DE602004000274T2 - Dynamische Verteilung von Mitteln im Paketdatentransfer - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Mehrfachzugriffs-Kommunikationssysteme und insbesondere bezieht sie sich auf dynamische Quellenzuordnung in Zeitteil-Mehrfachzugriffssystemen.
  • In drahtlosen Mehrfachzugriffssystemen wie GSM, kommunizieren mehrere Mobilstationen mit einem Netzwerk. Die Zuweisung physikalischer Kommunikationskanäle zur Benutzung durch die Mobilstationen ist fest. Eine Beschreibung des GSM-Systems kann man in "The GSM System for Mobile Communications" von M. Mouly und M.B. Pautet, veröffentlicht 1992 unter der ISBN-Nummer 2-9507190-0-7 finden.
  • Mit dem Erscheinen von Paketdatenkommunikationen über Zeitteilmehrfachzugriffssysteme (TDMA-Systeme), ist bei der Zuweisung von Quellen und im Besonderen bei der Verwendung physikalischer Kommunikationskanäle größere Flexibilität erforderlich. Für Paketdatensendungen in General Packet Radio Systems (GPRS) bilden mehrere Paketdatenkanäle (PDCH) die physikalischen Kommunikationsverbindungen. Die Zeitteilung ist in Rahmen von 4,615 ms Dauer, und jeder Rahmen hat acht aufeinanderfolgende Schlitze von 0,577 ms. Eine Beschreibung des GPRS-Systems kann man in (GSM 03.64 V 8.5 Release 1999) finden. Die Schlitze können für Uplink- oder Downlin-Kommunikation verwendet werden. Uplink-Kommunikation ist eine Sendung von der Mobilstation zum Empfang durch das Netzwerk, zu dem sie gehört. Empfang durch die Mobilstation einer Sendung vom Netzwerk wird als Downlink bezeichnet.
  • Um die verfügbare Bandbreite am Wirksamsten auszunutzen, kann der Zugang zu Kanälen in Abhängigkeit von Änderungen in den Kanalbedingungen, von der Verkehrsbelastungsqualität des Service und von der Teilnahmeklasse zugewiesen werden. Aufgrund der sich ständig ändernden Kanalbedingungen und Verkehrsbelastungen ist ein Verfahren zur dynamischen Zuweisung der verfügbaren Kanäle verfügbar.
  • Die Zeitdauer, in der die Mobilstation downlink empfängt oder uplink sendet, kann verändert werden, und Schlitze werden dementsprechend zugeordnet. Die Sequenzen von Schlitzen, die für Empfang und Sendung zugeordnet werden, das so genannte Multischlitz-Muster, sind gewöhnlich in der Form RXTY beschrieben. Die zugewiesenen Empfangs-(R)-Schlitze haben die Zahl X, und die zugewiesenen Sendeschlitze (T) haben die Zahl Y.
  • Eine Anzahl Multischlitzklassen, 1 bis 29, sind für GPRS-Betrieb definiert, und die maximalen Uplink-(Tx) und Downlink-(Rx) Schlitzzuweisungen sind für jede Klasse spezifiziert. Die Spezifikation für Multischlitzklasse 12 ist unten in Tabelle 1 gezeigt.
  • In einem GPRS-System wird Zugang zu einem Gemeinsamkanal mittels eines Uplink-Statuskennzeichens (USF) gesteuert, das auf dem Downlink zu jeder kommunizierenden Mobilstation (MS) gesendet wird. Im GPRS sind zwei Zuweisungsverfahren definiert, die in der Vereinbarung differieren, welche Uplink-Schlitze auf Empfang eines USF verfügbar gemacht werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein spezielles Zuweisungsverfahren, in dem eine gleiche Zahl "N" von PDCHs, wobei ein "PDCH" ein Paar Uplink- und Downlink-Schlitze, die einander auf einer 1:1 Basis entsprechen, für potentielle Benutzung durch die MS zugewiesen werden. Die Uplink-Schlitze, die für aktuellen Gebrauch durch eine spezielle Mobilstation verfügbar sind, die den Uplink-Kanal teilt, sind im USF angegeben. Die USF ist ein Datenteil, das acht Werte V0 bis V7 annehmen kann, und erlaubt es Uplink-Quellen unter bis zu acht Mobilstationen zuzuweisen, wobei jede Mobilstation einen dieser acht Werte als "gültig" erkennt, d.h. exklusive Verwendung von Quellen dieser Mobilstation zuweist. Im Falle des ausgedehnten dynamischen Zuweisungsverfahrens gibt beispielsweise Empfang einer gültigen USF im Schlitz 2 des vorhandenen Rahmens die aktuelle Verfügbarkeit für die Sendung von Sendeschlitzen 2...N im nächsten TDMA-Rahmen oder Gruppe von Rahmen an, wobei N die Zahl zugewiesener PDCHs ist. Allgemein findet für eine gültige USF, die am Empfängerschlitz n empfangen wird, Sendung im nächsten Senderahmen bei Sendeschlitzen n, n + 1 usw. bis zur zugewiesenen Anzahl Schlitze (N) statt. Für das ausgedehnte dynamische Zuweisungsverfahren, wie gegenwärtig definiert, liegen diese zugewiesenen Schlitze stets hintereinander.
  • Die Mobilstation ist nicht in der Lage, sofort von einem Empfangszustand in einen Sendezustand oder umgekehrt zu wechseln, und die für diese Rekonfigurationen erforderliche Zeit ist als Wartezeit bekannt. Wie gegenwärtig definiert, hängt die Wartezeit von der Klasse der Mobilstation ab. Eine Wartezeit von einem Schlitz wird im Falle von Klasse 12 Mobilstationen, wie sie für die beispielhafte Ausführungsform benutzt werden, zugewiesen. Es ist auch für die Mobilstation notwendig, im Pakettransfermodus Nachbarschaftszellenmessungen auszuführen. Die Mobilstation muss kontinuierlich alle Rundsendesteuerkanal-(BCCH)Träger überwachen, wie durch die BA-(GPRS)-Liste angegeben, und den BCCH-Träger der bedienenden Zelle. Ein Empfangssignalpegelmesstastwert wird in jedem TDMA-Rahmen genommen, wenigstens an einem der BCCH-Träger (GSM 05.08 10.1.1.2).
  • Diese Nachbarzellmessungen werden vor der Rekonfiguration von Empfang in Sendung oder vor der Rekonfiguration von Sendung in Empfang ausgeführt. Die Anzahl der Schlitze, die jeder dieser Messungen und Rekonfigurationen für Multischlitzklasse 12 zugewiesen ist, beträgt zwei.
  • Aus dem Erfordernis heraus, spezielle Schlitze für Warte- und Messzwecke zuzuweisen, erscheinen einige Einschränkungen und werden mögliche dynamische Kanalzuweisungen verloren. Diese Einschränkungen vermindern die Verfügbarkeit von Schlitzen für Uplink-Sendungen, vermindern den Datenfluss und vermindern die Flexibilität beim Ansprechen auf sich ändernde Bedingungen.
  • Eine erschöpfende technische Übersicht und Gesamtänderung der existierenden, vorbeschriebenen Betriebsbedingungen erleichtert wahrscheinlich die mit der dynamischen Zuweisung einhergehenden Probleme. Während dieses möglich ist, wären die beachtlichen Schwierigkeiten, die durch solche Gesamtänderungen verursacht werden, im Allgemeinen nicht willkommen, und diese Lösung des technischen Problems ist unwahrscheinlich.
  • EP 1 109 334 A2 beschreibt ein Verfahren und ein System zum Vermindern von Verzögerungen in drahtlosen Übertragungen durch Verwendung eines Burst-basierten Zugangs- und Zuweisungssystems. Das Verfahren verwendet im Wesentlichen einen Schlitz eines Zeitrahmens und hält die Uplink- und Downlink-Kanäle flexibel und voneinander unabhängig. Somit wird weniger Zeit beim Versuch verwendet, alle Anforderungen und Antworten in erzwungene Wahlen zu befriedigen, wie in allgemein bekannten Protokollen.
  • EP 0 853 439 A2 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung von Nachbarzelldaten in einem zellularen Mobilfunksystem. Benutzerinformation wird in Informationsrahmen durch die laufende Zellenbasisstation gesendet, und Nachbarzellenbasisstationsinformation wird empfangen, um die Nachbarzellbasisstationen zu synchronisieren. Dieses beschleunigt und ermöglicht die Bestimmung von Kanalinformation im Zusammenhang mit einer Übergabe vom Bereich einer Basisstation zur anderen. Bei einer schnellen Übergabe von einer Zelle zur anderen kann besagte Information mit ausreichender Rate empfangen werden, auch wenn ein leerer Rahmen nicht auf vorteilhafte Weise erhalten werden kann.
  • Es besteht daher eine Notwendigkeit, eine Lösung für die Probleme anzugeben, die die dynamische Kanalzuweisung beeinträchtigen, mit minimaler Auswirkung auf vorhandene bekannte Verfahren.
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, die Einschränkungen zu vermindern, die die dynamische Kanalzuweisung beeinträchtigen, mit minimaler Auswirkung auf die existierende Vorschrift.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern von Paketdatensendungen angegeben, wie in den beigefügten Ansprüchen umrissen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen
  • 1 die GPRS TDMA-Rahmenstruktur darstellt, die die Nummerierungskonvention zeigt, die für Uplink- und Downlink-Zeitschlitze verwendet wird,
  • 2 eine 3-Schlitz-Zuweisung und einen Zustandsübergang von R3T0 nach R3T2 zeigt,
  • 3 bis 5 2-PDCH-erweiterte dynamische Zuweisungen im stetigen Zustand für R2T0, R2T1 und R2T2 mit zugehörigen Mess- und Warteintervallen zeigen,
  • 6 ein Zustandsübergangsdiagramm für 2-PDCH-erweiterte dynamische Zuweisungen ist,
  • 7 bis 11 die Zustandsübergänge von 6 zeigen,
  • 12 bis 15 die 3-PDCH-erweiterte dynamische Zuweisung im stetigen Zustand zeigen,
  • 16 ein Zustandsübergangsdiagramm für 3-PDCH-erweiterte dynamische Zuweisung ist,
  • 17 bis 25 die Zustandsübergänge von 16 zeigen,
  • 26 bis 30 die stetige 4-Schlitz-erweiterte dynamische Zuweisung des Standes der Technik zeigen,
  • 31 bis 35 die stetige 4-Schlitz-erweiterte dynamische Zuweisung gemäß der Erfindung zeigen,
  • 36 ein Zustandsübergangsdiagramm für 4-Schlitz-erweiterte dynamische Zuweisung gemäß der Erfindung ist,
  • 37 bis 50 die Zustandsübergänge von 36 zeigen.
  • In dieser Ausführungsform ist die Erfindung an einem drahtlosen GPRS-Netzwerk angewendet, das in Übereinstimmung mit den auf Multischlitzklasse 12 anwendbaren Standards arbeitet.
  • In 1 ist die GPRS TDMA-Rahmenstruktur dargestellt und die Nummerierungskonvention gezeigt, die für Uplink- und Downlink-Zeitschlitze verwendet wird. Es sei angemerkt, dass in der Praxis Tx gegenüber Rx wegen der Zeitvoreilung vorgezogen sein kann, obgleich dieses in der Darstellung nicht gezeigt ist. Somit kann in der Praxis der Zeitumfang zwischen dem ersten Rx und dem ersten Tx eines Rahmens um einen Bruchteil eines Schlitzes vom dargestellten Wert von drei Schlitzen aufgrund der Zeitvoreilung vermindert sein. Zwei aufeinanderfolgende TDMA-Rahmen sind dargestellt, wobei die Schlitze von Empfänger (Rx) und Sender (Tx) getrennt identifiziert sind. Die Schlitzpositionen innerhalb des ersten Rahmens sind durch die Nummern 1 bis 8 gezeigt, wobei die Sende- und Empfangsschlitze um eine Breite von drei Schlitzen versetzt sind. Dieses ist in Übereinstimmung mit der Konvention, wonach der erste Senderahmen in einem TDMA den ersten Empfangsrahmen um einen Versatz von 3 verzögert (somit kann ein gewöhnlicher Einzelschlitz-GSM als ein spezieller Fall betrachtet werden, indem nur Schlitz von Sendung und Empfang verwendet wird).
  • Die übrigen Zeichnungen (bis auf die Zustandsübergangsdiagramme) stimmen mit der Darstellung von 1 überein, jedoch ist die Schlitznummerierung zur zusätzlichen Klarheit entfernt worden. Die schattierten Schlitze sind solche, die für die speziellen Zustände zugewiesen sind, und die mit Pfeilen versehenen Eintragungen, z.B. die Nummern 41 und 42 von 4, geben die anwendbaren Mess- und Warteintervalle und die Anzahl der für diese Intervalle zugewiesenen Schlitze an. Die mit Gittermuster versehenen Schlitze, z.B. Nr. 43 von 4 geben den Empfang eines gültigen USF an. Wie oben erwähnt, bestehen Zwänge wegen der Notwendigkeit, Mess- und Warteschlitze zu ermöglichen, und die Vorschrift für diese im 05.02-Anhang B begrenzt die dynamische Zuweisung, wie in Tabelle 1 für das Beispiel der Multischlitzklasse 12 gezeigt. Tabelle 1
    Figure 00050001
    • Tta ist die Zeit, die für die MS erforderlich ist, eine Nachbarzellsignalpegelmessung auszuführen und für Sendung bereit zu werden.
    • Ttb ist die Zeit, die die MS benötigt, um für Sendung bereit zu werden.
    • Tra ist die Zeit, die die MS benötigt, um eine Nachbarzellsignalpegelmessung auszuführen und für Empfang bereit zu werden.
    • Trb ist die Zeit, die die MS benötigt, um für Empfang bereit zu werden.
  • Es sei angemerkt, dass in der Praxis die Zeiten Tta und Ttb um den Bruchteil eines Schlitzes aufgrund der Zeitvoreilung vermindert sein können.
  • Die Messperiode für erweiterte dynamische Zuweisung ist als Tra spezifiziert (05.02. 6.4.2.2). Sozusagen werden alle Nachbarmessungen gerade vor dem ersten Empfangsschlitz und nicht vor dem Sendeschlitz ausgeführt.
  • Wenn m Zeitschlitze für Empfang und n Zeitschlitze für Sendung zugewiesen sind, dann müssen Min(m,n) Empfangs- und Sendezeitschlitze mit der gleichen Schlitzzahl vorhanden sein.
  • Mit Bezugnahme auf 2 ist ein Beispiel einer 3-Schlitz-Zuweisung, beschriftet R3T0 → R3T2 dargestellt mit keiner Uplink-Schlitzzuweisung am Anfang. Ein gültiges USF, empfangen im Rx-Schlitz 2, ermöglicht 2 Tx-Schlitze im nächsten Uplink-Rahmen. Die Bezeichnung → gibt einen Zustandswechsel an.
  • Die 3 bis 5 zeigen stetige erweiterte dynamische Zuweisungen für 2-PDCH entsprechend den Beschriftungen, und die Mess- und Warteintervalle sind markiert. 6 ist ein Zustandsübergangsdiagramm für 2-PDCH-erweiterte dynamische Zuweisungen und zeigt alle der erlaubten Zustände.
  • 7 bis 11 zeigen die Schlitzpositionen und anwendbare Mess- und Warteintervalle für die Übergänge von 6.
  • Statische 3-PDCH-erweiterte dynamische Zuweisungen sind in 12 bis 15 gezeigt. Die Zustandsübergänge für 3 PDCH sind in 16 gezeigt, und die entsprechenden Schlitzpositionen und Mess- und Warteintervalle in den 17 bis 25. Man kann sehen, bei allen Darstellungen keine Behinderung der Schlitzzuweisung aus der Anwendung der Mess- und Warteintervalle erwächst.
  • Bei 4-Schlitz-erweiterten dynamischen Zuweisungen treten jedoch Konflikte auf, und die vorgeschriebenen Bedingungen erlauben keine Ausführung über den statischen R4T0-Fall hinaus, der in 26 dargestellt ist. Der Grund ist, dass die Bedingung Tra = 2 für Nachbarzellenmessung nicht angewendet werden kann, Tx-Schlitz 4 stets verwendet wird, was nur eine Einzelschlitz-Wartezeit vor Rx-Schlitz 1 zurücklässt. Beispiele von erlaubten und verbotenen 4-Schlitz-erweiterten dynamischen Zuweisungen gemäß dem Stand der Technik sind in den 26 bis 30 gezeigt. Diese geben stetige Zustände und die vier Empfangsschlitze an, und kein Sendeschlitzzustand R4T0 von 26 ist erlaubt. Die verbotenen Zuweisungen sind durch ein "Keine Eingabe"-Logo überschrieben (z.B. Nr. 301 von 30) in den Darstellungen von 27, R4T1, 28 R3T2, 29 R2T3 und 30 R1T4. Man kann sehen, dass diese Verbote ihren Grund in der Einschränkung auf einen Schlitz haben, der für die Messung und Vorbereitung Tra erlaubt ist (die Zeit, die für die Messung und die anschließende Vorbereitung zum Senden benötigt wird).
  • Gemäß der Erfindung erfolgt eine Neuzuweisung der Mess- und Wiedergewinnungsperioden zur Steigerung der Verfügbarkeit von Uplink-Quellen, wenn Uplink-Quellen ansonsten durch vorgeschriebene Zuweisungen vorgeschrieben sind.
  • Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, dass die früher verbotenen Zuweisungen von 27 bis 30 zulässig werden, wie in den 32 bis 35 gezeigt. Wenn N Schlitze zugewiesen sind und N + Tra + 3 ≤ 8 ist (Anzahl der Schlitze in einem Rahmen), dann wird Tra als das Messintervall verwendet. Andererseits, wenn N + Tra + 3 < 8 (XX),dann wird Tta als das Messintervall verwendet: wobei
    • <=
    weniger oder gleich
    <
    größer als
    Tta
    die zur Messung und anschließenden Vorbereitung zur Sendung notwendige Zeit.
  • Die Anwendung des Verfahrens auf den gleichförmigen Zustand R3T1 ist in 32 gezeigt.
  • Wenn die Anzahl der zugewiesenen PDCHs gleich N = 4 ist, dann gilt für das Mess- und Vorbereitungsintervall Tra = 2, N + Tra + 3 > 8 (4 + 2 + 3 + = 9), daher wird Tta als das Messintervall verwendet. Die Beeinträchtigung des Betriebs nach 27 ist daher durch Anwendung der in 32 gezeigten Methode beseitigt.
  • Diese Prozedur wird in der Mobilstation ausgeführt, die, wenn sie das erweiterte dynamische Zuweisungsverfahren verwendet, und auf Empfang einer Zuweisung von PDCH der "N" den obigen Vergleich ausführen muss, um die Funkverbindungsmessungsprozedur richtig zu timen.
  • Die durch die Netzwerkausrüstung ausgeführte Prozedur ist, dass wenn eine Anzahl PDCHs "N" zugewiesen wird, sie erkennt, dass wenn N die obige Bedingung (XX) erfüllt, sie die Fähigkeit der Mobilstation in Betracht ziehen muss, Messungen unter Verwendung von Tta auszuführen, und sofern N + Trb + 3 ≤ 8 in der Lage ist, eine solche Anzahl PDCHs zuzuweisen.
  • Das Verfahren kann erfolgreich an den verbliebenen gleichförmigen Zuständen, die in den 33, 34 und 35 gezeigt sind, angewendet werden. Weiterhin ist das Verfahren für alle der 4-Schlitz-Zustandsübergänge wirksam, die in dem Zustandsübergangsdiagramm von 6 gezeigt sind. Die Darstellungen der 4-Schlitz-Zustandsübergänge sind in den 37 bis 50 zu finden.

Claims (6)

  1. Kommunikationsverfahren, das in einer Mobilstationsvorrichtung eingesetzt wird, die Kommunikation unter Verwendung eines TDMA-Rahmens durchführt, der durch acht Schlitze gebildet wird, wobei ein Anfang eines TDMA-Rahmens auf einer Aufwärtsstrecke um drei Schlitze oder drei Schlitze minus eines Bruchteils eines Schlitzes gegenüber einem Anfang eines TDMA-Rahmens auf einer Abwärtsstrecke verzögert wird und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: Empfangen unter Verwendung eines Empfangsschlitzes des TDMA-Rahmens auf der Abwärtsstrecke nach hergestellter Bereitschaft zum Empfangen; Senden unter Verwendung eines Sendeschlitzes des TDMA-Rahmens auf der Aufwärtsstrecke nach hergestellter Bereitschaft zum Senden; und Durchführen von Signalpegelmessung für angrenzende Zellen bevor Bereitschaft zum Empfangen oder Bereitschaft zum Senden hergestellt ist, wobei I), wenn eine Anzahl von Sendeschlitzen, die in einem TDMA-Rahmen auf der Aufwärtsstrecke verwendet werden, unter einer vorgegebenen Anzahl liegt, Tra gelten soll, wobei Tra eine Zeit ist, die die Mobilstationsvorrichtung benötigt, um Signalpegelmessung für angrenzende Zellen durchzuführen und Bereitschaft zum Empfangen herzustellen, und eine minimale Anzahl von Schlitzen von Tra zwei Schlitze beträgt, und II), wenn die Anzahl von Sendeschlitzen, die in einem TDMA-Rahmen auf der Aufwärtsstrecke verwendet werden, die vorgegebene Anzahl ist, Tta gelten soll, wobei Tta eine Zeit ist, die die Mobilstationsvorrichtung benötigt, um Signalpegelmessung für angrenzende Zellen durchzuführen und Bereitschaft zum Senden herzustellen, und eine minimale Anzahl von Schlitzen von Tta zwei Schlitze beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Anzahl vier ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren bei einer Mobilstation einer Mehrschlitz-Klasse 12 in einem GPRS-System eingesetzt wird.
  4. Mobilstationsvorrichtung, die Kommunikation unter Verwendung eines TDMA-Rahmens durchführt, der durch acht Schlitze gebildet wird, wobei ein Anfang eines TDMA-Rahmens auf einer Aufwärtsstrecke um drei Schlitze oder drei Schlitze minus eines Bruchteils eines Schlitzes gegenüber einem Anfang eines TDMA-Rahmens auf einer Abwärtsstrecke verzögert wird und die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: einen Empfangsabschnitt, der unter Verwendung eines Empfangsschlitzes des TDMA-Rahmens auf der Abwärtsstrecke nach hergestellter Bereitschaft zum Empfangen empfängt; einen Sendeabschnitt, der unter Verwendung eines Sendeschlitzes des TDMA-Rahmens auf der Aufwärtsstrecke nach hergestellter Bereitschaft zum Senden sendet; und einen Messabschnitt, der Signalpegelmessung für angrenzende Zellen durchführt, bevor Bereitschaft entweder zum Empfangen oder Bereitschaft zum Senden hergestellt ist, wobei I), wenn eine Anzahl von Sendeschlitzen, die in einem TDMA-Rahmen auf der Aufwärtsstrecke verwendet werden, unter einer vorgegebenen Anzahl liegt, Tra gelten soll, wobei Tra eine Zeit ist, die die Mobilstationsvorrichtung benötigt, um Signalpegelmessung für angrenzende Zellen durchzuführen und Bereitschaft zum Empfangen herzustellen, und eine minimale Anzahl von Schlitzen von Tra zwei Schlitze beträgt, und II), wenn die Anzahl von Sendeschlitzen, die in einem TDMA-Rahmen auf der Aufwärtsstrecke verwendet wird, die vorgegebene Anzahl ist, Tta gelten soll, wobei Tta eine Zeit ist, die die Mobilstationsvorrichtung benötigt, um Signalpegelmessung für angrenzende Zellen durchzuführen und Bereitschaft zum Senden herzustellen, und eine minimale Anzahl von Schlitzen von Tta zwei Schlitze beträgt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die vorgegebene Anzahl vier ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Vorrichtung eine Mobilstation einer Mehrschlitz-Klasse 12 in einem GPRS-System ist.
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