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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren,
um den Einfluss von Schwund in einem digitalen Mobilfunk-Kommunikationssystem
zu verringern, das Verschachtelung mit eingeschränkter Verschachtelungstiefe
verwendet.
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STAND DER
TECHNIK
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Schwund
besteht aus Variationen der Signalstärke in Zeit oder Raum aufgrund
von Interferenz zwischen unterschiedlichen Wellenfortpflanzungswegen
und (variierender) Abschattung der Wellenfortpflanzungswege.
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Ein
großer
Einfluss von Schwund kann das Betriebsverhalten des Funksystems
verschlechtern, wie kleinere Flächenabdeckung,
verringerte Übertragungsqualität und geringere
Kapazität.
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Wenn
keine Maßnahmen
beim Aufbau des Systems getroffen werden, den Einfluss von Schwund
zu verringern, führt
der Schwund zu erhöhten
Kosten für
den Betreiber, wenn er/sie imstande sein soll, eine gute Flächenabdeckung,
hohe Qualität und
Kapazität
anzubieten.
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Verschachteln
ist ein Verfahren, das häufig bei
digitalen Funksystemen verwendet wird, zum Beispiel GSM/DCS1800
und HIPERLAN (High Performance European Radio LAN, Europäisches Funk-LAN
mit hoher Leistung), um den Einfluss von Schwund zu verringern.
Das Verfahren beinhaltet, dass die Information, die übertragen
werden soll, in einer gewissen Sequenz über eine gewisse Zeit (eine gewisse „Tiefe") ausgebreitet ist.
Beim Empfang wird die Sequenz invers verwendet, um die Information wieder
zu sammeln. Auf diese Weise wird im Falle nur kurzer Interferenz
ein kleinerer Teil der Information gestört werden. Man erhält auch
eine Form von Mittelwertbildung, so dass die unterschiedlichen benachbarten
Informationspakete im selben Ausmaß gestört sind, was häufig vorteilhafter
für die
Kanalkodierung und die Sprachkodierung ist, als dass nur gewisse
Teile um so mehr gestört
sind. Um eine gute Verstärkung
zu erhalten, ist es jedoch notwendig, dass die Dauer der Störung beträchtlich
kürzer
ist als die Zeit, über
die die Verteilung gemacht wird. Diese Bedingung ist jedoch in GSM/DCS1800
bzw. HIPERLAN für
Anwendungen nicht erfüllt,
wo der Benutzer (das Endgerät)
sich langsam bewegt, zum Beispiel in der Hand getragene Endgeräte, die
stillstehen oder sich nur mit Fußgängergeschwindigkeit bewegen. Bei
diesen Anwendungen wird das Endgerät keine Zeit haben, während des
Zeitintervalls sich aus der Störung
herauszubewegen, das die Verschachtelungstiefe oder die Verteilungszeit
darstellt.
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Für GSM/DCS1800
ist es vor allem die Abwärtsverbindung,
das heißt
die Verbindung von der Basisstation zum Endgerät, die kritisch ist. Dies hängt davon
ab, dass man in diesen System keine Antennen-Diversity in der Abwärtsverbindung
hat. Von einem allgemeineren Gesichtspunkt aus kann man sagen, dass
diese Einschränkung
für alle
mobilen Systeme gültig
ist, deren Aufwärtsverbindung
und Abwärtsverbindung
für ein
und dieselbe Kommunikation unkorreliert sind, was den Schwund betrifft,
das heißt
die Basisstation kann nicht beruhend auf der Messung der Aufwärtsverbindung
Antennenauswahl für
die Abwärtsverbindung
vorhersagen.
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Ein
weiteres Problem für
GSM/DCS1800 besteht darin, dass Frequenzsprünge in einer städtischen
Umgebung und Umgebung in Gebäuden
unzureichend sind, um die Verschachtelungsverstärkung zu erhöhen. Dies
beruht darauf, dass das mögliche
Sprungintervall in Bezug auf die Korrelationsbandbreite in diesen
Umgebungen zu klein ist.
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Schließlich sollte
erwähnt
werden, dass man für
GSM/DCS1800 gegenwärtig
höhere
Ausgangsleistung in der Abwärtsverbindung
im Vergleich mit der Aufwärtsverbindung
benutzen muss, um das Fehlen von Antennen-Diversity in der Abwärtsverbindung
zu kompensieren. Eine große
Ausgangsleistung der Basisstation verringert jedoch dies Systemkapazität. Weiter
wird die wichtige Miniaturisierung der Basisstationen schwieriger
gemacht.
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In
einer vorläufigen
Untersuchung, die durchgeführt
wurde, um herauszufinden, ob vorbekannte Technik die oben erwähnten Probleme
löst, wurden
die folgenden Dokumente gefunden.
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Dokument
US-A-4 661 993 zeigt ein Verfahren, um das Betriebsverhalten in
einem Funksystem bei Schwund zu verbessern. Gemäß diesem Dokument wird entweder
der Unterschied der Amplitude oder der Phase zwischen den Antennen
variiert. Das Verfahren ist auch auf der Empfängerseite anwendbar.
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Das
Dokument GB-A-2 135 544 bezieht sich auf eine Variante des Verfahrens,
die Amplitude zwischen den Antennen zu variieren. In diesem Dokument
unterscheidet sich die Trägerfrequenz
zwischen den beiden Antennen um einige wenige Hz, um stationäre „tote Stellen" zu vermeiden.
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Das
Dokument US-A-3 922 685 kombiniert Antennenwechsel und Variation
der Phase.
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Das
Dokument FR-A-2 215 759 zeigt einen Funksender, der aufeinanderfolgend
zwischen drei Antennen wechselt. Wenn die Geschwindigkeit des Antennenwechsels
ausreichend groß ist,
wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass ein Mobilgerät in einer „toten
Stelle" landet.
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Dokument
EP-A-568 507 zeigt eine Art und Weise, die Wirkung von Schwund zu
verringern, indem die Antennencharakteristiken variiert werden, zum
Beispiel das Erscheinungsbild der Antennenkeule. Dies wird erreicht,
indem aufeinanderfolgend passive Antennenelemente verbunden werden.
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In
Dokument US-A-5 267 268 hat man das Risiko für schlechten Empfang bei Schwund
dadurch verringert, dass Schritt für Schritt die Polarisierung des übertragenen
Signals geändert
wird.
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EP-D-0
419 429 offenbart ein Verfahren, zum Reduzieren der Gefahr von schlechtem
Empfang als Ergebnis von Reflexion von gesendeten Signalen gegen
verschiedene Objekte in einem Zeitmultiplex-Funkkommunikationssystem,
das wenigstens eine feste Station und eine mobile Station einschließt, wenn
von einer der festen Stationen zu einer der mobilen Stationen gesendet
wird, wobei entsprechende Signale von wenigstens zwei Antennen in
der festen Station gesendet werden und die gesendeten Signale dieselbe
Frequenz und denselben Informationsinhalt haben, wobei jedoch die
Phasenstellungen sich in den Signalen zeitlich in Bezug aufeinander ändern.
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WO
9 320 625 A offenbart eine Basisstation für ein zellulares TDMA-Funkkommunikationssystem mit
Frequenzspringen, das wenigstens zwei Sendergruppen aufweist, wobei
jede wenigstens einen Sender enthält, der jeweils mit einer Antenne
in einer Antennengruppe einer Zelle verbunden ist, und das Mittel
für kontrollierte
Frequenzsprünge
in wenigstens einem TDMA-Kanal aufweist, so dass die Signalbursts
desselben über
unterschiedliche Antennen innerhalb der Antennengruppe verteilt
werden.
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Diese
Dokumente beschreiben jedoch nicht irgendwelche Lösungen für die oben
erwähnten
Probleme.
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SCHLUSSFOLGERUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Ziel bei der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, dafür zu sorgen,
dass die Dauer oder Periode des Schwunds (die Störung) beträchtlich kürzer als die Zeit ist, über die
die Verschachtelung (die Verteilung) gemacht wird; dies ist normalerweise
in GSM/DCS1800 beziehungsweise HIPERLAN für Anwendungen nicht der Fall,
wo der Benutzer des mobilen Endgeräts stillsteht oder sich mit Fußgängergeschwindigkeit
bewegt.
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Ein
weiteres Ziel bei der vorliegenden Erfindung besteht darin, die
Einschränkung
zu beseitigen oder zu minimalisieren, die für alle mobilen System gültig ist,
deren Aufwärtsverbindung
und Abwärtsverbindung
für eine
und dieselbe Kommunikation in Bezug auf Schwund unkorreliert sind.
Für GSM/DCS1800
beruht dies darauf, dass man nicht irgendeine Antennen-Diversity
in der Abwärtsverbindung
hat.
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Ein
weiteres Ziel bei der vorliegenden Erfindung ist es, dass man in
GSM/DCS1800 die Probleme anwachsender Aus gangsleistung in der Abwärtsverbindung
im Vergleich mit der Aufwärtsverbindung beseitigt,
um das Fehlen von Antennen-Diversity
in der Abwärtsverbindung
zu kompensieren, was zu höherer
Systemkapazität
führt und
dazu die wichtige Miniaturisierung der Basisstationen erleichtert.
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Diese
Ziele werden durch Vorrichtungen und Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht, die in einem digitalen mobilen Funkkommunikationssystem,
das Verschachtelung mit eingeschränkter Verschachtelungstiefe
verwendet, Schwund erzeugen, so dass die Periode des erzeugten Schwunds
in Kombination mit dem nicht erzeugten Schwund beträchtlich
kürzer
wird als die Verschachtelungstiefe.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung soll nun detaillierter unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden.
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Es
zeigen:
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1 ein
Beispiel, wie Schwund in b) verglichen
mit a) erzeugt worden ist;
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2 eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung für Sendung/Empfang,
wobei sowohl die Amplitude als auch die Phase variiert werden;
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3 eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung für Sendung/Empfang,
wo nur die Amplitude variiert wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren, um den Einfluss
von Schwund über
eine digitale mobile Funkkommunikation zu verringern, wie dies in
den beigefügten
unabhängigen
Ansprüchen definiert
ist, die Verschachtelung mit eingeschränkter Verschachtelungstiefe
verwendet, wobei die Vorrichtungen Schwund erzeugen, so dass die
Zeitperiode für
den erzeugten Schwund in Kombination mit dem nicht erzeugten Schwund
beträchtlich
kürzer
wird als die Verschachtelungstiefe (siehe 1).
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1a zeigt ein System, wo die Zeitperiode für den Schwund 1 (die
Störung)
viel länger
ist als die Verschachtelungstiefe (d). Diese Situation ist sehr unvorteilhaft
bei Anwendungen, bei denen der Benutzer (das mobile Endgerät) stillsteht
oder sich langsam bewegt; der Benutzer wird keine Zeit haben, sich aus
der Störung
während
des Zeitintervalls zu bewegen, das die Verschachtelungstiefe (die
Verteilungszeit) bildet, was dazu führt, dass die Qualität des empfangenen
Signals schlecht wird. 1b zeigt andererseits
ein System, in dem Schwund erzeugt worden ist und mit dem vorherigen
Schwund 1 kombiniert worden ist. Dadurch wird der Schwund
verkürzt und
konzentriert, wobei die Verschachtelungstiefe in Bezug auf die Dauer
der Schwundverkleinerungen (die Störungen) erhöht ist; dieser erzeugte Störungsschwund 2 hat
daher eine höhere
Frequenz und eine viel kürzere
Zeitperiode als der vorherige Schwund 1. In diesem Falle
wird der Benutzer des mobilen Endgeräts Zeit haben, sich aus der
Störung
während
des Zeitintervalls zu bewegen, das die Verschachtelungstiefe bildet.
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2, 3 zeigen
Beispiele von zwei Einrichtungen, die benutzt werden, um Schwund
zu erzeugen. Die Empfänger in
den 2, 3 verwenden die zwei Antennen
für Antennen-Diversity. Anstelle
eine Duplexfilters können
getrennte Antennen für
Sendung beziehungsweise Empfang verwendet werden. In 2 wird
Schwund durch Variieren der Phase und/oder der Amplitude erzeugt,
während
in 3 Schwund nur durch Variieren der Amplitude erzeugt
wird; dies wird im Folgenden beschrieben werden.
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Die
Erfindung erzeugt Schwund in der Aufwärtsverbindung und/oder Abwärtsverbindung,
indem auf zwei oder mehr Antennen (siehe 2, 3)
gesendet wird, gemäß den folgenden
alternativen Verfahren, die nun beschrieben werden sollen.
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Verfahren 1
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Schwund
wird erzeugt, indem die Antenne umgeschaltet wird, während die Übertragung
vorgenommen wird. Das Wechseln von Antennen wird in gewissen Intervallen
vorgenommen, die fest sein können
oder nicht fest sein können.
Bei nicht festen Intervallen können
die Intervalle entweder zufällig oder
auf deterministische Weise variiert werden.
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Ein
Beispiel eines deterministischen Verfahrens zum Bestimmen des Wechselintervalls
soll nun beschrieben werden. Es wird eine Messung der Zeitperiode
für den
Schwund 1 vorgenommen, welche Periodenzeit mit der Verschachtelungstiefe
(d) verglichen wird. Das Antennenwechselintervall wird so bestimmt,
dass die Periode des erzeugten Schwundes in Verbindung mit dem nicht
erzeugten Schwund 1 beträchtlich kürzer wird als die Verschachtelungstiefe (d).
Bestimmung des Wechselintervalls kann für jeden individuellen Benutzer
vorgenommen werden.
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Verfahren 2
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Schwund
wird erzeugt, indem der Unterschied in der Phase und/oder Amplitude
zwischen den Antennen variiert wird. Idealerweise sollte es möglich sein,
die Phasendifferenz linear und kontinuierlich zu variieren. In der
Praxis kann es jedoch zweckmäßig sein,
die Phasenverschiebung in diskrete Intervalle (einfachere Einrichtung)
aufzuteilen.
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Die
Zeitintervalle (tphase), die während
einer 360° Phasenverschiebung
ablaufen, können
deterministisch bestimmt werden. Es wird die Zeitperiode des Schwunds 1 gemessen,
welche Periodenzeit mit der Verschachtelungstiefe (d) verglichen
wird. Das Zeitintervall (tphase) wird so bestimmt, dass die Periode
des erzeugten Schwunds in Kombination mit dem nicht erzeugten Schwund 1 beträchtlich
kürzer wird
als die Verschachtelungstiefe (d). Die Bestimmung des Zeitintervalls
(tphase) kann für
jeden individuellen Benutzer vorgenommen werden, kann jedoch auch
für alle
Benutzer dieselbe sein.
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Die
vorliegende Erfindung ist verwendet worden zum Beispiel in GSM und
in HIPERLAN mit einem sehr zufriedenstellenden Ergebnis.
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Für GSM wird
Verschachtelung eine gute Verstärkung
geben, wenn sich das mobile Endgerät mit einer höheren Geschwindigkeit
als 50 km/h bewegt. Wenn wir annehmen, dass sich das mobile Endgerät in einer
Umgebung mit klarer Sicht mit sogenanntem kurzen Schwund bewegt,
so bedeutet dies, dass die Schwundabsenkungen durchschnittlich um
0,15 cm getrennt sind. Dies entspricht einem Zeitintervall von ungefähr 10 Millisekunden
zwischen den Absenkungen. Es soll nun angenommen werden, dass der
Benutzer des mobilen Endgeräts
das Fahrzeug verlässt,
um mit ungefähr
5 km/h zu gehen. Die Zeitintervalle zwischen den Absenkungen betragen
nun 100 Millisekunden durchschnittlich, was mehr ist als die Verschachtelungstiefe
von GSM. Wenn wir tphase zu 11 Millisekunden wählen, dann wird das mobile
Endgerät
Schwund mit einer durchschnittlichen Periodenzeit empfangen, als
wenn es sich mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h bewegen würde.
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HIPERLAN
hat eine maximale Verschachtelungstiefe (d) von ungefähr 1 Millisekunde.
Wenn wir annehmen, dass sich das Endgerät mit einer Geschwindigkeit
von ungefähr
1 m/s bewegt, bedeutet dies, dass die Zeitintervalle zwischen den Schwundabsenkungen
durchschnittlich ungefähr
50 Millisekunden betragen (bei der Trägerfrequenz 5 GHz). Daher ist
die Verschachtelungstiefe zu klein. Wenn man die Erfindung mit dem
Zeitintervall (tphase) von weniger als 1 Millisekunde verwendet,
wird ein wesentlich besseres Betriebsverhalten erzielt.
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Schwund
kann, wie dies oben erwähnt
wurde, dadurch erzeugt werden, dass die Signalamplitude für entweder
eine oder für
alle Antennen variiert wird (siehe 2, 3).
Weiter kann die Amplitudenvariation mit Phasenvariation kombiniert
werden (siehe 2).
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Das
Zeitintervall (tamp), das während
der Amplitudenvariation zwischen zwei lokalen Amplitudenmaxima abläuft, kann
deterministisch bestimmt werden: Es wird eine Messung der Zeitperiode
des Schwunds 1 vorgenommen, was mit der Verschachtelungstiefe
(d) verglichen werden kann. Das Zeitintervall (tamp) wird so bestimmt,
dass die Periode des erzeugten Schwunds in Verbindung mit dem nicht
erzeugten Schwund 1 beträchtlich kürzer wird als die Verschachtelungstiefe
(d). Bestimmung des Zeitintervalls (tamp) kann für jeden individuellen Benutzer vorgenommen
werden, kann jedoch auch für
alle Benutzer dieselbe sein. Die Amplitudenvariation sollte vorzugsweise
kontinuierlich vorgenommen werden, kann jedoch auch in diskreten
Schritten vorgenommen werden.
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Eine
einfache, jedoch wirksame Ausführungsform
der Erfindung besteht darin, dass die Amplitudenvariation an einer
der Antennen vorgenommen wird. Die Amplitude wird kontinuierlich
zwischen einem Maximum (dieselbe Amplitude wie die Antenne mit konstanter
Amplitude) und einem Minimum variiert durch Hilfe eines variablen
Abschwächers/Verstärkers A
in einer der Antennen (siehe 3).
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Die
Antennen, die benutzt werden, den Schwund zu erzeugen, sollen in
derselben Weise getrennt sein, als wenn sie nur benutzt würden, um
Antennen-Diversity zu erzeugen, das heißt die Antennen sollten so
unkorreliert wie möglich
sein, und der Durchschnitt der Antennen sollte so gleich sein wie möglich.
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Es
sollte bemerkt werden, dass eine Alternative zur Verwendung getrennter
Antennen darin besteht, eine Antenne zu verwenden, die zwei oder mehr
Antennenelemente aufweist. Dies bedeutet, dass die Erfindung Gebrauch
davon macht, zwei oder mehr Antennenelemente innerhalb der einen und
selben Antenne zu kontrollieren.
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Die
Erzeugung von Schwund soll in der Verbindungsrichtung oder den Verbindungsrichtungen vorgenommen
werden, die keine Antennen-Diversity benutzen. Für zum Beispiel GSM/DCS1800
sollte die Erzeugung von Schwund in der Abwärtsverbindung vorgenommen werden.
Dieselben Antennen zum Erzeugen von Schwund werden als diejenigen
an der Basisstation für
Antennen-Diversity in Aufwärtsverbindung
verwendet. Dadurch wird ein beträchtlich besseres
Gleichgewicht im Verbindungsbudget zwischen Aufwärtsverbindung und Abwärtsverbindung erzielt
(siehe 2, 3).
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Wie
dies oben erwähnt
worden ist, wächst der
Vorteil der vorliegenden Erfindung um so mehr an, um so langsamer
sich der Benutzer des mobilen Endgeräts bewegt. Beispiele von Systemen
(GSM und DCS1800) sind beschrieben worden, die gegenwärtig von
großem
Interesse für
die Benutzung der Erfindung sind, insbesondere bei Anwendungen im Innern
von Gebäuden
und Mikrozellenanwendungen. Diese Anwendungen von Mobiltelefonie
im Umgebungen in Innenräumen
und in Mikrozellenumgebungen werden als von sehr großer Wichtigkeit
für das zukünftige Wachstum
der Mobiltelefonie angesehen. Die vorliegende Erfindung wird daher
eine besonders große
Wichtigkeit aufgrund der Tatsache haben, dass man bei diesen Anwendungen
sehr große
Anforderungen an die Qualität
macht. Dies wird auf lange Sicht auch für HIPERLAN gültig sein.