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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Aufrechterhaltung einer Verbindung zwischen einer Basisstation
und Teilnehmern eines Funkkommunikationssystems, bei dem mit Hilfe
eines Zeitschlitz-Vielfachzugriffsverfahrens und mit Hilfe eines
Spreizcode-Vielfachzugriffsverfahrens in Zeitschlitzen aufgeteilte
Teilnehmerdaten in einer Uplink-Verbindung von einem Teilnehmer
zur Basisstation und in einer Downlink-Verbindung von der Basisstation
zum Teilnehmer rahmenweise übertragen
werden.
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Bei neu eingeführten Funkkommunikationssystemen,
die beispielsweise nach dem UMTS-Standard ausgebildet sind, werden
insbesondere Anforderungen nach höheren Übertragungsdatenraten und nach
neuen Diensten mit höherer
Qualität
erhoben.
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Bei UMTS werden beispielsweise über die Luftschnittstelle
Teilnehmerdaten zwischen den Teilnehmern einerseits und der Basisstation
andererseits mit Hilfe eines als TDD-LCR(Low Chiprate)-Verfahrens übertragen.
Dabei wird die zur Verfügung stehende Übertragungsbandbreite
effizient genutzt, indem eine asymmetrische Zuordnung einer Übertragungsbandbreite
zwischen Uplink und Downlink erlaubt ist. Die Zuordnung erfolgt
abhängig
von den jeweils aktuellen Anforderungen an das Funkkommunikationssystem.
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Weiter kommt bei der Übertragung
von Teilnehmerdaten das bekannte Joint-Detection-Verfahren zur Beseitigung
von Störsig nalen
zur Anwendung, wodurch der sogenannte Load-Faktor (Auslastung) einer
Funkzelle erhöht
wird.
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Zusätzlich werden bei den Basisstationen bevorzugt
sogenannte adaptive „Smart-Antennas"-Antennenanordnungen
zur Übertragung
verwendet, mit deren Hilfe stark abgrenzbare Strahlungsdiagramme
zur Reduzierung von störenden Teilnehmersignalen
auf einen Teilnehmer räumlich ausgerichtet
werden.
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Um die einzelnen Teilnehmer einer
Funkzelle voneinander unterscheiden zu können, ist jedem Teilnehmer
eine ihn kennzeichnende Midamble-Datenfolge zugeordnet, die zeitschlitzweise
mit weiteren Teilnehmernutzdaten (wie beispielsweise Sprache) als
Teilnehmerdaten übertragen
werden.
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Die Teilnehmerdaten werden mit zugeordneten
Spreizcodes codiert.
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Beim TD-SCDMA-Verfahren werden innerhalb
einer Funkzelle für
die Uplink- und für
die Downlink-Verbindung zu einem Teilnehmer Zeitschlitze eines gemeinsamen
Rahmens (Frame) zur Teilnehmerdatenübertragung verwendet, wobei
die verwendeten Zeitschlitze jeweils einer gleichen Trägerfrequenz der
Basisstation zugeordnet sind. Dadurch ist die Ausbreitungscharakteristik
für die
Uplink- und für
die Downlink-Verbindung im wesentlichen gleich.
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Beim TD-SCDMA-Verfahren wird bei
Paketdatenübertragung
zwischen einer logischen Ebene und einer physikalischen Ebene unterschieden,
wobei nach Beendigung der Nutzdatenübertragung zu einem Teilnehmer
ein Verbindungsabbruch auf der physikalischen Ebene erfolgt.
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Soll zu einem Teilnehmer nach einem
Verbindungsabbruch wieder eine neue Verbindung auf der physikalischen
Ebene hergestellt werden, so kommt es bedingt durch den neuen Verbindungsaufbau
zu einer zeitlichen Verzögerung
bei der Übertragung von
Teilnehmernutzdaten.
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Zur Vermeidung von derartigen Verzögerungen
muss die Verbindung auf der physikalischen Ebene stets aufrechterhalten
werden. Bisher wird zur Aufrechterhaltung der Verbindung zu einem
Teilnehmer die ihn kennzeichnende Midamble-Datenfolge bei der Uplink-Verbindung
und bei der Downlink-Verbindung mit Hilfe einer „Ressource-Unit" übertragen. Eine Ressource-Unit
ist dabei durch den jeweils zur Übertragung
verwendeten Zeitschlitz und durch eine der dem Zeitschlitz zugeordneten
Midamble-Datenfolgen definiert.
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Eine derartige Belegung von Ressource-Units
führt jedoch
zu einer Verringerung des Load-Faktors, die zur Übertragung von Teilnehmernutzdaten
zur Verfügung
stehenden Übertragungsbandbreite
wird reduziert.
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Besonders bei der Verwendung von
adaptiven Antennenanordnungen ist es notwendig, die physikalische
Verbindung zu einem Teilnehmer stets aufrechtzuerhalten. Erfolgt
ein Verbindungsabbruch beispielsweise zu einem sich schnell bewegenden
Mobilteilnehmer, so wird dieser zwischenzeitlich das ihm bisher
zugeordnete und auf ihn räumlich
ausgerichtete Strahlungsdiagramm verlassen. Ein erneuter Verbindungsaufbau
zu diesem Teilnehmer auf der physikalischen Ebene ist mit einfachen
Mitteln nur mehr schwer bzw. nicht mehr möglich.
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In
DE 198 51 315 A1 wird ein Verfahren zur Synchronisation
von Teilnehmerstationen, die sich in einem Paketübertragungsmodus befinden,
beschrieben., Dabei wird zur Verbesserung der Synchronisation seitens
einer Basisstation eine Kanalmeßsequenz
einer Teilnehmerstation, die sich im Stand-By-Modus befindet, empfangen
und ein Korrekturwert bestimmt. Dieser Korrekturwert gibt einen zeitlichen
Versatz an, um den die Basisstation einen ihr zugeordneten Sendezeitpunkt
verschieben soll. Der Korrekturwert wird zur Teilnehmerstation übertragen
und ausgewertet. Seitens der Teilnehmerstation wird der Korrekturwert
beim Aussenden eines Funkblocks berücksich- tigt und die Teilnehmerstation synchronisiert.
Für den
Fall, dass die Teilnehmerstation mit mehr als einer Grunddatenrate überträgt, sendet
eine weitere Teilnehmerstation im gleichen Zeitschlitz zyklisch
eine Kanalmeßsequenz
aus – auch
wenn keine zu übertragenden
Daten vorliegen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Verbindung zwischen Basisstation und Teilnehmer
optimiert auf die systembedingt vorgegebene Übertragungsbandbreite aufrechtzuerhalten.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird innerhalb eines Rahmens
ein Zeitschlitz in mindestens zwei Subzeitschlitze aufgeteilt. Jeweils
mindestens ein Subzeitschlitz wird dabei einer Uplink-Verbindung
bzw. einer Downlink-Verbindung zugeordnet. Jeder der Subzeitschlitze
ist wiederum in Ressource-Units aufgeteilt, die zur Übertragung
der jeweiligen Midamble-Datenfolge eines Teilnehmers dienen und
von denen jede durch den jeweiligen Subzeitschlitz und durch die
ihr zugeordnete Midamble-Datenfolge definiert ist.
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Zur Aufrechterhaltung der Verbindung
zu einem Teilnehmer wird erfindungsgemäß die ihm zugeordnete Midamble-Datenfolge
in mindestens einem Subzeitschlitz übertragen.
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Die vorteilhafte Aufteilung des Zeitschlitzes in
beispielsweise vier Subzeitschlitze wird ermöglicht, indem neben einigen
Systembits ausschließlich die
jeweilige Midamble-Datenfolge
des Teilnehmers übertragen
wird.
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Mit Hilfe einer in zwei Subzeitschlitzen
bidirektional übertragenen
Midamble-Datenfolge, also über
je eine Ressource-Unit
der Uplink-Verbindung und der Downlink-Verbindung, wird eine Verbindung zu
einem Teilnehmer auf die Übertragungsbandbreite optimiert
aufrechterhalten.
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Wird bei diesem Fall eine gewünschten Übertragung
von Teilnehmernutzdaten signalisiert, so wird von der reinen Auf rechterhaltung
der Verbindung mit Hilfe der Subzeitschlitz-Ressource-Units auf eine Übertragung
mit Hilfe einer „größeren" Ressource-Unit,
die einem nicht in Subzeitschlitze aufgeteilten Zeitschlitz zugeordnet
ist, übergegangen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung
wird ein Zeitschlitz nur in zwei Subzeitschlitze aufgeteilt. Dann
wird zusätzlich
zu der jeweiligen Midamble-Datenfolge eines Teilnehmers noch eine
bestimmte Anzahl an Teilnehmernutzdaten übertragen. Als Anwendungsfall
käme dabei
eine typische Teilnehmerbestätigung
(„OK" oder „Abbrechen") bei einem Internetseiten-Download
in betracht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird
beispielsweise beim „Download" einer Internetseite
die Midamble-Datenfolge
eines Teilnehmers in einem Subzeitschlitz einer Uplink-Verbindung
einerseits und andererseits zusammen mit Teilnehmernutzdaten in
einem nicht in Subzeitschlitze aufgeteilten Zeitschlitz einer Downlink-Verbindung übertragen.
Dies gilt sinngemäß natürlich auch
für die Übertragung
größerer Datenmengen
vom Teilnehmer zur Basisstation („Upload").
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist
ein als DTX-Sprachübertragung
bekanntes Verfahren, bei dem von zwei Teilnehmern der zuhörende Teilnehmer „stummgeschaltet" wird. Die von ihm
zur Sicherstellung der Übertragung
gesendeten Daten werden mit Hilfe einer Ressource-Unit eines Subzeitschlitzes einer
Uplink-Verbindung übertragen,
während
Teilnehmernutzdaten des sprechenden Teilnehmers mit Hilfe eines
nicht in Subzeitschlitze aufgeteilten Downlink-Zeitschlitzes zum
zuhörenden
Teilnehmer übertragen
werden.
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Durch die vorliegende Erfindung wird
die Verbindung zu einem Teilnehmer auch für den Fall auf die Übertragungsbandbreite
bezogen optimiert aufrechterhalten, dass keinerlei Teilnehmernutzdaten übertragen
werden sollen. Eine vollwertige Übertragung
mit Teilnehmernutzdaten ist jederzeit schnell zu realisieren.
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Bei Verwendung einer adaptiven Antennenanordnung
ist erfindungsgemäß der Standort
des mobilen Teilnehmers jederzeit erfasst („tracking"-Verfahren), ein eventuell durchzuführender „Handover" in eine benachbarte
Funkzelle kann mit einfachen Mitteln durchgeführt werden.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 einen
UTRA-Rahmen mit einem in Zeitschlitzen aufgeteilten Frame sowie
den Zeitschlitzen zugeordneten Teilnehmern gemäß dem Stand der Technik,
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2 vergleichend
mit 1 eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Aufteilung eines
Zeitschlitzes in Subzeitschlitze,
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3 vergleichend
mit 2 eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Aufteilung
eines Zeitschlitzes in Subzeitschlitze, und
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4 vergleichend
mit 1 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Frame für
einen Download großer
Datenmengen.
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1 zeigt
einen UTRA-Rahmen Frame#0 einer Länge 10ms, der zwei Teilrahmen
UFrame#0 und UFrame #1 mit jeweils 5ms Länge aufweist, gemäß dem Stand
der Technik.
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Der Teilrahmen UFrame#0 weist sieben
Zeitschlitze Ts0 bis Ts6 auf, wobei den Zeitschlitzen Ts1 bis Ts6
zur Teilnehmerdatenübertragung
jeweils mehrere, durch ihre Midamble-Datenfolgen unterscheidbare
Teilnehmer TN zugeordnet sind.
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Der Zeitschlitz Ts0 dient als Downlink-Verbindung
DL ausschließlich
zur Übertragung
von Synchronisationsdaten SYNC von einer Basisstation zu den einzelnen
Teilnehmern TN.
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Die Zeitschlitze Ts1, Ts2 und Ts3
werden zur Übertragung
von Teilnehmerdaten von den einzelnen Teilnehmern TN zur Basisstation
jeweils einer Uplink-Verbindung UL zugeordnet, während für die Teilnehmerdatenübertragung
in umgekehrter Richtung die Zeitschlitze Ts4,Ts5 und Ts6 einer Downlink-Verbindung DL zugeordnet
werden.
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Beispielsweise sind dem Zeitschlitz
Ts1 der Uplink-Verbindung UL insgesamt 16 Teilnehmer TN mit den
jeweiligen Teilnehmerdaten TN11, TN21,..., TN151, TN161 zugeordnet.
Die Teilnehmerdaten TN11 bis TN161 sind dabei innerhalb des Zeitschlitzes
Ts1 durch hier nicht dargestellte, den jeweiligen Teilnehmern TN
zugeordnete Midamble-Datenfolgen voneinander unterscheidbar.
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Somit weist der Zeitschlitz Ts1 insgesamt
16 sogenannte „Ressource-Units" RU auf, die zur
Teilnehmerdatenübertragung
zur Verfügung
stehen. Die Ressource-Units RU sind durch den jeweils verwendeten
Zeitschlitz und durch die den Teilnehmerdaten zugeordneten Midamble-Datenfolgen
definiert.
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Für
eine bidirektionale Verbindung zwischen der Basisstation einerseits
und einem Teilnehmer TNx andererseits wird dem Teilnehmer TNx beispielsweise
als Ressource-Unit RU bei der Uplink-Verbindung UL der Zeitschlitz
Ts1 mit den Teilnehmerdaten TN11 und bei der Downlink-Verbindung DL
der Zeitschlitz Ts4 mit den Teilnehmerdaten TN14 zugeordnet.
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Jeder Ressource-Unit RU der Zeitschlitze Ts1
bis Ts3 der Uplink-Verbindung UL ist jeweils eine Ressource-Unit
der Zeitschlitze Ts4 bis Ts6 der Downlink-Verbindung für eine bidirektionale Übertragung
von Teilnehmerdaten entsprechend zugeordnet.
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Die Zuordnung von Ressource-Units
RU zu Teilnehmern TN erfolgt stets unabhängig davon, ob zusätzlich zu
den für
die Aufrechterhaltung der Verbindung auf der physikalischen Ebene
benötigten
Midamble-Datenfolgen noch Teilnehmernutzdaten mit übertragen
werden oder nicht.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Aufteilung
eines Zeitschlitzes ETs6, der, verglichen mit dem Zeitschlitz Ts6
aus 1, nun vier Subzeitschlitze
STS1, STS2, STS3 und STS4 aufweist.
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Die beiden Subzeitschlitze STS1 und
STS2 werden hier einer Uplink-Verbindung UL und die beiden Subzeitschlitze
STS3 und STS4 einer Downlink-Verbindung DL zugeordnet. Innerhalb
des aufgeteilten Zeitschlitzes ETs6 wird ein Übergang zwischen der Uplink-Verbindung
und der Downlink-Verbindung als sogenannter „Switching Point" SP bezeichnet.
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Jedem einzelnen Subzeitschlitz STS1
bis STS4 werden wieder jeweils 16 Teilnehmer zugeordnet, die innerhalb
eines Subzeitschlitzes wiederum durch ihre Midamble-Datenfolgen
unterscheidbar sind. Damit weist jeder Subzeitschlitz 16 Ressour ce-Units
RU auf, die erfindungsgemäß zur Aufrechterhaltung
von Verbindungen verwendet werden.
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Zur Aufrechterhaltung der Verbindung
zu einem Teilnehmer TNy wird jeweils die ihn kennzeichnende Midamble-Datenfolge
mit Hilfe von Teilnehmerdaten TN162 des Subzeitschlitzes STS2 der Uplink-Verbindung
UL und mit Hilfe von Teilnehmerdaten TN164 des Subzeitschlitzes
STS4 der Downlink-Verbindung DL als Ressource-Units bidirektional übertragen.
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Die Aufteilung des Zeitschlitzes
ETs6 in vier Subzeitschlitze STS1 bis STS4 wird möglich, indem mit
Hilfe der jeweiligen Ressource-Units RU neben einigen Systembits
im wesentlichen nur die Midamble-Datenfolge des jeweiligen Teilnehmers übertragen
wird. In diesem Beispiel werden somit im Zeitschlitz ETs6 insgesamt
4 * 16 = 64 Ressource-Units RU gebildet, die zur Aufrechterhaltung
von Verbindungen zu 2 * 16 = 32 Teilnehmern ausreichen.
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Durch die erfindungsgemäße Aufteilung
in Subzeitschlitze und Ressource-Units sowie die Zuordnung von entsprechenden
Teilnehmern wird der Load-Faktor einer Funkzelle in Bezug auf deren Übertragungsressourcen
optimal gestaltet.
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Stellvertretend wird beim Subzeitschlitz STS2
auf den Aufbau von Teilnehmerdaten TN1662 näher eingegangen. Als Modulationsverfahren
wird hier ein QPSK-Verfahren (SF=16) vorausgesetzt.
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Die Teilnehmerdaten TN1662 weisen
eine teilnehmerspezifische Midamble-Datenfolge MT16 auf, die 144
Chips umfasst. Weiterhin enthalten die Teilnehmerdaten TN1662 als
Systemdaten bzw. Systembits noch 4 Bits für Kontrollinformationen KTI, zwei
Bits für
eine „Synchronisation-Shift"-Funktion SS und
zwei Bits für
eine Power-Control-Funktion PC. Zur Sicherheit dienen 16 Chips einer „Guard-Period" GP.
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3 zeigt
vergleichend zu 2 eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Aufteilung
eines Zeitschlitzes ETs6 in zwei Subzeitschlitze STS1 und STS2.
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Der in die beiden Subzeitschlitze
STS1 und STS2 aufgeteilte Zeitschlitzes ETs6 weist 2 * 16 = 32 Ressource-Units
RU auf, die zur Aufrechterhaltung von 16 Verbindungen zu 16 Teilnehmern
zur Verfügung
stehen.
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Verglichen mit 2 können
durch die Aufteilung in nur zwei Subzeitschlitze STS1 und STS2 innerhalb
einer Ressource-Unit neben den Systembits und der jeweiligen Midamble-Datenfolge
noch zusätzlich
kleinere Mengen an Teilnehmernutzdaten ND1 und ND2 mit übertragen
werden.
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Stellvertretend wird beim Subzeitschlitz STS1
auf den Aufbau von Teilnehmerdaten TN1661 näher eingegangen. Als Modulationsverfahren
wird hier ein QPSK-Verfahren vorausgesetzt.
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Die Teilnehmerdaten TN1661 weisen
eine teilnehmerspezifische Midamble-Datenfolge MT16 auf. Weiterhin
enthalten die Teilnehmerdaten TN1661 als Systemdaten noch Bits für die Kontrollinformationen
KTI, Bits für
die „Synchronisation-Shift"-Funktion SS, Bits für die Power-Control-Funktion
PC und Chips der „Guard-Period" GP. Zusätzlich werden
noch Teilnehmernutzdaten ND1 und ND2 mitübertragen.
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4 zeigt
vergleichend mit 1 eine
erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Teilrahmens UFrame#0 für
einen Download großer
Datenmengen zu mehreren Teilnehmern.
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Dabei wird lediglich der Zeitschlitz
Ts1 in vier Subzeitschlitze STS1 bis STS4 aufgeteilt, wobei die beiden
Subzeitschlitze STS1 und STS2 einer Uplink-Verbindung UL und die
beiden Subzeitschlitze STS3 und STS4 einer Downlink-Verbindung DL zugeordnet
werden.
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Die Zeitschlitze Ts2 bis Ts6 dienen
dabei der ausschließlichen
Datenübertragung
innerhalb einer Downlink-Verbindung DL, während der Zeitschlitz Ts0 wieder
der Übertragung
von Synchronisationsdaten bei einer Downlink-Verbindung dient.
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Um auch bei dieser auf den „Download-Fall" optimierten Anwendung
die Verbindung zu weiteren Teilnehmern aufrecht erhalten zu können, erfolgt
erfindungsgemäß die Übertragung
der entsprechenden Midamble-Datenfolgen in den Subzeitschlitzen
des Zeitschlitzes Ts1.
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Beispielsweise sind einem Teilnehmer
TNz im Subzeitschlitz STS1 die Teilnehmerdaten TNX11 bei der Uplink-Verbindung
und im Subzeitschlitz STS3 die Teilnehmerdaten TNX13 bei der Downlink-Verbindung
als Ressource-Units zugeordnet.
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Oder aber eine bidirektionale Verbindung wird,
wie bereits geschildert, durch eine Subzeitschlitz-Ressource-Unit
einer Uplink-Verbindung und durch eine Ressource-Unit eines nicht
in Subzeitschlitze aufgeteilten Zeitschlitzes realisiert.
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Die hier dargestellte Konfiguration
ist ein Beispiel für
einen 2MB-Downlink einer Mehrkanal-Basisstation. Dabei kann beispielsweise
die Synchronisation (BOCH) auf einer anderen Trägerfrequenz der Basisstation
erfolgen.
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Zur Signalisierungsabwicklung bei
einem Handover wird beispielsweise eine Ressource-Unit RU eines
nicht in Subzeitschlitze unterteilten Zeitschlitzes benötigt. Da
beim Handover die Signalisierung in beiden Richtungen erfolgt, muss
in diesem Fall der Switching Point SP kurzfristig verschoben werden.