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Die Erfindung betrifft eine Sende-Empfangsvorrichtung, ein Fahrzeug mit zumindest einer Sende-Empfangsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Sende-Empfangsvorrichtung.
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US 10 165 513 B1 offenbart eine Sende-Empfangsvorrichtung.
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Sende-Empfangsvorrichtungen, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen verwendet werden, weisen Kompensatoren auf, um die Dämpfung der Signale zwischen einer Steuereinheit und einer Antenne auszugleichen. Die Kompensatoren zum Verstärken von Empfangssignalen, welche von der Antenne an die Steuereinheit geleitet werden, unterscheiden sich dabei von den Kompensatoren zur Verstärkung der Sendesignale, welche von der Steuereinheit an die Antenne geleitet werden. Zu diesem Zweck werden Schalteinrichtungen verwendet, welche die Steuereinheit und die Antenneneinheit entweder über einen Empfangspfad oder einen Sendepfad miteinander verbinden.
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Bei Duplexübertragungsverfahren können in einem Zeitfenster entweder Empfangssignale empfangen oder Sendesignale gesandt werden. Standardmäßig wird durch Schalteinrichtungen der Empfangspfad geschaltet, um einen Empfang von Empfangssignalen zu ermöglichen. Um ein Versenden von Sendesignalen zu ermöglichen, ist es erforderlich dass die Schalteinrichtung auf den Sendepfad umschaltet. Nach dem Stand der Technik existieren mehrere Verfahren, um die Schalteinrichtung auf den Sendepfad zu schalten.
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Ein einfacher Ansatz verwendet Detektoren, welche das von der Steuereinheit ausgesandte Sendesignal detektieren, um in diesem Fall auf den Sendepfad zu schalten. Nachteilig an diesem Ansatz ist, dass aufgrund einer Umschaltzeit der Schalteinrichtung ein Teil des Sendesignals verloren geht.
Andere Ansätze erfordern zusätzliche Komponenten in der Steuereinheit und der Schalteinrichtung. So sehen diese Ansätze eine Verwendung von digitalen Pilotsignalen vor, welche von der Steuereinheit an die Schalteinrichtung vor dem Versand des Sendesignals übertragen werden. Dabei ist es erforderlich, das digitale Signal seitens der Steuereinheit mittels eines Kondensators auf die Leitung zu koppeln und auf der Seite des Kompensators wieder zu rekonstruieren. Ein weiterer Ansatz ist es, ein Pilotsignal auf einer anderen Frequenz als der Frequenz des Sendesignals von der Steuereinheit an die Kompensatoreinrichtung zu übertragen.
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Es ist eine Aufgabe, eine Sende-Empfangsvorrichtung bereitzustellen, welche ein Umschalten von einem Empfangspfad auf einen Sendepfad mit möglichst wenig zusätzlichen Schaltungselementen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.
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Die Erfindung betrifft eine Sende-Empfangsvorrichtung, die zumindest eine Antenne, zumindest eine Kompensatoreinrichtung und zumindest eine Steuereinheit aufweist. Die zumindest eine Steuereinheit kann beispielsweise ein Transceiver sein, welcher dazu eingerichtet ist, über ein TDD-System (time division duplex) zu kommunizieren. Die zumindest eine Steuereinheit ist mit zumindest einem Steueranschluss der zumindest einen Kompensatoreinrichtung verbunden. Die zumindest eine Antenne ist mit zumindest einem Antennenanschluss der Kompensatoreinrichtung verbunden. Die Kompensatoreinrichtung weist eine Schalteinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Antennenanschluss und den zumindest einen Steueranschluss entweder über einen Empfangspfad der Kompensatoreinrichtung oder über einen Sendepfad der Kompensatoreinrichtung miteinander zu verbinden. Mit anderen Worten kann eine Verbindung zwischen dem zumindest einen Antennenanschluss und dem zumindest einen Steueranschluss entweder über den Empfangspfad oder den Sendepfad bereitgestellt werden. Die Schalteinrichtung ist dazu eingerichtet, die Verbindung entweder über den Empfangspfad oder den Sendepfad herzustellen. Der Empfangspfad weist zumindest einen Empfangsverstärker zum Verstärken eines Empfangssignals auf. Der Empfangsverstärker ist dazu eingerichtet, ein über den Empfangspfad geleitetes Empfangssignal zu verstärken, um Dämpfungsverluste des Empfangssignals auszugleichen. Der Sendepfad weist zumindest einen Sendeverstärker auf, der dazu eingerichtet ist, ein über den Sendepfad geleitetes Sendesignal zu verstärken, um Dämpfungsverluste des Sendesignals auszugleichen.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, vor einem Versand des Sendesignals ein vorbestimmtes Pilotsignal zu versenden. Mit anderen Worten ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den Versand des Sendesignals an die Kompensatoreinrichtung durch ein vorheriges Versenden des vorbestimmten Pilotsignals anzukündigen. Die Schalteinrichtung ist dazu eingerichtet, bei einer Erfassung des vorbestimmten Pilotsignals, den zumindest einen Steueranschluss mit dem zumindest einen Antennenanschluss über den Sendepfad zu verbinden. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Schalteinrichtung dazu eingerichtet ist, das vorbestimmte Pilotsignal bei einem Empfang zu detektieren. Die Schalteinrichtung ist dazu eingerichtet, die Verbindung zwischen dem zumindest einen Steueranschluss mit dem zumindest einen Antennenanschluss über den Sendepfad bereitzustellen. Es ist vorgesehen, dass die Kompensatoreinrichtung dadurch derart geschaltet wird, dass das Sendesignal, welches von der Kompensatoreinrichtung an dem zumindest einen Steuereinschluss empfangen wird, über den Sendepfad der Kompensatoreinrichtung geleitet wird, damit es durch den Sendeverstärker verstärkt und anschließend an dem zumindest einen Antennenanschluss bereitgestellt werden kann.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass in der Steuereinheit und der Kompensatoreinrichtung keine zusätzlichen Elemente zur Erzeugung, beziehungsweise zur Erfassung des Pilotsignals bereitgestellt werden, welche nicht schon in Kompensatoreinrichtungen nach dem Stand der Technik vorhanden sind.
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Die Erfindung umfasst auch optionale Weiterbildungen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Sendezeit zwischen einem Einleiten einer Übertragung des Pilotsignals und einem Einleiten der Übertragung des Sendesignals eine gleiche Länge aufweist wie eine Umschaltzeit der Schalteinrichtung. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das Pilotsignal an die Kompensatoreinrichtung vorab zu versenden und das Sendesignal erst an die Kompensatoreinrichtung zu versenden, wenn die Umschaltzeit, welche die Schalteinrichtung für ein Umschalten von dem Empfangspfad auf den Sendepfad benötigt, abgelaufen ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Verlust eines Teils des Sendesignals auf dem Weg von der Steuereinheit zu der Antenne aufgrund einer Nichtbeachtung der Umschaltzeit der Schalteinrichtung vermieden werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Pilotsignal ein analoges Signal ist. Mit anderen Worten ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, ein analoges Signal als das Pilotsignal vor dem Versand des Sendesignals auszugeben. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, zusätzliche Komponenten oder Verfahrensschritte zu integrieren, welche zur Erfassung eines digital codierten Pilotsignals erforderlich wären. Zudem kann es durch die Verwendung des analogen Signals als das Pilotsignal ermöglicht werden, ein Umschalten auch für Sendeprotokolle bereitzustellen, welche kein vorbestimmtes digitales Pilotsignal definieren. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Pilotsignal ein konstanter Spannungswert, ein zufälliges oder pseudozufälliges Rauschen ist, welches durch die Schalteinrichtung erfasst werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sende-Empfangsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das Pilotsignal und das Sendesignal auf derselben Frequenz zu übertragen. Mit anderen Worten sind das Pilotsignal und das Sendesignal auf dieselbe Frequenz moduliert oder werden in einem selben Frequenzspektrum übertragen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, eine Frequenzweiche zum Separieren des Pilotsignals und des Sendesignals bereitzustellen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das Pilotsignal über die Sendezeit mit einer Leistung zu versenden, die gleich oder größer ist, als eine Erfassungsmindestleistung der Schalteinrichtung. Mit anderen Worten wird das Pilotsignal mit einer Leistung versandt, welche zumindest so groß ist wie die Leistung, welche der erste Leistungsdetektor der Schalteinrichtung erfordert, um einen Empfang eines Signals zu erfassen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leistung des Pilotsignals kleiner ist als die Leistung des Sendesignals. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass das Pilotsignal eine Leistung aufweist, welche geringer ist als die Sendeleistung des Sendesignals. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass Oberwellen und das sogenannte „hot switching“ vermieden werden können.
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Die Erfindung umfasst auch ein Fahrzeug, das zumindest eine Sende-Empfangsvorrichtung aufweist.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betreiben einer Sende-Empfangsvorrichtung, welche zumindest eine Antenne, zumindest eine Kompensatoreinrichtung und zumindest eine Steuereinheit aufweist. In dem Verfahren wird ein Pilotsignal von der Steuereinheit an einen Steueranschluss der Kompensatoreinrichtung übertragen und durch eine Schalteinrichtung der Kompensatoreinrichtung erfasst wird. Daraufhin wird der zumindest eine Steueranschluss durch die Schalteinrichtung mit zumindest einem Antennenanschluss der Kompensatoreinrichtung über einen Sendepfad verbunden. In einem weiteren Schritt wird ein Sendesignal von der Steuereinheit an den Steueranschluss der Kompensatoreinrichtung übertragen. Das Sendesignal wird durch zumindest einen Sendeverstärker des Sendepfads verstärkt und von dem zumindest einen Antennenanschluss der Kompensatoreinrichtung an die Antenne übertragen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sende-Empfangsvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine Sende-Empfangsvorrichtung;
- 2 einen zeitlichen Verlauf von Leistungshüllkurven am Steueranschluss und am Antennenanschluss; und
- 3 einen möglichen Verlauf eines Verfahrens.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Sende-Empfangsvorrichtung 1. Die Sende-Empfangsvorrichtung 1 kann beispielsweise in einem Fahrzeug 2 angeordnet sein. Die Sende-Empfangsvorrichtung 1 kann eine Steuereinheit 3 aufweisen, welche dazu eingerichtet sein kann, Sendesignale 4 auszusenden oder Empfangssignale 5 zu empfangen. Die Steuereinheit 3 kann beispielsweise ein Transceiver sein. Die Steuereinheit 3 kann über ein Kabel 6 mit einem Steueranschluss 7 einer Kompensatoreinrichtung 8 verbunden sein. Die Kompensatoreinrichtung 8 kann eine time-division-duplex-Kompensatoreinrichtung 8 sein. Die Kompensatoreinrichtung 8 kann dazu eingerichtet sein, die Sendesignale 4 und die Empfangssignale 5 zu verstärken, um eine durch das Kabel 6 erfolgende Dämpfung ausgleichen zu können. Die durchzuführende Verstärkung des Sendesignals 4 kann sich von der des Empfangssignals 5 unterscheiden. Aus diesem Grund kann in der Kompensatoreinrichtung 8 eine Schalteinrichtung 9 bereit gestellt sein, welche dazu eingerichtet sein kann, den Steueranschluss 7 der Kompensatoreinrichtung 8 entweder über einen Empfangspfad 10 oder einen Sendepfad 11 mit einem Antennenanschluss 12, der an eine Antenne 13 angeschlossen ist, zu verbinden. Es kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung 9 standardmäßig eine Verbindung über den Empfangspfad 10 herstellt. Der Empfangspfad 10 kann zumindest einen Empfangsverstärker 14 aufweisen der dazu eingerichtet sein kann, das Empfangssignal 5 zu verstärken. Während eines Versands eines Sendesignals 4 ist es erforderlich, dass der Steueranschluss 7 mit dem Antennenanschluss 12 über den Sendepfad 11 verbunden ist, welcher zumindest einen Sendeverstärker 15 aufweisen kann, um das Sendesignal 4 zu verstärken. Die Kompensatoreinrichtung 8 kann einen ersten Leistungsdetektor 16 aufweisen, der an einen Richtkoppler 17 angeordnet sein kann. Zwischen dem Richtkoppler 17 und dem Steueranschluss 7 kann ein Bandpassfilter 18 angeordnet sein. Der Leistungsdetektor 16 kann dazu eingerichtet sein, das Sendesignal 4 zu erfassen. Es kann erforderlich sein, dass eine Leistung des Sendesignals 4 hierzu eine bestimmte Erfassungsmindestleistung 19 überschreiten muss. Die Leistung kann sich auf eine Hüllkurven- oder Effektivleistung des Sendesignals 4 beziehen. Die Schalteinrichtung 9 kann eine Kontrolleinheit 20 aufweisen, die dazu eingerichtet sein kann, Schalteinheiten 21 der Schalteinrichtung 9 anzusteuern, um die Verbindung zwischen dem Steueranschluss 7 und dem Antennenanschluss 12 entweder über den Empfangspfad 10 oder den Sendepfad 11 zu schalten. Die Kontrolleinheit 20 kann dazu eingerichtet sein, die Schalteinheiten 21 bei einer Erfassung des Sendesignals 4 auf den Sendepfad 11 zu schalten. Die Schalteinrichtung 9 kann einen zweiten Leistungsdetektor 22 aufweisen, der dazu eingerichtet sein kann, das an dem Antennenanschluss 12 empfangene Empfangssignal 5, bei einer Überschreitung der Erfassungsmindestleistung 19 zu erfassen. Die Kontrolleinheit 20 kann dazu eingerichtet sein, in diesem Fall die Schalteinheiten 21 anzusteuern, um den Antennenanschluss 12 über den Empfangspfad 10 mit dem Steueranschluss 7 zu verbinden. Die Steuereinheit 3 kann dazu eingerichtet sein, vor dem Versand des Sendesignals 4 ein Pilotsignal 23 an den Steueranschluss 7 zu versenden, um das Schalten der Schalteinrichtung 9 über den Sendepfad 11 vor dem Versand des Sendesignals 4 zu ermöglichen. Das Pilotsignal 23 kann beispielsweise ein analoges Signal sein, welches die Erfassungsmindestleistung 19, welche zu einer Erfassung des Pilotsignals 23 durch den ersten Leistungsdetektor 16 erforderlich ist, überschreitet.
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2 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Leistungshüllkurven am Steueranschluss 7 und am Antennenanschluss 12. Eine erste Kurve C1 kann einen Verlauf der Hüllkurve eines Eingangssignals an der Kompensatoreinrichtung 8 zeigen. Dabei kann es sich um das an dem Steueranschluss 7 empfangene Sendesignal 4 handeln. Eine zweite Kurve C2 kann einen Verlauf der Hüllkurve eines Ausgangssignals an der Kompensatoreinrichtung 8 zeigen. Dabei kann es sich um das an dem Antennenanschluss 12 bereitgestellte Sendesignal 4 handeln. Vor einem Versandt kann an beiden Anschlüssen 7, 12 eine Leistung Poff anliegen. Ab einem Zeitpunkt to kann das Pilotsignal 23 durch die Steuereinheit 3 an dem Steueranschluss 7 bereitgestellt werden. Das Pilotsignal 23 kann über einen Zeitraum dt mit einer Leistung P1 übertragen werden, welche beispielsweise gleich oder größer als die Erfassungsmindestleistung 19 zur Erfassung des Pilotsignals 23 durch den ersten Leistungsdetektor 16 sein kann. Die Leistung P1 kann kleiner sein als eine Leistung P2 des Sendesignals 4. Die Länge dt kann mit einer Umschaltzeit der Schalteinrichtung 9 übereinstimmen. Zu einem Zeitpunkt t1, wenn die Umschaltzeit der Schalteinrichtung 9 abgelaufen und die Verbindung des Steueranschlusses 7 mit dem Antennenanschluss 12 über den Sendepfad 11 bereitgestellt ist, kann der Versand des Sendesignals 4 mit der Leistung P2 eingeleitet werden. Dadurch, dass bis zum Zeitpunkt t1 die Verbindung des Steueranschlusses 7 mit dem Antennenanschluss 12 über den Empfangspfad 10 bereitgestellt ist, kann es sein, dass an dem Antennenanschluss 12 weiterhin die Leistung Poff anliegen kann. Dies kann durch Gleichrichter auf dem Empfangspfad 10 verursacht sein. An dem Antennenanschluss 12 kann nach Ablauf der Umschaltzeit, das ab dem Zeitpunkt t1 versandte Sendesignal 4 mit der Leistung P2 anliegen.
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t>to: Es wird kein Signal übertragen.
t0<t<t1: Ein Signal, welches das Sendesignal 4 ankündigt (Pilotsignal 23 oder Präambel-Pilot), wird innerhalb der unterstützen Bandbreite übertragen. Dieses Pilotsignal 23 kann eine beliebige Form haben. Beispiele sind: das Rauschen des TX Pfades des Transceivers, ein einzelner Ton oder ein moduliertes Signal. Die Leistung P1 dieses Pilotsignals 23 wird so gewählt, dass das Pilotsignal 23 von dem ersten Leistungsdetektor 16 der Kompensatoreinrichtung 8 detektiert werden kann und es der Kompensatoreinrichtung 8 möglich ist, vom Empfangsmodus in den Sendemodus zu wechseln (Hot-Switching). Die Zeitdauer dt wird so gewählt, dass sie der Umschaltzeit (Empfangsbetrieb zu Sendebetrieb) der Kompensatoreinrichtung 8 entspricht. Somit wird dieses Pilotsignal 23 nicht zur Antenne 13 übertragen.
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t>t1: Das Sendesignal 4 wird übertragen. Es wird keine zusätzliche Hardware in der Steuereinheit 3 benötigt. Es ist ausreichend, die Software der Steuereinheit 3 beziehungsweise des Transceivers zu ändern. Das Problem des „Hot-switchings“ wird umgangen. Es entstehen wenig oder keine zusätzlichen Oberwellen, die gefiltert werden müssen. Sie umgeht die Anforderungen diverser Steuergeräte- bzw. Chipsatzhersteller, welche zusätzliche Steuersignale verwenden.
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3 zeigt einen möglichen Verlauf eines Verfahrens.
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In einem ersten Schritt S1 kann durch die Steuereinheit 3 das Pilotsignal 23 generiert und an den Steueranschluss 7 übertragen werden (S1).
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In einem zweiten Schritt S2 kann das Pilotsignal 23 durch die Schalteinrichtung 9 der Kompensatoreinrichtung 8 erfasst werden.
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In einem Schritt S3 kann durch die Schalteinrichtung 9 eine Verbindung zwischen dem Steueranschluss 7 und dem Antennenanschluss 12 über den Sendepfad 11 geschaltet werden.
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In einem Schritt S4 kann das Sendesignal 4 durch zumindest einen Sendeverstärker 10 des Sendepfads 11 verstärkt werden.
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In einem Schritt S5 kann das verstärkte Sendesignal 4 an dem Antennenanschluss 12 bereitgestellt werden.
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In einem Schritt S6 kann das verstärkte Sendesignal 4 von dem Antennenanschluss 12 an die Antenne 13 übertragen werden, welche das Sendesignal 4 aussenden kann.
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In Sende-Empfangsvorrichtungen 2 werden zusätzliche Sendeverstärker 15 und Empfangsverstärker 14 (Kompensatoren) eingesetzt, um Kabelverluste zwischen der Steuereinheit (Transceiver) 3 und der Antenne 13 auszugleichen. In time-division-duplex-Systemen (wie z.B. DSRC, LTE-V, LTE TDD) ist es notwendig eine Schnittstelle zwischen dem Transceiver und dem Kompensator zu schaffen, die es dem Kompensator erlaubt, ohne eine Veränderung des HF-Signals, von dem Empfangsmodus, welches meist der „default“~Betrieb ist, in den Sendebetrieb zu wechseln. Bei der Umschaltung ist, neben der Umschaltzeit, die HF-Leistung, die am Leistungsverstärker und am Antennenschalter des Kompensators anliegt, ein kritischer Punkt. Eine hohe HF-Leistung kann dazu führen, dass sich die Schaltzeiten von Leistungsverstärker und Antennenschalter drastisch verlängern (Hot-Switching). Zudem können Oberwellen im HF-Spektrum entstehen, die zusätzlich gefiltert werden müssen.
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Verbreitete Schnittstellen nutzen zusätzliche Steuersignale, die zu der Kompensatoreinrichtung 8 übertragen werden müssen. Diese erfordern in der Regel zusätzliche Hardware (wie beispielsweise Filter) in der Steuereinheit 3 und der Kompensatoreinrichtung 8. Bei Schnittstellen, die keine Steuersignale vorsehen, wird oft in Kauf genommen, dass ein Teil des Sendesignals 4 verloren geht. Dieser Teil hängt von der Reaktionszeit des Systems ab, welche für ein Umschalten von dem Empfangspfad 10 auf den Sendepfad 11 erforderlich ist.
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Das vorgeschlagene Verfahren sieht vor, das Pilotsignal 23 innerhalb der unterstützten Bandbreite, welches dem Sendesignal 4 zeitlich vorauseilt, zu übertragen.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Betrieb einer Kompensatoreinrichtung ohne zusätzliche Komponenten bereitgestellt werden kann.
