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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen eines Kanals in einem
Empfänger
eines Funksystems, in dem das empfangene Signal einem Beseitigen
der Mehrfachzugriff-Interferenz
unterworfen wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann allgemein in einem beliebigen Funksystem eingesetzt werden,
in dem das Beseitigen der Mehrfachzugriff-Interferenz vorgenommen
wird, aber es ist besonders geeignet für den Einsatz in einem zellularen Funksystem,
welches das CDMA-Mehrfachzugriff-Verfahren
verwendet.
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CDMA
ist ein Mehrfachzugriff-Verfahren, das auf einer Streuspektrumtechnik
basiert, und es wird seit kurzem zusätzlich zu den zuvor verwendeten FDMA
und TDMA in den zellularen Funksystemen zum Einsatz gebracht. CDMA
weist gegenüber
den vorherigen Verfahren viele Vorzüge auf, wie z. B. die Einfachheit
der Frequenzplanung und die Spektrumausnutzung.
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In
einem CDMA-Verfahren wird ein schmalbandiges Datensignal eines Nutzers
mit einem Spreizcode, der ein viel breiteres Band als das Datensignal
aufweist, zu einem relativ breiten Band multipliziert. In bekannten
Testsystemen verwendete Bandbreiten umfassen z. B. 1,25 MHz, 10
MHz und 25 MHz. Alle Nutzer übertragen
gleichzeitig auf demselben Frequenzband. Bei jeder Verbindung zwischen
einer Basisstation und einer Mobilstation wird ein unterschiedlicher
Spreizcode verwendet, und die Signale der Nutzer können in
den Empfängern
auf Basis des Spreizcodes des Nutzers voneinander unterschieden
werden. Wenn möglich
werden die Spreizcodes derart ausgewählt, dass sie zueinander orthogonal
sind, d. h. sie korrelieren nicht miteinander.
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Korrelatoren
in herkömmlich
ausgerüsteten CDMA-Empfängern werden
mit einem gewünschten Signal
synchronisiert, welches sie auf der Basis des Spreizcodes erkennen.
Im Empfänger
wird das Datensignal wieder in das Originalband eingesetzt, indem
es mit demselben Spreizcode wie im Übertragungsschritt multipliziert
wird. Im Idealfall korrelieren die Signale nicht, die mit einem
anderen Spreizcode multipliziert wurden, und sie werden nicht wieder
in das schmale Band eingesetzt. Im Hinblick auf das gewünschte Signal
erscheinen sie so als Rauschen. Die Zielstellung ist, das Signal
des gewünschten
Nutzers aus einer Anzahl von Störsignalen
herauszufinden. In der Praxis korrelieren die Spreizsignale, und
die Signale der anderen Nutzer machen es durch Verzerren des empfangenen
Signals schwieriger, das gewünschte
Signal herauszufinden. Die Interferenz, die durch die Nutzer gegenseitig
erzeugt wird, wird als Mehrfachzugriff-Interferenz bezeichnet.
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Je
mehr Nutzer gleichzeitig in einem System sind, desto größer ist
die Mehrfachzugriff-Interferenz. Somit ist die Kapazität des zellularen
CDMA-Funksystems durch die oben beschriebene Interferenz beschränkt, welche
die Nutzer gegenseitig verursachen. Die Interferenz kann verringert
werden, indem die Leistungspegel der von den Teilnehmerendgeräten übermittelten
Signale – wenn
möglich – im Basisstationsempfänger durch
einen genauen Leistungsabgleich so gleich wie möglich gehalten werden. Die Basisstation
beobachtet die Leistungspegel der empfangenen Signale und übermittelt
Leistungsanpassungsbefehle an die Teilnehmerendgeräte. Ein
weiterer bekannter Weg zum Verringern der Interferenz beruht auf
dem Einsatz unterschiedlicher aktiver Verfahren zum Beseitigen der
Mehrfachzugriff-Interferenz und auf Verfahren, die auf einem gleichzeitigen Nachweis
einer Vielzahl von Nutzern beruhen.
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Das
wesentliche Merkmal in einem Mehrwegekanal ist, dass die komplexe
Amplitude und die Verzögerung
einer jeden empfangenen Signalkomponente, die einen signifikanten
Leistungspegel aufweist, abgeschätzt
werden kann, so dass die entsprechende Interferenzkomponente aus
dem gewünschten
Signal entfernt werden kann. Diese Bestimmung von Amplitude und
Verzögerung
wird als Kanalabschätzung
bezeichnet.
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Bei
den Kanalabschätzungskonzepten,
die dem Stand der Technik entsprechen, wurde die Beseitigung der
Interferenz nicht in Betracht gezogen, sondern diese beiden Maßnahmen
wurden als voneinander unabhängige
Konzepte angesehen. Deswegen wurden die Abschätzergebnisse auf einem Signal
aufgebaut, das Störsignale
von einer Vielzahl von Nutzern enthält, und so sind die Abschätzergebnisse
nicht ideal.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens
zum Abschätzen eines
Kanals, in welchem das Beseitigen der Mehrfachzugriff-Interferenz berücksichtigt
wurde.
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Das
wird mit einem Verfahren des Typs erreicht, der in der Einleitung
beschrieben wurde, wobei die Kanalabschätzung das Abschätzen von
Verzögerungen
und komplexen Amplituden des empfangenen Signals einschließt. Das
Verfahren ist gekennzeichnet durch das Berechnen der Kanalabschätzungen
sowohl vor als auch nach dem Beseitigen der Mehrfachzugriff-Interferenz
im ersten und zweiten Abschätzer
und zum Rückkoppeln
der Kanalabschätzungen,
die im zweiten Abschätzer
berechnet wurden, in den ersten Abschätzer.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Empfänger in einem zellularen Funksystem,
wobei der Empfänger
ein Abschätzmittel
zum Berechnen von Kanalabschätzungen
durch Abschätzen
der Verzögerungen und
komplexen Amplituden des empfangenen Signals sowie ein betriebsbereit
mit dem Ausgang des Abschätzmittels
verbundenes Mittel zum Beseitigen der Mehrfachzugriff-Interferenz
aus dem empfangenen Signal enthält.
Der erfindungsgemäße Empfänger ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger ein zweites Abschätzmittel 23 umfasst,
das betriebsbereit mit dem Ausgang des Mittels 22 verbunden
ist, um Kanalabschätzungen
von einem Signal zu berechnen, welches einer Beseitigung der Mehrfachzugriff-Interferenz
unterzogen wurde, und dass die Ausgabedaten des zweiten Abschätzmittels 23 in
das Abschätzmittel 20 rückgekoppelt
werden.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
berücksichtigt
ein Kanalabschätzer
die Beseitigung der Mehrfachzugriff-Interferenz, und da die Abschätzung auf
einem interferenzfreien Signal beruht, sind die erhaltenen Kanalabschätzungen
von einer weitaus besseren Qualität als zuvor.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist für
einen Einsatz mit einem beliebigen Kanalabschätzalgorithmus anwendbar. Auch
legt die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Lösung nicht
das Verfahren fest, das zum Beseitigen der Mehrfachzugriff-Interferenz
verwendet wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung werden die Kanalparameter sowohl vor als auch nach
dem Beseitigen der Interferenz abgeschätzt. Die Kanalabschätzungen,
die aus dem interferenzfreien Signal berechnet wurden, können als Rückkopplung
einem ersten Abschätzer
zugeführt werden,
wo sie verwendet werden können.
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Die
Erfindung kann auch in mehrstufigen Empfängern verwendet werden: Kanalparameter können in
der zweiten und in den nachfolgenden Stufen nach dem Beseitigen
der Interferenz in den vorhergehenden Stufen abgeschätzt werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung ausführlicher mit Bezug auf die
Beispiele beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
sind, wobei
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1 einen
Teil eines zellularen Funksystems zeigt, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren
verwendet werden kann,
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2 ein
Blockdiagramm ist, das die Struktur eines Empfängers gemäß der Erfindung zeigt,
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3 ein
Blockdiagramm ist, das eine alternative Struktur eines Empfängers gemäß der Erfindung
zeigt,
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4 ein
Blockdiagramm ist, das die Struktur eines mehrstufigen Empfängers gemäß der Erfindung
zeigt,
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5 die
Struktur einer Empfängerstufe
veranschaulicht, und
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6 die
Verschiebung von Rahmenstrukturen im Asynchronverkehr veranschaulicht.
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Im
Folgenden wird die Erfindung beschrieben, wobei ein zellulares CDMA-Funksystem
als ein Beispiel verwendet wird, ohne jedoch die Erfindung darauf
einzuschränken.
Für die
Erfindung ist es nicht wichtig, welches Mehrfachzugriffsystem verwendet wird.
Die einzige Bedingung ist, dass irgendein Verfahren zum Beseitigen
der Mehrfachzugriff-Interferenz eingesetzt wird. Verfahren zum Beseitigen
der Mehrfachzugriff-Interferenz können z. B. in TDMA-Systemen
wie auch in CDMA-Systemen zum Beseitigen der Interferenz aus einem
gegebenen Kanal Anwendung finden. Für ein beliebiges solches System
geeignete Verfahren können
verwendet werden.
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1 zeigt
einen Teil eines zellularen Funksystems, in dem das erfindungsgemäße Verfahren verwendet
werden kann. Die Figur zeigt eine Basisstation 10, die
mit den Abonnentenanlagen (wie z. B. Funktelefonen) 11–14,
welche sich in ihrem Empfangsgebiet befinden, in Verbindung steht.
Jede Abonnentenanlage im CDMA-System übermittelt der Basisstation
ihr eigenes Signal 15–18 auf
demselben Frequenzband und stört
dabei in einem gewissen Umfange die anderen Abonnentenanlagen in
Abhängigkeit
von den Kreuzkorrelationskennwerten der verwendeten Spreizcodes.
Ebenso übermittelt
die Basisstation ein Signal an alle Abonnentenanlagen auf demselben
Frequenzband. Die Empfänger
können
auch Signale von einer benachbarten Zelle empfangen.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das die wesentlichen Teile der allgemeinen Struktur
eines Empfängers
entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt. Der Empfänger
umfasst ein erstes Abschätzmittel 20, dessen Übertragung
ein empfangenes und digitalisiertes Signal ist und wo durch ein
bekanntes Abschätzverfahren
eine vorläufige
Kanalabschätzung ausgeführt wird.
Die Merkmale des Kanals, die abgeschätzt werden, sind gewöhnlich die
komplexe Amplitude und die Verzögerung.
Der Empfänger
umfasst außerdem
ein Nachweismittel 21, in dem vorläufige Symbolabschätzungen
für die
empfangene Übertragung
berechnet werden. Der erfindungsgemäße Empfänger umfasst auch ein Mittel 22 zum
Beseitigen der Interferenz aus dem empfangenen Signal durch ein
beliebiges bekanntes Interferenz-Beseitigungsverfahren.
Der erfindungsgemäße Empfänger umfasst
außerdem
ein zweites Abschätzmittel 23,
in dem Kanalparameter des interferenzfreien Signals abgeschätzt werden,
wobei genauere Abschätzungen
erhalten werden als in dem ersten Abschätzmittel, welches die vorläufige Abschätzung ausführt. Auch
in dem zweiten Abschätzmittel
kann die Abschätzung
mit einem bekannten Abschätzverfahren ausgeführt werden.
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Im
Empfänger
ist es auch möglich,
die Rückkopplung 24 aus
dem zweiten Abschätzmittel 23 in das
erste Abschätzmittel 20 zu
verwenden. Die von dem zweiten Abschätzmittel erhaltenen Abschätzergebnisse
können
somit verwendet werden, wenn vorläufige Abschätzungen berechnet werden, indem
z. B. die Kanalparameter, die aus dem zweiten Abschätzmittel
die Probe bn betreffend erhalten wurden, dem
ersten Abschätzmittel
als Vorgabewerte zur Berechnung vorläufiger Kanalparameter für die nächste Probe
bn+1 zugeführt werden.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das Teile der allgemeinen Struktur eines Empfängers gemäß einer weiteren
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
darstellt. Der Empfänger
umfasst eine Anzahl von angepassten Filtern oder RAKE-Empfängern 31, 37, 44,
wobei jeder für
den Empfang und die Demodulation des Signals von einem Nutzer eingerichtet
ist und wobei die Signale durch ihre Spreizcodes unterscheidbar
sind. Die empfangene Übertragung
wird einem ersten Abschätzmittel 30 zugeführt, wo
vorläufige
Kanalparameter abgeschätzt
werden. Das Signal wird von dem Abschätzmittel einem ersten angepassten
Filter 31 zugeführt,
wo das gewünschte
Signal demoduliert wird, und es wird weiter einem ersten Detektor 32 zugeführt, wo
eine Bit-Entscheidung getroffen wird. Ein Signal 33, das
von dem Detektor 32 erhalten wurde und das eine Abschätzung der Übertragung
vom ersten Nutzer umfasst, wird weiter den anderen Teilen des Empfängers und einem
ersten Regenerationsmittel 35 zugeführt, wo das erfasste Signal
regeneriert, d. h. mit dem Spreizcode multipliziert wird. Das erhaltene
regenerierte Signal wird weiter einem ersten Additionsmittel 36 zugeführt, wo
es aus der empfangenen Übertragung extrahiert
wird, die dem Additionsmittel 36 über ein erstes Verzögerungsmittel 34 zugeführt wurde.
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Das
vom ersten Addierer 36 erhaltene Signal umfasst somit die
empfangene Übertragung,
aus welcher der Einfluss des Signals, das durch den ersten angepassten
Filter 31 demoduliert wurde, d. h. gewöhnlich des stärksten Signals,
extrahiert wurde. Das Signal wird einem zweiten Abschätzmittel 38 und einem
zweiten angepassten Filter 37 zugeführt. In dem zweiten Abschätzmittel 38 werden
die Kanalparameter aus dem Signal, das einer Interferenzbeseitigung
unterzogen wurde, d. h. aus welchem der Einfluss des stärksten Signals
extrahiert wurde, erneut abgeschätzt.
Die so erhaltenen Abschätzungen
sind natürlich
von besserer Qualität
als die Abschätzungen,
die aus einem Signal erhalten wurden, das Interferenz enthält. Das
erneut abgeschätzte
Signal wird in dem zweiten angepassten Filter 37 demoduliert, welches üblicherweise
an das zweitstärkste
Signal angepasst ist. Wie oben wird das erhaltene Signal in einem
zweiten Detektor 39 erfasst, und ein erfasstes Signal 40 wird
weiter den anderen Stufen des Empfängers zugeführt. Das Signal 40 wird
auch einem zweiten Regenerationsmittel 42 zugeführt, in
welchem das erfasste Signal erneut regeneriert, d. h. mit dem Spreizcode
multipliziert wird. Beim Regenerieren werden die Abschätzergebnisse
verwendet, die in dem zweiten Abschätzmittel 38 erhalten
wurden. Das regenerierte Signal wird weiter einem zweiten Additionsmittel 43 zugeführt, wo
es aus der empfangenen Übertragung
extrahiert wird, welche dem Addierer 43 über ein
zweites Verzögerungsmittel 41 zugeführt wurde.
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Alle
Signale werden im Empfänger
auf ähnliche
Weise abgeschätzt,
demoduliert, erfasst und regeneriert, bis alle Signale bearbeitet
worden sind. Gewöhnlich
werden die Signale in der Reihenfolge der Intensität bearbeitet,
so dass das schwächste
Signal in einem letzten angepassten Filter 44 und Detektor 45 bearbeitet
wird, aber die Bearbeitungsreihenfolge kann auch unterschiedlich
sein. Erfindungsgemäß werden
die Kanalparameter der Signale auf Basis eines Signals abgeschätzt, das
einer Interferenzbeseitigung unterzogen wurde, d. h. aus welchem
der Einfluss der Signale extrahiert wurde, die stärker sind
als die vom betroffenen Nutzer.
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Verfahren,
die in Übereinstimmung
mit der Erfindung sind, können
auch in einem mehrstufigen Empfänger
angewendet werden, in welchem alle erfassten Nutzer parallel bearbeitet
werden und in welchem Symbolabschätzungen in aufeinander folgenden
Empfängerstufen
festgelegt werden, indem der Empfangsvorgang nach der Interferenzbeseitigung nach
Wunsch mehrmals ausgeführt
wird. Ebenso können
die Kanalabschätzungen
in jeder Stufe iterativ festgelegt werden. 4 veranschaulicht
die allgemeine Struktur eines mehrstufigen Empfängers. In der Figur umfasst
der Empfänger
drei aufeinander folgende Empfängerstufen 47–49,
und in jeder Stufe werden die Symbolabschätzungen des einlaufenden Signals
abgeschätzt.
Die nachfolgenden Stufen erzeugen immer ein genaueres Ergebnis als
die vorhergehenden Stufen. In dem erfindungsgemäßen Empfänger kann die Mehrfachzugriff-Interferenz
beseitigt werden, und die Kanalparameter des einlaufenden Signals
können
in jeder Stufe abgeschätzt werden.
In den nachfolgenden Stufen werden die Parameter somit aus einem
Signal besserer Qualität
abgeschätzt
als in den vorhergehenden Stufen, und die erhaltenen Abschätzungen
sind genauer.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das eine mögliche
Struktur einer Empfängerstufe
detaillierter darstellt. Im Prinzip kann jede Stufe in der Struktur
identisch sein. Eine Empfängerstufe
umfasst eine Anzahl von angepassten Filtern 51a–51c und
Abschätzmitteln 52a–52c,
deren Eingabedaten 50 entweder ein empfangenes Signal oder
ein Signal ist, das von der Vorläuferstufe
erhalten wurde. In jedem Abschätzmittel
oder angepassten Filter wird ein Signal eines erfassten Nutzers
bearbeitet. Ist die Stufe eine zweite oder nachfolgende Stufe, dann
wird die Kanalabschätzung
somit ausgeführt,
nachdem die Interferenz in einer vorhergehenden Stufe beseitigt
wurde. Aus jedem angepassten Filter 51a–51c wird das Signal einem
entsprechenden Detektor 53a–53c zugeführt, in
welchem eine Symbolabschätzung
für das
empfangene Signal berechnet wird.
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Das
erfasste Signal wird weiter Regenerationsmitteln 54a–54c zugeführt, in
denen das erfasste Signal regeneriert wird und in denen Daten verwendet
werden, die von den Abschätzmitteln über die komplexen
Amplituden und Phasen der Signale erhalten wurden. Die regenerierten
Signale werden weiter den Interferenz-Beseitigungsmitteln 55a–55c zugeführt, welche
z. B. durch Addierer realisiert werden können, denen eine Übertragung
zugeführt
wird, welche über
ein Verzögerungsmittel 56 empfangen wurde,
und in denen die durch die Signale von den anderen Nutzern erzeugte
Interferenz – falls
gewünscht – aus dem
betroffenen Signal extrahiert wird. Das erhaltene Signal wird weiter
den anderen Stufen des Empfängers
zugeführt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
anwendbar für
den Einsatz in Verbindung mit einem beliebigen bekannten Kanalabschätzalgorithmus.
Die Kanalabschätzung
kann z. B. durch einen Korrelator realisiert werden, der die Spitzenwerte
der Impulsantwort eines einfachen Kanals verfolgt, oder durch einen
Entscheidungsbestätigungsabschätzer, der
die empfangenen Bit-Abschätzungen
verwendet.
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Der
Kanalabschätzer
kann auch ein Filtern einschließen,
wobei aufeinander folgende Kanalabschätzungen z. B. gemittelt werden,
um die stochastische Variation der Kanalabschätzungen auszugleichen. Das
Filtern kann ein Bearbeiten des Signals z. B. durch lineare, nichtlineare,
adaptive oder zeitveränderliche
Bearbeitungsverfahren umfassen.
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Es
ist auch möglich,
im Kanalabschätzer
ein Vorhersageverfahren zu verwenden, wodurch der Abschätzer wenn
möglich
die den Kanal betreffenden Veränderungen
verfolgt und vorhersagt. Das Vorhersageverfahren kann z. B. durch
einen Signalprozessor realisiert werden, der auf Basis der erhaltenen Abschätzungen
Vorgabewerte für
Parameter berechnet.
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Der
Einfachheit halber wurden Verfahren und Empfänger gemäß der Erfindung oben durch
ein Beispiel beschrieben, das in erster Linie den Synchronverkehr
betrifft. Die erfindungsgemäße Lösung kann
jedoch auch in einer ähnlichen
Weise im Asynchronverkehr verwendet werden. Die Anforderungen, die
durch den Asynchronismus gegeben sind, müssen natürlich berücksichtigt werden. Asynchronverkehr
ist in 6 dargestellt, die Teile von zwei gleichzeitig
empfangenen Signalen zeigt, welche die Zeitschlitze 60–63 bzw. 64–67 umfassen.
Da die verschiedenen Übertragungen
nicht miteinander synchron sind, sind die Zeitschlitze nicht synchron;
das ist anders als bei der synchronen Übertragung, in der die Zeitschlitze
synchron sind. Wenn z. B. die Interferenz im Zeitschlitz 61 bestimmt
und beseitigt wird, dann müssen
jene Teile der Zeitschlitze 65 und 66, die mit
dem Zeitschlitz 61 zusammenfallen, berücksichtigt werden.
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Obwohl
die Erfindung oben mit Bezug auf ein Beispiel beschrieben wurde,
das in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt ist, ist einzusehen, dass die Erfindung nicht darauf
beschränkt
ist, sondern vielfältig
im Bereich des erfinderischen Einfalls variiert werden kann, der
in den beigefügten
Ansprüchen
offengelegt ist.