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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, die ein Vollduplexsystem mit Selbstinterferenzauslöschung ermöglichen.
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Hintergrund
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Stand der Technik, der sich auf dieses technische Gebiet bezieht, kann z.B. in Spezifikationen gefunden werden, die Funkfrequenzduplexer beschreiben.
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Es gelten die folgenden Bedeutungen für die in dieser Schrift verwendeten Abkürzungen:
| 3GPP | 3rd Generation Partnership Project |
| BS | Basisstation |
| DC | Gleichstrom bzw. -spannung |
| FDD | Frequenzduplex |
| HSDPA | High Speed Downlink Packet Access |
| LNA | Rauscharmer Verstärker |
| LTE | Long Term Evolution |
| PA | Leistungsverstärker |
| Rx | Empfänger |
| RF | Funkfrequenz |
| TDD | Zeitduplex |
| Tx | Sender |
| WCDMA | Wideband Code Division Multiple Access |
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In gegenwärtigen Drahtloskommunikationssystemen werden Frequenzteilung, Zeitteilung und/oder Codeteilung verwendet, um das übertragene Signal von dem empfangenen Signal zu trennen. Die zunehmende Forderung nach einer Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit und spektraler Effizienz treibt die Entwicklung von Vollduplextechniken für derartige Kommunikationssysteme an. Die üblichen Techniken, die eingesetzt werden, sind TDD und FDD, die den Übertragungskanal und den Empfangskanal in unterschiedliche Zeitschlitze bzw. in unterschiedliche Frequenzbänder aufteilen.
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Eine anspruchsvollere Technik beruht darauf, Übertragungs- und Empfangssignale zu der gleichen Zeit und auf der gleichen Frequenz zu ermöglichen, wobei Selbst- bzw. Eigeninterferenz von dem übertragenen Signal auf das empfangene Signal auftritt, was in einem Vollduplex-Sendeempfänger sowohl für die Basisstationsantenne als auch die Mobiltelefonantenne resultiert.
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Das Hauptproblem des Vollduplexsystems ist das Vorhandensein der Selbst- bzw. Eigeninterferenz, die durch das übertragene Signal, das 25 dBm (316 mW) groß sein kann, auf das empfangene Signal, das –90 dBm (1 pW) klein sein kann, verursacht wird. Somit kann die Interferenz den Empfänger leicht sättigen.
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Kurzfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermöglichen eines Vollduplexsystems mit Selbstinterferenzauslöschung bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, gemäß gewissen Ausführungsbeispielen von dieser, wird dies durch eine Vorrichtung erreicht, mit einem Empfangsschaltkreis, der einen Signalempfangspfad bildet, der zum Übermitteln von über eine Luftschnittstelle empfangenen Kommunikationssignalen eingerichtet ist; einem Sendeschaltkreis, der einen Signalsendepfad bildet, der zum Übermitteln von über eine Luftschnittstelle zu sendenden Kommunikationssignalen eingerichtet ist; und einem Interferenzauslöschungsschaltkreis in betrieblicher Verbindung zwischen dem Signalempfangspfad und dem Signalsendepfad, wobei der Empfangsschaltkreis und der Sendeschaltkreis eingerichtet sind, Kommunikationssignale zu der gleichen Zeit und auf der gleichen Frequenz zu empfangen und zu senden, wobei der Interferenzauslöschungsschaltkreis Widerstand, Induktivität und Kapazität aufweist, die eingerichtet sind, eine Mittenfrequenz eines Isolationsbereichs zwischen dem Signalempfangspfad und dem Signalsendepfad auszubilden, die im Wesentlichen in die Mitte eines Kommunikationsbands für die Signale fällt, die über eine Luftschnittstelle empfangen werden und/oder zu senden sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, gemäß gewissen Ausführungsbeispielen von dieser, wird dies durch ein Verfahren erreicht, mit Empfangen von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle und Übermitteln derselben in einem Signalempfangspfad; Senden von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle und Übermitteln derselben in einem Signalsendepfad, wobei die Kommunikationssignale zu der gleichen Zeit und auf der gleichen Frequenz empfangen und gesendet werden; und Auslöschen einer Interferenz zwischen dem Signalempfangspfad und dem Signalsendepfad durch eine dazwischen verbundene Interferenzauslöschungsschaltung, die Widerstand, Induktivität und Kapazität aufweist, die eingerichtet sind, eine Mittenfrequenz eines Isolationsbereichs zwischen dem Signalempfangspfad und dem Signalsendepfad auszubilden, die im Wesentlichen in die Mitte eines Kommunikationsbands für die Signale fällt, die über eine Luftschnittstelle empfangen und/oder gesendet werden.
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Somit ist es möglich, eine Ausführung bzw. einen Aufbau eines Vollduplexsystems zu ermöglichen, das hohe Isolation ebenso wie weite Bandbreite erzielt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele vollständig deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu nehmen ist, bei denen gilt:
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1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt ein Ersatzschaltbild, das ein Einantennensystem gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4 zeigt einen Graphen, der eine Isolation für das Einantennensystem gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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5 zeigt ein Leistungskopplungssimulationsmodell zur Veranschaulichung eines Zweiantennensystems mit Bezug auf eine Basisstation gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt einen Graphen, der ein Simulationsergebnis für ein Antennenmodell ohne Interferenzauslöschungsschaltkreis veranschaulicht;
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7 zeigt eine Einzelstufenschaltung gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt einen Graphen, der ein Simulationsergebnis für das Einzelstufensystem veranschaulicht;
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9 zeigt eine Dreistufenschaltung gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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10 zeigt einen Graphen, der die Isolation für das Zweiantennensystem mit einer Dreistufenschaltung gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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11 zeigt einen Graphen, der einen Verlust bzw. eine Dämpfung für das Zweiantennensystem mit einer Dreistufenschaltung gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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12 zeigt eine Fünfstufenschaltung gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden wird eine Beschreibung dessen vorgenommen, was momentan als bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betrachtet wird. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Beschreibung lediglich beispielhaft gegeben wird, und dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele keineswegs so zu verstehen sind, dass sie die vorliegende Erfindung darauf beschränken.
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Zum Beispiel wird zu Veranschaulichungszwecken in einigen der vorliegenden beispielhaften Ausführungsbeispiele eine Ermöglichung von Vollduplex mit Selbst- bzw. Eigeninterferenzauslöschung bei gleichzeitigem Empfangen und Senden von Signalen einer gleichen Frequenz bei einer Drahtloskommunikation in zellularen Kommunikationssystemen als z.B. auf LTE, LTE-Advanced oder WCDMA basierend beschrieben. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass diese beispielhaften Ausführungsbeispiele nicht zur Verwendung unter diesen speziellen Typen von Drahtloskommunikationssystemen beschränkt sind, und gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsbeispielen die vorliegende Erfindung auch auf andere technische Gebiete angewandt werden kann, in denen eine Ermöglichung von Vollduplex mit Selbst- bzw. Eigeninterferenzauslöschung zu implementieren und optimieren ist.
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Somit beziehen sich gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf drahtlose Mobilkommunikationssysteme, wie etwa LTE, LTE-Advanced und WCDMA. Genauer gesagt sind gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf die Konfiguration von einem LTE/WCDMA-Sendeempfänger und dessen Komponenten bezogen, wie etwa integrierte Schaltungen und/oder diskrete Elemente für einen Mobilgerätesendeempfänger oder einen Basisstationssendeempfänger.
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Wie es vorstehend angegeben ist, ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt, sondern sind weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf eine allgemeine Funksendeempfängerausrüstung bezogen.
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In 1 ist ein Implementierungsbeispiel gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung für einen Vollduplex-Sendeempfänger gezeigt. Wie es darin dargestellt ist, umfasst das Implementierungsbeispiel eine Vorrichtung mit einem Empfangsschaltkreis Rx, der einen Signalempfangspfad bildet, der zum Übermitteln von über eine Luftschnittstelle empfangenen Kommunikationssignalen eingerichtet ist; einem Sendeschaltkreis Tx, der einen Signalsendepfad bildet, der zum Übermitteln von über eine Luftschnittstelle zu sendenden Kommunikationssignalen eingerichtet ist; und einem Interferenzauslöschungsschaltkreis in betrieblicher Verbindung zwischen dem Signalempfangspfad und dem Signalsendepfad, wobei der Empfangsschaltkreis Rx und der Sendeschaltkreis Tx eingerichtet sind, Kommunikationssignale zu der gleichen Zeit und auf der gleichen Frequenz zu empfangen und zu senden, wobei der Interferenzauslöschungsschaltkreis Widerstand, Induktivität und Kapazität aufweist, die eingerichtet sind, eine Mittenfrequenz eines Isolationsbereichs zwischen dem Signalempfangspfad Rx und dem Signalsendepfad Tx auszubilden, die im Wesentlichen in die Mitte eines Kommunikationsbands für die Signale fällt, die über eine Luftschnittstelle empfangen werden und/oder zu senden sind.
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Die Vorrichtung kann zur Verwendung in einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung eingerichtet sein.
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Ein weiteres Implementierungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Bilden eines Signalempfangspfads, der zum Übermitteln von über eine Luftschnittstelle empfangenen Kommunikationssignalen eingerichtet ist; einer Einrichtung zum Bilden eines Signalsendepfads, der zum Übermitteln von über eine Luftschnittstelle zu sendenden Kommunikationssignalen eingerichtet ist; und einer Einrichtung zur Interferenzauslöschung in betrieblicher Verbindung zwischen dem Signalempfangspfad und dem Signalsendepfad, wobei die Einrichtung zum Bilden eines Signalempfangspfads und die Einrichtung zum Bilden eines Signalsendepfads eingerichtet sind, Kommunikationssignale zu der gleichen Zeit und auf der gleichen Frequenz zu empfangen und zu senden, wobei die Einrichtung zur Interferenzauslöschung Widerstand, Induktivität und Kapazität aufweist, die eingerichtet sind, eine Mittenfrequenz eines Isolationsbereichs zwischen dem Signalempfangspfad und dem Signalsendepfad auszubilden, die im Wesentlichen in die Mitte eines Kommunikationsbands für die Signale fällt, die über eine Luftschnittstelle empfangen werden und/oder zu senden sind.
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Die Vorrichtung kann zur Verwendung in einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung eingerichtet sein.
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Gemäß einem weiteren Implementierungsbeispiel, wie es in 1 gezeigt ist, ist ein Interferenzauslöschungsschaltkreis genau zwischen der Tx-Antenne (nach dem Leistungsverstärker) und der Rx-Antenne (vor dem rauscharmen Verstärker) geschaltet. Der Interferenzauslöschungsschaltkreis weist einen parallelen RLC-Resonator auf. Es ist zu beachten, dass gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der parallele RLC-Resonator durch reale (d.h. nichtideale) Komponenten gebildet ist, so dass z.B. unter gewissen Umständen der Widerstand nicht durch ein diskretes Element, sondern vielmehr als Teil von realen Induktivitäts- und Kapazitätskomponenten gebildet ist. Somit ist der parallele RLC-Resonator in dem Ersatzschaltbild realisiert. Weiterhin können gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Tx-Antenne und die Rx-Antenne, die in 1 veranschaulicht sind, durch eine gleiche Komponente, d.h. unter Verwendung von nur einer Antenne, oder durch separate Antennen gebildet sein. Weiterhin ist der Interferenzauslöschungsschaltkreis nicht auf Dipolantennen beschränkt. Da die Resonanzfrequenz der Antenne(n) auf die Mitte des Kommunikationsbands eingestellt ist, strahlen die Antennen auf der Resonanzfrequenz effizient und koppelt die/der Tx-Antenne/Pfad mehr Energie bzw. Leistung auf die/den Rx-Antenne/Pfad. Aus diesem Grund ist die Mittenfrequenz des Isolationsbereichs, die durch den Interferenzauslöschungsschaltkreis gebildet wird, gemäß der Mittenfrequenz des Kommunikationsbands, die nahe der Resonanzfrequenz der Antennen liegt, konfiguriert (d.h. um mit dieser im Wesentlichen übereinzustimmen).
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Gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die vorstehend beschriebenen Implementierungsbeispiele wie folgt modifiziert werden.
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Die Vorrichtung weist ferner eine Antenne auf, wobei die gleiche Antenne sowohl zum Empfangen von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle als auch zum Senden von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle eingerichtet ist, wobei der Interferenzauslöschungsschaltkreis zwei Induktivitätselemente in einem Induktivitätszweig aufweist, und wobei die Antenne zwischen den beiden Induktivitätselementen in dem Induktivitätszweig verbunden ist.
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Der Interferenzauslöschungsschaltkreis weist ferner einen Parallelzweig mit einem Kapazitätselement und einen Parallelzweig mit einem Widerstandselement auf.
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Die Vorrichtung weist ferner ein Sendepfad-Kapazitätselement in Reihenschaltung mit dem Interferenzauslöschungsschaltkreis auf einer Seite des Signalsendepfads und ein Empfangspfad-Kapazitätselement in Reihenschaltung mit dem Interferenzauslöschungsschaltkreis auf einer Seite des Signalempfangspfads auf.
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Die Vorrichtung weist ferner eine Empfangsantenne, die sich in betrieblicher Verbindung mit dem Signalempfangspfad befindet und zum Empfangen von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle eingerichtet ist, und eine Sendeantenne, die sich in betrieblicher Verbindung mit dem Signalsendepfad steht befindet und zum Senden von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle eingerichtet ist, auf.
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Der Interferenzauslöschungsschaltkreis weist eine erste Interferenzauslöschungsstufe auf, die einen eines ersten Schaltungsaufbaus und eines zweiten Schaltungsaufbaus aufweist, wobei der erste Schaltungsaufbau einen ersten Parallelzweig mit einem Induktivitätselement und einen zweiten Parallelzweig mit einem Kapazitätselement aufweist, und der zweite Schaltungsaufbau einen ersten Parallelzweig mit einem Induktivitätselement, einen zweiten Parallelzweig mit einem Kapazitätselement und einen dritten Parallelzweig mit einem Widerstandselement aufweist.
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Der Interferenzauslöschungsschaltkreis weist zusätzlich eine zweite und eine dritte Interferenzauslöschungsstufe auf, die beide den zweiten Schaltungsaufbau aufweisen und in Reihenschaltung mit der ersten Interferenzauslöschungsstufe eingerichtet sind, die in der Mitte platziert ist, wobei Resonanzfrequenzen der Stufen sich voneinander unterscheiden.
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Der Interferenzauslöschungsschaltkreis weist zusätzlich eine zweite bis fünfte Interferenzauslöschungsstufe auf, die jeweils den zweiten Schaltungsaufbau aufweisen und in Reihenschaltung mit der ersten Interferenzauslöschungsstufe eingerichtet sind, die in der Mitte platziert ist, wobei Resonanzfrequenzen der Stufen sich voneinander unterscheiden.
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Die Vorrichtung weist ferner einen Leistungsverstärker in dem Signalsendepfad und einen rauscharmen Verstärker in dem Signalempfangspfad auf, wobei der Interferenzauslöschungsschaltkreis mit Bezug sowohl auf den Leistungsverstärker als auch den rauscharmen Verstärker auf der Antennenseite zwischen dem Signalsendepfad und dem Signalempfangspfad verbunden ist.
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Der Interferenzauslöschungsschaltkreis besteht aus festen Elementen.
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Der Interferenzauslöschungsschaltkreis ist durch ein vollständig passives Netzwerk gebildet.
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Die Vorrichtung weist ferner einen Schaltkreis einer drahtgebundenen Schnittstelle auf.
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Die Vorrichtung weist ferner einen Benutzerschnittstellenschaltkreis und Benutzerschnittstellensoftware auf, die eingerichtet ist, eine Benutzersteuerung durch Verwendung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle wie etwa einer Anzeige zu ermöglichen.
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Ein spezielles Implementierungsbeispiel der Vorrichtung gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst, dass ein Mobiltelefon eine der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen aufweist.
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Ein weiteres spezielles Implementierungsbeispiel der Vorrichtung gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst, dass eine Basisstation eine der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen aufweist.
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2 zeigt ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst dieses Verfahren nämlich ein Empfangen von Kommunikationssignalen S21 über eine Luftschnittstelle und ein Übermitteln derselben in einem Signalempfangspfad; ein Übertragen bzw. Senden von Kommunikationssignalen S22 über eine Luftschnittstelle und ein Übermitteln derselben in einem Signalsendepfad, wobei die Kommunikationssignale zu der gleichen Zeit und auf der gleichen Frequenz empfangen und übertragen bzw. gesendet werden; und ein Auslöschen von Interferenz S23 zwischen dem Signalempfangspfad und dem Signalsendepfad durch einen dazwischen verbundenen Interferenzauslöschungsschaltkreis, der Widerstand, Induktivität und Kapazität aufweist, die eingerichtet sind, eine Mittenfrequenz eines Isolationsbereichs zwischen dem Signalsempfangspfad und dem Signalsendepfad auszubilden, die im Wesentlichen in die Mitte eines Kommunikationsbands für die Signale fällt, die über eine Luftschnittstelle empfangen und/oder übertragen bzw. gesendet werden.
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Gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das vorstehend beschriebene beispielhafte Verfahren wie folgt modifiziert werden.
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Das Verfahren weist ferner ein Verbinden von zwei Induktivitätselementen in einem Induktivitätszweig des Interferenzauslöschungsschaltkreises, ein Verbinden einer Antenne zwischen den zwei Induktivitätselementen in dem Induktivitätszweig und ein Verwenden der gleichen Antenne sowohl zum Empfangen von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle als auch zum Senden von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle auf.
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Das Verfahren weist ferner ein Bilden eines Parallelzweigs mit einem Kapazitätselement und eines Parallelzweigs mit einem Widerstandselement in dem Interferenzauslöschungsschaltkreis aus.
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Das Verfahren weist ferner ein serielles Verbinden eines Sendepfad-Kapazitätselements mit dem Interferenzauslöschungsschaltkreis auf einer Seite des Signalsendepfads und ein serielles Verbinden eines Empfangspfad-Kapazitätselements mit dem Interferenzauslöschungsschaltkreis auf einer Seite des Signalempfangspfads auf.
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Das Verfahren weist ferner ein Verbinden einer Empfangsantenne mit dem Signalempfangspfad und ein Verwenden derselben zum Empfangen von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle, und ein Verbinden einer Sendeantenne mit dem Signalsendepfad und ein Verwenden derselben zum Senden von Kommunikationssignalen über eine Luftschnittstelle auf.
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Das Verfahren weist ferner ein Ausbilden des Interferenzauslöschungsschaltkreises als eine erste Interferenzauslöschungsstufe mit einem eines ersten Schaltungsaufbaus und eines zweiten Schaltungsaufbaus auf, wobei der erste Schaltungsaufbau einen ersten Parallelzweig mit einem Induktivitätselement und einen zweiten Parallelzweig mit einem Kapazitätselement aufweist, und der zweite Schaltungsaufbau einen ersten Parallelzweig mit einem Induktivitätselement, einen zweiten Parallelzweig mit einem Kapazitätselement und einen dritten Parallelzweig mit einem Widerstandselement aufweist.
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Das Verfahren weist ferner ein zusätzliches Ausbilden einer zweiten und einer dritten Interferenzauslöschungsstufe auf, die beide den zweiten Schaltungsaufbau aufweisen, sowie ein serielles Verbinden der zweiten und der dritten Interferenzauslöschungsstufe mit der ersten Interferenzauslöschungsstufe, die in der Mitte platziert wird, wobei Resonanzfrequenzen der Stufen sich voneinander unterscheiden.
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Das Verfahren weist ferner ein zusätzliches Ausbilden einer zweiten bis fünften Interferenzauslöschungsstufe auf, die jeweils den zweiten Schaltungsaufbau aufweisen, sowie ein serielles Verbinden der zweiten bis fünften Interferenzauslöschungsstufe mit der ersten Interferenzauslöschungsstufe, die in der Mitte platziert wird, wobei Resonanzfrequenzen der Stufen sich voneinander unterscheiden.
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Das Verfahren weist ferner ein Verbinden eines Leistungsverstärkers in dem Signalsendepfad und eines rauscharmen Verstärkers in dem Signalempfangspfad auf, wobei der Interferenzauslöschungsschaltkreis mit Bezug sowohl auf den Leistungsempfänger als auf den rauscharmen Verstärker auf der Antennenseite zwischen dem Signalsendepfad und dem Signalempfangspfad verbunden wird.
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Der Interferenzauslöschungsschaltkreis besteht aus festen Elementen.
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Der Interferenzauslöschungsschaltkreis ist/wird durch ein vollständig passives Netzwerk gebildet.
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Eine Option zum Durchführen des Beispiels eines Verfahrens gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung besteht darin, die in Verbindung mit 1 beschriebene Vorrichtung oder eine Modifikation von dieser zu verwenden bzw. benutzen, was aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich wird, wie sie hierin nachstehend beschrieben sind.
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Gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden hierin nachstehend ausführlicher beschrieben. Es wird auf Implementierungsbeispiele Bezug genommen, die gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen. Es ist jedoch zu beachten, dass die Implementierungsbeispiele lediglich zu veranschaulichenden Zwecken bereitgestellt werden und nicht als die Erfindung darauf beschränkend zu verstehen sind. Vielmehr ist selbstverständlich, dass die Merkmale der Implementierungsbeispiele ausgetauscht und vermischt werden können, wie es aus der Gesamtheit der vorliegenden Schrift zu verstehen ist.
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Gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden durch Anwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung und/oder ausgewählter von deren optionalen Modifikationen auf einen Vollduplex-Sendeempfänger gebildet, so dass ein Kompensations- bzw. Ab-/Ausgleichsnetzwerk zwischen dem Sender und dem Empfänger verwendet wird, um eine hohe Isolation zu erreichen. Somit kann ein Isolationsbereich mit einer festen Mittenfrequenz und einer festen Bandbreite durch ein vollständig passives Netzwerk ohne Abstimmung verwirklicht werden.
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Im Speziellen ist es gemäß gewissen Implementierungsbeispielen, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bilden, möglich, eine Isolation von mehr als 50dB über 20MHz und 80MHz Bandbreite für das Ein- und das Zweiantennensystem zu erreichen. Zusätzlich wird ein simulierter Einfügungsverlust von 3,5dB beobachtet, der durch die passiven Elemente verursacht wird, die in den Antenne-Empfänger- bzw. den Antenne-Sender-Pfad eingefügt sind/werden.
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Gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird in einem Einantennensystem die gleiche Antenne sowohl für Übertragung (Tx) als auch Empfang (Rx) verwendet. In einer beispielhaften Schaltung wird ein Implementierungsausführungsbeispiel durch Verwendung von zwei Induktoren bzw. Induktivitätsspulen gebildet, die mit drei Kondensatoren schwingen bzw. in Resonanz kommen, um den Strom bei Tx oder Rx aufzuheben. 3 zeigt ein Implementierungsbeispiel des Einantennensystems unter Verwendung von realen Komponenten aus einer 130nm-CMOS-Technologie.
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Die Kondensatoren C1 und C2, die in 3 gezeigt sind, stellen optionale Merkmale gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dar, die verwendet werden, um eine weite Bandbreitenanpassung bereitzustellen, etwa auf 50Ω-Ports (Empfänger und Sender) in einer beispielhaften Implementierungstechnologie. Sie trennen auch die DC-Vorspannung des Empfängers von dem Sender, was ein wünschenswerter Faktor ist. Das heißt, dass bei dem vorliegenden Einantennenfall die zusätzlichen Kondensatoren zu einer Breitbandanpassung beitragen, indem sie mehr Freiheit für eine Abstimmung bereitstellen, und die Isolationsbandbreite durch Hinzufügung der Kondensatoren verbessert wird. Sie sind in schmalbandigen Anwendungen jedoch nicht zwingend.
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Zu Simulationszwecken kann eine elektronische Entwurfsautomatisierungssoftware wie etwa ADS (Advanced Design System, bereitgestellt durch Agilent) verwendet werden, um die Isolation und die Bandbreite zu optimieren, und kann z.B. eine Isolation von 50dB über ein 20MHz-Band erreicht werden. Mit Bezug auf das in 3 gezeigte Implementierungsbeispiel ist die simulierte Isolation in 4 gezeigt.
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Gemäß weiteren gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden in einem Zweiantennensystem separate Antennen für den Sender (Tx) und den Empfänger (Rx) verwendet. 5 veranschaulicht ein Leistungskopplungssimulationsmodell für das Zweiantennensystem einer Mobilvorrichtung mit einer Basisstation. Zum Entwurf eines Interferenzschaltkreises zur Bereitstellung einer hohen Isolation zwischen einer Tx-Antenne und einer Rx-Antenne kann eine Leistungskopplung zwischen den zwei Antennen aus der Simulation berechnet werden. Zusätzlich kann die Basisstationsantenne zu der Simulation hinzugefügt werden, um die Wirkung der Auslöschungsschaltung auf den Pfadverlust zu messen. In diesem Fall werden die Interferenz von Tx auf Rx, sowie der Leistungsverlust von Basisstation zu Rx und von Tx zu BS berücksichtigt.
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In einer beispielhaften Simulation werden Halbwellenlänge-Dipolantennen verwendet, die auf 3,5GHz schwingen bzw. in Resonanz kommen. Der Abstand zwischen der Tx- und der Rx-Antenne ist auf 25mm festgelegt und es wird betrachtet, dass die BS-Antenne weit entfernt platziert ist, um den Fernfeldeffekt zwischen der BS und der Mobilvorrichtung zu modellieren.
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Zum Vergleich zeigt 6 einen Graphen, der das Simulationsergebnis für das Antennenmodell ohne einen Interferenzauslöschungsschaltkreis veranschaulicht.
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In der Simulation werden S-Parameter-Ergebnisse verwendet, um die Leistungskopplung zwischen den Antennen darzustellen. Port 1 steht für die Tx-Antenne, Port 2 steht für die Rx-Antenne und Port 3 steht für die BS-Antenne. Somit ist der Absolutwert von S21 die Tx-zu-Rx-Isolation, und sind S31 und S23 die Tx-zu-BS- und die BS-zu-Rx-Übertragungen.
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Es wird erneut Bezug genommen auf 1, die (wenn die dargestellte Tx-Antenne und die dargestellte Rx-Antenne als separate Komponenten aufgefasst werden) ein einfaches Modell des Zweiantennensystems z.B. für ein Mobiltelefon zeigt. Der Interferenzauslöschungsschaltkreis ist genau zwischen der Tx-Antenne (nach PA) und der Rx-Antenne (vor LNA) geschaltet. Wenn die von der Tx-Antenne auf die Rx-Antenne gekoppelte Leistung bzw. Energie und die durch den Auslöschungsschaltkreis übertragene Leistung bzw. Energie die gleiche Größe, aber entgegengesetzte Phasen haben, ist dann idealerweise in dB die Interferenz gleich Null und die Isolation unendlich.
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Basierend auf dem Simulationsergebnis des Leistungskopplungsverhaltens zwischen der Tx- und der Rx-Antenne ist zu verstehen, dass eine Kopplung auf der Resonanzfrequenz der Antennen sehr stark ist. Somit wird ein passender paralleler RLC-Resonator eingesetzt.
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Gemäß gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird eine Einzelstufenschaltung für den Interferenzauslöschungsschaltkreis verwendet. 7 zeigt ein Implementierungsbeispiel für eine derartige Einzelstufenschaltung, die einen Induktivitätszweig und einen Kapazitätszweig für den RLC-Resonator darstellt, die durch reale Komponenten gebildet sind. Zum Beispiel kann in dem vorliegenden Zweiantennenfall nur LC in einer einzelnen Stufe verwendet werden, indem die Isolation in der verwendeten Technologie (130nm CMOS) optimiert wird. Indessen kann in anderen Technologien ein Widerstand benötigt werden.
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8 zeigt einen Graphen, der ein Simulationsergebnis für das Einzelstufensystem veranschaulicht. Im Speziellen kann durch Verbindung der Einzelstufenschaltung mit dem Antennensystem das Leistungsverhalten des Einzelstufensystems simuliert werden. Die Isolation kann 45dB groß sein und hat eine Bandbreite von 50MHz für einen Pegel von 30dB. Der Verlust bzw. die Dämpfung kann berechnet werden, indem der Differenzwert der Übertragungswerte mit und ohne diese Schaltung genommen wird. In diesem Fall ist der Verlust bzw. die Dämpfung geringer als 1dB.
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Gemäß weiteren gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird eine Dreistufenschaltung für den Interferenzauslöschungsschaltkreis verwendet. 9 zeigt ein Implementierungsbeispiel für eine Dreistufenschaltung, wobei zwei weitere parallele RLC-Stufen hinzugefügt sind, um die Bandbreite zu verbreitern, indem die parallelen RLC-Resonatoren in Reihe geschaltet und auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen eingestellt sind.
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10 zeigt einen Graphen, der eine Isolation für das Zweiantennensystem mit einer Dreistufenschaltung unter Verwendung von realen Komponenten aus einer 130nm-CMOS-Technologie veranschaulicht.
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11 zeigt einen Graphen, der den Verlust bzw. die Dämpfung für das Zweiantennensystem mit einer Dreistufenschaltung unter Verwendung von realen Komponenten aus einer 130nm-CMOS-Technologie veranschaulicht.
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Somit ist gezeigt, dass in einer optimierten Version für ein Dreistufensystem eine Isolation von 70dB erreicht werden kann, eine Bandbreite von 443MHz für eine Isolation von 30dB und von 175MHz für eine Isolation von 50dB verwirklicht werden kann, und der Verlust bzw. die Dämpfung auf ungefähr 1,5dB bei der Mittenfrequenz von 3,5GHz gehalten werden kann.
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Gemäß noch weiteren gewissen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können sogar mehr Stufen in Reihe hinzugefügt werden, um eine weitere Bandbreite zu erreichen (und um dadurch unterschiedliche Resonanzfrequenzen zu realisieren), wie etwa eine in 12 gezeigte Fünfstufenschaltung. Indessen sollten Prozessschwankung und Fehlanpassung während einer Schaltungsherstellung berücksichtigt werden. Da es wahrscheinlich ist, dass mehr Komponenten verursachen, dass mehr Komponentenwerte schwanken, wird die effektive Ausbeute bzw. Produktion der Herstellung niedriger sein. Somit ist eine Verwendung von mehr Stufen möglich und innerhalb des Umfangs gewisser Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, aber vorbehaltlich eines Zielkonflikts bzw. Kompromisses.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, erzielen gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die Vorteile von Leistungseffizienz, Einfachheit und Linearität des passiven Netzwerks, das den Interferenzauslöschungsschaltkreis ausbildet, wobei nur passive Komponenten verwendet werden, um eine Verzerrung bei sehr hohen Leistungspegeln zu minimieren. Weiterhin wird die Kanalkapazität eines Kommunikationsbands erhöht, ohne mehr Bandbreite zu erfordern. Daher können gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise verwendet werden, um Sendeempfänger und Antennen für Mobilvorrichtungen und Basisstationen auszuführen bzw. aufzubauen.
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Wie es vorstehend angegeben ist, umfassen gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Funkfrequenz-Zellular-Chipsatz bzw. -Chipsätze und eine Ausrüstung wie etwa gemäß LTE/LTE-Advanced und/oder WCDMA, aber sind sie nicht darauf beschränkt.
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Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist es somit ersichtlich, dass beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, zum Beispiel aus Sicht eines Mobiltelefon-Sendeempfängers oder eines Basisstation-Sendeempfängers oder einer Komponente eines solchen, eine Vorrichtung, die selbigen verkörpert, ein Verfahren zum Steuern und/oder Betreiben desselben, sowie ein oder mehrere Computerprogramme, die denselben steuern oder betreiben, ebenso wie Medien, die ein oder mehrere solche Computerprogramme tragen und ein oder mehrere Computerprogrammprodukte bilden, bereitstellen.
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Zum Beispiel sind vorstehend Vorrichtungen, Verfahren und Computerprogrammprodukte beschrieben, die ein Vollduplexsystem mit Selbst- bzw. Eigeninterferenzauslöschung ermöglichen.
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Implementierungen von beliebigen der vorstehend beschriebenen Blöcke, Vorrichtungen, Systeme, Techniken oder Verfahren umfassen, als nicht einschränkende Beispiele, Implementierungen wie etwa Hardware, Software, zum Beispiel in Verbindung mit einem digitalen Signalprozessor, einen Anweisungssatz, Firmware, Sonderzweckschaltungen oder -anwendungslogik, Universalzweckhardware oder -steuereinrichtung oder andere Rechenvorrichtungen, oder eine gewisse Kombination von diesen. Software oder Anwendungslogik oder ein Anweisungssatz können auf einem beliebigen von verschiedenen herkömmlich verfügbaren computerlesbaren Medien gehalten werden (die zu verstehen sind als alles, was Anweisungen in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann). Weiterhin ist es selbstverständlich, dass, wo auf einen Prozessor Bezug genommen wird, ein solcher Prozessor in seinem breitesten Sinne zu verstehen ist und zum Beispiel zusätzlich einen Speicher (z.B. ROM, CD-ROM, usw.) aufweisen oder nicht aufweisen kann, und er einen Computerprozessor (einschließlich von Dual-Core- und Multi-Core-Prozessoren), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field-Programmable Gate Array (FPGA) und/oder andere Hardwarekomponenten, die derart programmiert wurden, dass sie die beschriebene Funktion ausführen, aufweisen kann.
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Weiterhin bezieht sich der Ausdruck Schaltkreis, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, auf alles des Folgenden: (a) reine Hardwareschaltungsimplementierung (wie etwa Implementierungen in rein analogen und/oder digitalen Schaltkreisen) und (b) Kombinationen von Schaltungen und Software (und/oder Firmware), wie etwa (soweit zutreffend): (i) eine Kombination von einem oder mehreren Prozessoren oder (ii) Teile von einem oder mehreren Prozessoren bzw. Software (einschließlich eines oder mehrerer digitaler Signalprozessoren), Software und ein oder mehrere Speicher, die zusammenarbeiten, um eine Vorrichtung wie etwa ein Mobiltelefon oder einen Server zu veranlassen, verschiedene Funktionen durchzuführen, und (c) Schaltungen wie etwa einen oder mehrere Mikroprozessoren, die Software oder Firmware zum Betrieb erfordern, selbst wenn die Software oder Firmware nicht physikalisch vorhanden ist.
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Diese Definition von Schaltkreis gilt für alle Verwendungen dieses Begriffs in dieser Schrift einschließlich jeglicher Patentansprüche. Als ein weiteres Beispiel würde der Ausdruck Schaltkreis, wie er in dieser Schrift verwendet wird, auch eine Implementierung von lediglich einem Prozessor (oder mehreren Prozessoren) oder einem Teil eines Prozessors und dessen (oder deren) zugehöriger Software und/oder Firmware abdecken. Der Ausdruck Schaltkreis würde, zum Beispiel und soweit für das spezielle Anspruchselement zutreffend, auch eine integrierte Basisbandschaltung oder integrierte Anwendungsprozessorschaltung für ein Mobiltelefon und/oder eine Basisstation oder eine ähnlich integrierte Schaltung in einem Server, einer zellularen Netzwerkvorrichtung oder einer anderen Netzwerkvorrichtung abdecken.
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Falls gewünscht, können die hierin erörterten unterschiedlichen Funktionen in einer anderen Reihenfolge und/oder gleichzeitig zueinander durchgeführt werden. Außerdem können, falls gewünscht, ein oder mehrere der vorstehend beschriebenen Funktionen optional sein oder kombiniert werden.
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Obgleich verschiedene Aspekte der Erfindung in den beigefügten unabhängigen Patentansprüchen dargelegt sind, umfassen weitere Aspekte der Erfindung andere Kombinationen von Merkmalen aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen und/oder den abhängigen Patentansprüchen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche, und nicht ausschließlich die in den Patentansprüchen ausdrücklich dargelegten Kombinationen.
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Was vorstehend beschrieben ist, ist das, was momentan als bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betrachtet wird. Wie es für den fachmännischen Leser ersichtlich ist, sind diese jedoch nur zu veranschaulichenden Zwecken bereitgestellt und keineswegs dazu bestimmt, dass die vorliegende Erfindung darauf beschränkt ist. Vielmehr ist es der Zweck darin, dass alle Variationen und Modifikationen umfasst sind, die in den Grundgedanken und den Umfang der beigefügten Patentansprüche fallen.
