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HINTERGRUND
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Bei einem Leistungsverstärkerentwurf gibt es einen Kompromiss zwischen Effizienz und Verzerrung. Verstärker, die unter „Klasse A”-Bedingungen betrieben werden, verursachen wenig Verzerrung, sind aber ineffizient, während unter „Klasse C”-betriebene Verstärker halbwegs effizient sind, aber eine erhebliche Signalverzerrung einführen. Zum Beispiel werden „Klasse C”-Verstärker häufig auf nicht-lineare Weise betrieben, wodurch Eingangssignale an einem Ausgang eines Leistungsverstärkers verzerrt werden bei einem Betrieb nahe der Spitzenausgangsleistung des Leistungsverstärkers. Während sowohl Effizienz als auch Verzerrung wichtige Gesichtspunkte beim Verstärkerentwurf sind, gewinnt die Effizienz bei hohen Leistungspegeln zunehmend an Bedeutung. Deswegen entscheiden sich Entwerfer vieler moderner Sender dafür, etwas Nichtlinearität in ihren Leistungsverstärkern hinzunehmen, um eine gute Effizienz zu erhalten.
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Um zu versuchen, diese Nichtlinearität und ihre entsprechende Verzerrung zu begrenzen, werden verschiedene Linearisierungstechniken in herkömmlichen Ansätzen verwendet. Herkömmliche Linearisierungstechniken können grob untergliedert werden in Rückkopplung, Vorwärtskopplung oder Verzerrung. Die zuletzt genannte Technik, die Verzerrung, verzerrt das Eingangssignal vor dem Leistungsverstärker absichtlich, um im Vorgriff auf die erwartete Nichtlinearität des Leistungsverstärkers (PA; PA = power amplifier) zu kompensieren. Gemäß dieser Technik wird eine Linearisierung erreicht durch ein Verzerren eines Eingangssignals gemäß einer Vorverzerrungsfunktion auf eine Weise, die invers ist zu dem Verstärkerverhalten. Die Vorverzerrungstechnik kann bei einer Radiofrequenz (RF; RF = radio frequency), einer Zwischenfrequenz (IF; IF = intermediate frequency) oder bei einem Basisband angewandt werden.
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Allerdings sind bestehende Vorverzerrungstechniken weniger optimal und es besteht ein Bedarf für Leistungsverstärkersysteme, die eine verbesserte Vorverzerrungsfunktionalität bereitstellen.
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Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzepts für ein System und ein Verfahren von Vorverzerrung.
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Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein System, umfassend eine Vorverzerrungseinheit, die ausgebildet ist zum Vorverzerren eines Eingangssignals basierend auf einem Modellparameter durch ein direktes Berechnen einer Inverse des Modells auf iterative Weise und ausgebildet zum Abwechseln zwischen dem Berechnen der Inverse und einem Aktualisieren des Modellparameters, wodurch ein vorverzerrtes Signal bereitgestellt ist; eine Leistungsverstärkerschaltung, die ausgebildet ist zum Verstärken des vorverzerrten Signals; ein Leistungsverstärkermodell, das ausgebildet ist zum Modellieren einer Verstärkung des vorverzerrten Signals durch die Leistungsverstärkerschaltung basierend auf dem vorverzerrten Signal und dem Modellparameter; und eine Parameterschätzeinheit, die ausgebildet ist zum Aktualisieren des Modellparameters, der an die Vorverzerrungseinheit und das Leistungsverstärkermodell bereitgestellt ist, basierend auf dem vorverzerrten Signal und einem Fehlersignal, wobei das Fehlersignal eine Differenz zwischen einem Ausgangssignal von der Leistungsverstärkerschaltung und einem modellierten Ausgangssignal von dem Leistungsverstärkermodell repräsentiert, und ausgebildet ist zum iterativen Aktualisieren des Modellparameters durch ein Abwechseln zwischen dem Aktualisieren des Modellparameters und dem Berechnen der Inverse des Modells durch die Vorverzerrungseinheit.
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Optional ist die Parameterschätzeinheit auf einem Rückkopplungspfad angeordnet, der einen Ausgang der Leistungsverstärkerschaltung sowohl mit einem Eingang der Vorverzerrungseinheit als auch einem Eingang des Leistungsverstärkermodells koppelt.
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Wiederum optional umfasst das System ferner einen Vergleicher, der auf dem Rückkopplungspfad angeordnet ist, und einen ersten Vergleichereingang, der mit dem Ausgang der Leistungsverstärkerschaltung gekoppelt ist, einen zweiten Vergleichereingang, der mit einem Ausgang des Leistungsverstärkermodells gekoppelt ist, und einen Vergleicherausgang, um das Fehlersignal an einen Eingang der Parameterschätzeinheit bereitzustellen, aufweist.
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Optional ist Eingangssignal ein komplexes digitales Basisbandsignal.
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Wiederum optional ändert sich eine Verstärkungscharakteristik der Leistungsverstärkerschaltung auf nicht-lineare Weise aufgrund von Änderungen eines Betrags des Eingangssignals; und das Fehlersignal ändert den Modellparameter, um einen Betrag des Ausgangssignals, das an einem Ausgang der Leistungsverstärkerschaltung bereitgestellt ist, in Bezug auf den Betrag des Eingangssignals im Wesentlichen linear zu halten.
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Optional ist der Modellparameter direkt an die Vorverzerrungseinheit und direkt an das Leistungsverstärkermodell von der Parameterschätzeinheit bereitgestellt.
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Wiederum optional umfasst das System ferner t eine Einheit, die einen Satz von Amplitudensegmenten, die an Amplituden-Segment-Grenzen aneinanderstoßen, an das System bereitstellt; wobei der Modellparameter für jedes Amplitudensegment aktualisiert ist, und wobei die Vorverzerrungseinheit und das Leistungsverstärkermodell Polynome innerhalb der Amplitudensegmente verwenden, wobei die Polynomordnung abhängig von dem Verhalten des Verstärkers von Amplitudensegment zu Amplitudensegment variieren kann.
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Optional berechnet die Vorverzerrungseinheit das vorverzerrte Signal gemäß einer Summe von Polynomen mit Gedächtnis und gedächtnislosen Polynomen berechnet, die basierend auf dem Modellparameter abgestimmt sind.
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Wiederum optional berechnet die Vorverzerrungseinheit das vorverzerrte Signal gemäß der folgenden Funktion:
wobei h
00, h
0k, und h
mk Koeffizienten sind, und x(n) das Eingangssignal repräsentiert.
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Optional berechnet die Vorverzerrungseinheit das vorverzerrte Signal gemäß der folgenden Funktion:
wobei x(n) das Eingangssignal repräsentiert.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein System, umfassend eine Vorverzerrungseinheit, die ausgebildet ist zum Vorverzerren eines Eingangssignals basierend auf einem Modellparameter, wodurch ein vorverzerrtes Signal bereitgestellt ist; ein Frequenz-Aufwärtswandlungselement, um eine Frequenz des vorverzerrten Signals aufwärtszuwandeln, wodurch ein aufwärtsgewandeltes vorverzerrtes Signal bereitgestellt ist; eine Leistungsverstärkerschaltung, die ausgebildet ist zum Verstärken des aufwärtsgewandelten vorverzerrten Signals, wodurch ein aufwärtsgewandeltes Ausgangssignal bereitgestellt ist; ein Leistungsverstärkermodell, das ausgebildet ist zum Modellieren der Verstärkung des aufwärtsgewandelten vorverzerrten Signals durch den Leistungsverstärker basierend auf dem vorverzerrten Signal und dem Modellparameter; und ein Rückkopplungspfad, der einen Ausgang der Leistungsverstärkerschaltung mit der Vorverzerrungseinheit und dem Leistungsverstärkermodell koppelt, wobei der Rückkopplungspfad umfasst: ein Abwärtswandlungselement, um das aufwärtsgewandelte Ausgangssignal abwärtszuwandeln, wodurch ein abwärtsgewandeltes Ausgangssignal bereitgestellt ist; wobei der Rückkopplungspfad ausgebildet ist zum Aktualisieren des Modellparameters basierend auf einer Differenz zwischen dem abwärtsgewandelten Ausgangssignals und einem modellierten verstärkten Ausgangssignal von dem Leistungsverstärkermodell.
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Optional ist der Modellparameter direkt an die Vorverzerrungseinheit und direkt an das Leistungsverstärkermodell von einer Parameterschätzeinheit bereitgestellt, die sich auf dem Rückkopplungspfad befindet.
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Wiederum optional umfasst der Rückkopplungspfad eine Parameterschätzeinheit, die ausgebildet ist zum Aktualisieren des Modellparameters basierend auf sowohl dem vorverzerrten Signal als auch einem Fehlersignal, wobei das Fehlersignal repräsentativ für die Differenz zwischen dem abwärtsgewandelten Ausgangssignal und dem modellierten verstärkten Ausgangssignal ist.
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Optional umfasst das Rückkopplungspfad ferner einen Vergleicher, der auf dem Rückkopplungspfad angeordnet ist und einen ersten Vergleichereingang, der mit einem Ausgang der Leistungsverstärkerschaltung gekoppelt ist, einen zweiten Vergleichereingang, der mit einem Ausgang des Leistungsverstärkermodells gekoppelt ist, und einen Vergleicherausgang, um das Fehlersignal an einen Eingang der Parameterschätzeinheit bereitzustellen, aufweist.
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Wiederum optional berechnet die Vorverzerrungseinheit das vorverzerrte Signal gemäß einer Summe von Polynomen mit Gedächtnis und gedächtnislosen Polynomen, die basierend auf dem Modellparameter abgestimmt sind.
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Optional sind die gedächtnislosen Polynome berechnet unter Verwendung eines ersten Takts mit einer ersten Taktfrequenz, und wobei die Polynome mit Gedächtnis berechnet sind unter Verwendung eines zweiten Taktes mit einer zweiten Taktfrequenz, wobei die erste Taktfrequenz größer ist als die zweite Taktfrequenz.
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Wiederum optional berechnet die Vorverzerrungseinheit das vorverzerrte Signal gemäß der folgenden Funktion:
wobei h
00, h
0k, und h
mk Koeffizienten sind, und x(n) das Eingangssignal repräsentiert.
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Optional berechnet die Vorverzerrungseinheit das vorverzerrte Signal gemäß der folgenden Funktion:
wobei x(n) das Eingangssignal repräsentiert x.
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Wiederum optional ist das Eingangssignal ein komplexes digitales Basisbandsignal.
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Optional ändert sich eine Verstärkungscharakteristik der Leistungsverstärkerschaltung auf nicht-lineare Weise aufgrund von Änderungen eines Betrags des Eingangssignals; und das Fehlersignal ändert den Modellparameter, um einen Betrag des Ausgangssignals, das an einem Ausgang der Leistungsverstärkerschaltung bereitgestellt ist, in Bezug auf den Betrag des Eingangssignals im Wesentlichen linear zu halten.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein System, umfassend eine Vorverzerrungseinheit, die ausgebildet ist zum Vorverzerren eines Eingangssignals basierend auf einem Modellparameter, wodurch ein vorverzerrtes Signal bereitgestellt ist; eine nicht-lineare Schaltung, die ausgebildet ist zum Verarbeiten des vorverzerrten Signals; ein nicht-lineares Schaltungsmodell, das ausgebildet ist zum Modellieren des Verarbeitens des vorverzerrten Signals durch die nicht-lineare Schaltung basierend auf dem vorverzerrten Signal und dem Modellparameter; und einen Rückkopplungspfad, der einen Ausgang der nicht-linearen Schaltung mit der Vorverzerrungseinheit und dem nicht-linearen Schaltungsmodell koppelt, wobei der Rückkopplungspfad ausgebildet ist zum Aktualisieren des Modellparameters basierend auf einer Differenz zwischen einem Ausgangssignal von der nicht-linearen Schaltung und einem modellierten Ausgangssignal von dem nicht-linearen Schaltungsmodell, und zum Bereitstellen des aktualisierten Modellparameters direkt an die Vorverzerrungseinheit und direkt an das nicht-lineare Schaltungsmodell von einer Parameterschätzeinheit, die sich auf dem Rückkopplungspfad befindet.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren einer drahtlosen Datenübertragung, umfassend ein Empfangen eines Eingangssignals; ein Vorverzerren des Eingangssignals basierend auf einem Modellparameter, h, wodurch ein vorverzerrtes Signal erhalten wird; ein Verstärken des vorverzerrten Signals unter Verwendung einer Leistungsverstärkerschaltung, wodurch ein Ausgangssignal bereitgestellt wird; ein Vergleichen von Abtastwerten eines modellierten Ausgangssignals mit Abtastwerten des Ausgangssignals zum Bereitstellen eines Fehlersignals, wobei das Fehlersignal eine Differenz zwischen den Abtastwerten des modellierten Ausgangssignals und den Abtastwerten des Ausgangssignals repräsentiert; ein Aktualisieren des Modellparameters unter Verwendung einer Schätzung der kleinsten Quadrate zum Minimieren des Fehlersignals; und ein Aktualisieren sowohl des modellierten Ausgangssignals als auch des vorverzerrten Signals basierend auf dem aktualisierten Modellparameter.
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Optional wird das Aktualisieren des Modellparameters aktualisiert durch ein iteratives Nähern einer Inverse der Leistungsverstärkerschaltung durch ein Schätzen eines gedächtnislosen Polynoms über K Iterationen und ein Schätzen eines Polynoms mit Gedächtnis über M Iterationen, wobei K größer ist als.
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Wiederum optional wird das vorverzerrte Signal gemäß der folgenden Funktion berechnet wird:
wobei h
00, h
0k, und h
mk Koeffizienten sind, und x(n) das Eingangssignal repräsentiert.
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Optional wird das vorverzerrte Signal gemäß der folgenden Funktion berechnet:
wobei x(n) das Eingangssignal repräsentiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die folgende Beschreibung und beigefügten Zeichnungen legen ausführlich bestimmte veranschaulichende Aspekte und Implementierungen der Erfindung dar. Diese zeigen nur einige der verschiedenen Wege auf, mit denen sich die Grundsätze der Erfindung anwenden lassen.
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1 stellt ein Übertragungssystem mit einer verbesserten adaptiven Vorverzerrung gemäß einigen Ausführungsbeispielen dar.
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2 stellt ein Blockdiagramm eines Übertragungssystems, das I-Q-Daten verwendet, gemäß einigen Ausführungsbeispielen dar.
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3 stellt ein Blockdiagramm einer Vorverzerrungseinheit gemäß einigen Ausführungsbeispielen dar.
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4 stellt ein Verfahren in Flussdiagrammformat gemäß einigen Ausführungsbeispielen dar.
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5 stellt ein Blockdiagramm einer Vorverzerrungseinheit, die eine segmentweise stückweise Näherung verwendet, gemäß einigen Ausführungsbeispielen dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nun in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleich nummerierte Elemente gleiche Teile repräsentieren. Die Figuren und die beigefügte Beschreibung der Figuren sind für Veranschaulichungszwecke bereitgestellt und schränken den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise ein.
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Die vorliegende Offenbarung stellt verbesserte Übertragungssysteme bereit, die eine Vorverzerrung verwenden, um die Linearität von nicht-linearen Bauelementen zu verbessern. Beispiele solcher nicht-linearer Bauelemente können Leistungsverstärker, z. B. in drahtlosen Basisstationen; Leitungstreiber in drahtlosen Sendeempfängern, elektro-optische Wandler für Glasfaserkommunikationssendeempfänger, Leistungsverstärker-Test- und -Charakterisierungs-Ausrüstung umfassen.
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1 zeigt ein Beispiel eines Übertragungssystems 100 mit verbesserter adaptiver Vorverzerrung gemäß einigen Ausführungsbeispielen. Das Übertragungssystem 100 umfasst einen Systemeingang 102, an dem ein Eingangssignal, x(n), z. B. ein komplexes digitales Basisbandsignal, empfangen wird. Das System 100 weist auch einen Systemausgang 104 auf, an dem ein Ausgangssignal, y'(t), z. B. ein Zwischenfrequenz- (IF-) oder ein RF-Signal, bereitgestellt ist. Idealerweise weist das Ausgangssignal, y'(t), die gleichen Signalcharakteristika auf wie das Eingangssignal, x(n), aber bei der IF oder der RF und mit einem verstärkten Betrag. Während herkömmliche Ausgangssignale häufig auf nicht-lineare Weise verstärkt sind (wodurch das Ausgangssignal bei größeren Signalbeträgen unterwünscht komprimiert wird, zum Beispiel aufgrund von Sättigung), worauf hierin ausführlicher hingewiesen wird, kann das System 100 aufgrund der hierin bereitgestellten adaptiven Vorverzerrungstechniken eine im Wesentlichen lineare Verstärkung aufweisen. Verglichen mit herkömmlichen Ansätzen, wobei der Betrag des Ausgangssignals auf nicht-lineare Weise im Zeitablauf verzerrt sein kann, begrenzt das System 100 die Menge der in das Ausgangssignal injizierten Signalverzerrung und verbessert dadurch die Signalqualität in dem System.
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Um dieses Verhalten (behavior) zu erreichen, umfasst das Übertragungssystem 100 eine Vorverzerrungseinheit 106, eine Leistungsverstärkerschaltung 108 und ein Leistungsverstärkermodell 110, wobei das Leistungsverstärkermodell 110 eine Verstärkung von Signalen durch die Leistungsverstärkerschaltung 108 unter Verwendung eines mathematischen Modells, z. B. eine Polynomnäherung, modelliert. Ein Koppler 112 leitet einen winzigen Bruchteil des RF-Ausgangssignals, y'(t), zurück auf einen Rückkopplungspfad 114, was das Basisbandrückkopplungssignal y(n) ergibt, während nahezu die gesamte Leistung des Ausgangssignals ihren Weg zu dem Ausgang 104 und einer Sendeantenne (TX-Antenne) fortsetzt. Der Rückkopplungspfad 114 erstreckt sich von dem Koppler 112 zurück zu der Vorverzerrungseinheit 106 und dem Leistungsverstärkermodell 110. Der Rückkopplungspfad 114 umfasst einen Vergleicher 116 und eine Parameterschätzeinheit 118. Der Vergleicher 116 weist einen ersten Vergleichereingang, der mit dem Ausgang des Kopplers 112 gekoppelt ist, einen zweiten Vergleichereingang, der mit einem Ausgang des Leistungsverstärkermodells 110 gekoppelt ist und einen Vergleicheraungang, um ein Fehlersignal, e(n), an einen Eingang der Parameterschätzeinheit 118 bereitzustellen, auf.
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Ein Beispiel eines Betriebs des Systems 100 ist nun beschrieben. Während einer ersten Zeitperiode ist das Eingangssignal x(n) an einen Eingang der Vorverzerrungseinheit 106 bereitgestellt, und die Vorverzerrungseinheit 106 verzerrt das Eingangssignal, x(n), basierend auf einem Modellparameter, h, vor, wodurch ein vorverzerrtes Signal, z(n), an einem Ausgang der Vorverzerrungseinheit 106 bereitgestellt wird. Dieses vorverzerrte Signal, z(n), das typischerweise ein digitales Signal ist, wird dann durch einen Digital-Analog-Wandler (DAC; DAC = digital to analog converter) in ein analoges Signal umgewandelt, und die Frequenz dieses analogen Signals wird dann durch ein Aufwärtswandlungselement in Block 120 aufwärtsgewandelt. Die Leistungsverstärkerschaltung 108 verstärkt das aufwärtsgewandelte, vorverzerrte Signal, z'(t), wodurch das Ausgangssignal y(t) bereitgestellt wird. Idealerweise wäre das Ausgangssignal, y(t), eine linear verstärkte (und analog aufwärtsgewandelte) Version des Eingangssignals, x(n), aber tatsächlich kann das Ausgangssignal y(t) während der ersten Zeitperiode etwas zusätzliche Nichtlinearität zeigen, z. B. eine Komprimierung oder Sättigung (z. B. Unterschreitung (undershoot)) für Signalspitzen.
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Ein erheblicher Abschnitt der Leistung des Ausgangssignals, y(t), wird durch den Ausgang 104 an die TX-Antenne übertragen, wie durch das Ausgangssignal y'(t) gezeigt, aber der Koppler 112 leitet einen kleinen Abschnitt der Ausgangssignalleistung an den Rückkopplungspfad 114 zur Analyse um. Der Rückkopplungspfad 114 wandelt das Ausgangssignal abwärts und wandelt dieses Signal in ein digitales Signal unter Verwendung einer Abwärtswandlung und eines ADC-Elements 122 um, wodurch sich ein Basisbandrückkopplungssignal y(n) ergibt. Der Vergleicher 116 vergleicht das Basisbandrückkopplungssignal, y(n), mit einem modellierten Ausgangssignal, y(n)–e(n), von dem Leistungsverstärkermodell 110, wodurch ein Fehlersignal, e(n), bereitgestellt wird. Dieses Fehlersignal, e(n), repräsentiert eine Differenz zwischen dem Basisbandrückkopplungssignal y(n) und entsprechenden Punkten auf einer modellierten Ausgangssignalkurve, y(n)–e(n). Basierend sowohl auf dem Fehlersignal, e(n), als auch dem vorverzerrten Signal, z(n), aktualisiert die Parameterschätzeinheit 118 den/die Modellparameter, h, um eine Menge dh, und der aktualisierte Modellparameter, h, wird dann zurückgeführt zu der Vorverzerrungseinheit 106 und dem Leistungsverstärkermodell 110.
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Um eine Nichtlinearität in der Leistungsverstärkerschaltung 108 zu kompensieren aktualisiert die Parameterschätzeinheit 118 iterativ den Modellparameter, h, und verwendet diesen Modellparameter, h, um sowohl das Leistungsverstärkermodell 110 als auch die Vorverzerrungseinheit 106 in einer Weise abzustimmen, die das Fehlersignal, e(n), unter Verwendung einer Schätzung der kleinsten Quadrate minimiert. Auf diese Weise wird, im Laufe der Zeit, das Basisbandrückkopplungssignal y(n) und wichtiger noch das Ausgangssignal, y'(t), linearer in Bezug auf das Eingangssignal, x(n) (d. h. der Fehler, e(n), wird im Zeitablauf kleiner). Während der ersten Zeitperiode ist der modellierte Leistungsverstärkerausgang, y(n)–e(n), zum Beispiel eine lineare verstärkte Version des Eingangssignals, x(n), aber das Basisbandrückkopplungssignal, y(n), kann das modellierte Ausgangssignal y(n)–e(n) aufgrund einer Sättigung der Leistungsverstärkerschaltung 108 unterschreiten. Die Parameterschätzeinheit 118 aktualisiert den Modellparameter, h, um den Betrag des vorverzerrten Signals, z(n), relativ zu dem Eingangssignal x(n) für eine zweite Zeitperiode, die nach der ersten Zeitperiode ist, leicht zu erhöhen. Da die Vorverzerrungseinheit 106 und das Leistungsverstärkermodell 110 jeweils einen aktualisierten Modellparameter h für die zweite Zeitperiode empfangen, ist das Basisbandrückkopplungssignal y(n) somit viel näher an dem Leistungsverstärkermodellausgangssignal, y(n)–e(n), für die zweite Zeitperiode, und das Fehlersignal, e(n), ist relativ zu der ersten Zeitperiode reduziert. Diese Rückkopplung wird auf fortlaufende Weise fortgesetzt, und nach mehreren Aktualisierungsperioden ist das Basisbandrückkopplungssignal, y(n), eine im Wesentlichen linear verstärkte Version des Eingangssignals, x(n). Somit verzerrt die Vorverzerrungseinheit 106 das Eingangssignal x(n) basierend auf dem Modellparameter h durch ein direktes Berechnen einer Inverse des Leistungsverstärkermodells 110 auf iterative Weise vor. Die Vorverzerrungseinheit 106 wechselt zwischen dem Berechnen der Inverse des Leistungsverstärkermodells 110 und dem Aktualisieren des Modellparameters h ab, wodurch ein vorverzerrtes Signal z(n) bereitgestellt wird.
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Es versteht sich, dass die offenbarten adaptiven Vorverzerrungstechniken eine segmentweise stückweise Polynomnäherung verwenden können. Somit ist der Amplitudenbereich in eine Anzahl von Amplitudensegmenten unterteilt, und der Modellparameter h, wird für diese Amplitudensegmente sukzessiv aktualisiert. Die Vorverzerrungseinheit und das Leistungsverstärkermodell können Polynome verwenden, die innerhalb eines jeden Amplitudensegments kontinuierlich und differenzierbar sind und an den Amplitudensegmentgrenzen (abhängig von der Polynomordnung) „Knicke” aufweisen können oder nicht. Der Modellparameter wird für jedes Amplitudensegment aktualisiert, und die Vorverzerrungseinheit und das Leistungsverstärkermodell verwenden Polynome innerhalb der Amplitudensegmente, wobei die Polynomordnung von Amplitudensegment zu Amplitudensegment abhängig von dem Verhalten des Verstärkers variieren kann.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige der Einheiten und/oder Schaltungen in 1 in Hardware implementiert sein, während andere Einheiten aus 1 in Software implementiert sein können. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist zum Beispiel die Leistungsverstärkerschaltung 108 auf einer diskreten integrierten Schaltung enthalten, während die Vorverzerrungseinheit 106, das Leistungsverstärkermodell 110, der Vergleicher 116 und die Parameterschätzeinheit 118 zum Beispiel in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) implementiert sein können. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Vorverzerrungseinheit 106, das Leistungsverstärkermodell 110, der Vergleicher 116 und die Parameterschätzeinheit 118 als Anweisungen implementiert, die in einem Halbleiterspeicher gespeichert sind und auf einem Prozessor, z. B. einem Mikroprozessor, Mikrocontroller, Basisbandprozessor oder digitalen Signalprozessor, ausgeführt werden. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen können alle Komponenten auf einer einzelnen monolithischen IC oder in einer dreidimensionalen gehäusten IC, bestehend aus mehreren übereinandergestapelten Chips, in einem IC-Gehäuse integriert sein.
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2 zeigt ein Beispiel, wobei die adaptiven Vorverzerrungstechniken in dem Kontext eines IQ-Senders 200 eingesetzt werden. Bei diesem Beispiel weist das Eingangssignal I-Daten- und Q-Daten-Komponenten auf, die in der Form eines Basisbandsignals von einem Basisbandprozessor 202 bereitgestellt sind. Das Ausgangssignal y'(t) wird von einer RF-Antenne 204 drahtlos übertragen. Eine Diskrete-Zeit-zu-Kontinuierliche-Zeit-Umwandlung, eine Diskrete-Amplitude-zu-Kontinuierlicher-Amplitude-Umwandlung sowie eine Frequenz-Aufwärtswandlung des vorverzerrtes Signals wird durch Digital-Analog-Wandler (DAC) (206, 208), I- und Q-Mischer (210, 212) und einen Lokaloszillator (LO; LO = local oscillator) (214), der ein LO-Signal mit einer 90°-Phasenverschiebung zwischen dem I- und dem Q-Datenpfad bereitstellt, erreicht. Während 2 einen IQ-Sender zeigt, sind die vorliegenden adaptiven Vorverzerrungstechniken auch auf andere Typen von Sendern, z. B. Polarsender, anwendbar, die als in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallend betrachtet werden.
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BEISPIEL 1
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Um ein ausführlicheres Beispiel dafür bereitzustellen, wie die Vorverzerrungseinheit 106 und das Leistungsverstärkermodell 110 in diesem System 100 und anderen Übertragungssystemen implementiert sein können, stellt die folgende Beschreibung eine strenger mathematische Aufbereitung des Systems bereit. Bei diesem System wird die Vorverzerrungseinheit 106 iterativ abgestimmt, um die Inverse der Leistungsverstärkerschaltung 108 kontinuierlich zu repräsentieren.
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In dem ersten Schritt wird ein Anfangsparameter, h, an das Leistungsverstärkermodell 110 bereitgestellt und Anfangseingangsdaten x(n) werden verarbeitet. Der Modellausgang, y(n)–e(n), der mit diesem Anfangsparameter, h, erhalten wird, wird dann mit dem Rückkopplungssignal, y(n), verglichen, was zu einem Fehlersignalvektor, e(n), führt. Die Parameterschätzeinheit 118 verwendet dann den Fehlersignalvektor, e(n), und den Vektor des vorverzerrten Signals, z(n), um einen aktualisierten Vektor, dh, unter Verwendung eines Schätzers der kleinsten Quadrate zu schätzen. Dies kann durch die folgende Matrixoperation erfolgen: dh = (ZHZ)–1ZHe (1a) wobei die Matrix Z alle nichtlinearen Eingangssignalkombinationen abhängig von dem Leistungsverstärkermodell 110 umfasst, und das hochgestellte H die hermitesche Transponierte bezeichnet. Um die Lösung für den Vektor dh zu stabilisieren, wird die Gleichung (1a) durch ein Hinzufügen eines Koeffizienten μ wie folgt angepasst wird: dh = (ZHZ + μI)–1ZHe (1b) wobei μ als Kompromiss für einen Restfehler und die Norm des Lösungsvektors dh gewählt werden kann. Dieser Anpassungsschritt hilft beim Erhalten eines „kleinen” (hinsichtlich der Norm) Koeffizientenvektors, um eine Stabilität der Vorverzerrungseinheit 106 sicherzustellen.
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Wenn dh gemäß (1b) berechnet wird, kann der Modellparametervektor h aktualisiert werden gemäß: h(i+1) = h(i) + μdh (2) was an das Leistungsverstärkermodell 110 bereitgestellt wird und verwendet wird, um die Leistungsverstärkerinverse für die Vorverzerrungseinheit 106 zu berechnen. Der Parameter μ steuert die Aktualisierungsgeschwindigkeit. Sobald die aktualisierte Leistungsverstärkerinverse berechnet ist, wird der Parameter, h, für das Leistungsverstärkermodell 110 und die Vorverzerrungseinheit 106 aktualisiert, um die tatsächliche Inverse der Leistungsverstärkerschaltung 108 besser widerzuspiegeln. Die gesamte Prozedur wird innerhalb einer Schleife durchgeführt, um die Linearisierung auf iterative Weise zu verbessern und um die verwendete Vorverzerrungsmenge nachzuverfolgen, wenn das Verhalten der Leistungsverstärkerschaltung 108 sich im Zeitablauf ändert.
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Um ein gutes Gesamtlinearisierungsverhalten (performance) mit der Vorverzerrungseinheit
106 zu erhalten, ist es erforderlich, dass das Leistungsverstärkermodell
110 eine gute Näherung des Basisbandrückkopplungssignals, y(n), erzeugt. Im Allgemeinen können nichtlineare Modelle mit oder ohne Gedächtnis (memory), z. B. Wiener-Polynome, Hammerstein-Polynome, Polynome mit Gedächtnis oder verallgemeinerte Polynome mit Gedächtnis, für das Leistungsverstärkermodell
110 verwendet werden. Zur Veranschaulichung beschreibt diese Offenbarung das Konzept in Bezug auf ein Polynom mit Gedächtnis, das ein gutes Basismodell für Breitbandanwendungen ist, wie folgt:
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In Gleichung (3) bezeichnet hmk die Elemente des Parametervektors, h, die geschätzt werden sollen, um das Fehlerquadrat (den ins Quadrat erhobenen Betrag des Fehlersignals), e(n), in 1 zu minimieren Die ersten beiden Terme auf der rechten Seite der Gleichung (3) sind gedächtnislose Polynome, und die anderen Terme sind Polynome mit Gedächtnis. Eine Ausgabe eines Polynoms mit Gedächtnis ist nicht nur eine Funktion des aktuellen Eingangssignals, sondern auch eine Funktion von vergangenen Eingangssignalen und/oder Ausgangssignalen; während gedächtnislose Polynome nur eine Funktion des aktuellen Eingangssignals sind.
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Da das Basisbandrückkopplungssignal y(n) idealerweise nicht identisch mit dem Eingangssignal, x(n), ist, ist die linke Seite ŷ(n) von (3) gleich gesetzt mit dem Eingangssignal x(n) und Gleichung (3) wird umgestellt, um das vorverzerrte Signal z(n) zu ergeben gemäß:
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Somit kann das vorverzerrte Signal z(n), wie durch die Vorverzerrungseinheit 106 bereitgestellt, berechnet werden durch ein Durchführen einer Summenbildung aus gedächtnislosen Polynomen (H1) und Polynomen mit Gedächtnis (H2).
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Wie in dem Blockdiagramm in
3 gezeigt, kann das vorverzerrte Signal, z(n), von Gleichung (4) durch eine Vorverzerrungseinheit
300 mit nichtlinearer Rückkopplung berechnet werden. Die Vorverzerrungseinheit
300 kann das Eingangssignal x(n) in einem Puffer
302 speichern. Ein Koeffizient 1/h
00 (
304) kann auf das gepufferte Eingangssignal in
302 angewandt werden. Ein Verzögerungselement (Puffer) (
306) stellt die Eingabe für den gedächtnislosen Polynomprozessor (
308) bereit. Da das durch (4) gegebene, vorverzerrte Signal z(n) auf der rechten Seite von (4) benötigt wird, wird z(n) auf iterative Weise berechnet. In der ersten Iteration wird das (unbekannte) z(n) auf der rechten Seite von (4) durch x(n) ersetzt, was eine erste Näherung von z(n) ergibt, die in der zweiten Iteration anstelle von z(n) auf der rechten Seite von (4) verwendet wird usw. Da ein Verwenden des Vorverzerrungssignals z(n) zum Berechnen des Vorverzerrungssignals z(n) eine nichtkausale Operation ist, läuft der H1-Block
310 auf einer Taktgeschwindigkeit fclk × K. Nach mehreren Iterationen (im Allgemeinen, K) konvergiert z(n) und ist akkurat genug, um den nächsten Abtastwert z(n + 1) zu erzeugen, der wiederum eine Näherung ist und wiederum K-Iterationen benötigt, um akkurate Ergebnisse zu erhalten. Um diese rekursive Operation durchzuführen, laufen der H1-Block
310 und der H2-Block
312 (die H1 und H2 in Gleichung (4) entsprechen) mit unterschiedlichen Taktgeschwindigkeiten. Der H1-Block
310 läuft bei einer Frequenz fclk × K, während der H2-Block
312 bei einer Frequenz fclk läuft (d. h. der H1-Block
310 läuft K-mal schneller als der H2-Block
312), weil die Vorverzerrungseinheit K Iterationen durchführt, um einen Abtastwert des erwünschten vorverzerrten Signals z(n) zu bestimmen. Daher kann die Gleichung (4) umgeschrieben werden in der finalen Form:
wobei z
(0)(n) = x(n), und j die Iterationszahl zum Nähern des vorverzerrten Signals z(n) ist.
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4 stellt die Vorverzerrungsoperation als ein Flussdiagramm 400 dar, um wiederum die verschachtelten Operationen zum Verbessern des Leistungsverstärkermodells durch 110 und die Vorverzerrungseinheit 106 darzustellen.
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Das Verfahren 400 beginnt bei 402, wobei ein Eingangssignal x(n) empfangen wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Eingangssignal ein digitales Basisbandsignal. Zum Beispiel kann das Eingangssignal ein komplexes digitales Basisbandsignal in der Form eines IQ-Basisbandsignals sein, oder kann ein digitales Polarbasisbandsignal sein.
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Bei 404 wird das Eingangssignal x(n) basierend auf einem Modellparameter, h, vorverzerrt, wodurch das vorverzerrte Signal, z(n), erhalten wird. Innerhalb des Blocks 404 wird bei 414 ein Abtastwert für das Vorverzerrungssignal z(n) in der Vorverzerrungseinheit berechnet. Der Abtastwert wird iterativ über K Iterationen berechnet, um eine gute Näherung der Inverse der Leistungsverstärkerschaltung bereitzustellen.
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Bei 406 wird das vorverzerrte Signal verstärkt unter Verwendung einer Leistungsverstärkerschaltung nach einer Digital-Analog-Wandlung und Aufwärtswandlung, wodurch das Basisbandrückkopplungssignal y(n) durch ein Koppeln, eine Abwärtswandlung und die Analog-Digital-Wandlung bereitgestellt wird.
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Bei 408 werden N Abtastwerte eines modellierten Ausgangssignals oder des vorverzerrten Signals z(n) mit N Abtastwerten des Basisbandrückkopplungssignals, y(n), verglichen, um ein Fehlersignal, e(n), bereitzustellen. Das Fehlersignal repräsentiert eine Differenz zwischen den verglichenen Signalen.
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Bei 410 wird eine Aktualisierung, dh, für den Modellparameter h unter Verwendung einer Schätzung der kleinsten Quadrate berechnet, um das Fehlersignal e(n) zu minimieren.
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Bei 412 werden das Leistungsverstärkermodell und die Vorverzerrungseinheit basierend auf dem aktualisierten Modellparameter (h(i+1) = h(i) + ☐dh) aktualisiert.
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BEISPIEL 2
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In der in
3 dargestellten Vorverzerrungseinheit
300 und den entsprechenden Gleichungen (3) bis (5) betrachtete diese Offenbarung Polynome mit Gedächtnis für das Modellieren. Die Polynome mit Gedächtnis inkorporieren ein Gedächtnis nur entlang der Diagonalen des allgemeinen Volterra-Kerns, was das erreichbare Linearisierungsverhalten insbesondere bei komplizierteren hocheffizienten Leistungsverstärkerarchitekturen, z. B. einer Doherty-Architektur, begrenzen kann. Daher stellt die vorliegende Offenbarung auch eine flexible Architektur bereit, die in der Lage ist, eine Klasse von leistungsstarken Modellen zu realisieren, die beschrieben sind durch:
wobei L
i koeffizientenabhängige Operatoren sind und der letzte Term nur von Eingangsabtastwerten aus der Vergangenheit abhängt. Als ein Beispiel kann das bekannte Verallgemeinertes-Polynome-Mit-Gedächtnis-Modell (GMP-Modell; GMP = generalized memory polynomial) auf diese Architektur abgebildet werden. Ferner kann es vorteilhaft sein, eine segmentweise, stückweise Polynomnäherung auf diese Architektur anzuwenden. Das segmentweise stückweise Polynommodell kann wie folgt geschrieben werden:
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Gleichung (6) kann ähnlich zu dem Polynom-Mit-Gedächtnis-Modell umgestellt werden und kann auf diese Architektur abgebildet werden, wodurch man die folgende Näherung für das vorverzerrte Signal erhält:
wobei die Operationen L die Summenausdrücke in Gleichung (6) beschreiben. Die Operatoren L können als Funktionen oder Nachschlagetabellen implementiert sein.
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5 stellt eine Vorverzerrungseinheitsarchitektur 500 dar, die durch Gleichung (7) beschrieben ist. In 5 wird ein Eingangssignal x(n) an einem Puffer 502 empfangen. Ein erstes Summierungselement 504 wendet das Eingangssignal auf einen ersten Satz von Polynomen an, die in einem Puffer 506 gespeichert sind. Das sich ergebende Signal bei 508 ist an ein zweites Summierungselement 510 bereitgestellt, das das vorverzerrte Signal zj(n) bereitstellt. Um das vorverzerrte Signal abgestimmt zu halten, um die Inverse des Leistungsverstärkers zu repräsentieren, wird das vorverzerrte Signal bei 512 gepuffert und dann an ein Absolutwertbestimmungselement 514 sowie einen Vervielfacher oder Mischer 516 bereitgestellt. Der Absolutwert (oder Betrag) von zj(n) wird dann auf den ersten Operator L0 angewandt. Andere Operatoren L1, ..., Lg, die jeweils in Puffer 518, ..., 520 gespeichert sind, werden an einem dritten Summierungselement 522 auch berücksichtigt. Das Ergebnis ist eine segmentweise stückweise Polynomnäherung, die eine gute Linearität für das Übertragungssystem bereitgestellt.
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Während die hierin dargestellten Verfahren als eine Serie von Handlungen oder Ereignissen beschrieben sind, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung durch die dargestellte Reihenfolge solcher Handlungen oder Ereignisse nicht begrenzt ist. Zum Beispiel können gemäß der Erfindung einige Handlungen in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen oder Ereignissen zusätzlich zu den hierin Dargestellten und/oder Beschriebenen auftreten. Zusätzlich ist es nicht erforderlich, dass alle dargestellten Schritte eine Methodologie gemäß der vorliegenden Erfindung implementieren. Ferner können die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Betrieb von hierin dargestellten und beschriebenen Systemen sowie in Verbindung mit nicht dargestellten, anderen Systemen implementiert sein, wobei alle solche Implementierungen als in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung und der beigefügten Ansprüche fallend betrachtet werden.
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Obgleich diese Erfindung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen dargestellt und beschrieben worden ist, können Abänderungen und/oder Modifikationen an den dargestellten Beispielen vorgenommen werden, ohne von dem Sinn und Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
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Insbesondere hinsichtlich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Blöcke, Einheiten, Maschinen, Zusammensetzungen, Bauelemente, Schaltungen, Systeme etc.) durchgeführt werden, sollen die Begriffe (einschließlich einem Bezug zu einem „Mittel”), die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendet werden, sofern nicht anderweitig angezeigt jeglicher Komponente oder Struktur entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente (oder eines anderen funktionell gleichwertigen Ausführungsbeispiels) durchführt, wenngleich strukturell nicht gleichwertig zu der offenbarten Struktur, die die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Erfindung durchführt.
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Während ein bestimmtes Merkmal der Erfindung möglicherweise in Bezug auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart worden ist, kann ein solches Merkmal zusätzlich mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie dies für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht oder vorteilhaft ist. Soweit die Begriffe „einschließlich”, „schließt ein”, „aufweisend”, „weist auf”, „mit” oder Varianten derselben in entweder der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Begriffe ferner in ähnlicher Weise zu dem Begriff „umfassend” einschließend sein. Soweit die Begriffe „Zahl”, „Mehrzahl”, „Serie” oder Varianten derselben in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, umfassen solche Begriffe jegliche Zahl, einschließlich, aber nicht begrenzt auf: positive Ganzzahlen, negative Ganzzahlen, Null und andere Werte.
