung mit dem
neuen WLAN für
das mobile Gerät,
das die Übertragung
durchführt.
Diese Technologien stellen ein gemeinsames Anschlußverfahren
für verschiedene
mobile Geräte
bereit und ermöglichen
auf diese Weise das mühelose
Vernetzen von Mobiltelefonen, Laptops, Headsets, PDAs und anderen
Vorrichtungen im Büro
und letztendlich an öffentlichen
Orten.
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Die
Standards wie zum Beispiel der IEEE 802.11 (Institute of Electrical & Electronics Engineers)
und der ETSI (European Telecommunications Standards Institute) HIPERLAN/2
stellen die Funkverbindungsfunktion bereit und können verwendet werden, um die
WLAN-Kommunikation (Funk-LAN-Kommunikation) zu unterstützen. Siehe
IEEE 802.11 "Wireless
LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer Specifications". Siehe auch die
ETSI-Spezifikationen für
HIPERLAN/2, wie zum Beispiel das ETSI-Dokument Nummer TR 101 683, "Broadband Radio Access
Networks (BRAN); HIPERLAN Type 2; System Overview".
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Einige
mobile Geräte
weisen ebenfalls die Fähigkeit
zum Wechseln zwischen verschiedenen Typen von Funkkommunikationsnetzen
auf, wie zum Beispiel zwischen einem WLAN-Netzwerk (Bluetooth oder
IEEE 802.11, wie oben beschrieben ist) und einem Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerk,
wie zum Beispiel einem auf der Basis eines Mobiltelefon-Kommunikationsprotokolles
(z.B. CMTS bzw. Mobilfunk-Telefonsystem, GSM bzw. Globales Mobilfunksystem
nach GSM-Standard, PCS bzw. Personal Communications Services oder UMTS
bzw. Universelles Mobiles Telekommunikationssystem).
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Zum
Beispiel umfaßt
das mobile Gerät
(z.B. Laptop oder PDA) Kommunikationsschnittstellen (z.B. Kommunikationshardware
und -software), die dem mobilen Gerät ermöglichen, mit zwei (oder mehr)
verschiedenen Typen von Funknetzen zu kommunizieren. In der Regel
wird, wenn das mobile Gerät
wechselt, um auf einen anderen Typ des Funknetzes zuzugreifen, die
aktuelle Kommunikationssitzung mit dem aktuellen Funknetz beendet
und das mobile Gerät
baut eine neue Kommunikationssitzung (neue Kommunikation) mit dem neu
angeschlossenen Funknetz auf.
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Die
US-Patentschrift 5,412,375 zeigt ein Verfahren zum Auswählen einer
Luftschnittstelle für
die Kommunikation in einem Kommunikationssystem. Das Kommunikationssystem
weist eine Mehrzahl von Luftschnittstellen auf. Eine der Luftschnittstellen
ist zur Verwendung für
eine gewünschte
Kommunikation durch Übertragen
einer Mitteilung, die eine Liste der Luftschnittstelleneigenschaften
des Teilnehmers aufweist, von dem Teilnehmer an eine Basisstation
bestimmt. Eine Liste der Luftschnittstelleneigenschaften der Basisstation wird
dann auf einem Controller mit der Liste vom Teilnehmer verglichen.
Eine kompatible Luftschnittstelle oder Liste von kompatiblen Luftschnittstellen
wird durch den Controller generiert und an die Basisstation bereitgestellt.
Die Basisstation wird dann den Teilnehmer anweisen, auf das Kommunikationssystem
unter Verwendung einer kompatiblen Luftschnittstelle zuzugreifen.
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt, ein verbessertes Telekommunikationsverfahren
bereitzustellen, um die bessere Nutzung von mobilen Geräten zu ermöglichen,
die derartige mehrere Luftschnittstellen unterstützen. Insbesondere bezweckt
die vorliegende Erfindung, einen verbesserten Knoten eines Funkzugangsnetzes
bereitzustellen.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Funkzugriffscontroller und einen
Knoten eines Funkzugangsnetzes bereit, die mehrere Luftschnittstellenstandards
unterstützen.
Wenn ein aktives Teilnehmergerät
in einer Zone ist, wo die Abdeckung von zwei oder mehr Luftschnittstellen
vorhanden ist, erfolgt eine Auswahl zwischen den verfügbaren Schnittstellen
für die
Zwecke der effizienteren Nutzung der verfügbaren Bandbreitenressourcen.
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Zum
Beispiel wurde eine Übertragung
für Hochgeschwindigkeits-Downlink-Paketzugriff
(HSDPA) zum Streaming von Daten an die Endbenutzervorrichtung aufgebaut.
Nachdem die Übertragung
aufgebaut wurde, tritt z.B. eine Engpaßsituation auf Grund von Anforderungen
von anderen Benutzern für
Telekommunikationsdienste auf. Solch eine Engpaßsituation kann durch Austauschen
der physikalischen Schicht der HSDPA-Verbindung durch eine alternative physikalische
Schicht, wie zum Beispiel WLAN, und durch Abbilden der HSDPA-Frames
auf die WLAN-Framestruktur behoben werden. Auf diese Weise erfolgt
eine nahtlose Umschaltung zwischen der UMTS- und der WLAN-Luftschnittstelle,
während
die HSDPA-Übertragung
aufrechterhalten wird. Der Austausch der physikalischen Schicht
kann ebenfalls aus anderen Gründen,
z.B. Störung,
Ausfall des Transceivers oder Entscheidung des Netzbetreibers, berechtigt
sein.
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Gemäß der Erfindung
empfangen die Radio Network Controller für mehrere Standards eine Dienstgüte-Parametermenge
von dem Core-Netzwerk.
Dies ist Teil einer Anforderung eines aktiven Teilnehmergerätes für Telekommunikationsdienste.
Außerdem
empfängt
der Radio Network Controller Daten von dem entsprechenden Netzknoten,
wie zum Beispiel einem Knoten B, welcher die gegenwärtige Verfügbarkeit
von Luftschnittstellen angibt. Zum Beispiel brauchen eine oder mehr
der Luftschnittstellen nicht verfügbar sein, da die entsprechenden
Bandbreitenressourcen erschöpft
sind.
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Außerdem empfängt der
Radio Network Controller eine Überwachungsliste
von dem anfordernden Teilnehmergerät, die die Luftschnittstellen
angibt, die das Teilnehmergerät
von seinem aktuellen Ort "sieht". Die Kombination
der Überwachungsliste
von dem Teilnehmergerät
und der Verfügbarkeitsdaten
von dem Funkzugriffsknoten stellt für den Radio Network Controller
eine Menge von Luftschnittstellen bereit, aus der eine Auswahl getroffen
werden kann.
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Der
Radio Network Controller wählt
eine oder mehr Schnittstellen aus dieser Menge von Luftschnittstellen
aus. Für
diesen Zweck identifiziert der Radio Network Controller solche Luftschnittstellen
aus der verfügbaren
Menge von Luftschnittstellen, welche am besten die Dienstgüteforderungen
erfüllen.
Diese "Kandidatenliste" wird von dem Radio
Network Controller an die Funkzugriffsknoten bereitgestellt. Auf
der Ebene der Funkzugriffsknoten erfolgt die endgültige Auswahl
aus der Kandidatenliste. Diese Auswahl kann auf der Basis eines
Lastverteilungsschemas oder auf der Basis anderer Kriterien erfolgen.
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Nachdem
die endgültige
Auswahl erfolgt ist, wird die Telekommunikationsverbindung, die
die erforderliche Dienstgüte
aufweist, mit dem anfordernden Teilnehmergerät aufgebaut. Wenn eine Engpaßsituation
eintritt, kann die physikalische Schicht der aufgebauten Telekommunikationsverbindung
durch Austauschen der aktuellen Luftschnittstelle durch eine andere
gewechselt werden. Dieser Übergang
kann nahtlos erfolgen, ohne höhere
Schichten der Kommunikation zu beeinflussen. Auf diese Weise kann
eine effizientere Nutzung der kombinierten Kanalkapazitäten der
Luftschnittstellen für
mehrere Standards, die gleiche oder überlappende Regionen abdecken,
durchgeführt
werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden sind die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
durch Verweis auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben, in
welchen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Funkzugangsnetzes zeigt, das eine Ausführungsform
eines Radio Network Controller und eines Knotens B umfaßt,
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2 ein
Fließschema
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Telekommunikationssystems 100,
das aufweist: ein Core-Netzwerk 102, einen Radio Network
Controller (RNC) 104, der mit dem Core-Netzwerk 102 gekoppelt
ist, und eine Anzahl von Knoten B 106, die mit dem Radio
Network Controller 104 gekoppelt sind.
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RNC 104 weist
eine Steuerungsebene 108 auf, die eine Funkbetriebsmittel-Steuerungskomponente 110 und
eine Komponente für
Funkbetriebsmittelverwaltung (ARM), die mehrere Luftschnittstellenstandards unterstützt, umfaßt. Diese
Komponente wird im Folgenden als MxRRM 112 bezeichnet.
Die Steuerungsebene 108 enthält eine Liste 114 von
allen Luftschnittstellen, die durch den Knoten B 106 unterstützt werden.
Jede der Luftschnittstellen weist eine Dienstgüte(QoS)-Information auf, welche
die QoS beschreibt, die von einer vorgegebenen Luftschnittstelle
bereitgestellt werden kann.
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Außerdem weist
der RNC 104 eine Benutzerebene 116 auf. Die Benutzerebene 116 weist
eine RLC/MAC-d-Komponente 118 für jede aktive Kommunikationsverbindung
auf. MAC-d ist eine MAC-Instanz
der MAC-Teilschicht; zu Details über
die Funktionalität
der Radio Link Control (RLC)/MAC-d der Komponente 118 wird
auf die entsprechenden Standarddefinitionen verwiesen, z.B. 3GPP
TS 25.321 V5.2.0 (2002-09), Technical Specification, 3rd Generation
Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access
Network; MAC Protocol Specification, (Release 5).
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Die
Benutzerdaten für
jede der Funkverbindungen, die über
die RLC/MAC-d-Komponenten 118 aufgebaut wurden, werden
von dem Core-Netzwerk 102 bereitgestellt. Für die Zwecke
der Übertragung
der Benutzerdaten von dem Core-Netzwerk 102 an die Benutzerebene 116 kann
ein TCP/IP- oder ATM-Protokoll verwendet werden.
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Der
Knoten B 106 weist eine Menge 120 von Luftschnittstellen 122, 124, 126,
... auf.
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Für jede einzelne
der Luftschnittstellen 122, 124, 126 ...
ist eine entsprechende Komponente für Medium Access Control (MAC)
vorhanden, d.h. die MRC-Komponente 128 für die Luftschnittstelle 122,
die MAC-Komponente 130 für die Luftschnittstelle 124,
...
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Zum
Beispiel ist die Luftschnittstelle 122 eine Luftschnittstelle
des Typs Tx HSDPA; die Luftschnittstelle 124 eine Luftschnittstelle
des Typs Tx WLAN; die Luftschnittstelle 126 eine Luftschnittstelle
des Typs Tx UMTS-FDD. Eine Reihe von zusätzlichen Luftschnittstellen
kann unterstützt
werden, wie zum Beispiel das Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(OFDM), Bluetooth und andere.
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Die
MAC-Komponenten 128, 130 ... empfangen die Informationen
der Funkverbindungsanpassung (RLA/radio link adaptation) zum Steuern
der entsprechenden Funkverbindungen, wie es zum Beispiel an sich aus
dem Stand der Technik bekannt ist.
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Alle
MAC-Komponenten 128, 130, ... sind in der MxMAC-Einheit 132 enthalten,
welche folglich die MAC-Funktionalitäten für die verschiedenen Luftschnittstellen 122, 124, 126,
... bereitstellen.
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Außerdem weist
die MxMAC-Einheit 132 die Luftschnittstellen-Auswahlkomponente 134 und
die Frame-Mapping-Komponente 136 auf.
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Im
Betrieb berichtet der Knoten B 106 die Betriebsmittelverfügbarkeit
der Luftschnittstellen, die in der Menge 120 enthalten
sind, an die Steuerungsebene 108 des RNC 104.
Auf diese Weise werden eine oder mehr der Luftschnittstellen 122, 124, 126,
... identifiziert, die mit voller Datenübertragungskapazität arbeiten. Alternativ
werden diese Luftschnittstellen 122, 124, 126,
... identifiziert, die weiterhin verfügbar sind.
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Wenn
ein aktives Teilnehmergerät
eine Anforderung für
den Telekommunikationsdienst durchführt, empfängt die MxRRM 112 eine
entsprechende Überwachungsliste
von der RRC-Komponente 110. Die Überwachungsliste enthält eine
Liste von Luftschnittstellen, welche das Mehrstandard-Teilnehmergerät gegenwärtig "sieht". Außerdem empfängt die
Steuerungsebene 108 die Dienstgüteforderungen der Anforderung
des Teilnehmergerätes
vom Core-Netzwerk 102.
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Die Überwachungsliste
und die Informationen der Betriebsmittelverfügbarkeit in Kombination definieren
eine Menge von Luftschnittstellen, die in der Liste 114 enthalten
sind, welche verfügbar
sind. In dieser Menge von verfügbaren
Luftschnittstellen wird eine Abfrage durch die MxRRM-Komponente 112 gemacht,
um solche Luftschnittstellen in der Menge der verfügbaren Luftschnittstellen
zu identifizieren, welche am besten die Dienstgüteforderungen erfüllen, die
vom Core-Netzwerk 102 erhalten wurden.
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Das
Ergebnis dieser Abfrage können
eine oder mehr Luftschnittstellen sein, was eine "Kandidatenliste" bereitstellt. Die
Kandidatenliste wird von der Steuerungsebene 108 an MxMAC 132 bereitgestellt.
Die Luftschnittstellen-Auswahlkomponente
von MxMRC 132 führt
eine Auswahl einer der Luftschnittstellen durch, die in der Kandidatenliste
enthalten ist. Zum Beispiel kann diese Auswahl auf der Basis eines
Lastverteilungskriteriums oder eines anderen geeigneten Kriteriums
durchgeführt
werden.
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Zum
Beispiel hat das Teilnehmergerät
eine Anforderung für
das Streaming von Daten gemacht. Die Kandidatenliste enthält die HSDPA-Luftschnittstelle 122 und
die WLAN-Luftschnittstelle 124. Wenn die HSDPA-Luftschnittstelle 122 bereits
in der Nähe
ihrer maximalen Kapazität
läuft und
die WLAN-Luftschnittstelle 124 relativ wenig Datenverkehr
aufweist, wählt
das Luftschnittstellen-Auswahlmodul 134 infolgedessen die WLAN-Luftschnittstelle 124 für die Zwecke
der Lastverteilung. In diesem Fall wird die Verbindung für das Streaming
der Daten mit dem anfordernden Teilnehmergerät über die Luftschnittstelle 124 aufgebaut.
Die Steuerungsinformationen von dem Teilnehmergerät an den
Knoten B/RNC können
gleichzeitig über
die Luftschnittstelle 124 oder die Luftschnittstelle 122 übertragen
werden.
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Wenn
eine Engpaßsituation
hinsichtlich einer vorgegebenen Luftschnittstelle der Menge 120 eintritt und
andere Luftschnittstellen der Menge 120 ungenutzte Kapazität aufweisen,
können
die physikalischen Schichten von vorhandenen Telekommunikationsverbindungen
ausgetauscht werden. Für
diesen Zweck bildet die Frame-Mapping-Komponente 136 die
Datenframes der aufgebauten Telekommunikationsverbindungen auf die
Datenframes der alternativen physikalischen Schicht ab. Auf diese
Weise wird nur die physikalische Transportschicht gewechselt, aber
nicht die höheren
Ebenen der Kommunikation. Auf diese Weise wird eine nahtlose Umschaltung
von einer physikalischen Schicht auf eine andere innerhalb einer
Zone der überlappenden
Abdeckung erreicht. Dies ermöglicht
es, vollständig
die kombinierten Kanalkapazitäten
der verfügbaren Luftschnittstellen
der Menge 120 zu nutzen, die eine überlappende Zone abdecken,
in welcher sich das anfordernde Teilnehmergerät befindet.
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2 stellt
ein entsprechendes Fließschema
dar.
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Im
Schritt 200 empfängt
der RNC (vgl. RNC 104 von 1) eine
Dienstgüte-Anforderung
von dem Core-Netzwerk. Außerdem
wird eine Überwachungsliste
vom RRC im Schritt 202 empfangen. Als Antwort wählt der
RNC eine geeignete Kandidatenliste von Luftschnittstellen aus, welche
am besten die Dienstgüteforderungen
im Schritt 204 erfüllen.
Diese Kandidatenliste wird an den Knoten B bereitgestellt, der eine
MxMAC aufweist, wie unter Berücksichtigung
von 1 im Schritt 206 erläutert wird.
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Im
Schritt 208 wählt
die MxMAC eine Luftschnittstelle aus der Kandidatenliste zum Beispiel
auf der Basis eines Lastverteilungskriteriums aus. Im Schritt 210 wird
die Kommunikationsverbindung über
die ausgewählte
Luftschnittstelle aufgebaut. Wenn eine Engpaßsituation eintritt oder zur
verbesserten Lastverteilung kann die Luftschnittstellen-Auswahlkomponente
der MxMRC "im laufenden
Betrieb" die Luftschnittstellenauswahl
durch Austauschen der aktuellen physikalischen Schicht durch eine
alternative physikalische Schicht ändern. Dies erfolgt im Schritt 212.
Zum Ändern
der physikalischen Schichten werden die Frames der aufgebauten Telekommunikationsverbindung
wieder auf das Format der alternativen physikalischen Schicht abgebildet. Dies
erfolgt im Schritt 214.
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Zum
Beispiel wird im Schritt 210 eine HSDPA-Telekommunikationsverbindung zum Streaming
der Daten an das anfordernde Teilnehmergerät aufgebaut. Wenn die HSDPA- Kapazität knapp
wird, erfolgt eine Bestimmung durch die Luftschnittstellen-Auswahlkomponente
der MxMAC, um die physikalische Schicht der HSDPA auszutauschen,
d.h. des UMTS, durch die physikalische Schicht des WLAN. Für diesen
Zweck werden die HSDPA-Datenframes auf die WLAN-Datenframes abgebildet
und an das Teilnehmergerät über die WLAN-Luftschnittstelle
gesendet, ohne im übrigen
die aufgebaute Kommunikationsverbindung zu beeinflussen.
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Man
muß anmerken,
daß das
oben beschriebene Verfahren als ein laufender Prozeß realisiert
werden kann. Insbesondere die Steuerung kann vom Schritt 214 auf 212 zur
adaptiven Änderung
der Luftschnittstellenauswahl zurückgehen.
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- 100
- Telekommunikationssystem
- 102
- Core-Netzwerk
- 104
- Radio
Network Controller (RNC)
- 106
- Knoten
B
- 108
- Steuerungsebene
- 110
- Komponente
der Funkbetriebsmittelsteuerung RNC)
- 112
- MxRRM
- 114
- Liste
- 116
- Benutzerebene
- 118
- Komponente
RLC/MAC-d
- 120
- Menge
- 122
- Luftschnittstelle
- 124
- Luftschnittstelle
- 126
- Luftschnittstelle
- 128
- Komponente
für Medium
Access Control (MAC)
- 130
- Komponente
für Medium
Access Control (MAC)
- 132
- MxMAC-Einheit
- 134
- Luftschnittstellen-Auswahlkomponente
- 136
- Frame-Mapping-Komponente
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