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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Übertragungssystem mit einer
Anzahl Teilnehmerendgeräten, verbunden mit mindestens zwei Sende-Empfangs-
Stationen, die Informationen per Funkübertragung austauschen, nach einem
Zeitmultiplex-Modus, gebildet aus Serien von T Übertragungs-Zeitintervallen, die einer
bestimmten Anzahl Kanäle zuzuteilen sind, und einem Kontroll-Zeitintervall, das sich
zwischen den Zeitintervall-Serien befindet.
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Ein solches System ist besonders wichtig bei der Verwendung von
Übertragungssystemen mit Funkverbindungen.
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Ein erstes bekanntes System dieser Art wird beschrieben in der
Veröffentlichung:
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39th IEEE VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE
"RADIO TRANSMISSION INTERFACE OF THE DIGITAL
PANEUROPEAN MOBILE SYSTEM", erschienen im Mai 1989, Seiten
712-717.
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In diesem System können die Zeitmultiplex-Intervalle auf nur zwei Arten verwendet
werden: entweder zur Übertragung der Informationen zu einer schnellen Rate (Full
rate), oder zur Übertragung zu einer halben Rate (Half rate). Die Verwendung einer
beliebigen Anzahl Kanäle wird in dem Dokument nicht aufgeführt.
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Ein zweites bekanntes System dieser Art wird beschrieben in der
Veröffentlichung:
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INTERNATIONAL SWITCHING SYMPOSIUM
"ALCATEL LAND MOBILE SYSTEM CD900 A FULLY DIGITAL
CELLULAR APPROACH USING WIDEBAND TDMA", erschienen im
März 1987, Seiten 759-765.
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In diesem System werden verschiedene Zeitintervalle einem der Kanäle zugeteilt, um
sich der vorzunehmenden Übertragung anzupassen.
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All diese Systeme weisen den Nachteil auf, daß die mobilen Stationen
beim Senden nicht dazu in der Lage sind, zu empfangen. Dabei läuft man Gefahr, die
regelmäßig von der Basis gesendeten Informationen überhaupt nicht zu empfangen,
wenn in diesem Zeitraum gleichzeitig die mobilen Stationen senden. Dies kann zu
schweren Fehlern der Systemverwaltung führen.
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Ein Übertragungssystem mit einer Vielzahl an angeschlossenen
Teilnehmerendgeräten und mindestens zwei Sende-Empfangs-Stationen, die
Informationen mit einem per Funk übertragenen Zeitmultiplex austauschen, wobei in
dem Zeitmultiplex Serien zu T Übertragungs-Zeitintervallen vorgesehen sind, die einer
variablen Anzahl C Kanälen zuzuteilen sind, abhängig von der Anzahl und dem Typ der
anzuschließenden Teilnehmerendgeräte, wird in dem europäischen Patent EP-B-0 261
127 beschrieben. Obwohl dieses System Vorteile bezüglich seiner
Anpassungsmöglichkeiten an die verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Sprach-
Codierer-Decodierer bringt, indem es jedem Kanal eine Anzahl angemessener
Zeitintervalle zuteilt, ist man jedoch der Ansicht, daß dieses bekannte System keine gute
Verwaltung der Kanalverwendung bietet.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ein System des in der Einleitung
beschriebenen Typs vor, das diesen Nachteil weitgehend abschwächt.
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Ein solches System ist insofern bemerkenswert, da die bestimmte Anzahl
Kanäle mit einem Wert C kleiner oder gleich einem Wert CMAX variabel ist und von
der Anzahl und dem Typ der anzuschließenden Teilnehmerendgeräte abhängt und T
gewählt wird, damit alle Kanäle direkt einem Kontroll-Zeitintervall vorausgehen oder
nachfolgen, einmal auf C.
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Die als nicht begrenzendes Beispiel hinsichtlich der beigefügten
Zeichnungen folgende Beschreibung wird leicht verständlich machen, wie die Erfindung
verwirklicht werden kann.
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Fig. 1 zeigt ein Übertragungssystem entsprechend der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt das Schema einer sogenannten Basisstation.
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Fig. 3 zeigt das Schema einer Satellitenstation.
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Fig. 4 zeigt die Sprektralblockierung der vom System verwendeten
Frequenzkanäle.
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Fig. 5 zeigt die Organisation des Multiplex.
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Fig. 6 zeigt, wie das Kontroll-Zeitintervall entsprechend der Erfindung
eingeführt wird.
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Fig. 7 zeigt eine andere Art, wie das Kontroll-Zeitintervall entsprechend
der Erfindung eingeführt wird.
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Fig. 8 zeigt, wie eine Verbindung vom Typ Full-Duplex und vom Typ
Half-Duplex eingefügt wird.
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Auf Fig. 1 wurde ein der Erfindung entsprechendes System dargestellt.
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Dieses System wird aus einer Einheit Sender-Empfänger-Stationen STB, STM1 und
STM2 gebildet. Selbstverständlich kann die Anzahl Stationen beliebig sein. STB ist eine
Basis-Sender-Empfänger-Station, STM1 und STM2 sind Satellitenstationen, d. h. von
der Basisstation verwaltet. In der Praxis ist die Basisstation ein festes Gerät, während
die Stationen STM1 und STM2 tragbare oder mobil mitgeführte Geräte sind. An die
mobile Station STM1 sind eine Vielzahl von Teilnehmerendgeräten A1, A2, ..., Am,
und an die mobile Station STM2 eine Vielzahl von Teilnehmerendgeräten B1, B2, ...,
Bn angeschlossen. Die Stationen kommunizieren untereinander über Funkverbindungen,
die zwei Frequenzkanäle FBM und FMB verwenden.
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Im allgemeinen wird der Kanal FBM für Kommunikationen von der Basis
STB zu den Mobilen STM1 und STM2, und der Kanal FMB für Kommunikationen von
den Mobilen zur Basis verwendet. Die auf diesen Frequenzkanälen aufgebauten
Kommunikationen sind nach einem Zeitmultiplex vom Typ TDMA organisiert, der
Kommunikationswege bereitstellt, im Folgenden Zeitkanäle bezeichnet.
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Zum guten Verständnis des Belangs der Erfindung ist es angebracht, an
einige Notionen zu erinnern.
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Tatsächlich muß man Kommunikationsmodus und Kommunikationstyp
unterscheiden.
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Der Kommunikationsmodus wird Duplex bezeichnet, wenn die
Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern der jeweiligen Stationen STM1 und STM2
über die Basisstation STB verläuft. In diesem Fall werden die beiden Frequenzkanäle
verwendet, der Kanal FMB, auch aufsteigender Kanal, der Kanal FBM, auch
absteigender Kanal bezeichnet.
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Der Kommunikationsmodus wird Simplex bezeichnet, wenn die
Kommunikation direkt zwischen den beiden mobilen Stationen stattfindet.
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Der Kommunikationstyp wird Duplex (oder Full-Duplex) bezeichnet,
wenn die Teilnehmer der mobilen Stationen gleichzeitig senden oder empfangen
(sprechen oder hören) können, dies wird z. B. im Rahmen dieser Erfindung durch
Zeitteilung (d. h. ein Zeitintervall zum Sprechen und ein anderes Zeitintervall zum
Hören) erreicht.
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Der Kommunikationstyp wird Half-Duplex bezeichnet, wenn die
Teilnehmer der Stationen zur selben Zeit nur senden oder empfangen können.
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Da die Teilnehmerendgeräte verschiedene Datenformate zu empfangen
oder zu senden haben können die TDMA-Raster Zeitkanälen mehr oder weniger
Zeitintervalle zuteilen, auf die nachfolgend erklärte Art.
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Fig. 2 ist ein synoptisches Schema der Basisstation STB.
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Sie setzt sich aus einer Sender-Empfänger-Einheit 10 zusammen, gesteuert
von zwei Oszillatoren mit der Bezeichnung 13 und 15, die mit den Frequenzen FMB und
FBM schwingen.
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Diese Einheit schafft mit einem Rastergenerator 17 ein Raster TDMA.
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Teilnehmerendgeräte oder andere Verbindungen können an Eingangszugänge I1, I2, ...,
Im und Ausgangszugänge 01, 02, ..., 0n angeschlossen werden. Ein die Ausgänge Oi
mit den Eingängen Ij verbindendes Verbindungsorgan 20 ermöglicht das Herstellen von
Verbindungen zwischen Mobilen über die Basis (Duplex-Modus). Ein Duplexer-Filter
(Koppler) 22 ermöglicht über eine selbe Antenne 24 zugleich das Senden auf einer
Frequenz FMB und das Empfangen auf einer Frequenz FBM, unterschiedlich zu FMB.
An diesen Koppler 22 sind ein Sende- 25 und ein Empfangsverstärker 26 angeschlossen.
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Die Einheit 10 wird zusammen mit einem auf eine Zwischenfrequenz FI
ausgerichteten Filter 41 und einem Modulator 42 aus einem Sendeteil 40 gebildet. Der
Modulator 42 richtet die vom Teil 40 gelieferten Informationen auf die vom Oszillator
13 bestimmte Trägerfrequenz aus. Der Teil 40 ordnet die zu übertragenden
Informationen nach den vom Rastergenerator TDMA 17 aufgestellten Steuerbefehlen,
moduliert die Informationen in Phase, Frequenz oder Amplitude auf eine
Zwischenfrequenz FI. Dieser Raster-Generator 17 ermöglicht auch die Rückgewinnung
der verschiedenen im TDMA-Raster enthaltenen, über die Empfangseinheit 44
erhaltenen Informationen. Der Eingang dieser Einheit ist mit dem Ausgang eines Filters
46 verbunden, ausgerichtet auf die Frequenz FI, verbunden mit dem Ausgang eines
Demodulators 48. Dieser Demodulator 48 empfängt die Signale des Verstärkers 26 und
des Oszillators 15. Die Ausgänge 01, ..., 0n werden von den Ausgängen der Einheit 44
gebildet.
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Das synoptische Schema eines dieser sogenannten mobilen Stationen STMi
wird auf Fig. 3 gezeigt. Diese Station wird auf ähnliche Weise wie die Basisstation
gebildet, bezüglich der Elemente 74, 75, 76, 50, 80, 81, 82, 84, 86, 88, die an die
Elemente 24, 25, 26, 10, 40, 41, 42, 44, 46, 48 der Fig. 2 anzugrenzen sind. Die
Unterschiede liegen bei der Kopplung der Antenne, des Referenz-Oszillators und dem
Raster-Oszillators:
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- Die Antennenkopplung wird von einem (Dioden-)Schalter 92
vorgenommen, gesteuert vom Raster-Generator 95, je nach dem, ob gesendet oder
empfangen wird. Man verwendet einen Schalter anstelle eines Duplexer-Filters, aus
Gründen der Kosten der Mobile; die Kommunikationen vom Typ Duplex werden über
Zeitteilung vorgenommen (ein Zeitintervall auf FMB zum Senden und ein anderes
Zeitintervall zum Empfangen auf FBM). Dies wird im Folgenden näher erläutert, bei der
Beschreibung der Fig. 8.
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- Der Referenzoszillator 97 kann Frequenzen gleich FMB erzeugen, zum
Senden (FBM für den Empfang) in Duplex-Kommunikationsmodus, und FMB oder FBM
zum Senden (FBM oder FMB für den Empfang) in Simplex-Kommunikationsmodus. Der
Frequenzwechsel wird über einen Frequenzsynthesator ermöglicht, der Frequenzen
gleich FBM oder FMB erzeugen kann und den Generator 97 bildet.
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- Der Rastergenerator TDMA 95 steuert zugleich die Teile 80 und 84,
und auch die Frequenzwahl FBM und FMB und den Schalter 92 der Antenne.
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Die Eingangszugänge für das Teilnehmerendgerät tragen die
Bezeichnungen IM1, IM2, ..., IMp, und die Ausgangszugänge die Bezeichnungen
OM1, OM2, ..., OMq.
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Auf Fig. 4 wurden die Frequenzkanäle dargestellt, ausgerichtet um die
Trägerfrequenzen FMB und FBM, verwendet als Träger der TDMA-Raster.
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Die Bandbreite BP um diese Trägerfrequenzen beträgt 25 kHz. Die
Trägerfrequenzen sind ungefähr im Band 400 MHz - 900 MHz enthalten.
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Fig. 5 zeigt die Organisation dieses Multiplex TDMA. Es besteht aus
einem Multiraster MTR, gebildet aus M Rastern TR, wiederum jeweils
zusammengesetzt aus einem Teil von T Zeitintervallen TCHi (i = 1, ..., T) und
andererseits einem Zeitintervall XCCH. Das Intervall XCCH wird zur Organisation des
Multiplex verwendet, und die Intervalle TCHi zur Übertragung des Nutzverkehrs. Jedes
dieser Intervalle TCH&sub1; bis TCHT enthält neb binäre Elemente.
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Im Rahmen des beschriebenen Beispiels muß sich der Multiplex den
verschiedenen bei den Teilnehmern vorgesehenen Sprachcodierern und -decodierern und
verschiedenen Datenübertragungsgeräten mit verschiedenen Raten anpassen. Diese
Codierer-Decodierer arbeiten mit Raten zu 2,4 keb/s, ..., 13 keb/s. Der Multiplex muß
dann C Zeitkanäle C = 1, ..., CMAX, CMAX = 6 bieten können, mit:
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M = 60 Raster pro Multiraster,
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T = 19 Zeitintervalle TCH pro Raster, also 20 Zeitintervalle insgesamt,
mit dem Intervall XCCH,
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neb = 190 binäre Elemente, wovon 46 der Rückgewinnung der 144
binären Verkehrselemente und der Kommunikationsverwaltung
(Synchronisation, Zustand des Teilnehmers - abgehoben oder aufgelegt ...)
dienen.
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Im Rahmen des beschriebenen Beispiels, mit 200 in 1 Sekunde
übertragenen Nutzverkehr-Zeitintervallen, verfügen die gesamten Verkehrskanäle über
28,8 keb/s.
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M wird so gewählt, um das kgV (kleinstes gemeinsames Vielfaches) der
Zahlen 1 bis CMAX zu sein.
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Der Wert T ist eine erste Zahl für alle zwischen 1 und CMAX enthaltenen
Zahlen.
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So erhält man eine Verschiebung oder Drehung der Kanäle um das
Zeitintervall XCCH; d. h., daß alle Kanäle direkt dem Kanal XCCH vorausgehen (oder
nachfolgen) müssen, einmal auf C. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, für C = 2, ..., 6.
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Obwohl in diesem Beispiel der Wert T gleich 19 ist, können sich andere
Werte eignen, z. B. T = 7, 11, ..., 23, ... Der Wert T wird letztlich von der Rate
bestimmt, die man dem Kontrollkanal XCCH bieten will, und der Ratenleistung des
Kanals XCCH in bezug auf die globale Rate. Vorzugsweise hat das Zeitintervall XCCH
auch eine Anzahl binärer Elemente gleich neb, was die Synchronisierungsvorgänge
erleichtert.
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Auf dieser Figur werden die verschiedenen Zeitintervalle IT mit einer
fortlaufenden Numerierung markiert, ohne Berücksichtigung der Raster. Die
Zeitintervalle XCCH sind mit einem doppelten Strich dargestellt.
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Fig. 7 zeigt diese Verschiebung auf eine andere Weise.
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Dank dieser Verschiebung ist jeder Kanal sicher, die von der Basis auf
XCCH (FBM) gesendeten Informationen zu empfangen, einmal auf C, und in Richtung
der Basis auf XCCH (FMB) zu senden, einmal auf C (Fig. 8).
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Tatsächlich und aufgrund der Verschiebung der Zeitintervalle XCCH ist
das im Zeitintervall TCH (FMB) zeitgleich zu einem Zeitintervall XCCH (FBM) zur
Basis sendende Mobil nicht dazu in der Lage, die aus diesem Zeitintervall XCCH (FBM)
herrührenden Informationen zu empfangen. Das Mobil kann jedoch über das folgende
Zeitintervall senden, d. h. XCCH (FMB).
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Ebenso sind alle Mobile, die das dem Zeitintervall XCCH (FBM) der
Basis folgende Zeitintervall TCH (FBM) empfangen müssen, nicht dazu in der Lage, auf
dem Kanal XCCH (FMB) zu senden. Sie konnten dagegen die von der Basis auf dem
Zeitintervall XCCH (FBM) gesendeten Informationen empfangen.
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So ermöglicht die Verschiebung der Kanäle in bezug auf das Zeitintervall
XCCH zu einem Moment, die von der Basis (XCCH auf FBM) gesendeten
Informationen zu empfangen, und zu einem anderen Moment, Informationen zur Basis
hin zu senden (XCCH auf FMB).
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Dem Zeitintervall XCCH können bedeutende Verwendungen zukommen.
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Es ermöglicht eine Kommunikation in Simplex-Modus, ohne über die
Basis zu verlaufen. Dies wird ermöglicht, wenn die Basis auf der abfallenden Frequenz
FBM 1 oder 2 Zeitintervalle frei läßt, d. h., sie sendet nicht über dieses Intervall, und sie
1 oder 2 Zeitintervalle auf der ansteigenden Frequenz FMB belegt. D. h., die Mobile
müssen zur Basis synchronisiert bleiben, um nicht über die angrenzenden Zeitintervalle
überzulaufen. Dies wird ermöglicht, wenn die Basis sicher ist, auf einigen
Zeitintervallen zu senden, das sind die Zeitintervalle XCCH (FBM), die zugleich als
Resynchronisations-Zeitintervall und als Kontrollkanal dienen. Diese Kontroll-
Zeitintervalle werden auch für die Synchronisation von Simplex-Kommunikationen
verwendet.
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Dieser Fall ist auf Fig. 8 schematisiert, mit der Darstellung des
Zeitintervalls XCCH. In diesem Zeitintervall kann die Station STB zu den Mobilen über
das Multiplex TDMA senden, übertragen über die Frequenz FBM, und sie kann vom
Multiplex TDMA herrührende Informationen empfangen, übertragen über die Frequenz
FMB.
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Die den Mobilen in Simplex-Kommunikation zugeteilten Zeitintervalle
TCHi ermöglichen mehr oder weniger Kommunikationen, unter Berücksichtigung ihres
Typs:
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- Für das Full-Duplex (Fig. 8a) sendet das Mobil STM1 über ein
Zeitintervall TCHi auf FBM, Pfeil F1, während das Mobil STM2, Pfeil F2, auf
derselben Frequenz hört, und umgekehrt sendet das Mobil STM2 über ein anderes
Zeitintervall auf FMB, Pfeil 3, während STM1 auf dieser selben Frequenz hört, Pfeil
F4.
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- Für das Half-Duplex (Fig. 8b) sendet das Mobil STM1 über ein
Zeitintervall TCHi auf FBM, Pfeil F 10, in Richtung STM2, Pfeil F11, und das Mobil
STM3 sendet über ein anderes Zeitintervall auf FMB, Pfeil F12, in Richtung STM4,
Pfeil F13. Es wurde auch in einem Faktor 2 die Kapazität des Kanals FR erhöht,
ausgehend von einem selben Raster TDMA.