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Die
Erfindung bezieht sich auf Interferenzermittlung in einem Mobilkommunikationssystem.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Empfänger und
ein Verfahren in einem Mobilkommunikationssystem zur Ermittlung
der Interferenz mit einem koexistierenden Radarsystem.
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Bestimmte
Mobilkommunikationssysteme wie zum Beispiel drahtlose Lokalbereichsnetze (WLAN)
oder universale Mobilkommunikationssysteme (UMTS) werden besprochen
zum Betrieb in Frequenzbändern,
die auch von Radarsystemen benutzt werden. Die Koexistenz eines
Mobilkommunikationssystems mit einem Radarsystem führt zu der
Tatsache, dass die Frequenzbänder
beider Systeme mindestens teilweise überlappen. WLAN-Systeme zum Beispiel,
wie HIPERLAN/2 oder IEEE802.11a, sind für den Betrieb im Frequenzbereich
von 5150 MHZ bis 5350 MHZ und 5470 MHz bis 5725 MHz ausgelegt, während Radarsysteme
den Frequenzbereich von 5250 MHz bis 5850 MHz benutzen.
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Gegenwärtig, wenn
ein Mobilkommunikationssystem im 5 GHz Bereich für die Koexistenz mit einem
Radarsystem ausgelegt ist, gilt die Regel, dass das Radarsystem
der primäre
Benutzer ist. Somit muss vermieden werden, dass das Mobilkommunikationssystem
das Radarsystem stört.
Deshalb muss zur Vermeidung eines möglichen Konflikts mit dem Radarsystem
das Mobilkommunikationssystem die Frequenzen ausschließen, die
aktuell vom Radarsystem benutzt werden.
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Ein
typisches Radarsystem überträgt Signale
in Impulsen mit einer Impulslänge
von ca. 0,05 bis 100 μs
und einer Übertragungsleistung
in einem Bereich bis zu 60 dBW. Wenn dies bekannt ist, ist ein Empfänger im
Mobilkommunikationssystem fähig, die
Radarsignale von anderen Signalen zu unterscheiden, die im Mobilkommunikationssystem übertragen
werden. Wenn zum Beispiel für
eine beobachtete Frequenz die Signalstarke eines empfangenen Signals
in einer solchen Zeitperiode von ca. 0,05 bis 100 μs über einem
bestimmten Wert liegt, wird angenommen, dass diese Frequenz tatsächlich vom
Radarsystem benutzt wird. Dann muss das Mobilkommunikationssystem
diese Frequenz am der Liste der zulässigen Übertragungsfrequenzen entfernen
oder die aktuell benutzte Frequenz wechseln, um eine schädliche Interferenz
mit dem Radarsystem zu vermeiden.
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Wenn
in einem Empfänger
zum Beispiel die Signalstarke hinter einer Analog-zu-digital-Wandlerstufe im digitalen
Teil gemessen wird, ist die Anzeige der aktuell vom Radarsystem
benutzten Frequenz zweideutig. Diese gemessene Signalstärke kann über einer
Schwelle liegen, entweder aufgrund des empfangenen Radarsignals,
welches auf der aktuell beobachteten Frequenz übertragen wird, oder aufgrund
eines Radarsignals, welches auf anderen Frequenzen übertragen
wird, aber in die beobachtete Frequenz umgewandelt wurde. Diese
anderen Frequenzen können
in die aktuell beobachtete Frequenz umgewandelt werden, zum Beispiel
mittels Spiegelfrequenzumwandlung oder mittels Aliasing-Effekten. Die
Spiegelfrequenzumwandlung ergibt sich aus der Anordnung des analogen
Teils im Empfänger
als überlagerter
Empfänger
mit begrenzter Unterdrückung
der Spiegelfrequenzen. Die Aliasing-Effekte ergeben sich aus der
Analog-zu-Digital-Wandlerstufe im Empfänger, die das empfangene Signal
mit einer begrenzten Abtastrate umwandelt. Wenn folglich die Detektion
im digitalen Teil des Empfängers
angeordnet wird, werden mehr Frequenzen als möglicherweise von einem Kokanal-Radarsystem
benutzt falsch bestimmt. Dann werden mehr Frequenzen bestimmt, die
auszuschließen
sind, als wirklich benötigt
werden, und somit ist die Anzahl der zur Übertragung im Mobilkommunikationssystem
benutzbaren Frequenzen starker eingeschränkt als erforderlich.
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Die
US2001/0039183 offenbart
einen Empfänger
zur Interferenzermittlung in einem Mobilkommunikationssystem, bei
dem das von einer Antenne empfangene Signal auf einem Signalpfad
in einem analogen Teil einem nachfolgenden digitalen Teil zugeführt wird,
wobei der Empfänger
ein Element umfasst, das in einem Signalpfad angeordnet ist.
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Der
Erfindungsgegenstand, der in der Beschreibung unten (auch wenn die
Worte Ausführungsformen
oder Erfindung benutzt werden) offenbart ist und aus dem Geltungsbereich
der Ansprüche heraustritt,
ist als Beispiel und nicht als Ausführungsform zu betrachten.
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Es
ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, das oben erwähnte Problem
zu beseitigen und einen Empfänger
zur Interferenzermittlung in einem Mobilkommunikationssystem bereitzustellen,
wobei ein von einer Antenne empfangenes Signal auf einem Signalpfad
in einem analogen Teil einem nachfolgenden digitalen Teil zugeführt wird,
umfassend ein erstes Abzweig-Element zum Ableiten eines ersten Detektionssignals
aus dem Signal auf dem Signalpfad, ein zweites Abzweig-Element zum
Ableiten eines zweiten Detektionssignals aus dem Signal auf dem Signalpfad,
ein im Signalpfad zwischen dem ersten und zweiten Abzweig-Element
angeordnetes Element, wobei das Element a-priori bekannte Dämpfungswerte
für einen
Satz von vorbestimmten Frequenzen und ein Verarbeitungsmittel zum
Verarbeiten des ersten und zweiten Detektionssignals aufweist, derart,
dass eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Detektionssignal
mit einem Schwellenwert vergleichbar ist, wobei der Schwellenwert
von den a-priori bekannten Dämpfungswerten des
Elements abhängig
ist.
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Des
weiteren wird ein Verfahren zur Interferenzermittlung in einem Mobilkommunikationssystem bereitgestellt,
wobei das Mobilkommunikationssystem einen Sender und einen Empfänger zum
Senden und Empfangen von Signalen aus einer Liste von zulässigen Übertragungsfrequenzen
aufweist, und wobei das Mobilkommunikationssystem mit einem Radarsystem
koexistiert, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: das Empfangen
der Signale mit einer Antenne des oben bereitgestellten Empfängers, das
Identifizieren einer das koexistierende Radarsystem störenden Frequenz,
wenn die Differenz zwischen zwei der ersten, zweiten und dritten
Detektionssignale unter einem Schwellenwert liegt, und das Vermeiden
der besagten Frequenz für
die weitere Übertragung
innerhalb des Mobilkommunikationssystems.
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Zur
Ermittlung eines möglichen
Konflikts mit einem koexistierenden Radarsystem ermittelt der Empfänger des
Mobilkommunikationssystems, ob die empfangene Signalstärke für ein bestimmtes
Zeitintervall über
einer bestimmten Schwelle liegt. Dann werden erfindungsgemäß diejenigen
Frequenzen ausgewählt,
die das koexistierende Radarsystem tatsächlich stören. Deshalb wird das Element
benutzt, das zwischen einem ersten und einem zweiten Abzweig-Element
liegt. Das Element weist a-priori bekannte Dämpfungswerte für einen
Satz von vorbestimmten Frequenzen auf. Die Dämpfung ist geringer für Signale
auf Frequenzen aus diesem Satz vorbestimmter Frequenzen, und die
Dämpfung
ist stärker für Signale
auf anderen Frequenzen als dem vorbestimmten Satz von Frequenzen.
Dies bewirkt, dass die Differenz zwischen dem Signal vor und hinter
diesem Element und somit die Differenz zwischen dem ersten Detektionssignal
und dem zweiten Detektionssignal geringer fit Frequenzen aus dem
Satz vorbestimmter Frequenzen wird, während die Differenz stärker für die anderen
Frequenzen wird. Die Differenz wird mit dem Schwellenwert verglichen,
und wenn die Differenz unter einem Schwellenwert liegt, wird angenommen,
dass das koexistierende Radarsystem tatsächlich Frequenzen aus dem Satz
vorbestimmter Frequenzen benutzt. Wenn die Differenz zwischen dem
zweiten und ersten Detektionssignal über einem Schwellenwert liegt,
wird angenommen, dass das Radarsystem tatsächlich eine andere Frequenz
als die vorbestimmten Frequenzen benutzt. Folglich kann unterschieden
werden, ob eine gemessene hohe Signalstärke das Ergebnis eines Kokanal-Radarsystems
ist, welches eine Frequenz aus dem Satz vorbestimmter Frequenzen
benutzt, oder eines Radarsystems ist, das andere Frequenzen benutzt,
die jedoch in diesen Satz von vorbestimmten Frequenzen umgewandelt
wurden. Damit ist die Ermittlung eines möglichen Konflikts mit einem
koexistierenden Radarsystem präziser,
und das Mobilkommunikationssystem muss demnach aus dem Satz vorbestimmter
Frequenzen nur diejenigen Frequenzen für die weitere Übertragung
vermeiden, die tatsächlich
das Radarsystem stören.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für einen
in der Technik bewanderten Fachmann anhand der abhängigen Ansprüche und
der folgenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erkenntlich
sein, von denen
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1a–e Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Die
grundlegende Struktur des Empfängers ist ähnlich in
allen dargestellten Ausführungsformen 1a–e mit Ausnahme
einiger zusätzlicher
Elemente, die der vorliegenden Erfindung entsprechen. Eine dem in
der Technik bewanderten Fachmann bekannte derartige Empfängerstruktur
kann aufgeteilt werden in eine Antenne 100, ein analoges
Teil 200 und ein digitales Teil 300. Modifikationen
an der Struktur beziehungsweise an der Anordnung der Elemente sind
möglich,
solange sie keinen Einfluss auf das Prinzip der vorliegenden Erfindung
haben. Ein Signal, das von der Antenne 100 empfangen wird, wird
auf einem Signalpfad durch das analoge Teil 200 geführt. In
dem analogen Teil 200 sind unter anderem Frequenzwandler
und Filter im Signalpfad angeordnet. Ein Analog-zu-Digital-Wandler
wandelt nun das analoge Signal aus dem analogen Teil 200 in
ein digitales Signal in dem nachfolgenden digitalen Teil 300 um.
In dem digitalen Teil 300 wird das digitale Signal im digitalen
Empfängerelement
weiter verarbeitet. Dieses digitale Empfängerelement ist hier nicht
in größerem Detail
beschrieben, weil die Funktionen eines solchen digitalen Empfängers gut
bekannt sind und auch außerhalb
des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Das Prinzip
der vorliegenden Erfindung, das allen Ausführungsformen gemeinsam ist,
wie in den 1a–e dargestellt, ist das Vorhandensein
eines ersten Abzweig-Elements 230, 252 und eines
zweiten Abzweig-Elements 251, 270 und eines Elements 240, 260 mit
a-priori bekannten Dämpfungswerten
für den
Satz von vorbestimmten Frequenzen, welches zwischen dem ersten und zweiten
Abzweig-Element angeordnet ist. Das Element 240, 260 weist
eine geringere Dämpfung
für ein durchlaufendes
Signal auf, wenn das Signal auf einer Frequenz aus dem Satz von
vorbestimmten Frequenzen liegt. Andererseits weist das Element 240, 260 eine
signifikant stärkere
Dämpfung
auf, wenn das Eingangssignal eine der anderen Frequenzen aufweist.
Für einen
Fachmann ist offensichtlich, dass nicht nur die Dämpfungswerte
für den
Satz von vorbestimmten Frequenzen bekannt sind. Vielmehr sind für das Element
auch die Dämpfungswerte
für fast alle
der anderen Frequenzen a-priori bekannt. Dann wird abhängig von
den Dämpfungswerten
und somit abhängig
von dem Satz der vorbestimmten Frequenzen ein Schwellenwert definiert.
Aus den Abzweig-Elementen vor und hinter dem Element ist ein erstes
und ein zweites Detektionssignal erhältlich. Ein solches Abzweig-Element
kann jede Art von Element sein, wie zum Beispiel ein Richtungskoppler, der
die Signalstärke
ermittelt und ein Detektionssignal erzeugt, das proportional zur
Signalstärke
des gemessenen Signals ist. Die Differenz zwischen dem zweiten und
ersten Detektionssignal wird mit dem besagten Schwellenwert verglichen,
und das Ergebnis des Vergleichs liefert eine Anzeige dafür, ob ein
Radarsystem wirklich eine Frequenz aus dem Satz von vorbestimmten
Frequenzen benutzt.
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Im
Folgenden sollen nun einige möglichen Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Empfängers beschrieben
werden. 1a zeigt eine Ausführungsform,
in der das erste Abzweig-Element 230 hinter einem geräuscharmen
Verstärker 220 und
vor einem Mischerelement 240 angeordnet ist. Das Mischerelement 240 ist
als Element mit den a-priori bekannten Dämpfungswerten für einen
Satz von vorbestimmten Frequenzen dediziert. Das Mischerelement
bewirkt, dass niedrigere Dämpfungswerte
für den
normalen Frequenzraum in die Zwischenfrequenz und höhere Dämpfungswerte
für den
Raum der Spiegelfrequenzen in die gleiche Zwischenfrequenz umgewandelt
werden. Somit definiert hier der normale Frequenzraum, der in die
Zwischenfrequenz umgewandelt wurde, den Satz von vorbestimmten Frequenzen,
und der Raum der Spiegelfrequenzen definiert die anderen Frequenzen.
Oder in anderen Worten ausgedrückt,
besteht der Satz vorbestimmter Frequenzen aus den Trägerfrequenzen
des Empfängers,
und die anderen Frequenzen sind Frequenzen, die durch Spiegelfrequenzumwandlung
in die gleiche Zwischenfrequenz umgewandelt wurden. Hinter dem Mischer 240 ist
das zweite Abzweig-Element 251 angeordnet. Das erste Abzweig-Element 230 entnimmt dem
Signal auf dem Signalpfad ein erstes Detektionssignal S10, und das
zweite Abzweig-Element 251 entnimmt dem Signal auf dem
Signalpfad ein zweites Detektionssignal S21. Die Abzweig-Elemente 230, 251 sind
vorzugsweise Richtungskoppler, wie in der Technik gut bekannt ist.
Das erste S10 und das zweite S21 Detektionssignal werden dem Verarbeitungsmittel 400 zugeführt. Das
Verarbeitungsmittel 400 beinhaltet ein erstes PD1 und ein
zweites PD2 Leistungsdetektor-Element. Diese Leistungsdetektor-Elemente
müssen
fähig sein,
einem typischen Radarsignal zu folgen. Der Ausgang des ersten Leistungsdetektors
S10' und der Ausgang
des zweiten Leistungsdetektor-Elements S21' werden nun entsprechenden Analog-zu-Digital-Wandlern
(A/D) im Verarbeitungsmittel 400 zugeführt. Der eine A/D Wandler wandelt
das erste Detektorsignal S10' in
ein erstes digitales Signal D10 um. Der andere A/D Wandler wandelt
das zweite Detektorsignal S21' in ein
zweites digitales Signal D21 um. Die digitalen Signale D10 und D21
sind nun im digitalen Teil 300 des Empfängers mit dem vorbestimmten
Schwellenwert vergleichbar. In einer bevorzugten Lösung wird
der absolute Wert der Differenz zwischen dem ersten digitalen Signal
D10 und dem zweiten digitalen Signal D20 gemäß der Gleichung D = |D10 – (D20 +
IL)| mit dem Schwellenwert verglichen, wobei IL der Einfügungsverlust
des Elements ist. Wenn die Differenz über dem vorbestimmten Wert
liegt, wird angenommen, dass ein koexistierendes Radarsystem nur
andere Frequenzen als die Frequenzen aus dem Satz der vorbestimmten
Frequenzen verwendet. Dann braucht das Mobilkommunikationssystem
weder die aktuell benutzte Frequenz zu wechseln noch diese Frequenz
aus der Liste der zulässigen Übertragungsfrequenzen
ausschließen.
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1d zeigt
eine Ausführungsform,
die sich von der in 1a nur mit Bezug auf die Elemente hinter
dem Leistungsdetektor im Verarbeitungsmittel 400 unterscheidet.
Hier werden als Alternative zu den A/D Wandlern von 1a die
Ausgänge
der Leistungsdetektoren SD1 und SD2 einem Addierer zugeführt. Ein
solche analoger Addierer 460, ebenfalls gut aus der Technik
bekannt, könnte
mehrere Widerstände
und einen Operationsverstärker
umfassen. Im analogen Addierer wird die Differenz der Detektionssignale
S21', S10' mit einem analogen
Schwellenwert verglichen. Wie bereits oben beschrieben, ist das Mobilkommunikationssystem,
abhängig
davon, ob die Differenz unter oder über der Schwelle liegt, fähig zu entscheiden,
ob es einen möglichen
Konflikt mit einem koexistierenden Radarsystem gibt.
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1b zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform.
Im Prinzip ist die Anordnung die gleiche wie in den vorbeschriebenen
Zeichnungen 1a und 1d. Der
Unterschied in der Anordnung besteht darin, dass hier das IF-Filter 260 als Element
mit a-priori bekannten Dämpfungswerten
für den
Satz von vorbestimmten Frequenzen dediziert ist. Das IF-Filter ist
ein Bandpass-Filterelement, das eine geringe Dämpfung auf Frequenzen innerhalb
eines dedizierten Frequenzbandes und eine viel stärkere Dämpfung auf
den anderen Frequenzen außerhalb
dieses Frequenzbandes aufweist. Hier definieren die Frequenzen aus
dem Bandpass-Filter 260 den Satz von vorbestimmten Frequenzen.
Das erste Abzweig-Element 252 ist vor dem IF-Filter 260 angeordnet,
und das zweite Abzweig-Element 270 ist hinter dem IF-Filter 260 angeordnet.
Das erste Detektionssignal S22 und das zweite Detektionssignal S30 werden
in das Verarbeitungsmittel 400 eingeführt. Das Verarbeitungsmittel 400 umfasst
die bereits beschriebenen Leistungsdetektoren PD1 und PD2 und die
A/D Wandler, die die Detektionssignale S22 und S30 wie oben beschrieben
verarbeiten.
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1e zeigt
die gleiche Anordnung wie in 1b, mit
der einzigen Ausnahme, dass die Ausgänge S22' und S30' der Leistungsdetektoren einem analogen
Addierer 460 zugeführt
werden.
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1c zeigt
eine verbesserte erfindungsgemäße Ausführungsform.
Der Empfänger
umfasst ein erstes Abzweig-Element 230 im Signalpfad zwischen einem
geräuscharmen
Verstärker 220 und
dem nachfolgenden Mischer 240. Ein zweites Abzweig-Element 253 liegt
im Signalpfad zwischen dem Mischer 240 und einem nachfolgenden
Filter 260. Ein weiteres Abzweig-Element 270 liegt
im Signalpfad hinter dem IF-Filter 260. Die entnommenen
ersten S10, zweiten S20 und dritten S30 Detektionssignale werden
in das Verarbeitungsmittel 400 eingeführt. Die Detektionssignale
werden in entsprechende Leistungsdetektor-Elemente PD1, PD2 und PD3 eingegeben.
Die Ausgänge
jedes der Leistungsdetektor-Elemente werden dann im nachfolgenden
A/D Wandler von analog zu digital umgewandelt. Schließlich werden
die digitalen Signale D10, D20 und D30 mit einem ersten und einem
weiteren Schwellenwert verglichen. Der Vorteil dieser Ausführungsform
besteht darin, dass die Anzahl der Interferenzen, die fälschlich
als Kokanal-Interferenzen
verstanden würden,
jetzt korrekt ermittelt werden können.
Somit ist die Ermittlung der Interferenz sehr viel präziser.
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In
einer weiteren, aber nicht dargestellten alternativen Ausführungsform
zu 1a kann das zweite digitale Detektionssignal D21
direkt vom digitalen Teil 300 des Empfängers abgeleitet werden, anstelle
vom analogen Teil 200 abgezweigt zu werden. Dann ist es
nicht länger
notwendig, ein zweites Abzweig-Element 251 zu haben.
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Für alle beschriebenen
Ausführungsformen ist
es wichtig, ein Element zu haben, bei dem die Dämpfung für einen Bereich von Frequenzen
a-priori bekannt ist, und ein Abzweig-Element vor und hinter diesem
Element zu haben. Wenn dies der Fall ist, kann das Signal vor und
hinter dem Element verglichen werden, und das Vergleichsergebnis
liefert dann eine Anzeige dafür,
ob es ein Interferenzproblem gibt oder nicht. Für einen in der Technik bewanderten
Fachmann ist offensichtlich und wird daher nicht im Detail erklärt, wie
die Differenz genau ermittelt wird. Im Gegenteil gibt es mehrere
Verfahren zur Berechnung der Differenz. Wie zum Beispiel unter Bezugnahme
auf die Ausführungsform
in 1a beschrieben, kann dies erfolgen, wenn der absolute Wert
aus der Differenz des gemessenen Signals vor und hinter dem Element
berechnet wird. Ferner könnte
in einer anderen Ausführungsform
die Differenz auch berechnet werden, wenn zwei negative Detektionssignale
zusammenaddiert werden. Es ist lediglich wichtig für die vorliegende
Erfindung, eine Differenz zwischen den Detektionssignalen zu ermitteln.
Wenn eine andere als die eine des Satzes von vorbestimmten Frequenzen
ermittelt wird, braucht das Mobilkommunikationssystem weder diese
Frequenz aus der Anzahl der zulässigen Übertragungsfrequenzen
auszuschließen
noch muss die tatsächlich
benutzte Frequenz gewechselt werden. Das Mobilkommunikationssystem
muss vielmehr vermeiden, die beobachtete Frequenz für die weitere Übertragung
zu benutzen, wenn festgestellt wird, dass die beobachtete Frequenz
eine Frequenz aus dem Satz von vorbestimmten Frequenzen ist, was
bedeutet, dass die Differenz unter dem Schwellenwert liegt.
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Wenn
eine empfangene Signalstärke
oberhalb einer Schwelle gemessen wird, jedoch gemäß des Prinzips
der vorliegenden Erfindung die weiteren Messungen zu dem Ergebnis
führen,
dass das Signal nicht auf einer Frequenz aus dem Satz von vorbestimmten
Frequenzen ist, kann das Mobilkommunikationssystem die Übertragung
auf dem Satz von zulässigen
Frequenzen fortsetzen. Dann muss jedoch berücksichtigt werden, dass eine
solche Situation zu einem höheren
DC Offset im Empfänger
führt,
was die Leistung verschlechtern kann. In einem solchen Fall sollten
zusätzliche
oder angepasste vorhandene Filterelemente im Signalpfad verwendet
werden.
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Die
Implementierung des Prinzips der vorliegenden Erfindung in einem
Empfänger
für ein
Mobilkommunikationssystem führt
zu einer Mehrzahl von Ausführungsformen
und Variationen. Ein solcher Empfänger könnte eine separate Steuereinheit
innerhalb des Mobilkommunikationssystems oder ein mobiles Endgerät sein.
In einem solchen Fall muss die Steuereinheit oder das mobile Endgerät eine Zentraleinheit,
wie eine Basisstation oder einen Zugangspunkt, benachrichtigen,
ob irgendeine Interferenz festgestellt wurde oder nicht. Des weiteren
kann der Empfänger
selbst das Empfängerteil
eines Sendeempfangsgeräts,
wie ein Zugangspunkt in einem WLAN System oder eine Basisstation
in einem UMTS System, sein.