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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Sender zu einem Empfänger, wobei von dem Sender aus den zu übertragenden Daten ein Telegramm erstellt wird, welches eine Datenbitanzahl an Datenbits und eine Paritätsbitanzahl an Paritätsbits umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein System zur Übertragung von Daten, welches einen Sender zum Senden von Daten und einen Empfänger zum Empfangen von Daten umfasst.
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Aus dem Dokument
DE 10 2018 006 988 B3 sind ein System und ein Verfahren zur Datenübertragung mittels sichtbarem Licht bekannt. Das System weist dabei einen Empfänger mit einem Bildsensor, dessen lichtsensitive Fläche zeilenweise abgetastet wird, und einen Sender mit einem steuerbaren Leuchtmittel, welches moduliertes Licht abstrahlt, auf. Durch Ausnutzug des Rolling-Shutter-Effekts des Bildsensors wird eine erhöhte Datenübertragungsrate erzielt.
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Das Dokument
US 2011/0145638 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern von Daten. Dabei werden die zu speichernden Daten in Subsets geteilt und von den Subsets werden Paritätsdaten gebildet. Die Subsets und die Paritätsdaten werden in separaten Speicherorten gespeichert.
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Bei einer bitweisen Übertragung von Daten von einem Sender zu einem Empfänger können einzelne Bits fehlerhaft übertragen werden. Um derartige Fehler zu erkennen sind fehlererkennende Übertragungsverfahren bekannt. Dabei werden in einem Telegramm zusätzlich zu den Datenbits redundante Paritätsbits übertragen. Ferner sind fehlerkorrigierende Übertragungsverfahren bekannt. Dabei wird von dem Sender aus den zu übertragenden Daten ein Telegramm erstellt, welches eine Anzahl an Datenbits und eine Anzahl an Paritätsbits umfasst. Anzahl erforderliche an Paritätsbits hängt dabei von der Anzahl an zu übertragenden Datenbits ab.
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Bei einer bitweisen Übertragung von Daten von einem Sender zu einem Empfänger können auch einzelne Bits verloren gehen, beispielsweise bei der Übertragung von Daten als Lichtstrom von einer LED als Sender zu einer Kamera mit einem Bildsensor als Empfänger. Der Bildsensor arbeitet mittels des Rolling-Shutter-Effekts und weist abwechselnd je eine Aufnahmezeit und eine Pausenzeit auf. Während der Aufnahmezeit ist eine Aufnahme eines Bildes möglich, während der Pausenzeit ist eine Aufnahme eines Bildes nicht möglich. Daten, die während der Pausenzeit zu dem Empfänger übertragen werden, können somit nicht empfangen werden, sondern gehen verloren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Übertragung von Daten von einem Sender zu einem Empfänger weiter zu bilden.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Übertragung von Daten mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch ein System zur Übertragung von Daten mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß dem erfindungsgenmäßen Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Sender zu einem Empfänger wird von dem Sender aus den zu übertragenden Daten ein Telegramm erstellt, welches eine Datenbitanzahl an Datenbits und eine Paritätsbitanzahl an Paritätsbits umfasst. Dabei wird jedem der Paritätsbits P eine Teilmenge von Datenbits zugeordnet, wobei die Datenbits einer Teilmenge jeweils um die Paritätsbitanzahl zeitlich versetzt zueinander in dem Telegramm angeordnet sind. Jedes der Paritätsbits wird als XOR-Verknüpfung der Datenbits der zugeordneten Teilmenge berechnet. Das erstellte Telegramm wird dann von dem Sender zu dem Empfänger übertragen.
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Das erstellte Telegramm weist somit eine Gesamtzahl an Bits auf, wobei die Gesamtzahl an Bits einer Summe aus der Datenbitanzahl und der Paritätsbitanzahl entspricht. Die Bits des Telegramms werden dabei zeitlich nacheinander, also seriell, von dem Sender gesendet und zeitlich nacheinander, also seriell, von dem Empfänger empfangen. Zeitlich zwischen je zwei Datenbits einer Teilmenge werden also Datenbits von anderen Teilmengen oder Paritätsbits gesendet sowie empfangen. Wenn der Empfänger eine Pausenzeit aufweist, so sollte eine Zeitspanne, in welcher die Paritätsbits übertragen werden, mindestens so lang wie die besagte Pausenzeit sein.
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Mittels des erfindungsgenmäßen Verfahrens sind Daten, die beispielsweise während einer Pausenzeit des Empfängers von dem Sender zu dem Empfänger übertragen werden und daher verloren gehen, von dem Empfänger rekonstruierbar. Ein Datenverlust bei der Übertragung von Daten ist somit vorteilhaft vermieden.
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Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Teilmengen der Paritätsbitanzahl. Somit ist jedem Paritätsbit genau eine Teilmenge zugeordnet. Vorteilhaft ist dadurch sichergestellt, dass jedes der Datenbits des übertragenen Telegramms rekonstruierbar ist.
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Bevorzugt ist die Anzahl der Datenbits in einer Teilmenge mindestens so groß wie eine Division der Datenbitanzahl durch die Paritätsbitanzahl. Insbesondere bevorzugt ist die Anzahl der Datenbits in einer Teilmenge genau so groß wie eine Division der Datenbitanzahl durch die Paritätsbitanzahl. In diesem Fall weisen alle Teilmengen die gleiche Anzahl von Datenbits auf. Dadurch ist sichergestellt, dass bei der Berechnung aller Paritätsbits die gleiche Zahl von mathematischen Operationen, nämlich XOR-Verknüpfungen von je zwei Bits, durchgeführt werden. Dadurch benötigen die Berechnungen aller Paritätsbits jeweils die gleiche Rechenzeit, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit vorteilhaft erhöht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Paritätsbits in dem erstellten Telegramm unmittelbar zeitlich nacheinander angeordnet. Somit bilden die Paritätsbits innerhalb des Telegramms einen zusammenhängenden Block. Dadurch wird die Auswertung des Telegramms durch den Empfänger vorteilhaft vereinfacht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Datenbits sind in dem erstellten Telegramm unmittelbar zeitlich nacheinander angeordnet. Somit bilden die Datenbits innerhalb des Telegramms einen zusammenhängenden Block. Dadurch wird die Auswertung des Telegramms durch den Empfänger vorteilhaft vereinfacht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zeitlich vor den Datenbits mindestens ein Startbit angeordnet, oder zeitlich vor den Datenbits ist eine Startsequenz angeordnet, welche mehrere Startbits umfasst. Das Startbit oder die Startsequenz ist also zeitlich vor dem Telegramm angeordnet. Das Startbit oder die Startsequenz erleichtert es dem Empfänger, den Anfang eines Telegramms zu erkennen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zeitlich nach den Paritätsbits mindestens ein Stopbit angeordnet, oder zeitlich nach den Paritätsbits ist eine Stopsequenz angeordnet, welche mehrere Stopbits umfasst. Das Stopbit oder die Stopsequenz ist also zeitlich nach dem Telegramm angeordnet. Das Stopbit oder die Stopsequenz erleichtert es dem Empfänger, das Ende eines Telegramms zu erkennen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das erstellte Telegramm als Lichtstrom übertragen. Ein Lichtstrom ist besonders EMV-verträglich und erzeugt insbesondere keine Funksignale, welche störende Einflüsse auf andere Datenübertragungseinrichtungen, wie beispielsweise WLAN-Antennen, haben können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden von dem Empfänger nicht empfangene Datenbits eines von dem Sender gesendeten Telegramms aus den übrigen Datenbits und aus den Paritätsbits berechnet. Vorteilhaft sind somit Daten, die beispielsweise während einer Pausenzeit des Empfängers zu dem Empfänger übertragen werden und daher verloren gehen, von dem Empfänger rekonstruierbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ein von dem Empfänger nicht empfangenes Datenbit eines von dem Sender gesendeten Telegramms als XOR-Verknüpfung der übrigen Datenbits derjenigen Teilmenge, welche das nicht empfangene Datenbit enthält, und des Paritätsbits, welchem die besagte Teilmenge von Datenbits zugeordnet ist, berechnet. Vorteilhaft sind dadurch Daten, die beispielsweise während einer Pausenzeit des Empfängers zu dem Empfänger übertragen werden und daher verloren gehen, von dem Empfänger rekonstruierbar.
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Ein erfindungsgemäßes System zur Übertragung von Daten umfasst einen Sender zum Senden von Daten und einen Empfänger zum Empfangen von Daten. Dabei ist das erfindungsgemäße System zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
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Das erfindungsgemäße System gestattet, Daten, die von dem Sender zu dem Empfänger übertragen werden und dabei verloren gehen, zu rekonstruieren. Ein Datenverlust bei der Übertragung von Daten ist somit vorteilhaft vermieden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sender als elektronisches Gerät, insbesondere als Frequenzumrichter, ausgebildet, und weist eine steuerbare Lichtquelle, insbesondere eine LED, auf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sender als Fahrzeug, insbesondere als autonom fahrendes Fahrzeug, ausgebildet, und weist eine steuerbare Lichtquelle, insbesondere eine LED, auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Empfänger als Mobiltelefon ausgebildet und umfasst eine Kamera, welche einen Bildsensor aufweist.
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Vorteilhaft ist eine Zeitspanne, in welcher die Paritätsbitanzahl an Paritätsbits von dem Sender gesendet werden, mindestens so lang wie eine Pausenzeit des Empfängers. Insbesondere, wenn es sich bei dem Empfänger um eine Kamera mit einem Bildsensor handelt, welcher mittels des Rolling-Shutter-Effekts arbeitet und eine Pausenzeit aufweist, sind Daten, die während der Pausenzeit des Empfängers übertragen werden, von dem Empfänger rekonstruierbar.
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Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Systems zur Übertragung von Daten,
- 2: eine schematische Darstellung eines zeitlichen Ablaufs beim Empfangen von Daten,
- 3: eine schematische Darstellung eines von einem Sender erstellten Telegramms und
- 4: eine schematische Darstellung eines von einem Empfänger empfangenen Telegramms.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10 zur Übertragung von Daten. Das System 10 zur Übertragung von Daten umfasst einen Sender 14, welcher eine steuerbare Lichtquelle 1 aufweist. Der Sender 14 ist beispielweise ein elektronisches Gerät, insbesondere ein Frequenzumrichter, oder ein Fahrzeug, insbesondere ein autonom fahrendes Fahrzeug. Bei der Lichtquelle 1 handelt es sich beispielsweise um eine LED, mittels welcher der Sender 14 Daten in Form eines Lichtstroms sendet. Auch ist es denkbar, dass der Sender 14 eine Deckenlampe ist und die Lichtquelle 1 ein zugehöriges Leuchtmittel.
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Das System 10 zur Übertragung von Daten umfasst ferner einen Empfänger 12. Der Empfänger 12 umfasst eine Kamera, welche einen Bildsensor 2 aufweist. Der Bildsensor 2 arbeitet mittels des Rolling-Shutter-Effekts. Der Empfänger 12 ist beispielsweise ein handelsübliches Mobiltelefon oder Smartphone. Mittels des Systems 10 sind Daten als Lichtstrom von dem Sender 14 zu dem Empfänger 12 übertragbar.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Ablaufs beim Empfangen von Daten durch den Empfänger 12 während einer Zeit t. Der Empfänger 12 weist abwechselnd je eine Aufnahmezeit TR und eine Pausenzeit TP auf. Während der Aufnahmezeit TR ist ein Empfang von Daten möglich, während der Pausenzeit TP ist ein Empfang von Daten nicht möglich. Daten, die während der Pausenzeit TP zu dem Empfänger 12 übertragen werden, können somit nicht empfangen werden, sondern gehen verloren.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines von dem Sender
14 des Systems
10 erstellten Telegramms
Z. Das Telegramm
Z umfasst eine Datenbitanzahl
DA an Datenbits
D und eine Paritätsbitanzahl
PA an Paritätsbits
P. Die einzelnen Datenbits
D sowie die einzelnen Paritätsbits
P werden im Folgenden mit entsprechenden Indizes versehen. Das Telegramm
Z weist eine Gesamtzahl
G an Bits auf, welche einer Summe aus der Datenbitanzahl
DA und der Paritätsbitanzahl
PA entspricht. Im vorliegenden Beispiel gilt:
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Die Datenbits D1 bis D20 sind in dem Telegramm Z unmittelbar zeitlich nacheinander angeordnet und bilden einen Datenbereich X. Die Paritätsbits P1 bis P4 sind in dem Telegramm Z unmittelbar zeitlich nacheinander angeordnet und bilden einen Paritätsbereich Y. Dabei sind die Paritätsbits P1 bis P4 in dem Telegramm Z zeitlich nach den Datenbits D1 bis D20 angeordnet. Somit ist der Datenbereich X in dem Telegramm Z zeitlich vor dem Paritätsbereich Y angeordnet.
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Die Datenbits D1 bis D20 sind innerhalb des Datenbereich
X in Blöcken
B angeordnet. Die Anzahl der Datenbits
D pro Block
B entspricht der Paritätsbitanzahl L. Eine Blockanzahl
BA an Blöcken
B ist so groß wie eine Division der Datenbitanzahl
DA durch die Paritätsbitanzahl
PA. Die einzelnen Blöcke
B werden im Folgenden mit entsprechenden Indizes versehen. Im vorliegenden Beispiel gilt:
- B1 umfasst D1, D2, D3, D4.
- B2 umfasst D5, D6, D7, D8.
- B3 umfasst D9, D10, D11, D12.
- B4 umfasst D13, D14, D15, D16.
- B5 umfasst D17, D18, D19, D20.
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Datenbits
D, die jeweils um die Paritätsbitanzahl
PA zeitlich versetzt zueinander in dem Datenbereich
X des Telegramms
Z angeordnet sind, bilden eine Teilmenge
M. Die einzelnen Teilmengen
M werden im Folgenden mit entsprechenden Indizes versehen. Jede der Teilmengen
M enthält im vorliegenden Beispiel somit genau ein Datenbit
D aus jedem der Blöcke
B. Die Anzahl der Teilmengen
M entspricht der Paritätsbitanzahl
PA. Im vorliegenden Beispiel gilt:
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Die Anzahl der Datenbits D in einer Teilmenge M ist vorliegend also genau so groß wie die Blockanzahl BA, also so groß wie eine Division der Datenbitanzahl DA durch die Paritätsbitanzahl PA. Die Datenbitanzahl DA an Datenbits D entspricht somit dem Produkt aus der Blockanzahl BA und der Anzahl der Teilmengen M.
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Jedem der Paritätsbits P ist eine der Teilmengen M von Datenbits D zugeordnet. Dem ersten Paritätsbit P1 ist vorliegend die erste Teilmenge M1 zugeordnet. Dem zweiten Paritätsbit P2 ist vorliegend die zweite Teilmenge M2 zugeordnet. Dem dritten Paritätsbit P3 ist vorliegend die dritte Teilmenge M3 zugeordnet. Dem vierten Paritätsbit P4 ist vorliegend die vierte Teilmenge M4 zugeordnet.
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Jedes der Paritätsbits
P wird als XOR-Verknüpfung der Datenbits
D der zugeordneten Teilmenge
M berechnet. Im vorliegenden Beispiel gilt:
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Das so erstellte Telegramm Z wird anschließend von dem Sender 14 zu dem Empfänger 12 insbesondere in Form eines Lichtstroms übertragen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines von dem Empfänger 12 des Systems 10 empfangenen Telegramms Z. Dabei handelt es sich um das in 3 gezeigte Telegramm Z, das von dem Sender 14 erstellt und gesendet wurde. Während des Empfangs des Telegramms Z tritt bei dem Empfänger 12 die Pausenzeit TP auf. Datenbits D, die während der Pausenzeit TP übertragen werden, vorliegend die Datenbits D5, D6, D7, D8, werden von dem Empfänger 12 nicht empfangen, sondern gehen verloren.
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Jedes Bit des Telegramms Z, also jedes Datenbit D sowie jedes Paritätsbit P, weist eine Zeitdauer von beispielsweise 300 Mikrosekunden auf. Eine Zeitspanne TS, in welcher die Paritätsbits P übertragen werden, entspricht somit einem Produkt aus der Paritätsbitanzahl PA und der Zeitdauer eines Paritätsbits P. Vorliegend beträgt die besagte Zeitspanne TS somit etwa 1,2 Millisekunden. Die Pausenzeit TP des Empfängers 12 ist kleiner als die Zeitspanne TS und beträgt vorliegend etwa eine Millisekunde. Somit ist sichergestellt, dass während der Pausenzeit TP höchstens eine Paritätsbitanzahl PA an Bits bei dem Empfänger 12 verloren gehen.
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Im vorliegenden Fall werden genau die Paritätsbitanzahl PA an Bits, nämlich die vier Datenbits D5, D6, D7, D8, von dem Empfänger 12 nicht empfangen, sondern gehen verloren. Die von dem Empfänger 12 nicht empfangene Datenbits D5, D6, D7, D8 des von dem Sende 14 gesendeten Telegramms Z werden aus den übrigen Datenbits D und aus den Paritätsbits P berechnet und somit rekonstruiert.
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Die von dem Empfänger
12 nicht empfangenen Datenbits D5, D6, D7, D8 werden jeweils als XOR-Verknüpfung der übrigen Datenbits
D derjenigen Teilmenge
M, welche das nicht empfangene Datenbit
D enthält, und des Paritätsbits
P, welchem die besagte Teilmenge
M von Datenbits
D zugeordnet ist, berechnet. Im vorliegenden Beispiel gilt:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Bildsensor
- 10
- System
- 12
- Empfänger
- 14
- Sender
- B
- Block
- BA
- Blockanzahl
- D
- Datenbit
- DA
- Datenbitanzahl
- G
- Gesamtzahl
- M
- Teilmenge
- P
- Paritätsbit
- PA
- Paritätsbitanzahl
- t
- Zeit
- TP
- Pausenzeit
- TR
- Aufnahmezeit
- TS
- Zeitspanne
- X
- Datenbereich
- Y
- Paritätsbereich
- Z
- Telegramm
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018006988 B3 [0002]
- US 2011/0145638 A1 [0003]