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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme und
Verfahren, insbesondere auf Funktelefon-Kommunikationssysteme und Verfahren.
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Hintergrund der Erfindung
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Funktelefonsysteme
werden allgemein eingesetzt, um Sprach- und Datenkommunikationen für eine Vielzahl
von mobilen Einheiten oder Teilnehmern bereitzustellen. Z.B. wurden
analoge zellulare Funktelefonsysteme, wie etwa als AMPS, ETACS, NMT-450 und NMT-900 bezeichnet, überall in
der Welt erfolgreich aufgestellt. In letzter Zeit wurden digitale
zellulare Funktelefonsysteme, die in Nordamerika als IS-54B bezeichnet
werden, und das pan-europäische
GSM-System, eingeführt.
Diese Systeme und andere werden z.B. in dem Buch mit dem Titel Cellular
Radio Systems von Balston et al., veröffentlicht von Artech House,
Norwood, MA., 1993, beschrieben. Siehe auch WO-A-95 35615.
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Wie
in 1 veranschaulicht, enthält ein zellulares Funktelefon-Kommunikationssystem 20 wie in
dem Stand der Technik eine oder mehr Mobilstationen oder Einheiten 21,
eine oder mehr Basisstationen 23 und eine mobile Telefonvermittlungsstelle (MTSO) 25.
Obwohl nur drei Zellen 36 in 1 gezeigt
werden, kann ein typisches zellulares Netz Hunderte von Basisstationen,
Tausende von Funktelefonen und mehr als eine MTSO umfassen. Jeder
Zelle werden ein oder mehr dedizierte Steuerkanäle und ein oder mehr Sprachkanäle zugeordnet
sein. Durch das zellulare Netz 20 kann eine Duplex-Funkkommunikationsverknüpfung 32 zwischen
zwei Mobilstationen 21 oder zwischen einem Funktelefon 21 und
einem Festnetz-Telefonbenutzer 33 bewirkt werden. Die Funktion
der Basisstation 23 besteht gewöhnlich darin, die Funkkommunikation
mit der Mobilstation 21 zu handhaben. In dieser Eigenschaft
funktioniert die Basisstation 23 hauptsächlich als eine Relaisstation
für Daten
und Sprachsignale.
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Eine
typische Basisstation 23 wie in dem Stand der Technik wird
in 2 schematisch veranschaulicht. Die Basisstation 23 enthält eine
Steuereinheit 34 und einen Antennenturm 35. Die
Steuereinheit 34 enthält
die Funksteuergruppe 37, oder RCG, und eine Vermittlungsfunkschnittstelle
(ERI) 38. Die ERI 38 empfängt Daten von der RCG 37 und transferiert
sie zu der MTSO 25 in einer dedizierten Verknüpfung 45,
und empfängt
Daten von der MTSO 25 und sendet sie zu der RCG 37 für eine anschließende Übertragung
zu einem Funktelefon 21. Die Funksteuergruppe 37 enthält elektronische
Ausrüstung,
die notwendig ist, um Funkkommunikationen zu bewirken, einschließlich eines
oder mehr Sender 54 und Empfänger 55. Die Sender 54 und
die Empfänger 55 übertragen
und empfangen Funktelefon-Kommunikationssignale 70 über Antennen 63, 65,
die wünschenswert
in einem beliebigen Abstand über dem
Boden montiert sind.
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Ein
typisches Funktelefon 21 wie in dem Stand der Technik ist
in 3 veranschaulicht. Das Funktelefon 21 enthält typischerweise
viele der gleichen Art von Kommunikationskomponenten, die in einer
Basisstation 23 vorgefunden werden, wie etwa einen Sender 54 und
einen Empfänger 55.
Typischerweise nutzen der Sender 54 und der Empfänger 55 gemeinsam
eine übliche Übertragungs-/Empfangsantenne 64,
die an dem Funktelefon 21 oder an anderen Aufbauten, wie
etwa Fahrzeugen, montiert sein kann. Typischerweise ist die Antenne 64 eine Rund strahlantenne,
die, obwohl sie im Vergleich zu Richtungsantennen allgemein eine
geringe Verstärkung
hat, dem Benutzer erlaubt, das Funktelefon 21 in zweckdienlichen
Ausrichtungen zu betreiben. Andere Komponenten eines typischen Funktelefons 21, wie
etwa eine Steuervorrichtung, ein Tastenfeld, eine Anzeige, ein Mikrofon
und ein Lautsprecher, werden in 3 nicht
gezeigt.
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Wie
in 4 veranschaulicht, können Satelliten eingesetzt
werden, um ähnliche
Funktionen zu jenen durchzuführen,
die durch Basisstationen in einem konventionellen terrestrischen
Funktelefonsystem durchgeführt
werden, z.B. in Gebieten, wo die Bevölkerung über große Gebiete spärlich verteilt
ist oder wo eine raue Topografie dazu führt, herkömmliche Festnetztelefon- oder
terrestrische zellulare Telefoninfrastruktur technisch oder wirtschaftlich
unpraktisch zu machen. Ein Satellitenfunktelefonsystem 100 enthält typischerweise
einen oder mehr Satelliten 110, die als Relais oder Transponder
zwischen einer oder mehr Erdstationen 130 und Funktelefonen 120 dienen.
Der Satellit kommuniziert Funktelefonkommunikationen über Duplexverknüpfungen 170, 180 zu
Funktelefonen 21 und der Erdstation 130. Die Erdstation
kann wiederum mit einem öffentlichen
vermittelten Telefonnetz 30 verbunden sein, was Kommunikationen
zwischen Satellitenfunktelefonen und Kommunikationen zwischen Satellitenfunktelefonen und
herkömmlichen
terrestrischen zellularen Funktelefonen oder Festnetztelefonen erlaubt.
Das Satellitenfunktelefonsystem kann einen einzelnen Antennenstrahl
nutzen, der das gesamte Gebiet abdeckt, das durch das System bedient
wird, oder, wie gezeigt, kann der Satellit derart gestaltet sein,
dass er viele minimal überlappende
Strahlen 150 erzeugt, wobei jeder andere geografische Abdeckungsbereiche 160 in
der Dienstregion des Systems bedient. Somit kann eine zellulare
Architektur ähnlich
zu der bereitgestellt werden, die in terrestrischen zellularen Funktelefonsystemen
verwendet wird.
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Traditionelle
analoge Funktelefonsysteme setzen typischerweise Vielfachzugriff
im Frequenzmultiplex (FDMA) ein, wobei ein Funktelefon-Kommunikationskanal
ein oder mehr Trägerfrequenzbänder enthält, die
einem Benutzer für
die Dauer einer bestimmten Sitzung oder eines Rufes gewidmet sind. Um
größere Kanalkapazität bereitzustellen
und das Funkspektrum effizienter zu nutzen, arbeiten jedoch viele
herkömmliche
Funktelefonsysteme unter Verwendung von Vielfachzugriff im Zeitmultiplex
(TDMA) oder Vielfachzugriff im Codemultiplex (CDMA).
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Kommunikationen
in einem TDMA-System treten über
eine Serie von sequenziellen Zeitschlitzen in jedem Trägerfrequenzband
auf, wobei einzelnen Benutzern ein oder mehr Zeitschlitze in einem Band
zugeordnet sind. Jeder Benutzer kommuniziert mit der Basisstation
unter Verwendung von Häufungen
(bursts) von digitalen Daten, die während der dem Benutzer zugewiesenen
Zeitschlitze übertragen werden.
An Stelle einer Zuweisung von Zeitschlitzen für jeden Benutzer weisen CDMA-Systeme
Benutzern einen oder mehr eindeutige Spreizcodes zu, von denen jeder
einer kodierten Modulationssequenz entspricht, die bei Übertragung
von Funktelefon-Kommunikationssignalen verwendet werden. Die kodierte
Modulation "spreizt" die übertragenen
Signale in der Frequenzdomäne,
und eine Empfangsstation verwendet den gleichen Code, um die kodierten Signale
zu "entspreizen" und die übertragenen
Kommunikationen wiederzugewinnen. Somit enthält in einem typischen TDMA-System
ein Funktelefon-Kommunikationskanal einen oder mehr Zeitschlitze,
die in einem oder mehr Trägerfrequenzbändern zugeordnet
sind, während
in einem typischen CDMA-System ein Kanal eine Spreizcode/Trägerfrequenz-Kombination
enthält.
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Wie
in 5 veranschaulicht, enthält eine Übertragungsstation 500 typischerweise
einen Übertragungsprozessor 510,
der Funktelefonkommunikationen 505 verarbeitet, um eine
Kommuni kationssymbolsequenz 515 entsprechend den Funktelefonkommunikationen 505 zu
erzeugen. Diese Sequenz wird typischerweise über einen Funktelefon-Kommunikationskanal 520 übermittelt,
wobei eine Sequenz von Kommunikationssymboldaten 525 in
einer Empfangsstation 501 erzeugt wird. Die Empfangsstation 501 enthält typischerweise
einen Empfangsprozessor 530, der die Datensequenz 525 verarbeitet,
die durch den Funktelefon-Kommunikationskanal 520 erzeugt
wird, um Funktelefonkommunikationen 635 wiederzugewinnen.
Ein Fachmann wird verstehen, dass die Übertragungsstation 500 und
die Empfangsstation 501 Basisstationen, Funktelefone, Satelliten, Erdstationen
oder ähnliche
Funktelefon-Kommunikationsstationen sein können. Ein Fachmann wird auch erkennen,
dass der Funktelefon-Kommunikationskanal 520 eine zugehörige Transfercharakteristik 522 hat,
die eine Beziehung zwischen einer Eingabe zu dem Kanal 520 und
einer Ausgabe von dem Kanal 520 darstellt, die typischerweise
als eine komplexe Verstärkung
mit Größen- und
Phasenkomponenten ausgedrückt
wird.
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Elemente
des Funktelefon-Kommunikationskanals 520 beeinflussen die
Transfercharakteristik 522. Diese Elemente enthalten das
Signalübertragungsmedium 72,
d.h. den atmosphärischen
Signalpfad, über
den Funktelefon-Kommunikationssignale 70 übertragen
werden, was Schwund und Interferenz in die Funktelefon-Kommunikationssignale 70 einführen kann.
Der Schwund kann Langzeitschwund wegen Variationen im Terrain entlang
des Signalausbreitungspfades, ebenso wie Kurzzeit-Mehrfachpfadschwund
wegen Reflexionen von Besonderheiten, wie etwa Gebäuden, die
Schwankungen in der Empfangssignalstärke und andere Verzerrungen
in einer Empfangsstation bewirken, enthalten. Mobile landgebundene
Funktelefonkommunikationen sind besonders gegenüber Kurzzeit-Mehrfachpfadschwund empfänglich,
da die Signalpfade dazu tendieren, dem Boden nahe zu sein. Kommunikationen
von Satelliten zum Boden können
auch gegenüber
Interferenz von umgebenden durch den Menschen hergestellten und
natürlichen
Besonderheiten, ebenso wie anderen Typen von Signalverlusten empfänglich sein,
wie etwa jenen, die durch den Doppler-Effekt verursacht werden,
der mit Signalen in Verbindung steht, die zu und von einem Kommunikationssatelliten
kommuniziert werden, der sich bei einer hohen Geschwindigkeit mit
Bezug auf die Funktelefone bewegt, die er bedient. Andere Elemente
des Kanals 520, die die Transfercharakteristik 522 beeinflussen
können,
enthalten Übertragungs- und Empfangskomponenten, die
gewöhnlich
in Basisstationen, Erdstationen, Funktelefonen und dergleichen vorgefunden
werden, wie etwa Sender 54, Übertragungsantennen 63, Empfangsantennen 65,
Empfänger 55.
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Herkömmlich werden
verschiedene Techniken eingesetzt, um die Ausbreitungsverluste zu
bewältigen,
einschließlich
Diversifizierungsempfang, Modulationsschemata, Signalkodierung und
Pilottonsysteme. Räumlicher
Diversifizierungsempfang bezieht die Verwendung vieler Empfangsantennen
ein, die in einem Abstand getrennt voneinander angeordnet sind,
sodass Signale über
mehr als einen Signalpfad empfangen werden. Da Signale von unterschiedlichen
Pfaden typischerweise nicht-korrelierten Schwund aufweisen, können sie
in dem Empfänger
kombiniert werden, um die Effekte vom Schwund zu bessern. Ähnlich können Funktelefon-Kommunikationssignale
unter Verwendung unterschiedlicher Polarisationen übertragen
und empfangen und in dem Empfänger
kombiniert werden, um einen Vorteil aus der geringen Korrelation
von Schwund zwischen Signalen differierender Polarisationen zu ziehen.
Ungeachtet der theoretischen Vorteile dieser Typen von Diversifizierungsempfang
kann jedoch ausreichende Diversifizierungsverstärkung wegen Begrenzungen in
der Antennenplatzierung nicht möglich
sein.
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Das
Modulations-/Demodulationsschema, das in dem Sender 54 und
dem Empfänger 55 implementiert
ist, kann auch das Leistungsverhalten des Funktelefon-Kommunikationskanals 520 be einflussen.
Einige Modulationsschemata stellen besseres Leistungsverhalten in
einer Schwundumgebung bereit, herkömmliche Modulationstechniken
stellen jedoch allgemein schlechtes Leistungsverhalten ohne die
Verwendung von Kodierung bereit. Es wurden mehrere Kodierungsschemata
vorgeschlagen, um die Effekte von Schwund zu reduzieren, diese Kodierungsschemata
tendieren aber dazu, kohärente
Erfassung zu erfordern, die in Anwendungen schwierig sein kann,
wo es hohe Pegel von Interferenz gibt. Außerdem können diese Kodierungstechniken
komplexe Signalverarbeitung erfordern, um die Funktelefonkommunikationen
wiederherzustellen, wobei Verarbeitungsverzögerungen geschaffen werden,
die in gewissen Anwendungen nicht akzeptabel sein können.
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Eine
andere Technik zum Kompensieren der Effekte von Schwund in einem
Funktelefon besteht darin, ein bekanntes Pilotsignal oder Ton in
einer gewissen Frequenz als Teil des Funktelefon-Kommunikationssignals zu übertragen.
Der Pilotton wird durch den Empfänger 55 empfangen
und verwendet, um die Transfercharakteristik des Funktelefon-Kommunikationskanals 520 zu
bestimmen. Mit der bekannten Kanaltransfercharakteristik kann der
Empfänger die
Verzerrung kompensieren, die durch den Kanal eingeführt wird
während
des Prozesses zum Schätzen
der Symbole, die über
den Kanal übertragen
werden.
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Typischerweise
muss jedoch ein Anteil des Übertragungsspektrums
dem Pilotton zugeordnet werden, was eine Aufgabe ist, die problematisch
sein kann. Falls der Ton in einer Frequenzbandflanke platziert wird,
kann er an Verzerrung und Interferenz von benachbarten Frequenzbändern leiden.
Falls der Ton in der Mitte des Frequenzbandes platziert wird, kann er
die Wahl von Modulationsschemata auf jene Schemata begrenzen, die
einen spektralen Einschnitt um die Trägerband-Mittelfrequenz herum
vorsehen.
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Wie
in 6 veranschaulicht, besteht eine Alternative zur
Verwendung eines Pilottons darin, seine Zeitdomäne analog zu verwenden, d.h.
eine Sequenz von Pilotsymbolen, die mit Informationssymbolen verschachtelt
sind, die Sprache, Daten und andere Information übertragen, eine Technik, die häufig als
Pilotsymbol-unterstützte
Modulation (PSAM, Pilot symbol assisted modulation) bezeichnet wird.
Ein Kodierer 610 kodiert typischerweise die Funktelefonkommunikationen 505,
um eine Sequenz von Informationssymbolen 615 zu erzeugen.
Ein Multiplexer 620 verschachtelt diese Sequenz mit einer Sequenz
von vorbestimmten Pilotsymbolen 602, um eine verschachtelte
PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 515 zu
erzeugen. Die PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 515 wird über den
Funktelefon-Kommunikationskanal 520 übermittelt, wobei eine Datensequenz 525 in
der Empfangsstation erzeugt wird. Ein Dezimator 630 trennt
Pilotsymboldaten 632 entsprechend den übertragenen Pilotsymbolen von
Informationssymboldaten 634 entsprechend den übertragenen
Informationssymbolen. Die Pilotsymboldaten 634 werden durch
einen Interpolator 650 weitergegeben, der typischerweise
ein Tiefpassfilter ist, der eine Transfercharakteristik des Funktelefon-Kommunikationskanals 520 schätzt. Die
geschätzte
Transfercharakteristik wird dann in einer Symbolschätzungseinrichtung 640 verwendet,
um eine Schätzung
der Informationssymbole als Reaktion auf eine Verzerrung zu kompensieren,
die durch den Funktelefon-Kommunikationskanal 520 eingeführt wird.
Analysen von Pilotsymbol-unterstützter Modulation
werden in "TCMP – A Modulation
and Coding Strategy for Rician Fading Channels", von Moher et al., IEEE Journal an
Selected Areas in Communications, Vol. 7, Nr. 9, Dezember 1989,
und in "An Analysis
of Pilot Symbol Assisted Modulation for Rayleigh Fading Channels", von Cavers, IEEE
Transactions an Vehicular Technology, Vol. 40, Nr. 4, November 1991
bereitgestellt.
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Pilotsymbol-unterstützte Modulation
kann gegenüber
Schwund verbesserte Immunität
bereitstellen, kann aber mehrere Nachteile aufweisen. Im allgemeinen
tendiert die Fehlerwahrscheinlichkeit von Symbolschätzungen
dazu, sich für
jene Symbole zu erhöhen,
die den weitesten Abstand von den Pilotsymbolen in der Symbolsequenz
haben, was zu der Gesamtbitfehlerrate für Funktelefonkommunikationen
beiträgt,
die über
den Kanal übermittelt
werden. Um die Bitfehlerrate zu reduzieren, können Pilotsymbole in die Symbolsequenz
in kleineren Intervallen eingefügt
werden, um die Trennung zwischen den Pilotsymbolen zu reduzieren
und die Genauigkeit der geschätzten
Kanaltransfercharakteristik zu erhöhen. Da Pilotsymbole allgemein
keinen Informationsinhalt haben, kann eine Erhöhung der Häufigkeit von Pilotsymbolen
in der übertragenen
Symbolsequenz die potenzielle Informationskapazität des Kanals
reduzieren, was wiederum die Zahl von Kanälen, die in dem System bereitgestellt
werden können,
und die Qualität
von jedem Kanal reduzieren kann. Eine Hinzufügung von Pilotsymbolen kann
auch Leistungseffizienz durch Verschwendung von Übertragungsleistung in Nicht-Informationssymbolen
reduzieren. Außerdem
kann das optimale Interpolationsfilter, das allgemein benötigt wird,
um den vollen Nutzen von PSAM zu erkennen, Hunderte von Abzweigen
haben und kann praktische Schwierigkeiten in der Implementierung
darstellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts
des vorangehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Systeme
und Verfahren zum Übermitteln
von Funktelefonkommunikationen über
einen Funktelefon-Kommunikationskanal bereitzustellen, die Schwund
und andere Interferenzeffekte kompensieren, die mit dem Funktelefon-Kommunikationskanal
in Verbindung stehen.
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Es
ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, Systeme und Verfahren
zum Übermitteln von
Funktelefonkommunikationen über
einen Funktelefon-Kommunikationskanal bereitzustellen, die eine
gewünschte
Bitfehlerrate erreichen, während geringere
Informationskapazitätsreduzierung
als Pilotsymbol-unterstützte
Modulation (PSAM) und andere konventionelle Kanalkompensationstechniken
erforderlich ist.
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Es
ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, Systeme und Verfahren
zum Übermitteln von
Funktelefonkommunikationen über
einen Funktelefon-Kommunikationskanal bereitzustellen, die eine
gewünschte
Bitfehlerrate mit größerer Leistungseffizienz
als Pilotsymbol-unterstützte
Modulation (PSAM) und andere konventionelle Kanalkompensationstechniken
erreichen können,
die eine vergleichbare Fehlerrate erreichen.
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Es
ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, Systeme und Verfahren
zum Übermitteln von
Funktelefonkommunikationen über
einen Funktelefon-Kommunikationskanal bereitzustellen, die eine
gewünschte
Bitfehlerrate erreichen können, ohne
ein komplexes optimales Schätzungsfilter
zu erfordern.
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Diese
Ziele, Vorteile und Merkmale werden in der vorliegenden Erfindungen
durch Funktelefon-Kommunikationssysteme und Verfahren bereitgestellt,
die eine Daten-erweiterte Pilotsymbol-unterstützte Schätzung einer Funktelefon-Kommunikationskanal-Transfercharakteristik
einsetzen, um Funktelefonkommunikationen von einer Datensequenz
zu dekodieren, die Funktelefonkommunikationen darstellt, die über den
Kanal empfangen werden. Funktelefonkommunikationen werden als eine PSAM-Kommunikationssymbolsequenz
kodiert, die eine Sequenz von Informationssymbolen enthält, entsprechend
den Funktelefonkommunikationen, die mit einer Vielzahl von vorbestimmten
Pilotsymbolen verschachtelt sind. Die Transfercharakteristik des Funktelefon-Kommunikationskanals
wird aus den vorbestimmten Pilotsym bolen und einer Datensequenz
einschließlich
Daten entsprechend sowohl den Pilotsymbolen als auch den Kommunikationssymbolen
geschätzt,
was somit zu einer Daten-erweiterten Schätzung der Kanaltransfercharakteristik führt. Die
Schätzung
der Kanalcharakteristik enthält vorzugsweise
eine iterative Schätzung
von Informationssymbolen und die Kanalcharakteristik, wobei Schätzungen
von Informationssymbolen aus vorher geschätzten Informationssymbolen
generiert werden, und neu geschätzte
Informationssymbole verwendet werden, um neue Schätzungen
der Kanaltransfercharakteristik zu generieren.
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Durch
Verwenden von Informationssymboldaten, um Pilotsymboldaten bei einer
Schätzung
der Kanaltransfercharakteristik zu erweitern, kann die vorliegende
Erfindung eine geringere Bitfehlerrate als eine reine auf einem
Pilotsymbol basierte Schätzung
für eine
gegebene Häufigkeit
von Pilotsymbolen in der Kommunikationssymbolsequenz bereitstellen. Entsprechend
kann eine gewünschte
Bitfehlerrate mit größerer Informations- und Leistungseffizienz
erreicht werden, da weniger Informationskapazität und Leistung bei Übertragung
von Nicht-Informationspilotsymbolen verschwendet wird. Außerdem kann eine
gewünschte
Bitfehlerrate ohne die Verwendung eines komplexen optimalen Transfercharakteristik-Schätzungsfilters
erreicht werden.
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Insbesondere
verarbeitet ein Funktelefon-Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
Funktelefonkommunikationen, um eine PSAM-Kommunikationssymbolsequenz
zu erzeugen, wobei die PSAM-Kommunikationssymbolsequenz eine Vielzahl
von vorbestimmten Pilotsymbolen enthält, die mit einer Vielzahl
von Informationssymbolen verschachtelt sind, die Funktelefonkommunikationen
darstellen. Die PSAM-Kommunikationssymbolsequenz wird über einen
Funktelefon-Kommunikationskanal mit einer Transfercharakteristik übermittelt,
wobei dadurch eine Sequenz von Kommunikationssymboldaten erzeugt
wird, die die übermittelte
Sequenz von Kommunikationssymbolen darstellen. Die Pilotsymboldaten,
entsprechend Pilotsymbolen, und Informationssymboldaten, entsprechend
Informationssymbolen, werden in der Sequenz von Kommunikationssymboldaten
identifiziert. Eine Schätzung
der Transfercharakteristik des Funktelefon-Kommunikationskanals wird aus den Pilotsymboldaten
und den Informationssymboldaten generiert. Schätzungen von Informationssymbolen
werden aus den entsprechenden Informationssymboldaten und der Schätzung der
Transfercharakteristik generiert. Funktelefonkommunikationen werden
aus den generierten Schätzungen
der Informationssymbole dekodiert.
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Eine
Erzeugung einer Schätzung
der Transfercharakteristik enthält
vorzugsweise eine Erzeugung einer Schätzung einer Transfercharakteristik des
Funktelefon-Kommunikationskanals aus den Pilotsymboldaten, wie in
herkömmlicher
PSAM. Zusätzliche
Schätzungen
der Transfercharakteristik können
durch Identifizieren einer Gruppe von Informationssymboldaten entsprechend
einer Gruppe von Informationssymbolen, Generieren von Schätzungen der
Gruppe von identifizierten Informationssymbolen aus der Gruppe von
Informationssymboldaten und einer vorher generierten Schätzung der
Funktelefon-Kommunikationskanal-Transfercharakteristik und Erzeugen
einer neuen Schätzung
der Transfercharakteristik aus den Pilotsymboldaten, den Informationssymboldaten
und zuvor generierten Schätzungen
von Informationssymbolen generiert werden. Auf diese Art und Weise
können
Schätzungen
von Informationssymbolen durch iterative Schätzung der Transfercharakteristik
erweitert um vorherige Schätzungen
von Informationssymbolen generiert werden.
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Die
Gruppe von Informationssymboldaten, die identifiziert wird, kann
enthalten eine Gruppe von Informationssymboldaten entsprechend einer
Gruppe von Informationssymbolen benachbart Pilotsymbolen in der
Sequenz von Symbolen, oder in späteren
Iterationen, eine Gruppe von Informationssymboldaten entspre chend
einer Gruppe von Informationssymbolen benachbart vorher geschätzten Informationssymbolen.
Die identifizierte Gruppe kann auch eine Gruppe von Informationssymboldaten
sein entsprechend einer Gruppe von Informationssymbolen in der Sequenz
von Symbolen, für
die Schätzungen
der Gruppe von Informationssymbolen, die von der Gruppe von Informationssymboldaten
und einer vorherigen Schätzung
der Funktelefon-Kommunikationskanal-Transfercharakteristik generiert
werden, eine zugehörige
Fehlerwahrscheinlichkeit kleiner als eine vorbestimmte Schwelle
haben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Einige
der Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung wurden angegeben,
andere werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und durch
Verweis auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden, in denen:
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1 ein
terrestrische zellulare Funktelefonkommunikation wie in dem Stand
der Technik schematisch veranschaulicht;
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2 eine
zellulare Funktelefon-Basisstation wie in dem Stand der Technik
schematisch veranschaulicht;
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3 ein
Funktelefon wie in dem Stand der Technik schematisch veranschaulicht;
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4 ein
Satellitenfunktelefonkommunikationssystem wie in dem Stand der Technik
schematisch veranschaulicht;
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5 Funktelefonkommunikationen über einen
Funktelefon-Kommunikationskanal wie in dem Stand der Technik schematisch
veranschaulicht;
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6 Pilotsymbol-unterstützte Funktelefonkommunikationen
wie in dem Stand der Technik schematisch veranschaulicht;
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7 Daten-erweiterte,
Pilotsymbol-unterstützte
Funktelefonkommunikationen gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch veranschaulicht;
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8 Generierung
einer verschachtelten PSAM-Kommunikationssymbolsequenz gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch veranschaulicht;
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9 Informationssymbol-Schätzungsgenerierung
gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch veranschaulicht;
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10 Operationen
zum iterativen Generieren einer Funktelefonkanaltransfercharakteristik
und Informationssymbolen gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht; und
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11A–11C Daten-erweiterte, Pilotsymbol-unterstützte Schätzung einer
Funktelefon-Kommunikationskanal-Transfercharakteristik veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung wird nun mit Verweis auf die begleitenden
Zeichnungen vollständiger beschrieben,
in denen Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt werden. Die Erfindung kann jedoch in vielen
unterschiedlichen Formen verkörpert
werden und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen
begrenzt ausgelegt werden; viel mehr werden diese Ausführungsformen
bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig wird, und
den Bereich der Erfindung einem Fachmann vollständig übermitteln wird. Gleiche Bezugszeichen
verweisen überall
auf gleiche Elemente.
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Wie
in 7 veranschaulicht, enthält ein Funktelefon-Kommunikationssystem 700 gemäß der vorliegenden
Erfindung Funktelefon-Kommunikationsverarbeitungsmittel 710,
einen Funktelefon-Kommunikationskanal 520 und eine Vorrichtung 701 zum Wiederherstellen
von PSAM-Funktelefonkommunikationen, die enthält Symboldaten-Identifikationsmittel 730,
Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 740,
Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 750 und
Informationssymbol-Dekodierungsmittel 760. Das Funktelefon-Kommunikationsverarbeitungsmittel 710 erzeugt
eine PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715, die über den
Funktelefon-Kommunikationskanal 520 übermittelt wird, um eine Sequenz
von Kommunikationssymboldaten 725 in der Vorrichtung 701 zu
erzeugen. Das Symboldaten-Identifikationsmittel 730 identifiziert
Pilotsymboldaten 732 und Informationssymboldaten 732 in
der Datensequenz 725, und das Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 750 generiert
Informationssymbolschätzungen 755 entsprechend
Informationssymbolen in der ursprünglichen PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715, basierend
auf Transfercharakteristikschätzungen 745,
die durch das Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 750 generiert
werden. Das Dekodierungsmittel 760 dekodiert Funktelefonkommunikationen 765 aus
den Informationssymbolschätzungen 755.
Ein Fachmann wird verstehen, dass die Vorrichtung zum Wiedergewinnen
von PSAM-Funktelefonkommunikationen 701 in einem Funktelefon, einer
Basisstation, einem Satelliten, einer Erdstation oder einer ähnlichen
Funktelefon-Kommunikationsstation enthalten sein kann.
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Das
Funktelefon-Kommunikationsverarbeitungsmittel 710 verarbeitet
Funktelefonkommunikationen 705, um eine PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715 zu
erzeugen, einschließlich
einer Vielzahl von vorbestimmten Pilotsymbolen P, verschachtelt
mit einer Vielzahl von Informationssymbolen I entsprechend den Funktelefonkommunikationen 705. Ein
Fachmann wird erkennen, dass die Funktelefonkommunikationen 705 Sprache,
Daten oder andere Information enthalten können, und die Form analoger Signale,
digitaler Signale oder Kombinationen davon annehmen können. Wie
in 8 gezeigt, können
die Funktelefonkommunikationen 705 in dem Kodierungsmittel 810 verarbeitet
werden, wobei eine Sequenz 815 von Informationssymbolen
I erzeugt wird, die die Funktelefonkommunikationen 705 darstellt. Das
Kodierungsmittel 810 kann die Funktelefonkommunikationen 705 gemäß beliebigen
einer Zahl von Kodierungsschemata kodieren, wie etwa binäre Phasenumtastung,
Quadratur-Phasenumtastung, Trellis-Kodierung und dergleichen, und
die Informationssymbole I können
mehrere Formen annehmen, einschließlich Einzelbitsymbolen und
Multibitsymbolformaten.
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Die
Informationssymbole I in Sequenz 815, die durch das Kodierungsmittel 810 erzeugt
wird, können
mit vorbestimmten Pilotsymbolen P durch das Verschachtelungsmittel 820 verschachtelt
werden, wobei eine PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715 erzeugt
wird, die die Informationssymbolsequenz 815 enthält, verschachtelt
mit vorbestimmten Pilotsymbolen P. Die vorbestimmten Pilotsymbole können z.B.
alle gleich sein, eine feste Sequenz bilden oder zufällig zugewiesene
Werte haben. Pilotsymbole P können
in der Sequenz in einem festen Intervall oder gemäß anderen
Verschachtelungsschemata, wie etwa adaptiver Abstand, verschachtelt sein.
Ein Fachmann wird erkennen, dass das Funktelefon-Kommunikationsverarbeitungsmittel 710 analoge
oder digitale Hardware eines speziellen Zwecks, Software, die auf
Allzweck-Hardware läuft,
oder Kombinationen davon enthalten kann.
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Die
PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715, die durch das Verarbeitungsmittel 710 von 7 erzeugt
wird, wird über
den Funktelefon-Kommunikationskanal 520 übermittelt,
wobei eine Kommunikationssymboldatensequenz 725 erzeugt
wird. Der Funktelefon-Kommunikationskanal 520 kann Signalpfade
enthalten, über
die die Symbolsequenz übermittelt
wird, insbesondere die atmosphärische Übertragungsmedien,
durch die Funkfrequenzsignale, die die PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715 darstellen, übertragen
werden. Der Funktelefon-Kommunikationskanal 520 kann auch
Komponenten enthalten, wie etwa Modulatoren, Sender, Antennen, Empfänger, Demodulatoren,
Signalprozessoren und andere Kommunikationskomponenten, die analoge
und digitale Signalpfade bereitstellen, durch die die PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715 übermittelt
werden kann, unter Verwendung verschiedener Signalformen. Ein Fachmann
wird erkennen, dass diese Kommunikationskomponenten analoge und
digitale Hardware eines speziellen Zwecks, Software, die auf Allzweck-Prozessoren läuft, und Kombinationen
davon enthalten können.
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Der
Funktelefon-Kommunikationskanal 520 hat eine zugehörige Transfercharakteristik 522,
die eine Beziehung zwischen den Kommunikationsdaten 725,
die durch den Kanal 520 erzeugt werden, und der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715,
die in den Kanal 520 eingegeben wird, darstellt. Die Kanaltransfercharakteristik 522 enthält vorzugsweise die
komplexe Verstärkung,
d.h. die relative Größe und Phase
der Ausgabe des Funktelefonkanals 520 mit Bezug auf die
Eingabe des Kanals 520. Ein Fachmann wird erkennen, dass
der Funktelefon-Kommunikationskanal 520 verschiedene Quellen
von Rauschen, Interferenz und Verzerrung enthalten kann, wie etwa
reflektierte Funkwellen, elektromagnetische Störungen und Interferenzsignale
von anderen Kommunikationskanälen,
die die gleichen Medien verwenden, die die Verstärkung des Funktelefon-Kommunikationskanals 520 durch
Einführung
von Signalverlust, Phasenverzerrung und dergleichen beeinflussen.
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Das
Symboldaten-Identifikationsmittel 730 von 7 identifiziert
Pilotsymboldaten 732, entsprechend vorbestimmten Pilotsymbolen
P in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715, und Informationssymboldaten 734,
entsprechend Informationssymbolen I in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715,
in der Sequenz von Kommunikationsdaten 725. Vorzugsweise
dezimiert das Symboldaten-Identifikationsmittel 730 die
Kommunikationssymbol-Datensequenz 725, wobei die Pilotsymboldaten 732 von
den Informationssymboldaten 734 getrennt werden.
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Das
Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 750 generiert
Informationssymbolschätzungen 755 entsprechend
den Informationssymbolen I in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715,
die durch das Verarbeitungsmittel 710 erzeugt wird, von
den Informationssymboldaten 734 und einer Transfercharakteristikschätzung 745 des Funktelefon-Kommunikationskanals 520,
die durch ein Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 740 generiert
wird. Wie in 9 veranschaulicht, kann das
Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 750 z.B.
ein Entscheidungsmittel 920 zum Bestimmen enthalten, ob
Informationssymboldaten 734 entsprechend einem bestimmten
Informationssymbol einen einer Zahl von diskreten Symbolwerten darstellen.
Die Entscheidungsgrenzen, die in dem Entscheidungsmittel 920 verwendet
werden, können
basierend auf der Transfercharakteristikschätzung 745 modifiziert
werden, die durch das Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 740 generiert
wird. Das Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 750 kann
auch ein Verzögerungsmittel 910 enthalten,
das eine Verzögerung
kompensiert, die mit Erzeugung einer Transfercharakteristikschätzung 745 in
dem Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 740 in
Verbindung steht.
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Das
Dekodierungsmittel 760 von 7 dekodiert
Funktelefonkommunikationen 765 von den Informationssymbolschätzungen 755.
Ein Fachmann wird verstehen, dass das Dekodierungsmittel 760 Mittel
zum Dekodieren der Informationssymbolschätzungen 755 enthalten
kann, was eine Umkehrung zu dem Mittel ist, was in dem Kodierungsmittel 810 von 8 eingesetzt
wird, wobei somit Funktelefonkommunikationen 765 in der
gleichen Form wie die Funktelefonkommunikationen 705 wiedergewonnen
werden, die in das Kodierungsmittel 810 eingegeben werden.
Ein Fachmann wird jedoch auch verstehen, dass andere Kodierungsschemata,
Formatwandlungen und andere Signal- und Datenverarbeitung mit der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können, was zu der Erzeugung
empfangener Funktelefonkommunikationen 765 mit Format und
Inhalt führt, die
sich von den Funktelefonkommunikationen 705 unterscheiden,
die in dem Kodierungsmittel 810 eingegeben werden. Z.B.
können
eingegebene Funktelefonkommunikationen 705 in der Form
analoger Sprache oder Ausstattungssignale letztlich als Funktelefonkommunikationen 765 in
der Form digitaler Daten mit einem komprimierten Format wiederhergestellt
werden.
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Das
Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 740 von 7 schätzt die
Transfercharakteristik 522 des Funktelefon-Kommunikationskanals 520 aus
den Pilotsymboldaten 732, den Informationssymboldaten 734 und
den vorbestimmten Pilotsymbolen 702, wobei somit eine Daten-erweiterte, Pilotsymbol-unterstützte Schätzung der
Transfercharakteristik 522 implementiert wird. Vorzugsweise
wird die geschätzte
Transfercharakteristik 745 aus Pilotsymboldaten 732,
Informationssymboldaten 734, vorbestimmten Pilotsymbolen 702 und
vorher generierten Informationssymbolschätzungen 755 iterativ generiert.
Ein Fachmann wird verstehen, dass das Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 740,
ebenso wie das Symboldaten-Identifikationsmittel 730,
das Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 750 und
das Dekodierungsmittel 760, analoge oder digitale Hardware
speziellen Zwecks, Software, die auf einer Allzweck-Hardware läuft, oder
Kombinationen davon enthalten können. Vorzugsweise
können
alle in einer Software implementiert werden, die in einem Prozessor
allgemeinen oder speziellen Zwecks läuft.
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Detaillierte
Operationen zum Generieren von Informationssymbolschätzungen 755 basierend
auf einer iterativ generierten Transfercharakteristikschätzung 745 werden
in 10 (Block 1000) detailliert veranschaulicht.
Eine erste Schätzung
der Transfercharakteristik wird aus den Pilotsymboldaten 732 und den
vorbestimmten Pilotsymbolen 702 generiert (Block 1010),
wie es typischerweise unter konventionellen Pilotsymbol-unterstützten Schätzungstechniken
geschehen kann. Eine Gruppe von Informationssymboldaten entsprechend
einer Gruppe von Informationssymbolen in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715 wird
dann identifiziert (Block 1020). Schätzungen 755 dieser
Gruppe von Informationssymbolen werden dann durch das Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 740 generiert,
basierend auf der ersten Schätzung
der Transfercharakteristik (Block 1030). Falls alle der
gewünschten
Informationssymbolschätzungen
noch zu erhalten sind (Block 1040), wird dann eine neue Transfercharakteristikschätzung aus
den Pilotsymboldaten, den Informationssymboldaten und den Informationssymbolschätzungen
generiert (Block 1050). Dies führt zu einer anderen Gruppe
von Informationssymboldaten, die identifiziert (Block 1020) und
geschätzt
werden (Block 1030). Die Operationen von Blöcken 1130–1150 werden
wiederholt, bis alle gewünschten
Informationssymbolschätzungen
erhalten sind (Block 1060).
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Durch
diese Prozedur werden Informationssymbolschätzungen 745 durch
Verwenden einer iterativen Schätzung
der Transfercharakteristik 522 generiert, wobei jede aufeinanderfolgende
Schätzung 745 der
Transfercharakteristik 522 durch vorherige Schätzungen 755 von
Informationssymbolen erweitert wird. Teilweise wegen dem Wesen diskreter
Werte der Informationssymbole verwendet eine iterative Schätzung gemäß der vorliegenden
Erfindung Schätzungen
höheren
Vertrauens gewisser Informationssymbole in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715,
um genauere Schätzungen
von Symbolen geringeren Vertrau ens in der Sequenz 715 zu
erhalten. Wie in 11A veranschaulicht, haben insbesondere
Schätzungen
von Informationssymbolen, die Pilotsymbolen in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715 benachbart
sind, die von einer Pilotsymbol-basierten Schätzung 1110 der Transfercharakteristik 522 erhalten
werden, allgemein eine geringere Fehlerwahrscheinlichkeit als Schätzungen für Symbole,
die weiter von den Pilotsymbolen entfernt sind, da die Transfercharakteristikschätzung 1110 nahe
den Pilotsymbolen allgemein genauer ist.
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Die
Information von diesen benachbarten Symbolschätzungen höheren Vertrauens kann jedoch
verwendet werden, um eine neue Schätzung 1120 der Transfercharakteristik 522 zu
generieren, wie in 11B veranschaulicht. Die neue
Schätzung 1120 kann
dann verwendet werden, um genauere Schätzungen verbleibender Informationssymbole
zu generieren. Vorzugsweise enthält
die Gruppe von Informationssymboldaten, die in jeder Iteration von 10 identifiziert
wird, Informationssymboldaten entsprechend Informationssymbolen
benachbart zu vorbestimmten Pilotsymbolen oder zuvor geschätzten Informationssymbolen
in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715. Iterative
Schätzung
der Informationssymbole kann somit entlang der Linien fortfahren,
die durch die Pfeile in 11B angedeutet
werden. Die Gruppe identifizierter Symbole in jeder Iteration kann
auch Teilgruppen von benachbarten Informationssymbolen in der Sequenz 715 enthalten,
wie in 11C angezeigt.
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Zusätzlich zum
Identifizieren von Informationssymboldaten basierend auf der Stelle
der entsprechenden Informationssymbole in der Sequenz 715 können die
Informationssymboldaten mit Bezug auf Qualitätskriterien identifiziert werden,
die mit den entsprechenden Informationssymbolschätzungen in Verbindung stehen,
wie etwa maximale Bitfehlerwahrscheinlichkeit. Z.B. kann jede identifizierte
Gruppe Informationssymboldaten enthalten entsprechend Informationssymbolen,
für die
Informati onssymbolschätzungen,
basierend auf der aktuellen Transfercharakteristikschätzung, eine
zugehörige
Bitfehlerwahrscheinlichkeit kleiner als eine vorbestimmte Schwelle
haben.
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Das
Funktelefon-Verarbeitungsmittel 710, das Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 740 und
das Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 750 können auch
auf eine derartige Weise arbeiten, um eine gewünschte Bitfehlerrate in den
Informationssymbolschätzungen 755 mit
Bezug auf die Informationssymbole in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715 zu
erreichen, basierend auf Annahmen über die Transfercharakteristik 522 des
Funktelefon-Kommunikationskanals 520. Z.B. kann die Häufigkeit,
mit der die Pilotsymbole in der PSAM-Kommunikationssymbolsequenz 715 verschachtelt
werden, gewählt
werden, eine gewünschte
Bitfehlerrate angesichts von Schätzungskriterien zu
erreichen, die in dem Informationssymbol-Schätzungsgenerierungsmittel 750 und
Transfercharakteristik-Schätzungsgenerierungsmittel 740 verwendet werden,
und unter Annahme, dass der Funktelefon-Kommunikationskanal 520 additives
weißes Gauss'sches Rauschen vermittelt.
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In
den Zeichnungen und der Spezifikation wurden typische bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung offenbart, und obwohl spezifische Begriffe eingesetzt
werden, werden sie nur in einem generischen und beschreibenden Sinn
und nicht für
den Zweck von Begrenzung verwendet, wobei der Bereich der Erfindung
in den folgenden Ansprüche
dargelegt wird.