TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schlitzselektion bei
Mehrschlitz-Zeitvielfachzugriff (TDMA)-Kommunikationssystemen, wie bei dem "Digital
European Cordless Telephone System" DECT, und auf eine Teilnehmereinheit mit
Mitteln zur Steuerung der Schlitzselektion.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der Einfachheit der Beschreibung halber wird die vorliegende
Erfindung in dem Kontext von DECT beschrieben, aber es dürfte einleuchten, dass die
vorliegende Erfindung auf andere TDMA-Kommunikationssystem mit anderen
Zeitschlitzbreiten angewandt werden kann.
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Bei dem DECT-System wird, wenn eine Teilnehmereinheit einen Anruf
machen möchte, dieses System als erster Schritt alle Duplex-Sprachkanäle auf allen
Frequenzkanälen abtasten um den besten verfügbaren oder inaktiven
Duplex-Sprachkanal zu bestimmen und dieses zu wählen. Danach wird über den selektierten Kanal
oder den Zeitschlitz übertragen. Dieser Typ von Kanalselektion wird im Allgemeinen
als dynamische Kanalselektion bezeichnet.
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Der DECT-Standard, wie dieser in ETS 300 175-1 Teil 1 beschrieben
ist: Übersicht, Abschnitt 6 Seiten 24 und 25, beschreibt die technischen Basis-
Charakteristiken des Systems, wie dies 10 Frequenzträger umfasst, die je einen
TDMA-Multiplex von 24 Zeitschlitzen je Frame haben, von denen 12 Zeitschlitze
Übertragungsschlitze und 12 Zeitschlitze Empfangsschlitze sind. Ein Basis-Duplexing
ist Zeitduplex (TDD), wobei zwei Zeitschlitze auf demselben träger verwendet
werden. Beim Anwendung einer dynamischen Kanalselektion ist ein Teilnehmer nicht
begrenzt in der Wahl eines Zeitschlitzes für eine Voll-Schlitzübertragung.
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Der DECT-Standard ETS 300 175-2 Teil 2: "Physical Layer Section"
4.2.1, spezifiziert die Frame, Vollschlitz- und Halbschlitzstruktur. Dieser Abschnitt
erwähnt ebenfalls eine Doppelschlitzstruktur, die eine Länge entsprechend zwei
Vollzeitschlitzen hat und spezifiziert, dass ein Doppelschlitz gleichzeitig mit einem
geradzahligen Vollschlitz startet. Wenn auf diese Weise eine Teilnehmereinheit eine
Übertragung anfangen möchte, wobei ein Doppelschlitz erforderlich ist, soll die
dynamische Kanalselektionsprozedur dadurch begrenzt werden, dass ein akzeptierbarer
Doppelschlitz gefunden werden soll, wobei mit einem geradzahligen Vollschlitz
angefangen wird. Simulationen durch Elliott u.a., worüber berichtet wird in "Supporting
diverse services in a microcellular TDMA System", "Tenth UK Teletrafic Symposium"
"Performance engineering in telecommunications networks", "IEE Digest" Nr.
1993/173, 14-16. April 1993, Seiten 28/l-28/9, die durchgeführt worden sind in
Bezug auf das Mischen verschiedener Typen von Diensten, wobei die Vorteile der
verschiedenen Schlitztypen erhalten werden, zeigen, dass es eine nicht triviale
Degradation des Dienstleistungsgrades (Grade of Service) gibt, wenn das bestehende
Doppelschlitz-Selektionsprotokoll eingehalten wird, aber die oben genannte Veröffentlichung
bietet keine Lösung um dieser Degradation zu begegnen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist nun u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung den
Dienstleistungsgrad zu verbessern, wenn verschiedene Schlitztypen verwendet werden.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein TDMA-
System geschaffen mit einer Anzahl Transceiver-Einheiten
(Sende-Empfangseinheiten), die entsprechend einer Übertragungsumrahmungsstruktur arbeiten mit
Vorkehrungen für Zeitschlitze von wenigstens zwei verschiedenen vorbestimmten Dauern,
wobei eine längere Dauer der genannten wenigstens zwei Dauern ein Vielfaches einer
kürzeren Dauer der genannten wenigstens zwei Dauern ist, und wobei jede der
genannten
Anzahl Transceiver-Einheiten Mittel aufweist zum Bestimmen der Qualität
wenigstens jedes nicht aktiven Zeitschlitzes und einer Kanalabbildung bildet, mit dem
Kennzeichen das System entsprechend einem Protokoll arbeitet, wobei für eine
Transceiver-Einheit, die eine Übertragung machen möchte und die einen kürzeren
Zeitschlitz erfordert, ein kürzerer Zeitschlitz einer akzeptierbaren Qualität bevorzugt
wird, die in der Nähe liegt von einem kürzeren Zeitschlitz, der bereits in einer
Übertragung begriffen ist.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
TDMA-Kommunikationssystem geschaffen mit einer Anzahl Teilnehmereinheiten,
wobei jede Einheit Funk-Transceivermittel und Steuermittel aufweist, wobei die
Steuermittel Mittel umfassen, die verantwortlich sind für einen Antrag zum Auslösen eines
Anrufs zum Abtasten von Duplex-Sprachkanälen mit komplementären Zeitschlitzen in
einem TDMA-Frame; Mittel zum Bestimmen der Qualität wenigstens jedes nicht
aktiven Zeitschlitzes und zum Bilden einer Kanalabbildung, und Mittel zum für eine volle
Zeitschlitzübemagung Selektieren eines nicht aktiven vollen Zeitschlitzes einer
akzeptierbaren Qualität, der in der Nähe eines aktiven vollen Zeitschlitzes in dem Frame
liegt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis des Problems
zugrunde, dass eine unbeschränkte dynamische Kanalselektion auf Basis einer Wahl des
besten verfügbaren nicht aktiven Zeitschlitzes die Anzahl etwaiger verfügbarer
Doppelschlitze reduzieren kann. Durch Modifikation aber des dynamischen
Kanalselektionsalgorithmus, so dass der Zeitschlitz, der für einen vollen Zeitschlitzanruf in der Nähe
eines aktiven vollen Zeitschlitzes liegt, wird dies die Anzahl Doppelschlitze
vergrößern und dadurch ermöglichen, dass eines verbesserte GOS erreicht wird. Dieser
modifizierte dynamische Kanalselektionsalgorithmus kann ebenfalls abgewandt werden,
wenn Halbzeitschlitzanrufe gegenüber einem Vollzeitschlitzanruf zugeordnet werden.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Teilnehmereinheit geschaffen zum Gebrauch in einem
TDMA-Kommunikationssystem mit Funk-Transceivermitteln, Steuermitteln, Mitteln zum Bestimmen der Qualität
eines physikalischen TDMA-Kanals und einem Kanalkartenspeicher, wobei die Steuermittel
in Reaktion auf einen Anrufsantrag für eine Vollzeitschlitzübertragung Mittel
aufweisen um zu bestimmen, welcher der nicht aktiven physikalischen Kanäle in dem
Kanalkartenspeicher eine akzeptierbare Qualität hat und Mittel zum Auslösen der
Übertragung in einem nicht aktiven Vollzeitschlitzkanal einer akzeptierbaren Qualität
in der Nähe eines aktiven Vollzeitschlitzkanals.
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Durch Selektion eines ungeraden nicht aktiven Zeitschlitzes, der an
einen geraden aktiven Vollzeitschlitz oder umgekehrt grenzt zum Bilden eines
pseudodoppelten Schlitzes wird dies die Anzahl möglicherweise verfügbarer Doppelschlitze
vergrößern.
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Wenn die vorliegende Erfindung implementiert wird, kann ein
Kompromiss der normalen Regel der dynamischen Kanalselektion erforderlich sein, weil
zum Zuordnen eines Vollzeitschlitzanrufs zu einem nicht aktiven TDMA-Zeitschlitz,
der an einem aktiven TDMA-Zeitschlitz grenzt, kann es notwendig sein, den
zweitbesten oder dritt besten nicht aktiven Zeitschlitz zu wählen, der auf jeden Fall
akzeptierbar ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Basisstation und zweier
Teilnehmereinheiten, die ortsfest oder mobil sein können, in einem schnurlosen
Telephonsystem,
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Fig. 2 eine Darstellung der Rahmenstruktur eines
DECT-Frequenzkanals,
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Fig. 3 eine Darstellung eines Beispiels mehrerer Schlitzstrukturen in
einem DECT-Rahmen,
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Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Teilnehmereinheit,
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Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Kanalselektionsalgorithmus, und
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Fig. 6, 7 und 8 Graphiken, welche die Dienstleistungsgrade (GOS)
zwischen der Anwendung der normalen DECT-Kanalselektionsalgorithmus (Kreise) und
dem Kanalselektionsalgorithmus (Dreiecke) darstellen, beschrieben anhand der Fig. 5.
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In der Zeichnung sind für entsprechende Elemente die gleichen
Bezugszeichen verwendet worden.
ART UND WEISE DER VERWIRKLICHUNG DER ERFINDUNG
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Fig. 1 zeigt schematisch ein schnurloses Telephonsystem mit einer
Basisstation 10 und mit zwei Teilnehmereinheiten 12, 14. Die Teilnehmereinheit 12 ist
eine tragbare Einheit 14 und die Einheit 14 umfasst ein Datenterminal, das ortsfest ist.
Die Basisstation 10 umfasst einen Transceiver (Sender-Empfänger) 16, der von einem
Mikrokontroller 18 gesteuert wird. Zwischen dem Kontroller 18 und einer
Landleitung, wie eine PSTN, ist ein Modem 20 vorgesehen. Jede Teilnehmereinheit 12, 14
umfasst einen Transceiver 22, der von einem Mikrokontroller 24 gesteuert wird. Eine
detailliertere Beschreibung einer Teilnehmereinheit wird nachher anhand der Fig. 4
gegeben.
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Wie eingangs erwähnt, ist Kommunikation zwischen der Basisstation
10 und einer Teilnehmereinheit 12 oder 14 entsprechend einem TDMA-Protokoll mit
einem Frequenzkanal, der in eine Folge von Zeitframes F aufgeteilt ist, wobei jedes
Frame eine Anzahl Zeitschlitze (oder physikalische Kanäle) aufweist, von denen 50%
nominell der Vorwärtsübertragung von der Basisstation und 50 nominell einer
rückwärtigen Übertragung zugeordnet sind. Im allgemeinen werden entsprechend
nummerierte Vorwärts- und Rückwärtszeitschlitze (auch als Duplexsprachpaar bezeichnet)
einem Anruf zugeordnet.
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Fig. 2 zeigt die Basisframestruktur für DECT, die 24 Zeitschlitze
aufweist, von denen die ersten 12 durch 10 bis T" bezeichnet sind und die zweiten 12
durch R&sub0; bis R&sub1;&sub1; bezeichnet sind. In Fig. 3 ordnet DECT für einen Sprachanruf einen
Vollzeitschlitz in jeder Richtung beispielsweise Duplexsprachpaar T&sub8;,R&sub8; zu. Die
Anforderungen für Daten variieren entsprechend dem Typ der Datenteilnehmereinheit.
Für Kommunikation mit Datenteilnehmereinheiten mit einer niedrigen Rate gibt
DECT die Option einer Zuordnung eines Halbzeitschlitzes in jeder Richtung, siehe
beispielsweise Zeitschlitze T&sub4;,R&sub4;. Auf alternative Weise hat DECT zur Kommunikation
mit Teilnehmerterminals mit einer hohen Rate die Vorkehrung zum Zuordnen eines
Doppelzeitschlitzes in jeder Richtung, siehe beispielsweise Zeitschlitze T&sub2;,T&sub3; und
R&sub2;,R&sub3;. Entsprechend dem DECT-Protokoll muss ein Doppelzeitschlitz mit einem
gerade nummerierten Zeitschlitz anfangen, d. h. 0, 2, 4, 6, 8 oder 10.
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Wenn Vollzeitschlitzanrufe gänzlich auf einer dynamischen
Kanalzuordnungsbasis zugeordnet werden, ist es möglich, dass beispielsweise sechs Anrufe
derart zugeordnet werden, dass keine Doppelzeitschlitze verfügbar sind, mit dem
Ergebnis, dass die GOS für Datendienste mit hoher Rate Null ist. Bei Betrachtung der
Fig. 3 und unter der Voraussetzung, dass der Duplexsprachkanal T&sub8;,R&sub8; zugeordnet
worden ist, wenn eine Teilnehmereinheit, die einen Vollschlitz erfordert, nach
Abtastung der physikalischen Kanäle bestimmt, dass der physikalische Kanal T&sub6; der beste
verfügbare Kanal ist und dass die Kanäle T&sub9; und T&sub1;&sub0; der zweitbeste und der drittbeste
Kanal sind und auf jeden Fall akzeptierbar sind, dann wird sie unter dem dynamischen
Kanalzuordnungsalgorithmus T&sub6;,R&sub6; schnappen. Wenn dies auf diese Art und Weise
gemacht wird, hat sie eine Datenteilnehmereinheit hoher Rate die Möglichkeit eines
Doppelschlitzes bei (T&sub6;,T&sub7;)(R&sub6;,R&sub7;) verweigert. Wenn der
Kanalzuordnungsalgorithmus derart modifiziert wird, dass ein verfügbarer (oder nicht aktiver) physikalischer
Kanal nicht nur akzeptierbar sein muss, sondern auch in der Nähe eines anderen
bereits zugeordneten (oder aktiven) Zeitschlitzes liegen muss, wobei das Ergebnis sein
kann, dass eine größere Anzahl freier Doppelschlitze verfügbar sein wird als dies
möglich wäre, wenn der beste Zeitschlitz selektiert wird. Wenn in dem vorliegenden
Beispiel Zeitschlitze T&sub9;,R&sub9; einem Vollschlitzanruf zugeordnet sind, wird die
Verteilung nicht zugeordneter (oder nicht aktiver) Zeitschlitze, die als Doppelzeitschlitze
bezeichnet werden könnten, entsprechend dem DECT-Protokoll nicht beeinflusst.
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Die in Fig. 4 dargestellte Teilnehmereinheit SU ist imstande, Daten zu
senden und zu empfangen und als Alternative auch digitalisierte Sprache. Ein
Transceiver 26 ist einerseits mit einer Antenne 28 und andererseits mit einem
Burstmodekontroller (BMC) 30 sowie mit Mitteln 32 zum Herleiten von
Funksignalstärkenangaben (RSSI) in bezug auf ein empfangenes Signal verbunden. Der BMC 30 wird durch
einen Mikrokontroller 34 gesteuert, mit dem ein Tastenfeld 36, eine LCD-Platte 37,
ein Kanalkartenspeicher 38, ein Steuerprogramm 40 und ein RAM-Speicher 42
verbunden ist.
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Sprache oder Daten werden wechselweise durch Umschalter 44, 46
selektiert, die in Reaktion auf Signale betätigt werden, die von dem Mikrokontroller
34 erzeugt werden.
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In der dargestellten Position der Schalter 44, 46 leitet der BMC 30
komprimierte digitalisierte Sprachsignale über den Schalter 44 zu einem "Adaptive
Differential Pulse Code Modulator" (ADPCM) 48 weiter, der durch einen
Audiofrequenz-Codec 50 mit einem Lautsprecher 52 verbunden ist. Ein Mikrophon 54 ist mit
dem Codec 50 verbunden. Digitalisierte codierte Sprachsignale von dem ADPCM 48
werden durch den Schalter 46 dem BCM 30 zugeführt.
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In der alternativen Position der Schalter 44, 46 ist ein Modem, der mit
einem Datenterminal 56 verbunden ist, imstande, Datensignale von dem BCM 30 zu
empfangen und Datensignale demselben zuzuführen. Wenn nicht im Betrieb, tastet der
Mikrokontroller 34 alle verfügbaren Kanäle ab und speichert die Qualität jedes Kanals
in dem Kanalkartenspeicher. Die Teilnehmereinheit SU selektiert, wenn sie einen
ausgehenden Anruf machen möchte, einen physikalischen Kanal in Reaktion auf einen in
dem Steuerprogramm 40 vorhandenen Algorithmus.
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Der Algorithmus ist in Fig. 5 dargestellt und beginnt mit dem Block 60,
der die Frage stellt: "Ist der Anruf ein Vollschlitzanruf ?". Wenn die Antwort Nein (N)
ist, dann wird der bestehende dynamische DECT-Kanalselektionsalgorithmus, Block
62, verwendet, weil der Anruf entweder ein Halbschlitzanruf oder ein
Doppelschlitzanruf ist. Wenn aber die Antwort Ja (Y) ist, dann wird in dem Block nach der
Kanalkarte gesucht. In dem Block 66 wird die Frage gestellt: "Ist der Schlitz ein ungerade
nummerierter Vollschlitz ?". Wenn die Antwort Nein (N) ist, wird der physikalische
Kanal in dem Kanalkartenspeicher gemerkt als eine möglicher Kanal neben einem
ungerade nummerierten Vollschlitz, Block 68. In dem Block 70 wird überprüft, ob die
Suche beendet ist; wenn die Antwort Nein (N) ist, kehrt der Algorithmus zu dem
Block 64 zurück.
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Wenn die Antwort auf die Frage in dem Block 66 Ja (Y) ist, dann wird
in dem Block 72 der physikalische Kanal gemerkt als möglicher Kanal nebst einem
gerade nummerierten Vollschlitz. In dem Block 74 wird eine Überprüfung vorgenommen
um zu sehen, ob die Suche beendet ist; wenn die Antwort Nein (N) ist, kehrt
der Algorithmus zu dem Block 64 zurück.
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Wenn die Antwort in den Blocken 70 und 74 Ja (Y) ist, wird eine Liste
der besten RSSI-gemerkten Schlitze aufgestellt, Block 76. Danach wird eine
Überprüfung vorgenommen um zu sehen, ob der RSSI größer ist als ein beliebiger
Schwellenwert, Block 78. Wenn die Antwort Nein (N) ist, dann wird in dem Block 80 eine
Überprüfung durchgeführt um zu sehen, ob es die letzte RSSI ist und wenn dies nicht
der Fall ist (N), dann kehrt der Algorithmus zu dem Block 78 zurück. Wenn die
Antwort auf die durchgeführte Überprüfung in dem Block 78 Ja (Y) ist, dann wird der
Kanal zugeordnet, Block 82. Wenn die Antwort auf die gemachte Überprüfung in dem
Block 80 Ja (Y) ist, dann wird der bestehende DECT-Kanalselektionsalgorithmus
angewandt, Block 84.
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Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen graphisch die Ergebnisse einer Simulation
einer gemischten Schlitzumgebung mit 10% Doppelschlitz-Duplexverbindungen,
angegeben als 10% Decodierungsstation, und 90% Vollschlitzverbindungen, wobei der
normale DECT-Schlitzselektionsalgorithmus (Kreise) verwendet wird und wobei der
Algorithmus anhand der Fig. 5 (Dreiecke) beschrieben worden ist. Fig. 6 betrachtet
den Doppelschlitz-Dienstleistungsgrad mit zunehmendem Verkehr, gemessen in
Erlangs (Erl). Der neue Algorithmus schafft eine akzeptierbare Dienstleistung für
Doppelschlitzanrufe (GOS < 1%) bei einem angebotenen Verkehrspegel, der um fast 30%
größer ist als für den normalen DECT-Algorithmus. Fig. 7 zeigt, dass die
Vollschlitzleistung marginal reduziert wird, wenn der neue Algorithmus verwendet wird. Wie
aber in Fig. 8 dargestellt, wird der gesamte GOS verbessert. Die marginal schlechteste
Leistung von Vollschlitzübertragungen ist der Tatsache zuzuschreiben, dass während
der Aufbauprozedur die selektierte Schlitzposition nicht unbedingt die beste (am
wenigstens gestörte) ist, sondern die beste Stelle neben einem anderen aktiven Vollschlitz
in dem Frame.
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Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung dürften dem Fachmann
andere Abwandlungen klar werden. Solche Abwandlungen können andere Merkmale
aufweisen, die bereits im Entwurf, bei der Herstellung und im Gebrauch von
schnurlosen Telephonen und zusammenstellenden Teilen derselben bekannt sind und die statt
der bereits hier beschriebenen Merkmale oder zusätzliche zu denselben benutzt
werden. Obschon Patentansprüche in dieser Patentanmeldung formuliert worden sind in
Bezug auf bestimmte Kombinationen von Merkmalen, dürfte es einleuchten, dass der
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ebenfalls neue Merkmale oder
neue Kombinationen von hier entweder explizit oder implizit beschriebenen
Merkmalen umfasst, ob diese nun wohl oder nicht sich auf dieselbe Erfindung beziehen, wie in
jedem beliebigen Anspruch beansprucht ob dadurch alle oder einige Probleme gelöst
werden wie bei der vorliegenden Erfindung. Die Anmelderin bemerkt an dieser Stelle,
dass neue Ansprüche formuliert werden können Ihr solche Merkmale und/oder
Kombinationen solcher Merkmale während der Erledigung der vorliegenden
Patentanmeldung oder irgendeiner davon abgeleiteten Anmeldung.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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TDMA-Kommunikationssysteme wie "Digital European Cordless
Telephony"-Systeme (DECT).