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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem, insbesondere
ein UMTS-System (Universal Mobile Telecommunications System), das
beispielsweise ein mit CDMA (Code Division Multiple Access) arbeitendes
zellulares Mobilfunksystem verwendet.
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Typischerweise
umfasst ein zellulares Nachrichtenübertragungssystem eine Anzahl
von durch je eine zugeordnete Basisstation unterstützte Zellen.
Im Betrieb kann eine solche Basisstation eine Duplexverbindung mit
einem mobilen Endgerät
haben, das derjenigen Zelle zugeordnet ist, die von dieser Basisstation
unterstützt
wird; normalerweise ist das diejenige Zelle, in der sich das mobile
Endgerät
befindet. Bei dem hier beschriebenen, mit FDD (Frequency Division
Duplex) und CDMA arbeitenden UTRA-System (UMTS Terrestrial Radio
Access) haben die Downlink-Übertragungen – das sind
die von der Basisstation zu dem mobilen Endgerät laufenden Daten – eine vordefinierte
Struktur. Diese vordefinierte Struktur besteht aus einer Gruppe
von 72 aufeinanderfolgenden Rahmen von je 10 ms Dauer. Jeder Rahmen
besitzt 15 aufeinander folgende Zeitschlitze, von denen jeder mehrere
Pilotbits, zwei TPC-Bits (Transmission Power Control, Sendeleistungsregelung),
zwei TFI-Bits (Transmission Format Indicator, Übertragungsformat-Kennung)
und mehrere Datenbits enthält;
diese Datenbits entsprechen der Nachrichtenübertragung – z. B. Sprach- oder Datenverkehr – eines
Teilnehmers. Die TFI-Bits repräsentieren Informationen
bezüglich
der Verschachtelungs- und Kodierungsschemas, die bei der Nachrichtenübertragung
des Teilnehmers zwischen dem mobilen Endgerät und der Basisstation angewendet
werden sollen.
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Um
ein Weiterreichen (Handoff) einer aktiven Verbindung vom CDMA-basierten
System auf ein anderes Telekommunikationssystem – beispielsweise auf ein GSM-System
(Global System for Mobile Communications) – durchzuführen oder um einen Frequenzkanalwechsel
durchzuführen,
besitzt das UTRA-System ein Systemprotokoll (nachfolgend „Rahmenteilungsmodus" genannt) zum Aufteilen
eines Downlink-Rahmens, um dem mobilen Endgerät ein Zeitintervall verfügbar zu
machen, in dem es die Frequenz wechseln oder Signale von einer benachbarten
Basisstation einer benachbarten Zelle empfangen und/oder messen
kann. In solchen Fällen
wird ein zufriedenstellendes SNR (Signal to Noise Ratio, Störabstand)
dadurch aufrechterhalten, dass die Sendeleistung der Basisstation
erhöht
und die Signalverstärkung
verringert wird. Das Benutzen eines Rahmenteilungsmodus wird gelegentlich
als „Frame slotting" oder „Slotting
mode frame Operation" bezeichnet.
Um das Zeitintervall für
das Messen bereitzustellen, wird der Rahmen im Rahmenteilungsmodus
für die
Teilung so stark komprimiert, wie es zum Freimachen eines Messintervalls
nötig ist;
gemäß dem UTRA-Systemprotokoll
darf das Messintervall bis zu 50 % einer Rahmendauer belegen.
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In
der Patentschrift
WO-A-9429981 wird
ein DS-CDMA-System beschrieben, das mit unterbrochener Übertragung
arbeitet. Außerdem
wird während
eines geteilten Rahmens der normale Schlitz-für-Schlitz-Strom des Downlink-Rahmens
unterbrochen, deshalb muss die Funktion der Regelschleife für die Sendeleistungsregelung
auf irgendeine Weise gestoppt und später wieder aufgenommen werden.
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Eine
mögliche
Lösung
für ein
solches Problem ist es, in die mit diskreten Probemessungen arbeitende
Leistungsregelungsschleife des Netzes eine „Halte"-Funktionalität zu integrieren,
um die Übertragungslücke zu überbrücken. Diese
Lösung
ist jedoch etwas problematisch, da die Kanalbedingungen sich ändern und
dadurch die vor dem Intervall festgehaltenen Werte für die Regelung
der Uplink-Leistung
ungültig
machen können.
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Während einer
Zeit von bis zu 5 ms (dies entspricht einem geteilten Rahmen mit
einem 50-%-Messintervall) kann sich der benötigte Leistungspegel im Uplink
unter Umständen
stärker
verändern
als sich der Leistungspegel während
eines einzigen Zeitschlitzes bei geschlossener Regelschleife verändern kann.
Deshalb ist klar, dass der Leistungspegel im Uplink beträchtlich
Wegdriften kann.
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Beim
Komprimieren des Rahmens kann die Integrität der TPC-Bits beeinträchtigt werden,
was eine Verschlechterung des SNR zur Folge hat, wodurch wiederum
die Übertragung
verschlechtert oder sogar unterbrochen wird. Nach Ablauf des Messintervalls
ist es insbesondere wegen während
des Intervalls eingetretener Veränderungen
des Leistungspegels des empfangenen Signals schwierig, ein von der Basisstation
gesendetes Signal richtig zu empfangen, umso wichtiger ist deshalb
die Integrität
der TPC-Bits.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein System, das mit
Rahmenteilung arbeitet, ohne die Integrität der TPC-Bits und damit die Zuverlässigkeit
oder Leistungsfähigkeit
des Systems zu sehr zu beeinträchtigen,
und das das Problem des Driftens des Leistungspegels vermeidet oder
zumindest verkleinert.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Spreizspektrumnachrichtenübertragungssystem
dar, das Folgendes umfasst: ein erstes Endgerät, das einen Rahmen an ein
zweites Endgerät übertragen
kann, wobei dieser Rahmen eine zugehörige vordefinierte Menge von
Leistungsregelungsdaten enthält,
und wobei das zweite Endgerät
in einem Rahmenteilungsmodus arbeiten kann, wobei die Übertragung des
Rahmens während
eines vorbestimmten Zeitintervalls angehalten und danach wieder
mit dem Rest des Rahmens fortgesetzt wird und wobei eine erste Menge
von Leistungsregelungsdaten vor dem vorbestimmten Zeitintervall
und eine zweite Menge von Leistungsregelungsdaten – die größer ist
als die erste Menge von Leistungsregelungsdaten – nach dem vorbestimmten Zeitintervall übertragen
wird.
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Vorzugsweise
befindet sich innerhalb jedes vor dem vorbestimmten Zeitintervall übertragenen Zeitschlitzes
des Rahmens eine bestimmte erste Menge von Leistungsregelungsdaten
und innerhalb jedes nach dem vorbestimmten Zeitintervall übertragenen
Zeitschlitzes des Rahmens eine bestimmte zweite Menge von Leistungsregelungsdaten,
wobei die Größe der zweiten
Menge von Daten größer als die
Größe der ersten
Menge von Leistungsregelungsdaten ist. Weiterhin hat vorzugsweise
die betreffende erste Menge von Leistungsregelungsdaten eine Länge von
2 Bit und die betreffende zweite Menge von Leistungsregelungsdaten
eine Länge
von 4 Bit.
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Das
zweite Endgerät
kann einen erweiterten Leistungsregelungs-Dekoder enthalten, der für das Dekodieren
der zweiten Menge von Leistungsregelungsdaten eingerichtet ist.
Vorzugsweise ist die Summe der ersten und der zweiten Menge von
Leistungsregelungsdaten im Wesentlichen gleich der vorbestimmten
Menge von Leistungsregelungsdaten.
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Vorzugsweise
kann die jeweilige zweite Menge von Leistungsregelungsdaten einem
erweiterten Leistungsregelungs-Schema
entsprechen, wobei das Vorhandensein von mindestens drei gleichen Bits
einer Erhöhung
oder Absenkung der Leistung der vom zweiten Endgerät gesendeten
Signale entspricht. Praktischerweise bedeutet das Vorhandensein
einer gleichen Anzahl gleicher Bits beider Logikpegel, dass die
Sendeleistung des zweiten Endgeräts
unverändert
bleibt. Vorzugsweise gilt auch, dass mindestens drei Bits mit dem
Logikpegel HIGH einer Leistungserhöhung entsprechen und mindestens
drei Bits mit dem Logikpegel LOW einer Leistungsabsenkung.
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Vorzugsweise
wird das erweiterte Leistungsregelungs-Schema so eingerichtet, dass
das Vorhandensein von mindestens vier gleichen Bits einer stärkeren Erhöhung oder
Absenkung der Leistung der vom zweiten Endgerät gesendeten Signale entspricht.
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Das
zweite Endgerät
kann außerdem
einen normalen Leistungsregelungs-Dekoder enthalten, der für das Dekodieren
der ersten Menge von Leistungsregelungsdaten eingerichtet ist. Vorzugsweise enthält der Rahmen
Daten bezüglich
der Kodierung und/oder der Verschachtelung. Vorzugsweise bestehen
die Daten bezüglich
der Kodierung und/oder der Verschachtelung aus TFI-Bits. Vorzugsweise
bestehen die Leistungsregelungsdaten aus TPC-Bits.
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Deshalb
ist es möglich
ein Spreizspektrumnachrichtenübertragungssystem
zu bauen, das eine verringerte Leistungsdrift bieten und die Integrität der Leistungsregelungsdaten
beim Auftreten von Bitfehlern bewahren kann.
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Es
wird nun mindestens eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in Form eines Beispiels und unter Bezugnahme
auf die beigefügten Abbildungen
erläutert,
die Folgendes zeigen:
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1 zeigt
ein Schema einer typischen Endgeräte-Anordnung, bei der eine Ausführungsform der
Erfindung zur Anwendung kommen kann.
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2 zeigt
ein Blockdiagram eines Teils einer Vorrichtung zur Nutzung in der
Anordnung von 1.
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3 zeigt
ein detaillierteres Blockdiagram einer Leistungsregelungs-Einheit
von 2, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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4 zeigt
ein Schema einer Rahmenstruktur, wie sie in der Ausführungsform
von 3 verwendet wird.
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5 illustriert
schematisch die Übertragung
des Rahmens von 4.
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6 zeigt
ein Schema eines Zeitschlitzes eines Rahmens, der zu einer Ausführungsform
der Erfindung gehört.
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7 zeigt
eine Tabelle eines Befehlsprotokolls zur Verwendung zusammen mit
dem Zeitschlitz von 6.
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Es
werde nun 1 betrachtet. Dort wird ein
zellulares CDMA-Telekommunikationssystem gezeigt, das ein sich in
einer von einer ersten Basisstation 104 eines ersten Systems
(SYSTEM I) unterstützten
Zelle 102 befindendes mobiles Endgerät 100 umfasst, welches
die Fähigkeit
besitzt, mit der ersten Basisstation 104 über eine
Funkfrequenzschnittstelle 106 zu kommunizieren.
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Das
mobile Endgerät 100 hat
die Fähigkeit, mit
einer zweiten Basisstation 108 zu kommunizieren, wobei
diese zweite Basisstation 108 eine zweite Zelle 110 eines
zweiten Systems (SYSTEM II) – beispielsweise
eines GSM-Systems – unterstützt. Das mobile
Endgerät 100 (2)
ist kompatibel zum UMTS-FDD-Standard
konstruiert, es enthält
eine mit einer Antenne 204 verbundene Empfängereinheit 202 sowie
eine TPC-Einheit 206. Die TPC-Einheit 206 ist
mit einer Sendereinheit 208 verbunden, die ihrerseits mit
der Antenne 204 verbunden ist. Die Empfängereinheit 202 und
die Sendereinheit 208 sind über eine Schnittstelle (nicht
abgebildet) mit anderen Funktionseinheiten des mobilen Endgeräts 100 verbunden,
die nichts mit der vorliegenden Erfindung zu tun haben und deshalb
zur besseren Übersicht
und einfacheren Beschreibung hier nicht beschrieben werden.
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Es
werde nun 3 betrachtet. Dort umfasst die
TPC-Einheit 206 einen
2-bittigen TPC-Dekoder 300 mit einem Eingangsanschluss 302 zum Aufnehmen
von von der ersten Basisstation 104 empfangenen TPC-Bits
und mit einem Ausgangsanschluss 304, der mit einem ersten
Eingangsanschluss 306 einer Leistungssteuereinheit 308 verbunden
ist. Die Leistungssteuereinheit 308 besitzt einen zweiten
Eingangsanschluss 307 zum Aufnehmen eines aus dem Netz
empfangenen Leistungsschritt-Signals (ΔTPC) 305 sowie
einen Ausgangsanschluss 309, der ein Verstärkungssteuersignal 311 liefert,
das angibt, wie hoch das mobile Endgerät 100 ein gegebenes
zu sendendes Signal verstärken
soll. Ein dritter Eingangsanschluss 310 der Leistungssteuereinheit 308 ist
mit einem Ausgangsanschluss 312 eines verbesserten TPC-Dekoders 314 verbunden;
dieser verbesserte Dekoder 314 besitzt einen Eingangsanschluss 316 zum
Aufnehmen der TPC-Bits. Der verbesserte TPC-Dekoder 314 arbeitet
nach einem verbesserten TPC-Schema, dessen Zweck weiter unten in
dieser Beschreibung klar werden wird. Das Verstärkungssteuersignal 311 ist
proportional dem Leistungsschritt-Signal (ΔTPC) 305 sowie
entweder dem vom 2-bittigen TPC-Dekoder 300 oder dem vom
verbesserten TPC-Dekoder 314 erzeugten Signal.
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Es
werde nun 7 betrachtet. Das verbesserte
TPC-Schema besteht
aus einer Reihe von 4-Bit-Kodewörtern,
die das Maß der
Leistungserhöhungen/-absenkungen,
also der ΔTPC – Schritte,
angeben. Bei dem verbesserten TPC-Schema bestimmt das Verhältnis gleicher
Bits in einem gegebenen 4-Bit-Kodewort,
ob eine Absenkung, eine Erhöhung
oder keins von beiden erfolgen soll. Das Maß der Erhöhung oder Absenkung wird durch
die Anzahl der Bits in dem betreffenden 4-Bit-Kodewort bestimmt.
Beispielsweise bedeutet das 4-Bit-Kodewort '1111' eine
starke Leistungserhöhung
(wie etwa eine Verdoppelung), wogegen das 4-Bit-Kodewort '0000' eine starke Leistungsabsenkung
(wie etwa eine Halbierung) bedeutet. Es gibt sechs 4-Bit-Kodewörter (37,5
%), die weder eine Leistungserhöhung
noch eine Leistungsabsenkung bedeuten. In den Fällen einer starken Erhöhung oder
Absenkung hat ein während
des Sendens des 4-Bit-Kodeworts durch die Basisstation 104 auftretender
1-Bit-Fehler eine kleine (statt einer großen) Abweichung in der richtigen
Richtung (Erhöhung
bzw. Absenkung) zur Folge; ein 2-Bit-Fehler hat zur Folge, dass
die Leistung weder erhöht
noch abgesenkt wird. Das verbesserte TPC-Schema enthält außerdem zwei
Gruppen von vier 4-Bit-Kodewörtern
(je 25 %), die eine geringe Erhöhung
bzw. Absenkung bedeuten und bei denen ein 1-Bit-Fehler entweder
eine größere Änderung
in der richtigen Richtung oder aber gar keine Änderung zur Folge hat und bei
denen ein 2-Bit-Fehler eine geringe Änderung in der falschen Richtung
zur Folge haben kann (was auch beim normalen, d. h. nicht verbesserten
2-bittigen TPC-Schema der Fall ist). Offensichtlich bleibt die Integrität solcher
verbesserten Kodewörter
beim Auftreten von Bitfehlern im Wesentlichen gewahrt.
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Die
Kommunikation zwischen dem mobilen Endgerät 100 und der ersten
Basisstation 104 erfolgt gemäß einer vordefinierten, in 4 gezeigten Struktur.
Die vordefinierte Struktur eines DPCCH (Dedicated Physical Control
Channel) besteht aus 72 aufeinander folgenden Rahmen 400 von
je 10 ms Dauer. Jeder Rahmen 402 besteht aus 16 aufeinander
folgenden Zeitschlitzen 404, jeder Zeitschlitz 406 enthält mehrere
Pilotbits 408, zwei TPC-Bits (Transmission Power Control) 410,
zwei TFI-Bits (Transmission Format Indicator) 412 und mehrere
Datenbits 414; diese Datenbits entsprechen der Nachrichtenübertragung – z. B.
Sprach- oder Datenverkehr – eines Teilnehmers.
Gemäß dem UTRA-System muss jeder Rahmen
insgesamt 32 TFI-Bits und insgesamt 32 TPC-Bits enthalten.
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Die
erste Basisstation 104 ist in der Lage, in einem Rahmenteilungsmodus
zu arbeiten, wobei während
des Sendens einer Serie von – beispielsweise – einem
ersten, zweiten, dritten, vierten, und fünften Rahmen N – 2, N – 1, N,
N + 1, N + 2 (5) das Senden eines vorbestimmten
Rahmens, etwa des dritten Rahmens N, für eine bestimmte Zeitdauer
T angehalten wird, damit das mobile Endgerät 100 Gelegenheit
hat, von der zweiten Basisstation 108 gesendete Signale
zu empfangen, beispielsweise zwecks Durchführung von Leistungsmessungen.
Natürlich
ist klar, dass man das Zeitintervall T auch für andere Zwecke als das Messen
von Signalen zum Erleichtern von Handoffs nutzen kann, so beispielsweise
zum Wechsel auf andere Trägerfrequenzen.
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Im
Betrieb wird der erste Datenrahmen N – 2 von der ersten Basisstation 104 an
das mobile Endgerät 100 gesendet,
anschließend
wird der zweite Datenrahmen N – 1
von der ersten Basisstation 104 an das mobile Endgerät 100 gesendet.
Wenn nicht im Rahmenteilungsmodus gearbeitet wird, werden die TPC-Bits des ersten (N – 2) und
des zweiten Rahmens (N – 1)
von dem 2-bittigen
TPC-Dekoder 300 dekodiert und es wird daraus ein Steuersignal
am Ausgangsanschluss 304 erzeugt. Die Leistungssteuereinheit 308 erzeugt
das Verstärkungssteuersignal in
Abhängigkeit
von dem Leistungsschritt-Signal 305 und dem dekodierten,
vom 2-bittigen TPC-Dekoder 300 erzeugten
Steuersignal.
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Wenn
das mobile Endgerät 100 Leistungspegel
von von der zweiten Basisstation 108 gesendeten Signalen
messen soll, dann weist das Netz von SYSTEM I die erste Basisstation 104 an,
in den Rahmenteilungsmodus zu gehen. In Reaktion auf die Anweisung
des Netzes wird ein erster Teil 502 des dritten Datenrahmens
N mit weniger TPC-Bits gesendet, die dabei weggelassenen TPC-Bits
werden durch TFI-Bits ersetzt. Sobald der Beginn des Intervalls
T erreicht ist, wird der Synthesizer (nicht abgebildet) des mobilen
Endgeräts 100 neu
abgestimmt, um die von der zweiten Basisstation 108 gesendeten
Signale zwecks Messung ihrer Leistung empfangen zu können.
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Anschließend wird
der Synthesizer des mobilen Endgeräts 100 wieder zurück auf die
Frequenz der ersten Basisstation 104 abgestimmt, und zwar vor
Ablauf des Intervalls T, damit der zweite Teil 504 des
dritten Rahmens N empfangen werden kann. Beim Senden des zweiten
Teils 504 des dritten Rahmens N sendet die erste Basisstation 104 weniger TFI-Bits
und ersetzt die weggelassenen TFI-Bits durch 4-bittige verbesserte
TPC-Kodewörter, die dem
oben beschriebenen verbesserten TPC-Schema entsprechen. Die verbesserten
TPC-Bits werden von der Antenne 204 empfangen und von dem
verbesserten TPC-Dekoder 314 des mobilen Endgeräts 100 dekodiert.
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Der
verbesserte TPC-Dekoder 314 erzeugt ein dekodiertes verbessertes
Steuersignal, das von der Leistungssteuereinheit 308 in
Verbindung mit dem Leistungsschritt-Signal 305 zum Erzeugen
des Verstärkungssteuersignals 311 benutzt
wird; das Leistungssteuersignal 311 wird zur Sendereinheit 208 weitergeleitet.
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Infolgedessen
stehen im Rahmenteilungsmodus insgesamt 32 TPC-Bits pro Rahmen 402 zur Verfügung. Wenn
in einigen Zeitschlitzen verbesserte TPC-Bits benötigt werden,
muss zum Ausgleich eine passende Anzahl von TPC-Bits in anderen
Zeitschlitzen durch TFI-Bits ersetzt werden, damit die geforderten
32 TFI-Bits vorhanden sind.
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Ein
Vergrößern der
Anzahl der TPC-Bits von 2 (Signalisierung von „aufwärts/abwärts") auf 4 (Signalisierung von Änderungen
in 4 Stufen) und möglicherweise
ein Erhöhen
des maximal möglichen ΔTPC hilft
dabei, die Effekte einer zeitlichen Lücke bei der Leistungsregelung
abzumildern. Schon das Arbeiten mit 3 TPC-Bits kann helfen.
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Es
ist klar, dass in einem erfindungsgemäßen System eine schnelle FDD-Leistungsregelung verbessert
werden kann, um mit dem Problem der durch den Betrieb im Rahmenteilungsmodus
verursachten Unterbrechung der Regelung fertig zu werden.