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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der drahtlosen
Datenübertragung
und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren für die funktionelle Koexistenz
von Technologien der drahtlosen Datenübertragung, die im gleichen
Frequenzbereich betrieben werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
zunehmende Forderung nach einer leistungsfähigeren und bequemen Daten-
und Informationsübertragung
hat zahlreiche Fortschritte der Datenübertragungstechnologien hervorgebracht,
insbesondere bei Technologien der drahtlosen Datenübertragung.
Es sind mehrere Technologien entwickelt worden, die die Vorteile
der drahtlosen Datenübertragung
in einer Vielzahl von Anwendungen bereitstellen.
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In
vielen gewöhnlichen
Anwendungen (z. B. Laptop-Computer, Mobiltelephone) ist es häufig erwünscht oder
erforderlich, zwei oder mehr unterschiedliche Technologien der drahtlosen
Datenübertragung
in einer einzigen Vorrichtung aufzunehmen. Insbesondere bei Konsumgütern besteht
die Forderung, dass die Vorrichtungen mehrere Drahtlostechnologien
aufweisen. Es wird z. B. ein Laptop-Computer betrachtet. Es kann erwünscht sein,
dass eine Kurzstrecken-Drahtlostechnologie für Funktionen der Anwenderschnittstelle (z.
B. drahtlose Sprechgarnitur) vorhanden ist, während gleichzeitig eine andere
Drahtlostechnologie für schnelle
Systemdatenübertragungen
(z. B. drahtloses Lokalnetz (LAN)) vorhanden ist. Weitere Beispiele
enthalten Mobiltelephone mit Internet-Zugang, persönliche digitale
Assistenten (PDA) und weitere ähnliche
kompakte Vorrichtungen für
Daten- und Informationsübertragungen.
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Leider
geraten gegenwärtige
Technologien der drahtlosen Datenübertragung häufig untereinander
in Konflikt, wodurch für
Systementwickler eine Reihe von Herausforderungen und Problemen
entstehen. Die gebräuchlichsten
Drahtlostechnologien werden in einem von lediglich wenigen nicht
lizenzierten HF-Übertragungsbändern betrieben.
Deswegen sind viele unterschiedliche Technologien so entworfen,
dass sie in einem vorgegebenen HF-Band (z. B. 2,4 GHz) betrieben
werden. Die Verwendung des gleichen HF-Frequenzbands ist gewöhnlich kein
Problem, wenn zwei Anwendungen, die zwei unterschiedliche Technologien
der drahtlosen Datenübertragung
verwenden, um eine bestimmte große Strecke voneinander beabstandet
sind. Bei Anwendungen, bei denen zwei unterschiedliche Technologien
der drahtlosen Datenübertragung
versuchen, das gleiche Übertragungsband
zu verwenden, und sehr nahe beieinander oder in einer einzigen Vorrichtung
gemeinsam angeordnet sind (z. B. Mobiltelephon, Laptop-Computer),
entstehen jedoch eine Reihe von Problemen. Wenn die unterschiedlichen
Technologien versuchen, für
einen gleichzeitigen Zugriff auf das Übertragungsband zu konkurrieren,
können
die Konkurrenzsituation und der Verlust von Datenpaketen bedeutende
Einschränkungen
bei der Qualität
und der Unversehrtheit der Datenübertragung
zur Folge haben.
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In
der Vergangenheit sind verschiedene Versuche unternommen worden,
sich diesem Konkurrenzproblem zu widmen. Die meisten derartigen
Versuche enthielten entweder: 1) das Aufnehmen lediglich einer einzigen
Technologie der drahtlosen Datenübertragung
in eine Vorrichtung (d. h. eine Einschränkung), oder 2) die Forderung
an einen Endanwender, lediglich eine der mehreren zur Verfügung stehenden
Technologien der drahtlosen Datenübertragung auszuwählen, die
zu einem Zeitpunkt aktiv ist (d. h. Arbitrierung durch Endanwender).
Bei dem ersten Lösungsansatz
wurde eine bestimmte Vorrichtung daraufhin beschränkt, dass
sie eine einzige Drahtlostechnologie enthält. Ein Endanwender, der Z.
B. einen Laptop-Computer bestellt, wurde vor die Wahl gestellt,
dass sein Computer entweder die Drahtlos-LAN-Technologie (wireless
LAN) oder die Drahtlostechnologie Bluetooth® (Bluetooth),
jedoch nicht beide Technologien enthält. Bei dem zweiten Lösungsansatz
wurde ein Endanwender mit mehreren Drahtlostechnologien versorgt,
er wurde jedoch aufgefordert, sich manuell zwischen den beiden Technologien
zu entscheiden, da ein gleichzeitiger Betrieb nicht möglich war.
Ein PDA-Benutzer müsste
manuell vom drahtlosen Internet-Betrieb
zum Hot-Sync-Betrieb und wieder zurück schalten, da die Technologien
für jede
Funktion nicht gleichzeitig auf dem gleichen Übertragungsband betrieben werden
können.
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Einige
Verfahren nach dem Stand der Technik haben versucht, sich dem Problem
des gleichzeitigen Betriebs zu widmen, indem die Antennen, durch
die jede Technologie Zugriff auf das Übertragungsband erhält, physisch
beabstandet wurden. Da viele Drahtlostechnologien eine verhältnismäßig geringe
Reichweite haben, können
Konkurrenzprobleme zwischen Technologien bei einer ausreichenden
physischen Beabstandung zwischen Antennen verringert oder eliminiert
werden. Leider wird die Nützlichkeit
eines derartigen Lösungsansatzes
durch die Anzahl der Antennen, die bei bestimmten Technologien erforderlich
sind (z. B. drahtloses Lokalnetz, WLAN) und die extrem kleine Größe von bestimmten
Endanwendergeräten
(z. B. Mobiltelephone) drastisch verringert, wenn nicht sogar vollständig eliminiert.
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Alternativ
kann bei jeder Technologie die Verwendung mehrerer Antennen in Abhängigkeit
davon, welche der Technologien zu einem bestimmten Zeitpunkt im
Dienst ist, speziell zugelassen sein. Eine derartige Vereinbarung
ist in der europäischen
Patentanmeldung
EP 0 996 241 beschrieben.
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Es
besteht folglich ein Bedarf an einem System, das eine gleichzeitige
funktionale Koexistenz von gemeinsam angeordneten Technologien der
drahtlosen Datenübertragung
in einem einzelnen Übertragungsfrequenzband
schafft sowie eine robuste leistungsfähige Datenübertragung einfach, wirkungsvoll
und kostengünstig
bereitstellt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung, die in den Ansprüchen angegeben
ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft insbesondere eine Vorrichtung mit
einer ersten und einer zweiten Antenne und einer Antennenschaltfunktion,
die mit den Antennen kommunikativ gekoppelt ist. Eine erste drahtlose
Telekommunikationsfunktion ist wie auch eine zweite drahtlose Telekommunikationsfunktion
kommunikativ mit der Antennenschaltfunktion gekoppelt. Die Vorrichtung
umfasst ferner eine Arbitrierungsfunktion, die mit der Antennenschaltfunktion
sowie mit der ersten und mit der zweiten drahtlosen Telekommunikationsfunktion kommunikativ
gekoppelt ist. Die Arbitrierungsfunktion ist so beschaffen, dass
sie den Zugriff auf die erste und die zweite Antenne durch die erste
und die zweite drahtlose Telekommunikationsfunktion in Übereinstimmung mit
einem Prioritätsschema
steuert.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bereitstellen
des gleichzeitigen Betriebs von unterschiedlichen und potentiell
sich gegenseitig stö renden
drahtlosen Telekommunikationstechnologien in einer einzigen Vorrichtung.
Das Verfahren schafft eine Vorrichtung mit mehreren Antennen und
eine Antennenschaltfunktion, die mit den mehreren Antennen kommunikativ
gekoppelt ist. Eine erste und eine zweite drahtlose Telekommunikationsfunktion,
die mit der Antennenschaltfunktion kommunikativ gekoppelt sind,
werden geschaffen. Eine Arbitrierungsfunktion ist mit der Antennenschaltfunktion
sowie mit der ersten und mit der zweiten drahtlosen Telekommunikationsfunktion
kommunikativ gekoppelt. Ein definiertes Prioritätsschema wird geschaffen und
die Arbitrierungsfunktion wird verwendet, um einen Zugriff auf die
Antennen durch die erste und die zweite drahtlose Telekommunikationsfunktion
in Übereinstimmung
mit einem Prioritätsschema
zu steuern.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann
bei Bezugnahme auf die folgende genaue Beschreibung, die in Verbindung
mit der beigefügten
Zeichnung erfolgt, deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung und beispielhaft zu zeigen, wie diese realisiert werden kann,
erfolgt nun eine Bezugnahme auf die genaue Beschreibung der Erfindung
zusammen mit den beigefügten
Figuren, in denen in den verschiedenen Figuren jeweilige Bezugszeichen
entsprechende Teile bezeichnen, und in denen:
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1 eine
Darstellung einer Ausführungsform
eines Systems zur drahtlosen Datenübertragung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
Darstellung einer weiteren Ausführungsform
eines Systems zur drahtlosen Datenübertragung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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3 eine
Darstellung ist, die einen Steuerungsprozess einer Drahtlostechnologie
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Während die
Herstellung und Verwendung von verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Folgenden genau erläutert werden,
sollte anerkannt werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare
erfinderische Konzepte schafft, die in einer großen Vielzahl von speziellen
Kontexten ausgeführt werden
können.
Die vorliegende Erfindung kann bei zahlreichen Anwendungen verwendet
werden, bei denen der gleichzeitige Betrieb von unterschiedlichen
Technologien der drahtlosen Datenübertragung in einem einzigen
Frequenzband erwünscht
ist. Für
Zwecke der Erläuterung
und Darstellung wird die vorliegende Erfindung jedoch im Folgenden
im Zusammenhang mit der Koexistenz und des gleichzeitigen Betriebs
der Drahtlos-LAN-Technologie (d. h. IEEE 802.11g) und der Bluetooth-Technologie
in einer einzigen Vorrichtung beschrieben. Die speziellen Ausführungsformen,
die hier erläutert
werden, dienen lediglich der Erläuterung
von speziellen Arten, wie die Erfindung auszuführen und zu verwenden ist,
und schränken
den Umfang der Erfindung nicht ein.
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Die
vorliegende Erfindung gewährleistet
die gleichzeitige funktionelle Koexistenz von unterschiedlichen
Technologien der drahtlosen Datenübertragung in einem einzigen Übertragungsfrequenzband.
Eine spezielle veranschaulichende Ausführungsform kombiniert die Verwendung
einer wirksamen Kurzstrecken-Punkt-zu-Punkt-Drahtlostechnologie
(z. B. Bluetooth) mit einer schnellen Fernstrecken-Technologie (z. B.
IEEE 802.11g Drahtlos-LAN). Diese beiden Technologien arbeiten im
gleichen nicht lizenzierten Übertragungsfrequenzband
(d. h. 2,4 GHz). Daher entsteht bei dem gleichzeitigen Betrieb der
beiden Technologien die Möglichkeit
von Problemen, die mit herkömmlichen
Vorrichtungen und Verfahren verbunden sind. Im Unterschied zu herkömmlichen
Lösungsansätzen führt die
vorliegende Erfindung jedoch eine Arbitrierung der beiden konkurrierenden
Technologien aus, wodurch eine wirkungsvolle und gleichzeitige gemeinsame
Nutzung von Übertragungsbandbreite
und Betriebsmitteln geschaffen wird. Die vorliegende Erfindung erreicht
dieses Ergebnis durch die Verwendung mehrerer funktioneller Systeme.
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Drahtlos-LAN-Systeme
(WLAN-Systeme) verwenden typischerweise ein Zweiantennensystem,
wodurch die Unterteilung eines Übertragungsbands
in mehrere Kanäle
geschaffen wird. Die meisten herkömmlichen Systeme weisen WLAN
zwei Antennen auf Vollzeitbasis zu. Wenn dieses herkömmliche
System außerdem
eine Bluetooth-Funktionalität
enthält,
muss entweder 1) für
Bluetooth eine getrennte Antenne vorgesehen werden oder 2) Bluetooth
muss eine der WLAN-Antennen gemeinsam nutzen, wodurch das Problem
entsteht, dass ausschließlich
im Bluetooth-Modus oder im WLAN-Modus gearbeitet werden kann. Bei
vielen Verbraucheranwendungen (z. B. drahtlose Telephone, PDAs,
Laptops) ist der Einbau einer zusätzlichen Antenne entweder physisch
nicht möglich
oder ist zu kostenintensiv. Darüber
hinaus schränkt
die Fähigkeit,
zu einem Zeitpunkt lediglich eine Drahtlostechnologie betreiben
zu können,
die Nützlichkeit
des Vorhandenseins mehrerer Technologien in einer einzigen Vorrichtung
ein.
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Im
Unterschied zu anderen Lösungsansätzen schafft
das System der vorliegenden Erfindung ein System, bei dem unterschiedliche
Drahtlostechnologien einen Antennenzugriff und somit einen Zugriff
auf das Übertragungsfrequenzband
in Echtzeit gemeinsam nutzen. Das System der vorliegenden Erfindung
schafft eine Arbitrierung in der Weise, dass bei den verwendeten
Drahtlostechnologien ein Datenübertragungs-
oder Datenverlust minimal gemacht ist, wobei der Arbitrierungsprozess
für den
Endanwender transparent ist. Die Arbitrierung erfolgt paketweise
gemäß einem
vorgegebenen Schema von Voraussetzungen und Prioritäten anhand
der Endanwendung. Dieses Schema kann auf Wunsch oder bei Bedarf
geändert
oder modifiziert werden. Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf das System 100 von 1 beschrieben.
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Das
System 100 umfasst eine Endanwendervorrichtung 102,
wie etwa ein Mobiltelephon, einen PDA oder Laptop-Computer, die
sowohl die WLAN-Technologie als auch die Bluetooth-Technologie für einen
gleichzeitigen Betrieb enthält.
Daher umfasst die Vorrichtung 102 eine WLAN-Funktion 104 und
einen Bluetooth-Funktion 106. In der in 1 dargestellten
Ausführungsform
arbeitet die WLAN-Funktion 104 gemäß der Norm IEEE 802.11g. Die
Funktion 104 umfasst einen Betriebslogikabschnitt 108 und
einen HF-Sende/Empfangsabschnitt 110. Die Vorrichtung 102 umfasst
ferner eine erste und eine zweite Antenne 112 bzw. 114.
Jede ist kommunikativ mit der Antennenschaltfunktion 116 verbunden.
Die Vorrichtung 102 umfasst ferner eine Arbitrierungsfunktion 118.
Die Funktion 118 ist durch Verbindungen 120, 122 bzw. 124 mit
Funktionen 104, 106 und 116 verbunden.
Die Antennenschaltfunktion 116 ist durch Funktionen 126 bzw. 128 mit
Funktionen 104 und 106 verbunden.
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Die
funktionalen Elemente des Systems 100 können auf mehrere Arten realisiert
sein, basierend auf Software, Hardware oder Kombinationen von beiden.
Obwohl sie als getrennte Funktionseinheiten dargestellt sind, können die
Bestandteile des Systems 100 integriert oder kombiniert
sein, wenn dies für
Entwurfszwecke erforderlich oder vorteilhaft ist. Die Antennenschaltfunktion 116 und die
Arbitrierungsfunktion 118 können z. B. als eine einzige
Halbleitervorrichtung vorgesehen sein oder können als Teilabschnitte der
Software, die mit einem Prozessor betrieben wird, vorgesehen sein.
In anderen Ausführungsformen
kann die Arbitrierungsfunktion 118 mit einem Logikabschnitt 108 in
einer einzelnen Halbleitervorrichtung oder einem Softwarekonstrukt enthalten
sein. In verschiedenen Ausführungsformen
können
die meisten funktionalen Elemente durch einen kompakten Chipsatz,
der Prozessor- und Softwareoperationen kombiniert, vorgesehen sein.
Weitere veränderte
Kombinationen oder Alternativen, die gemäß den Erkenntnissen der vorliegenden
Erfindung arbeiten, sind hierin eingeschlossen.
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Die
Funktionsweise des Systems 100 wird nun unter Bezugnahme
auf das folgende beispielhafte Szenario beschrieben. Es wird angenommen,
dass in der Vorrichtung 102 die Bluetooth-Funktion 106 Daten
besitzt, die sie übertragen
möchte.
Die Arbitrierungsfunktion 118 empfängt eine Reihe von Signalen
von den Funktionen 104 und 106 über die
Verbindungen 120 bzw. 122. Die Funktion 106 sendet über die
Verbindung 122 eine Übertragungsanforderung
oder eine ähnliche
Zugriffsreservierungsanforderung an die Funktion 118. Beim
Empfangen der Übertragungsanforderung
von der Funktion 106 tritt die Funktion 118 mit
den Funktionen 104 und 116 über die Verbindungen 120 bzw. 122 in
einen Datenaustausch, um momentanen Verkehr zu und von der Funktion 104 zu
bewerten. Wenn kein Konflikt vorhanden ist (d. h. die Funktion 104 sendet
oder empfängt
momentan nicht), wählt
die Funktion 118 über
die Funktion 116 die Antenne 112 oder die Antenne 114 aus
und ermöglicht,
dass die Funktion 106 mit der Übertragung auf der ausgewählten Antenne
beginnt. Wenn ein möglicher
Konflikt vorhanden ist, bewertet die Funktion 118 das Wesen
des Datenverkehrs und der Anforderungen von beiden Seiten und klärt die Priorität für den Zugriff
auf die Antenne in Übereinstimmung
mit einem vorgegebenen Prioritätsschema.
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Wenn
beide Funktionen 104 und 106 versuchen, gleichzeitig
zu senden, kann es in einigen Ausführungsformen erwünscht sein,
jeder Funktion eine Antenne zuzuweisen und ein gleichzeitiges Senden
oder Empfangen zuzulassen. Obwohl typischerweise Paketkollisionen
auftreten, können
bestimmte Anwendungen ein gleichzeitiges Senden zulassen und vertrauen
auf Empfangsvorrichtungen, die eine Fehlererfassung und Fehlerkorrektur
abzuwickeln. In mehreren weiteren Ausführungsformen sind jedoch gleichzeitige Übertragungen
nicht erwünscht.
In weiteren Ausführungsformen
ist eine Übertragung
durch eine der Funktionen 104 oder 106 während des
Empfangs durch die jeweils andere Funktion in Abhängigkeit
von dem speziellen Prioritäts- oder
Hierarchieschema ausgeschlossen. In mehreren Ausführungsformen
werden der Sprachübertragung
und dem Sprachempfang über
Bluetooth Priorität
gegenüber
dem gesamten weiteren Datenverkehr gegeben. Unabhängig davon,
welche Klasse von Daten in der WLAN-Funktion 104 gesendet
oder empfangen wird, die Funktion 118 verweigert einen
Antennenzugriff der Funktion 104 während des Bluetooth-Empfangssegments. Bei
den meisten Implementierungen reserviert Bluetooth eine vollständige Sende-
und Empfangsperiode, selbst dann, wenn nur empfangen wird. Deswegen
kann in einigen Implementierungen die Funktion 118 zulassen,
dass die Funktion 104 weiterhin sendet (d. h. Zugriff auf
die Antenne erhält),
bis die Empfangsperiode für
die Bluetooth-Funktion 106 beginnt. Dann, wenn die Bluetooth-Funktion 106 nicht
versucht, Sprachdaten zu senden oder zu empfangen, entscheidet die
Funktion 118 dann über
den Antennenzugriff, der anhand des Prioritätsschemas an eine der Funktionen 104 oder 106 gewährt wird.
Das Prioritätsschema
kann einen festen oder dynamischen Vorbelastungsfaktor enthalten,
der den Zugriffszuweisungsprozess in gewünschter Weise gewichtet. Zum
Beispiel kann eine Nichtsprache-Priorität der Funktion 106 gegeben
werden, so dass die Funktion 106 nur dann auf die Antenne
zugreifen kann, wenn die Funktion 104 inaktiv ist. Andere
Gewichtungs- und Ausgleichsschemen sind außerdem vorstellbar, wie etwa
ein dynamischer Ausgleich basierend auf der Aktivität in einer
vorgegebenen Zeitperiode.
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Die
Verbindungen 120 und 122 umfassen jeweils ein
Funksteuersignal. Die Funktion 118 verwendet das Funksteuersignal,
um den Zugriff der entsprechenden Funktion auf eine der Antennen 112 und 114 zu steuern.
Wenn die Funktion 118 einen Antennenzugriff der Funktion 104 und 106 oder
beider Funktionen zulässt,
wird sie über
die Verbindung 124 eine oder beide Antennen auswählen und
das geeignete Funksteuersignal senden. Die Funktion 118 kann über das
Funksteuersignal und die Schaltfunktion 116 den Antennenzugriff
einer der Funktionen 104 oder 106 verweigern.
Selbst wenn der Antennenzugriff verweigert wurde, kann eine der
Funktionen 104 und 106 so konfiguriert sein, dass
sie das Senden unter Verwendung ihres eigenen Übertragungs-Fehlerkorrekturmechanismus
(z. B. Neuversuch, Zeitglied) fortsetzt, bis der Antennenzugriff
erfolgt. Dieser Prozess setzt sich paketweise fort.
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Im
Unterschied zu bestimmten herkömmlichen
Systemen besitzt keine der Funktionen 104 und 106 ihre
eigene festgelegte Antenne. Statt dessen sind die Funktionen 104 und 106 über Verbindungen 126 bzw. 128 mit
der Schaltfunktion 116 verbunden. Wenn ein Antennenzugriff
durch die Funktion 118 an eine der Funktionen 104 und 106 gewährt wird,
stellt die Schaltfunktion 116 eine kommunikative Verbindung
zwischen der ausgewählten
Antenne und der Zugrifffunktion her. Die Funktion 118 stellt über die
Verbindung 124 ein Antennenauswahlsignal bereit, das der
Funktion 116 anzeigt, auf welche Antenne zugegriffen werden
sollte. Auf beide Antennen kann durch die Funktionen 104 und 106 einzeln
oder alternativ gemeinsam zugegriffen werden. Deswegen kann dann,
wenn die WLAN-Funktion 104 in einem Zweiantennen-Modus
arbeitet, ihr ein Zugriff auf beide Antennen 112 und 114 gewährt werden.
Wenn zugelassen wird, dass beide Funktionen 104 und 106 gleichzeitig
senden, kann der Funktion 104 Zugriff auf die Antenne 112 gewährt werden
und der Funktion 106 kann Zugriff auf die Antenne 114 gewährt werden
oder umgekehrt. Die Funktion 116 kann alternativ mit einem Bewertungsmechanismus
versehen sein, um festzustellen, welche Antenne aktiv ist. Beim
Empfangen einer Antennenauswahl-Datenübertragung von der Funktion 118 bewertet
die Funktion 116 die Aktivität an beiden Antennen 112 und 114.
Wenn die ausgewählte
Antenne inaktiv ist, wird die geforderte Auswahl beendet. Wenn die
ausgewählte
Antenne aktiv ist, sendet die Funktion 116 ein Signal zurück zur Funktion 118,
dass die Antenne aktiv ist. Die Funktion 116 oder die Funktion 118 kann
dann unabhängig
oder in Kombination festlegen, ob: das Antennenauswahlsignal zu
ignorieren ist; die andere Antenne zu verwenden ist; oder auf jeden
Fall zu der ausgewählten
Antenne zu schalten ist. Die Antennenschaltfunktion 116 kann
mit dem Prioritätsschema, das
von der Funktion 118 verwendet wird, verbunden sein oder
kann ihr eigenes ähnliches
Prioritätsschema besitzen.
Wenn z. B. eine der Antennen Bluetooth-Sprachverkehr sendet oder
empfängt,
kann das Schalten an allen Antennen gesperrt sein, um von Anwender
wahrnehmbare, durch das Schalten induzierte elektrostatische Störungen oder
ein Knacken in dem Sprachsignal zu vermeiden.
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Die
Arbitrierungseinheit der vorliegenden Erfindung schafft somit einen
funktionellen Puffer zwischen den beiden drahtlosen Telekommunikationsfunktionen
und den Antennen. Die Arbitrierungseinheit unterbricht und empfängt Antennenzugriffs-
und Steuersignale von einer oder von beiden Telekommunikationsfunk tionen und
weist in Übereinstimmung
mit einem definierten Prioritätsschema
einen Zugriff auf die Antennen zu. Das Prioritätsschema kann u. a. ein Konkurrenzschema,
das zum Gewichten oder Vorbelasten zugunsten eines bestimmten Typs
der Datenübertragung
oder einer der drahtlosen Telekommunikationsfunktionen dient, enthalten.
Außer
diesen Möglichkeiten
ist die Arbitrierungseinheit mit einer Steuerung der Funkübertragung
jeder der drahtlosen Telekommunikationsfunktionen versehen, Diese
Steuerung ist so entworfen, dass dann, wenn es funktionale oder
Prioritätsforderungen
erfordern, die Arbitrierung eine Funk-"Stille" bei einer oder beiden
drahtlosen Telekommunikationsfunktionen erzwingen kann.
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Bestimmte
spezifische Ausführungsformen
der oben beschriebenen Funktionen und Prozesse werden im Folgenden
für Erläuterungszwecke
dargestellt, beginnend unter Bezugnahme auf 2. 2 stellt
ein System 200 dar, das eine Ausführungsform des Systems 100 darstellt.
Das System 200 umfasst eine Endanwender-Vorrichtung 202,
wie etwa ein Mobiltelephon, ein PDA oder ein Laptop-Computer, die
sowohl WLAN- als auch Bluetooth-Technologien für einen gleichzeitigen Betrieb
enthält.
Daher umfasst die Vorrichtung 202 eine WLAN-Funktion und eine
Bluetooth-Funktion 206. In der in 2 dargestellten
Ausführungsform
arbeitet die WLAN-Funktion gemäß der Norm
IEEE 802.11g. Deswegen umfasst die WLAN-Funktion einen Operationslogikabschnitt 208 und
einen HF-Sende/Empfangsabschnitt 210. Die Vorrichtung 202 umfasst
ferner eine erste und eine zweite Antenne 212 bzw. 214.
Davon ist jede kommunikativ mit einer Antennenschaltfunktion 216 verbunden.
Die Vorrichtung 202 umfasst ferner eine Arbitrierungsfunktion 218,
die in diesem Fall als Koordinatoreinheit bezeichnet wird.
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Im
System 200 ist die Einheit 218 durch eine Verbindung 220,
die in dieser Ausführungsform
einen Signalbus umfasst, mit dem Abschnitt 208 kommunikativ
verbunden. Der Bus 220 umfasst Signalleitungen 222, 224, 226, 228, 232, 234, 236 und
den Bus 230. Die Einheit 218 ist ferner durch
eine Verbindung 238 mit einem Abschnitt 210 kommunikativ
verbunden. In dieser Ausführungsform
ist die Verbindung 238 ein Bus, der verschiedene Signalleitungen
umfasst. Die Einheit 218 ist durch eine Verbindung 240,
die in dieser Ausführungsform
Signalleitungen 244 und 246 umfasst, mit der Funktion 216 kommunikativ
verbunden. Die Einheit 218 ist durch eine Verbindung 248,
die in dieser Ausführungsform
eben falls einen Signalbus umfasst, mit der Funktion 206 kommunikativ
verbunden. Der Bus 248 umfasst Signalleitungen 250, 252, 254, 256 und 258.
In dieser Ausführungsform
sind die logischen oder funktionellen Implementierungen des Abschnitts 208 und
der Einheit 218 mit einem einzelnen Konstrukt oder einer
einzelnen Vorrichtung 260 (z. B. Prozessor, programmierbare
logische Vorrichtung, Programmcode) kombiniert. Der WLAN-Abschnitt 210 ist
außerhalb
der Vorrichtung 260 implementiert, ist jedoch über eine
Verbindung 262 mit dem Abschnitt 208 kommunikativ
verbunden. Die Vorrichtung 260 besitzt außerdem eine
kommunikative Verbindung 264 mit dem Abschnitt 210.
Die Verbindung 264 koppelt den Abschnitt 210 mit
der Einheit 218. Die Antennenschaltfunktion 216 ist
durch eine Verbindung 266 mit dem Abschnitt 210 und
durch eine Verbindung 268 mit einer Funktion 206 kommunikativ
verbunden.
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In
dem System 200 steuert die Einheit 218 sowohl
die WLAN-Funkverbindung als auch die Bluetooth-Funkverbindung direkt,
wobei eine Echtzeit-Steuerung bereitgestellt wird. Die Einheit 218 schafft
Möglichkeiten
der Antennenvielfalt für
Zweiantennen-WLAN-Konfigurationen, wobei die Antennenbetriebsmittel
mit dem gleichzeitig vorhandenen Bluetooth-System gemeinsam genutzt
werden. Bei dieser speziellen Ausführungsform verwenden die Betriebs-
und Prioritätsschemen
der Einheit 218 verschiedene Voraussetzungen oder Forderungen,
wie etwa: 1) gleichzeitiges Senden und Empfangen sollte vermieden
werden, da die Übertragung
durch die WLAN-Funktion oder die Bluetooth-Funktion die HF-Eingangsstufe
der jeweils anderen Funktion sättigen
kann, was den Verlust von Empfangspaketen zur Folge hat; 2) Bluetooth-Sprachverbindungen
haben Vorrang von anderen Verkehrstypen; 3) WLAN- und Bluetooth-Datenverkehr
sollte gemäß einem definierten
Prioritäts-Norbelastungsschema
um Bandbreite konkurrieren; und 4) gleichzeitige Übertragungen sind
zugelassen, selbst für
Bluetooth-Übertragungen,
die im gleichen Frequenzband liegen wie die der WLAN-Funktion. In
Bezug auf diese letzte Betrachtung sind gleichzeitige Übertragungen
vom Standpunkt des Gesamtdurchsatzes am häufigsten erwünscht, wenn
Bluetooth-Frequenzsprünge
außerband
liegen. Wenn Bluetooth Inband-Übertragungen
ausführt,
könnten
die vorgesehenen Empfänger
die an sie adressierten Pakete infolge der Kanalvielfalt, die durch
die beiden Antennen eingeführt
wird, und Techniken zur Störungsunterdrückung, die
bei den Empfängern
verwendet werden können,
korrekt decodieren. Bei dieser Ausführungsform sind überlappende Übertragungen
unabhängig
von ihren Mittenfrequenzen zugelassen, um den Aufbau und den Betrieb
der Einheit 218 zu vereinfachen. In alternativen Ausführungsformen
kann die Einheit 218 jedoch in der Weise vorgesehen sein,
dass keine überlappenden Übertragungen
zulässig
sind. Bluetooth-Frequenzsprünge
können
z. B. in der Weise modifiziert sein, dass Frequenzsprünge zu einem
Kanal, der durch WLAN belegt ist, vollständig vermieden werden. Des
Weiteren kann ein minimaler Puffer zwischen Mittenfrequenzen definiert
sein und während
des Betriebs einbezogen werden.
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Die
Einheit 218 besitzt eine Reihe von eingehenden und abgehenden
Signalleitungen. Diese Leitungen werden im Folgenden unter Bezugnahme
auf 2 und die nachstehenden Tabellen definiert:
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Tabelle
1: an der Einheit 218 eingehende Signale
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Tabelle
2: von der Einheit 218 abgehende Signale
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Wie
oben beschrieben wurde, steuert die Einheit 218 direkt
den Übertragungsstatus
sowohl des Funksystems gemäß 802.11g
als auch das Bluetooth-Funksystem,
um den Gesamtdurchsatz der Datenübertragung
zu verbessern. Die Steuerung des Funksystems gemäß 802.11g im System 200 wird
im Folgenden genauer beschrieben. In vielen derartigen WLAN-Systemen
wird der Sende- oder Empfangsstatus eines HF-Funkmoduls gemäß 802.11g
durch drei Funksteuersignale gesteuert: Abschalten (PD), Empfänger-Freigabe
(RE) und Sender-Frei gabe (TE). Der Status des HF-Funkmoduls wird
durch Kombinieren dieser drei Steuersignale in Übereinstimmung mit Tabelle
3 verändert:
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Tabelle
3: Steuerung des HF-Funkmoduls
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Im
System
200 kommen diese drei Steuersignale vom Abschnitt
208.
Die Einheit
218 empfängt
diese Signale, die vom Abschnitt
208 ausgegeben werden,
als Eingangssignale. Die Einheit
218 steuert daraufhin den
HF-Funkabschnitt des Abschnitts
210 über den Signalbus
238 (d.
h. die Signale RCTL_0, RCTL_1 und RCTL_2). In Abhängigkeit
von dem momentanen Betriebszustand des Systems
200 leitet
die Einheit
218 die ursprünglichen Funksteuersignale
vom Abschnitt
208 weiter oder stellt die Funksteuersignale
in Übereinstimmung
mit den Betriebs- und Prioritätsschemen
ein (d. h. sendet Steuersignale, die den HF-Funkabschnitt vom Abschnitt
210 bis
zum Ende eines Bluetooth-Empfangs vom Sende- in den Empfangsmodus
schalten). Das folgende Pseudocode-Segment stellt eine Ausführungsform
des oben beschriebenen Betriebs der Einheit
218 dar:
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Das
Signal 206_RX_ACTIVE ist ein für die Einheit 218 internes
Signal, das unter Berücksichtigung mehrerer
Betriebs- und Prioritätsfaktoren
erzeugt wird.
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Die
folgenden Pseudocode-Segmente repräsentieren eine Ausführungsform
der Erzeugung von
206_RX_ACTIVE:
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Somit
ist im System 200 dann, wenn die Funktion 206 Master
seines Piconetzes ist und die Erlaubnis zum Senden besitzt, sichergestellt,
dass es beim nächsten
Frequenzsprung empfangen kann. Deswegen wird beim Funkabschnitt
gemäß 802.11g
während
des Korrelationsfensters des nächsten
Bluetooth-Empfangsschlitzes
das Senden gesperrt. Wenn nach dem Korrelationsfenster ein gültiges Paket
erfasst wird (d. h. RX_STRETCH geht auf Hochpegel), wird der Funkabschnitt
gemäß 802.11g
dauerhaft unterdrückt.
Wenn während
des Korrelationsfensters kein gültiges
Paket erfasst wird, wird 206_RX_ACTIVE zurückgesetzt
und die Steuerung des Funkabschnitts gemäß 802.11g kehrt zur Durchleitung
der vom Abschnitt 208 kommenden Steuersignale zurück. Der
Master/Slave-Status kann in einem internen Register der Einheit 218 gespeichert, während der
Initialisierung eingerichtet und über die Schnittstelle zwischen
dem Abschnitt 208 und der Einheit 218 bei einer
Statusänderung
aktualisiert werden. Nachdem eine Sendeanforderung vom Abschnitt 208 verweigert
wurde, darf der HF-Funkabschnitt während des aktuellen Pakets überhaupt
nicht senden. Dies erfolgt durch Überwachen der Änderung
des RX/TX-Status, der durch den Status der Funksteuerleitungen (PD,
TE, RE) angegeben ist. Eine Änderung
vom RX-Status zum
TX-Status gibt den Beginn einer neuen TX-Anforderung an.
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Bei
starken Verkehrsbelastungen sowohl auf dem WLAN-Netz als auch dem
Bluetooth-Netz kann die Durchsatz-Vorbelastung zu einer von den
WLAN- und Bluetooth-Funktionen unter Verwendung eines statistischen
Konkurrenzschemas eingestellt werden. Die Erlaubnis, die für die Bluetooth-Funktion
gewährt
wird, insbesondere dann, wenn sie ein Master ist, wird anhand dieses
Konkurrenzschemas entschieden. Jedes gewünschte statistische Konkurrenzschema,
das statische, dynamische oder pseudodynamische Eigenschaften besitzt,
kann verwendet werden. Innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode
kann z. B. die Erlaubnis für
Bluetooth-Transaktionen auf eine vorgegebene Anzahl beschränkt sein.
Wenn versuchte Bluetooth-Transaktionen in dieser Zeitperiode die
vorgegebene Anzahl übersteigen,
werden überzählige Versuche
bis zur nächsten Zeitperiode
verweigert. In einem weiteren Beispiel kann das Erhöhen und
Erniedrigen von Zählern
für WLAN, Bluetooth
oder beide vorgesehen sein und verwendet werden, um einen relativen
Gewichtungsfaktor zum Auflösen
der Konkurrenz bereitzustellen. Weitere Beispiele von Konkurrenzschemen
werden im Folgenden beschrieben. Alternative Algorithmen und Verfahren,
die ein Auflösen
der Konkurrenz gemäß der vorliegenden Erfindung
schaffen, sind ebenfalls enthalten.
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Die
Steuerung des Bluetooth-Funksystems im System 200 wird
im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 genauer
beschrieben. Die Bluetooth-Funk-Funktionalität wird durch die Einheit 218 über die
Leitung 250 (R_SLEEP) gesteuert. Durch Setzen von R_SLEEP
auf Tiefpegel (0) wird die Bluetooth-Funkoperation in den Bereitschaftsmodus
gesetzt. 3 veranschaulicht den Steuerungsprozess 300 des
Bluetooth-Funkabschnitts gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird ein Bluetooth-Übertragungspaket
oder eine Anforderung erfasst 302. In der restlichen Zeit,
die bis zum eigentlichen Beginn der Übertragung verbleibt, bestimmt 304 die
Einheit 218, ob die Bluetooth-Übertragung zugelassen werden
sollte. Diese Bestimmung verwendet eine virtuelle Konkurrenzfunktion 306,
die einen numerischen Wert, der ein Konkurrenzergebnis (P) angibt,
ausgibt. Die Einheit 218 bewertet 308 den ausgegebenen
Wert von (P). Wenn P gleich (1) ist, wird die Übertragungserlaubnis an die
Bluetooth-Funktion 206 gewährt 310 und
R_SLEEP wird auf Hochpegel (1) gesetzt. Wenn P nicht gleich (1)
ist, setzt die Einheit 218 anschließend R_SLEEP auf Tiefpegel (0) 312 und
bewertet dann den Wert von TX_STRETCH 314. Wenn TX_STRETCH
gleich (1) ist, wird R_SLEEP auf Tiefpegel (0) gehalten, bis TX_STRETCH
zum Tiefpegel (0) geht. Nachdem TX_STRETCH auf Tiefpegel (0) ist,
wird R_SLEEP auf Hochpegel (1) gesetzt 316 und die Funktion 206 sendet,
bis die Übertragung
endet 318.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird jede Übertragungsgelegenheit für den Bluetooth-Funkabschnitt durch
eine Konkurrenzfunktion (P) bestimmt, die einen numerischen Wert
ausgibt, der das Konkurrenzergebnis angibt. Das folgende Pseudocode-Segment
stellt eine Ausführungsform
von (P) dar:
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Die
Einheit 218 umfasst eine Funktion zur Erzeugung einer Zufallszahl,
die in Hardware oder Software implementiert sein kann. In Abhängigkeit
von den besonderen Entwurfsanforderungen und Einschränkungen kann
der Bereich des Zufallszahlgenerators umfangreich variiert werden.
Die Zufälligkeit
der erzeugten Folgen kann gleichfalls umfangreich variiert werden.
In mehreren Ausführungsformen
schafft ein Bereich des Zufallszahlgenerators von [0, 255] einen
optimalen Ausgleich zwischen Zufälligkeit
und Verarbeitungseffektivität.
Der Wert (Tbias) ist eine 8 Bit-Zahl, die
Folgendes sein kann: ein fester und vorbestimmter Wert (z. B. aus
einem Register geladen) oder ein dynamischer und skalierbarer Wert,
der zeitlich eingestellt (z. B. durch einen Prozessor-Algorithmus
aktualisiert) werden kann. 208 PR wird durch den Abschnitt 208 (z.
B. durch Firmware) eingestellt und in den meisten Anwendungen verwendet,
um den Kanal zum Empfangen oder Senden von ACK-Rahmen zu reservieren.
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Im
System 200 unterstützt
die Einheit 218 den WLAN-Antennen-Diversity-Modus, ohne die Bluetooth-Systemleistung
zu beeinträchtigen,
selbst wenn nur zwei Antennen vorgesehen sind. Die Einheit 218 verhindert
eine Antennenumschaltung durch den Abschnitt 208, während die
Funktion 206 aktiv empfängt, sendet
oder das Korrelationsfenster nach Paketen sucht. Deswegen wird 208_ANT_SEL
in der Einheit 218 durch COR_WIN, RX_STRETCH und TX_STRETCH
moduliert. Wenn wenigstens eines dieser drei Signale aktiv ist,
wird 208_ANT_SEL gesperrt und der Antennenschalter gibt
(ANT_SEL, ANT_SEL_Neg) aus der Einheit 218 aus, die auf
ihrem momentanen Zustand gehalten werden.
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Die
Einheit 218 verwendet mehrere Werte und Parameter während ihres
Betriebs. Betriebs- und Prioritätsparameter
(z. B. Verkehrs-Vorbelastungsschwellenwert, Master/Slave-Modus der
Bluetooth-Funktion, Antennenkonfiguration) können auf Speicherstellen (z.
B. Register) in der Einheit 218 gespeichert werden, von einer
externen Quelle (z. B. ein Prozessor) in die Einheit 218 geladen
werden, oder es können
Kombinationen der beiden Möglichkeiten
verwendet werden. Im System 200 werden derartige Informationen
vom Abschnitt 208 durch eine Operation der Zustandmaschine
in die Einheit 218 geladen. DATA_EN wird auf Hochpegel
gesetzt, wodurch der Betrieb der Zustandmaschine in der Einheit 218 aktiviert
wird. Während
dieses Betriebs werden Parameter und Informationen bei den ansteigenden
Flanken von DATA_LATCH in der Einheit 218 von DATA_LINE
in Registern zwischengespeichert.
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Während des
Betriebs des Systems 200 beeinflussen mehrere Signale die
Funktionen des Systems. Das Signal RX_ACT gibt der Einheit 218 an,
dass der Abschnitt 208 im aktiven Empfangsmodus ist (d.
h. ein gültiger
Paketvorsatz wurde identifiziert) und der Abschnitt 208 versucht,
einen Kanal zu reservieren. Im System 200 erzwingt dieses
Signal, dass die Funktion 206 sich um einen Übertragungszugriff
bewirbt. Durch Kombinieren von RX_ACT mit 208_PR kann der
Abschnitt 208 verhindern, dass die Funktion 206 einen Übertragungszugriff
erhält.
Im System 200 schaltet der Abschnitt 208 RX_ACT
ein, wenn: 1) der Abschnitt 208 ein Vorsatz-Unterbrechungssignal
empfängt;
2) nachdem der Abschnitt 208 eine Übertragung beendet und nach einem
ACK-Paket suchen muss; und 3) bei der Feststellung, dass die Funktion 206 in
einen konkurrenzbasierten Kanalzugriff gezwungen werden sollte.
Bei dem Prioritätsschema
des Systems 200 verleiht 208_PR dem Abschnitt 208 die
Fähigkeit,
eine Priorität
gegenüber
der Funktion 206 für
einen Kanalzugriff zu erlangen. Wenn 208_PR auf Hochpegel
(1) gesetzt ist, wird die Funktion 206 gezwungen, den Abschnitt 208 ohne
den Eingriff einer Konkurrenzfunktion für einen Kanalzugriff zurückzustellen.
TX_EN steuert die Übertragung
der WLAN-Funktion. Bei der besonderen Konfiguration, die durch das
System 200 veranschaulicht ist, steuert die Einheit 218 den
HF-Funkabschnitt
direkt. Dadurch dient das Signal TX_EN als ein Statusrückkopplungsmechanismus
für interne
Operationen des Abschnitts 208. Dieses Signal versorgt
außerdem
den Abschnitt 208 mit einem Mittel, um festzustellen, ob
ein bestimmter Paketverlust infolge einer Kollision mit der gleichzeitig angeordneten
Bluetooth-Funktion oder mit anderen Vorrichtungen gemäß 802.11g
auftritt.
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Die
Ausführungsformen
und Beispiele, die hier dargestellt sind, dienen dazu, um die vorliegende
Erfindung und ihre praktische Anwendung am besten zu er klären und
dadurch einen Fachmann zu befähigen, die
Erfindung auszuführen
und auszunutzen. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die vorhergehende Beschreibung
und Beispiele lediglich für
den Zweck der Erläuterung
und beispielhaft angegeben sind. Die dargestellte Beschreibung soll
nicht erschöpfend
sein oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränken. Viele
Modifikationen und Variationen sind im Licht der oben genannten
Erkenntnisse möglich,
ohne vom Umfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.
