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HINTERGRUND
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1. GEBIET DER OFFENBARUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf das Gebiet elektronischer Vorrichtungen und insbesondere auf ein Anwenden von Phasenmodulation auf Millimeterwellen mit EIN-/AUS-Tastung (on-off-keying – OOK) zur Spektralsteuerung.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Extreme Hochfrequenz (EHF) ist Teil der Funkfrequenz im elektromagnetischen Spektrum. Zum Beispiel verläuft EHF im Frequenzbereich von 30 bis 300 Gigahertz (GHz). Funkwellen in diesem Band haben Wellenlängen von einem bis zehn Millimeter, was ihm den Namen Millimeterband oder Millimeterwellen gibt. Wegen der kürzeren Wellenlängen erlaubt dieses Band die Verwendung kleinerer Antennen als bei ähnlichen Bedingungen in den unteren Frequenzbändern erforderlich wäre, um die gleich hohe Richtwirkung und hohe Verstärkung zu erzielen. Hohe Richtwirkung ermöglicht eine effizientere Nutzung des Spektrums für Punkt-zu-Punkt-Kommunikation, Intersatellit-Verbindungen, Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikation usw.
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Insbesondere unterliegen Signale im 57–64 GHz-Bereich einer Resonanz des Sauerstoffmoleküls und werden in der Atmosphäre stark gedämpft. Daher haben diese Millimeterbänder ein noch größeres Frequenz-Wiederverwendungspotential und können in vielen weitverbreiteten Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann das 60 GHz Band für nicht lizensierte Kurz-Reichweiten(1,7 km)-Datenverbindungen verwendet werden. Das 60 GHz Band kann auch für Wi-Fi-Standard IEEE 802.11ad Datenverbindungen mit Datenübertragungsraten von bis zu 7 Gigabit (Gbit) pro Sekunde verwendet werden. WirelessHD ist eine weitere Technologie, die in der Nähe des 60-GHz-Bereichs betrieben wird. Insbesondere basiert die WirelessHD Spezifikation auf einem 7 GHz Kanal in dem 60 GHz Funkband. Hochgradig gerichtete Signaleigenschaften ermöglichen Systeme in diesen Bändern in zueinander enger Nähe zu konstruieren, ohne Störungen zu verursachen.
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Jedoch ist die regulierte Bandbreite für dieses Millimeterband in den USA und anderen Ländern beschränkt. Zum Beispiel hat das 60 GHz Band nur eine 7 GHz Bandbreite, die durch die U.S. Federal Communications Commission (FCC) reguliert ist. Darüber hinaus ist die aktuelle Datenübertragungsrate für das 60 GHz Band weniger als 4 Gbit pro Sekunde, was für viele Anwendungen nicht hoch genug ist. Mit einem flachen Frequenzspektrum wird die Bandbreite nicht effizient verwendet. Daher besteht ein Bedarf die effektive Bandbreite des Frequenzspektrums zu reduzieren oder das Frequenzspektrum auf die Mitte des Bandes zu konzentrieren und somit der Effizienz der Bandnutzung zu erhöhen und höhere Datenübertragungsraten zu erzielen. Obwohl die Datenrate durch fortschrittliche Modulationsverfahren, welche die Signalverarbeitungskomplexität zum Wiederherstellen des Signals erhöhen, erhöht werden kann, sind wenig komplexe Sender und Empfänger für ein Produkt immer wünschenswert um Kosten, Energieverbrauch, Wartungsaufwand, die Komplexität der Verwaltung, Integrationsschwierigkeit und physische Größe zu senken.
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ÜBERBLICK
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind allgemein auf phasenmodulierte Trägersignale mit EIN-AUS-Tastung für Millimeterwellenkommunikation gerichtet. In einigen Ausführungsformen stellt ein Verfahren, eine Vorrichtung oder ein System Phasenmodulation eines Trägersignals mit EIN-AUS-Tastung für Millimeterwellenkommunikation, beispielsweise 60 GHz Millimeterwellenkommunikation, bereit.
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In einer Ausführungsform kann ein computerimplementiertes Verfahren ein Erzeugen, in einer Sendevorrichtung, eines binäre, digitale Daten darstellendes EIN-AUS-Tastung(on-off keying – OOK)-Signal; ein Erzeugen, in der Sendevorrichtung, eines Phasenmodulationssteuersignals zum Steuern einer Phasenmodulation eines Millimeterwellen-Trägersignals basierend auf dem EIN- und AUS-Muster des OOK-Signals; ein Anwenden, in der Sendevorrichtung, der Phasenmodulation auf das Millimeterwellen-Trägersignals basierend auf dem Phasenmodulationssteuersignal, um ein phasenmoduliertes Trägersignal zu erzeugen; ein Erzeugen, in der Sendevorrichtung, eines verstärkten, phasenmodulierten Trägersignals mit OOK basierend auf dem OOK-Signal und dem phasenmodulierten Trägersignal; und ein Senden, in der Sendevorrichtung, des verstärkten, phasenmodulierten Trägersignals mit OOK zu einer Empfangsvorrichtung über eine Millimeterwellen-Kommunikationsverbindung.
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In einer Ausführungsform steuert das Phasenmodulationssteuersignal die Phasenmodulation während der EIN-Perioden des OOK-Signals. In einer Ausführungsform weist die Phasenmodulation eine duobinäre Phasenmodulation auf und ein Erzeugen eines Phasenmodulationssteuersignals zum Steuern der Phasenmodulation eines Millimeterwellen-Trägersignals basierend auf einem EIN- und AUS-Muster des OOK-Signals aufweisend: Zählen einer Anzahl von aufeinanderfolgenden AUS-Perioden des OOK-Signals zwischen einer vorhergehenden EIN-Periode des OOK-Signals und einer aktuellen EIN-Periode des OOK-Signals; – in Reaktion auf die Ermittlung, dass die Anzahl der aufeinanderfolgenden AUS-Perioden gerade ist – Erzeugen des Phasenmodulationssteuersignals, um die Phasenmodulationsschaltung zu steuern, um eine gleiche Phasenverschiebung auf das Millimeterwellen-Trägersignal für die aktuelle EIN-Periode anzuwenden, wie sie für die vorhergehende EIN-Periode angewendet wurde; und – in Reaktion auf die Ermittlung, dass die Anzahl der aufeinanderfolgenden AUS-Perioden ungerade ist – Erzeugen des Phasenmodulationssteuersignals, um die Phasenmodulationsschaltung zu steuern, um eine andere Phasenverschiebung auf das Millimeterwellen-Trägersignal für die aktuelle EIN-Periode anzuwenden, bezogen auf die Phasenverschiebung der vorhergehenden EIN-Periode. In einer Ausführungsform weist das Anwenden der unterschiedlichen Phasenverschiebungen ein Anwenden keiner Phasenverschiebung auf das Millimeterwellen-Trägersignal der aktuellen EIN-Periode in Reaktion auf die vorhergehende EIN-Periode aufweisend eine Phase von Pi-Radiant; und Anwenden einer Phasenverschiebung von Pi-Radiant auf das Millimeterwellen-Trägersignal für die aktuelle EIN-Periode in Reaktion auf die vorhergehende EIN-Periode mit einer Phase von Null-Radiant auf.
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In einer Ausführungsform weist die Phasenmodulation eine alternierende Phasenmodulation und ein Erzeugen eines Phasenmodulationssteuersignals zum Steuern der Phasenmodulation eines Millimeterwellen-Trägersignals auf basierend auf dem EIN- und AUS-Muster des OOK-Signal aufweisend: Ermitteln einer ersten Phasenverschiebung angewendet auf das Millimeterwellen-Trägersignal in einer vorhergehenden EIN-Periode zu einer aktuellen EIN-Periode; Anwenden einer gleichen Phasenverschiebung auf das Millimeterwellen-Trägersignal für die aktuelle EIN-Periode, wenn es keine AUS-Perioden zwischen der vorhergehenden EIN-Periode und der aktuellen EIN-Periode gibt; und Anwenden einer zweiten Phasenverschiebung auf das Millimeterwellen-Trägersignal für die aktuelle EIN-Periode, wenn es eine oder mehrere AUS-Perioden zwischen der vorhergehenden EIN-Periode und der aktuellen EIN-Periode gibt, die zweite Phasenverschiebung aufweisend einen anderen Wert als die erste Phasenverschiebung. Zum Beispiel weist die erste Phasenverschiebung einen Wert von Null-Radiant (0 Grad) und die zweite Phasenverschiebung einen Wert von Pi-Radiant (180 Grad) auf. In einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Speichern der ersten Phasenverschiebung der vorhergehenden EIN-Periode auf.
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In einer Ausführungsform weist eine Sendevorrichtung auf: eine Kodierer-Schaltung zum Empfangen binärer, digitaler Daten und zum Erzeugen eines die binären, digitalen Daten darstellenden EIN-AUS-Tastung(OOK)-Signals, die Kodierer-Schaltung auch erzeugend ein Phasenmodulationssteuersignal zum Steuern einer Phasenmodulation eines Millimeterwellen-Trägersignals basierend auf dem EIN- und AUS-Muster des OOK-Signals; eine Phasenmodulationsschaltung kommunikativ verbunden mit der Kodierer-Schaltung zum Empfangen des Phasenmodulationssteuersignals und des Millimeterwellen-Trägersignals, die Phasenmodulationsschaltung anwendend die Phasenmodulation auf das Millimeterwellen-Trägersignal basierend auf dem Phasenmodulationssteuersignal, um ein phasenmoduliertes Trägersignal zu erzeugen; einen Leistungsverstärker kommunikativ verbunden mit der Kodierer-Schaltung und der Phasenmodulationsschaltung zum Empfangen des OOK-Signals und des phasenmodulierten Trägersignals, der Leistungsverstärker erzeugend basierend auf dem OOK-Signal und dem phasenmodulierten Trägersignal ein verstärktes, phasenmoduliertes Trägersignal mit OOK; und eine Schnittstelle, um das verstärkte, phasenmodulierte Trägersignal mit OOK zu einer Empfangsvorrichtung über eine Millimeterwellen-Kommunikationsverbindung zu senden.
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In einer Ausführungsform ein System zum Anwenden einer Phasenmodulation auf ein Millimeterwellen-Trägersignal mit OOK aufweisend eine Sendevorrichtung wie oben beschrieben, eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen des verstärkten, phasenmodulierten Trägersignals mit OOK, wobei die Empfangsvorrichtung eine Einhüllende eines verstärkten, phasenmodulierten Trägersignals mit OOK detektiert, um die binären, digitalen Daten wiederherzustellen; und eine Millimeterwellen-Kommunikationsverbindung aufweisend eine Datenübertragungsrate von Multi-Gigabit (Gbit) pro Sekunde. Zum Beispiel hat die Millimeterwellen-Kommunikationsverbindung eine Datenübertragungsrate von 5–7 Gbit pro Sekunde.
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Solche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung konzentrieren das Frequenzspektrum auf die Mitte der durch das FCC erlaubten 7 GHz Bandbreite innerhalb des 60 GHz Bands und erhöhen die Datenübertragungsrate, ohne die Notwendigkeit, die Empfängerkomplexität zu erhöhen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Lehren der hierin offenbarten Ausführungsformen können leicht durch Betrachten der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.
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1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Kommunikationssystem basierend auf phasenmodulierten EIN-AUS-Tastung(OOK)-Signalen gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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2 ist ein Diagramm, das OOK-Signale und entsprechende Phasenmodulationssteuersignale gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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3 ist ein Diagramm, das phasenmodulierte Trägersignale mit OOK gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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4 ist ein Diagramm, das simulierte spektrale Leistungsdichten der in 3 gezeigten, phasenmodulierten Trägersignale gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Phasenmodulieren eines Trägersignals basierend auf einem Muster eines OOK-Signals, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Figuren veranschaulicht sind. Es wird angemerkt, dass, wo immer praktikabel, ähnliche oder gleiche Bezugszeichen in den Figuren verwendet werden und auf ähnliche oder gleiche Funktionen hinweisen. Die Figuren und beigefügten Beschreibung zeigen nur verschiedene Ausführungsformen zum Zwecke der Veranschaulichung. Ein Fachmann auf dem Gebiet erkennt aus der folgenden Beschreibung leicht, das alternative Ausführungsformen der hierin veranschaulichten Strukturen und Verfahren verwendet werden können, ohne von den hier beschrieben Prinzipien abzuweichen. Wie hierin verwendet ist, können die Begriffe "Schätzen" "Ermitteln" oder "Rechnen" miteinander austauschbar verwendet werden.
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SYSTEMÜBERSICHT
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1 ist ein Systemdiagramm, das ein Kommunikationssystem 100 basierend auf phasenmodulierten EIN-AUS-Tastung(OOK)-Signalen gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das dargestellte Kommunikationssystem 100 weist einen Sender 103 und einen Empfänger 105 auf, die über eine Kommunikationsverbindung 107 kommunizieren. Nur ein Sender 103 und ein Empfänger 105 sind in 1 veranschaulicht, um die Beschreibung zu vereinfachen und zu klar zu erläutern. Ausführungsformen des Kommunikationssystems 100 können viele mit der Kommunikationsverbindung 107 verbundene Sender 103 und Empfänger 105 aufweisen. Ebenso können die von den verschiedenen Einheiten von 1 durchgeführten Funktionen in verschiedenen Ausführungsformen abweichen.
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Die Kommunikationsverbindung 107 ermöglicht die Kommunikation zwischen dem Sender 103 und dem Empfänger 105. In einer Ausführungsform verwendet die Kommunikationsverbindung 107 Standardkommunikationstechnologien und/oder Protokolle. Beispielsweise kann die Kommunikationsverbindung 107 eine der Millimeterwellenbänder verwenden, beispielsweise das 38,6 bis 40,0 Gigahertz (GHz) Band, 60 GHz Band, 71–76 GHz Band, 81–86 GHz Band oder 92–95 GHz-Band. Eine solche Kommunikationsverbindung 107 kann eine Punkt-zu-Punkt drahtloses lokales Netzwerk (Wireless Local Area Network) Verbindung sein, eine Intersatellitenverbindung oder eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationsverbindung. In einer Ausführungsform kann die Kommunikationsverbindung 107 mit dem Wi-Fi-Standard IEEE 802.11ad kompatible Signale auf dem 60 GHz Spektrum mit Datenübertragungsraten von bis zu 7 Gigabit/Sekunde (Gbit/s) kommunizieren. In einer anderen Ausführungsform können die Einheiten 103 und 105 individuell und/oder dedizierte Kommunikationstechnologien anstelle oder zusätzlich zu den oben beschriebenen verwenden.
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Der Sender 103 kann zum Erzeugen von verstärkten phasenmodulierten Trägersignalen eine Vorrichtung mit EIN-AUS-Tastung (OOK) sein und die Signale über die Kommunikationsverbindung 107 an den Empfänger 105 senden. In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist der Sender 103 eine Trägersignalquelle 111, eine Phasenmodulationsschaltung 113, eine Kodierer-Schaltung 115, einen Leistungsverstärker 119 und eine Schnittstelle 117 auf. Die Komponenten des Senders sind verbunden. Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass andere Ausführungsformen des Senders 103 unterschiedliche und/oder zusätzliche Schaltungen als die hier beschriebenen haben können, und dass die Funktionen zwischen den Schaltungen in anderer Weise verteilt sein können.
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Typischerweise kann die Trägersignalquelle 111 ein Trägersignalgenerator sein, der ein Trägersignal 112 mit einem bestimmten Frequenzbereich erzeugt. Beispielsweise ist ein Trägersignal 112 eine Millimeterwelle und weist beispielsweise eine 60-GHz-Frequenz oder andere Frequenzen im Bereich von 30 bis 300 GHz auf. Die Trägersignalquelle 111 gibt das Trägersignal 112 an die Phasenmodulationsschaltung 113, um Phasenmodulation auf dem Trägersignal 112 durchzuführen.
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Die Phasenmodulationsschaltung 113 empfängt das Trägersignal 112 von der Trägersignalquelle 111. Die Phasenmodulationsschaltung 113 empfängt auch ein Phasenmodulationssteuersignal 118 von der Kodierer-Schaltung 115 (die weiter unten näher beschrieben wird). Die Phasenmodulationsschaltung 113 wendet basierend auf dem Phasenmodulationssteuersignal 118 eine Phasenmodulation auf das empfangene Trägersignal 112 an, um ein phasenmoduliertes Trägersignal 120 zu erzeugen. In einer Ausführungsform moduliert die Phasenmodulationsschaltung 113 das Trägersignal 112 mittels Anwendens einer 180-Grad-Phasenverschiebung des Trägersignals 112 während ausgewählten Zeitintervallen gesteuert durch das Phasenmodulationssteuersignal 118. Die Phasenmodulationsschaltung 113 sendet das erzeugte phasenmodulierte Trägersignal 120 an den Leistungsverstärker 119.
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Der Leistungsverstärker 119 empfängt das phasenmodulierte Trägersignal 120 von der Phasenmodulationsschaltung 113 und ein OOK-Signal 116 von der Kodierer-Schaltung 115. Der Leistungsverstärker 119 erzeugt ein verstärktes, phasenmoduliertes Trägersignal mit OOK 131 basierend auf den empfangenen Signalen 120 und 116. In EIN-AUS-Tastung wird das Signal 131 effektiv ein- oder ausgeschaltet während verschiedener Zeitintervalle (z.B. Takt-Zyklen) gesteuert durch das OOK-Signal 116. Während EIN-Perioden, weist Signal 131 ein Hochfrequenzsignal auf und während AUS-Perioden ist das Signal 131 im Wesentlichen flach (das heißt, sehr geringe oder annähernd keine Amplitude). Darüber hinaus ist das phasenmodulierte Trägersignal mit OOK 131 phasenmoduliert während EIN-Pulsen des OOK-Signals derart, dass während jedes EIN-Pulses, das Signal 131 zum Beispiel eine 0-Grad oder 180-Grad (π-Radiant) Phasenverschiebung relativ zu dem Trägersignal 112 hat. Das verstärkte, phasenmodulierte Trägersignal mit OOK 131 wird ausführlicher unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Die Schnittstelle 117 sendet das verstärkte, phasenmodulierte Trägersignals mit OOK 131 an einen Empfänger 105 über die Kommunikationsverbindung 107. Beispielsweise weist in einem Ausführungsbeispiel die Schnittstelle 117 eine Antenne und zugehörige Komponenten zum drahtlosen Verbinden auf, um das verstärkte, phasenmodulierte Trägersignal mit OOK 131 an den Empfänger 105 zu senden.
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Wie oben beschrieben gibt die Kodierer-Schaltung 115 das OOK-Signal 116 an den Leistungsverstärker 119 aus und das Phasenmodulationssteuersignal 118 an die Phasenmodulationsschaltung 113 aus, um das Erzeugen des verstärkten, phasenmodulierten Trägersignals mit OOK 131 zu erleichtern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel 115 empfängt die Kodierer-Schaltung binäre, digitale Daten 114, beispielsweise Nullen oder Einsen, von einer externen Quelle (nicht abgebildet). Die Kodierer-Schaltung 115 erzeugt ein EIN-AUS-Tastung(OOK)-Signal 116, das die binären, digitalen Daten 114 darstellt. Zum Beispiel verwendet das OOK-Signal 116 "EIN“- und „AUS“-Zeitperioden (z.B. bei der jede Periode mit einer Periode eines Taktsignals korrespondiert), um jeweils die "Einsen" und „Nullen" der binären, digitalen Daten 114 zu repräsentieren und umgekehrt. Mit anderen Worten: eine "EIN-Periode" des OOK-Signals 116 korrespondiert zu einem Signal Eins in den binären Daten 114 und eine "AUS-Periode" des OOK-Signals 116 korrespondiert zu einem Signal Null in den binären Daten 114, oder umgekehrt. Dementsprechend hat das OOK-Signal 116 ein EIN- und AUS-Muster spezifiziert mittels der binären, digitalen Daten 114.
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Zudem erzeugt die Kodierer-Schaltung 115 ein Phasenmodulationssteuersignal 118 zum Steuern einer Phase, die auf das Trägersignal 112 moduliert wird, basierend auf dem EIN- und AUS-Muster des OOK-Signals 116. Beispielsweise kann das Phasenmodulationssteuersignal 118 die Phasenmodulationsschaltung 113 steuern, um Phasenverschiebungen auf das Trägersignal 112 anzuwenden basierend auf dem EIN- und AUS-Muster des OOK-Signals 116 unter Verwendung, zum Beispiel, eines duobinären oder alternierenden Phasenmodulationsschemas, wie im Einzelnen unten beschrieben wird. Mit anderen Worten das Phasenmodulationssteuersignal 118 wird mit dem EIN- und AUS-Muster des OOK-Signals 116 synchronisiert. In einer Ausführungsform wird die Phasenmodulation (beispielsweise Phasenverschiebung) mit dem Trägersignal 112 während zumindest einiger der "Ein"-Perioden des OOK-Signals angewendet. Da es keine Leistung im OOK-Signal während der „AUS“-Perioden gibt, ist das Phasenmodulationssteuersignal 118 während der „AUS“-Perioden irrelevant und es kann während der „AUS“-Perioden entsprechend dem Phasenmodulationssteuersignal 118 Phasenmodulation geben oder auch nicht. Zusätzlich kann unterschiedliche Phasenmodulation (beispielsweise unterschiedliche Phasenverschiebung) auf das Trägersignal 112 während unterschiedlicher "Ein"-Perioden des OOK-Signals 116 abhängig von dem Phasenmodulationsschema angewendet werden, von denen Beispiele ausführlicher unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
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Die Kodierer-Schaltung 115 sendet das Phasenmodulationssteuersignal 118 an die Phasenmodulationsschaltung 113. Zudem sendet die Kodierer-Schaltung 115 das OOK-Signal 116 an den Leistungsverstärker 119 zum Anwenden einer EIN-AUS-Tastung auf das phasenmodulierte Trägersignal 120, wie mit Bezug auf die Phasenmodulationsschaltung 113 beschrieben ist.
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Der Empfänger 105 kann ein Gerät zum Empfangen von modulierten Signalen sein (wie beispielsweise dem von dem Sender 103 erzeugten, verstärkten, phasenmodulierten Trägersignals mit OOK 131) und zum Wiederherstellen der durch das empfangene Signal dargestellten binären, digitalen Daten. In der dargestellten Ausführungsform weist der Empfänger 105 eine Schnittstelle 129 zum Empfangen des verstärkten phasenmodulierten Trägersignals mit OOK 131 über die Kommunikationsverbindung 107 auf (beispielsweise eine Antenne und zugehörige Komponenten). Der Empfänger 105 kann auch einen rauscharmen Verstärker (low noise amplifier – LNA) 123, einen Leistungsdetektor ("Leist. Det.") 125 und ein Entscheidungsmodul 127 aufweisen. Der LNA 123 verstärkt das empfangene Signal von dem Sender 103. Der Leistungsdetektor 125 erzeugt ein Signal, das eine Leistung des empfangenen Signals oder deren Äquivalent darstellt. Das Entscheidungsmodul 127 zerschneidet das Leistungssignal, um binäre, digitale Daten zu ermitteln, beispielsweise Einsen oder Nullen. Wenn keine Fehler vorhanden sind, sind die ermittelten, binären, digitalen Daten die von dem Sender 103 gesendeten Daten wie das verstärkte, phasenmodulierte Trägersignal 114 mit OOK 131. Zusätzliche Komponenten des Empfängers 105 (nicht gezeigt) können zur Erkennung und/oder Korrektur von Fehlern betrieben werden oder führen eine andere Verarbeitung an den empfangenen Daten durch. In einer Ausführungsform kann der Leistungsdetektor 125 ein Einhüllende-Detektor sein, um die Größe des Signals zu detektieren. In einer Ausführungsform kann der Leistungsdetektor 125 ein Signal erkennen, das eine monotone Beziehung zu der Leistung des Signals aufweist.
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In dem Kommunikationssystem 100, das oben beschrieben ist, verengt die durch den Sender 103 durchgeführte Phasenmodulation vorteilhafterweise das Frequenzspektrum des Kommunikationssignals relativ zu einem OOK-Signal ohne Phasenmodulation. Beispielsweise ist durch Hinzufügen eine Phasenmodulation zum OOK-Signal, die Leistung des Signals stärker auf den Mittelbereich des Frequenzbandes konzentriert. Daher wird die begrenzte Bandbreite effizienter genutzt. Dies ist besonders hilfreich für ein 60-GHz-Millimeterwellen Sendesystem für, die eine von der Federal Communications Commission (FCC) geregelte 7 GHz Bandbreite aufweist. Darüber hinaus kann der Empfänger 105 zu einem herkömmlichen OOK-Empfänger 105 ähnlich oder identisch sein, da die durch den Sender 103 hinzugefügte Phasenmodulation die Fähigkeit des Empfängers die OOK Daten wiederherzustellen nicht beeinflusst.
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BEISPIEL PHASENMODULATION STEUERSIGNALE
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2 ist ein Diagramm, das Beispiele von OOK-Signalen 116 und entsprechende Phasenmodulationssteuersignale 118 gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen die Wellenformen 201, 203, 205 den OOK 116 Signale mit EIN-Perioden und AUS-Perioden (wobei jede Periode durch die gestrichelte Linie separiert ist), während die Zahl (z.B. "0", "π" mit den Wellenformen zugeordnet sind) 201, 203, 205 repräsentieren die Phasen (in Radiant), die auf dem Trägersignal 112 während EIN-Perioden der OOK-Signale 116 gemäß der Phasenmodulationssteuersignale 118 angewendet werden. Zusätzlich kann das Phasenmodulationssteuersignal 118 einen beliebigen Wert während der AUS-Perioden des OOK-Signals 116 aufweisen, da kein Signal während der AUS-Perioden gesendet wird.
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Bezugnehmend auf 2 stellt die Wellenform 201 ein OOK-Signal 116 dar und die Zahlen "0" veranschaulicht mit der Wellenform 201 zeigen an, dass Null-Phasenverschiebung (oder keine Phasenmodulation) auf das Trägersignal 112 angewendet wird. Mit anderen Worten, die EIN-Perioden des OOK-Signals haben eine Null-Phasenverschiebung.
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Wie oben beschrieben ist, kann das System 100 die Phasenmodulation auf das Trägersignal 112 basierend auf dem EIN- und AUS-Muster des OOK-Signals 116 anwenden. In einem Ausführungsbeispiel ist die Phasenmodulation eine duobinäre Phasenmodulation. Beispielsweise stellen die der Wellenform 203 zugeordneten Zahlen "0" und "π" Phasenmodulationssteuersignale 118 dar, die den Phasenmodulator 113 dazu veranlassen, eine duobinäre Phasenmodulation zu implementieren. In diesem Beispiel erzeugt der Phasenmodulator 113, dass das phasenmodulierten Signal 120 entweder Null-Phasenverschiebung oder eine Pi(π)-Phasenverschiebung aufweist bezüglich des Trägersignals 112 während einer bestimmten EIN-Periode des OOK-Signals 203 abhängig von der Anzahl aufeinanderfolgender AUS-Perioden unmittelbar vor der gegebenen EIN-Periode. Insbesondere steuert in einem solchen Modulationsschema das Phasenmodulationssteuersignal 118 den Phasenmodulator 113, so dass zwei beliebige aufeinanderfolgende EIN-Perioden die gleiche Phase aufweisen, wenn eine gerade Anzahl (einschließlich Null) von AUS-Perioden zwischen ihnen ist, und das Phasenmodulationssteuersignal 118 steuert den Phasenmodulator 113 so, dass zwei aufeinanderfolgende EIN-Perioden unterschiedliche Phasen aufweisen, wenn eine ungerade Anzahl von AUS-Perioden zwischen ihnen ist. Wie in dem dargestellten Beispiel ersichtlich ist, weist die Wellenform 203 eine erste EIN-Periode 211a und eine zweite EIN-Periode 211b ohne AUS-Perioden dazwischen auf. Solche EIN-Perioden 211a und 211b haben die gleiche Phase. Des Weiteren folgt eine dritte EIN-Periode 213 auf die EIN-Periode 211b mit einer einzigen AUS-Periode 215 dazwischen. Dementsprechend weisen die EIN-Perioden 211b und 213 verschiedene Phasen auf. Ebenso hat die EIN-Periode 217a die gleiche Phase wie EIN-Periode 213, weil es eine gerade Anzahl von AUS-Perioden 219a, 219b dazwischen gibt, und EIN-Periode 217b hat die gleiche Phase wie EIN-Periode 217a, weil es keine AUS-Perioden dazwischen gibt.
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Um solch ein duobinäres Phasenmodulationssteuersignal 118 zu erhalten, kann die Kodierer-Schaltung 115 die Phase der vorhergehenden EIN-Periode verfolgen und die Anzahl aufeinanderfolgender AUS-Perioden der vorhergehenden EIN-Periode in dem OOK-Signal 116 verfolgen. Für eine aktuelle EIN-Periode gibt die Kodierer-Schaltung 115 ein Phasenmodulationssteuersignal 118 aus, um den Phasenmodulator 113 zu steuern, ein phasenmoduliertes Signal 120 zu erzeugen, das die gleiche Phase wie die vorhergehende EIN-Periode aufweist, wenn die verfolgte Anzahl der aufeinanderfolgenden AUS-Perioden gerade ist, und die Kodierer-Schaltung 115 gibt ein Phasenmodulationssteuersignal 118 aus, um den Phasenmodulator 113 zu steuern, ein phasenmodulierte Signal 120 zu erzeugen, das eine andere Phase als die vorhergehende EIN-Periode aufweist, wenn die Kodierer-Schaltung 115 ermittelt, dass die verfolgte Anzahl von AUS-Perioden ungerade ist. In einer Ausführungsform können die Phasenverschiebungen aus einem Satz von Null und Pi gewählt werden, obwohl andere unterschiedliche Phasenpaare möglich sind. Darüber hinaus kann die Wahl der Anfangsphase entweder Null oder Pi sein.
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In einer anderen Ausführungsform steuert das Phasenmodulationssteuersignal 118 den Phasenmodulator 113 an eine alternierende Phasenmodulation anzuwenden. In dieser Ausführungsform sind die Phasen von zwei aufeinander folgenden EIN-Perioden unterschiedlich, wenn es eine oder mehrere AUS-Perioden zwischen ihnen gibt, und die Phasen der aufeinanderfolgenden EIN-Perioden ohne AUS-Perioden zwischen ihnen ist die gleiche. Beispielsweise haben EIN-Perioden 221a und 221b die gleiche Phase, weil es keine AUS-Perioden zwischen ihnen gibt. EIN-Perioden 221b und 223 haben unterschiedliche Phasen, weil es eine AUS-Periode 222 zwischen ihnen gibt. EIN-Periode 225a hat eine andere Phase als EIN-Periode 223, weil es AUS-Perioden 224a, 224b zwischen ihnen gibt, und die EIN-Periode 225b hat die gleiche Phase wie EIN-Periode 225a, weil es keine AUS-Periode zwischen ihnen gibt. Zum Aktivieren eines alternierend phasenmodulierten Trägersignals kann die Kodierer-Schaltung 115 eine Zustandsmaschine aufweisen, welche die Phase der vorhergehenden EIN-Periode speichert und die Phase (beispielsweise von 0 bis π oder umgekehrt) nach einer oder mehreren AUS-Perioden schaltet. In einer Ausführungsform können die Phasenverschiebungen von einem Satz von Null und Pi gewählt werden, obwohl andere, unterschiedliche Phasenpaare möglich sind. Darüber hinaus kann die Wahl der Anfangsphase entweder Null oder Pi sein.
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BEISPIEL PHASENMODULIERTER TRÄGERSIGNALE
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Bezugnehmend auf 3 sind phasenmodulierte Trägersignale mit OOK gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt relativ zu einem OOK-Signal 307 mit EIN-Perioden und AUS-Perioden (wobei jede Periode durch die gestrichelten Linien separiert ist). In der dargestellten Ausführungsform stellt die Wellenform 301 ein Trägersignal mit OOK ohne Phasenmodulation dar. Daher hat die Wellenform 301 keine Phasenverschiebung während der EIN-Perioden gegenüber dem ursprünglichen Trägersignal. Zusätzlich stellt die Wellenform 303 ein Trägersignal gemäß einer duobinären Phasenmodulation und auch mit OOK dar. Das phasenmodulierte Trägersignal 303 hat die gleiche Phase für die aufeinanderfolgenden EIN-Perioden, wenn eine gerade Zahl (einschließlich Null) von aufeinanderfolgenden AUS-Perioden zwischen ihnen vorhanden ist, und das phasenmodulierte Trägersignal 303 weist verschiedene Phasen für aufeinanderfolgende EIN-Perioden auf, wenn eine ungerade Anzahl von aufeinanderfolgenden AUS-Perioden zwischen ihnen vorhanden ist. Ferner stellt die Wellenform 305 ein Trägersignal durch eine alternierend modulierte Phasenmodulation und mit OOK dar. Beispielsweise weisen aufeinander folgende EIN-Perioden in dem modulierten Trägersignal 305 unterschiedliche Phasen auf, wenn es eine oder mehrere AUS-Perioden zwischen ihnen gibt, und haben ansonsten die gleiche Phase.
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BEISPIEL SPEKTRALE LEISTUNGSDICHTEN
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4 ist ein Diagramm, das spektrale Leistungsdichten der in 3 veranschaulichten, modulierten Trägersignale darstellt gemäß einer Ausführungsform. Zum Beispiel werden die spektralen Leistungsdichten (oder Leistungsspektren) eines Trägersignals mit OOK ohne Phasenmodulation 410, ein Trägersignal mit OOK und mit alternierender Phasenmodulation 420 und ein Trägersignal mit OOK und mit duobinärer Phasenmodulation 430 veranschaulicht. Im Vergleich zu dem flachen Leistungsspektrum des Trägersignals ohne Phasenmodulation ist das Leistungsspektrums des Trägersignals, das durch eines der beiden Phasenmodulationen phasenmoduliert wurde, konzentrierter auf die Mitte der Haupt- und Seitenfrequenzbänder wie 0–1 und 1–2fRb, wobei Rb die Bitrate des Signals ist und f die Frequenz des Signals ist. Mit anderen Worten: das phasenmodulierte Trägersignal mit OOK weist mehr Energie auf konzentriert in einem schmaleren Frequenzbereich innerhalb der Bandbreite.
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BEISPIELHAFTES VERFAHREN
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Bezugnehmend auf 5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zur Phasenmodulation eines Trägersignals basieren auf einem Muster eines OOK-Signal veranschaulicht gemäß einer Ausführungsform. Ein Sender 103 empfängt 510 binäre, digitale Daten 114, beispielsweise Nullen und Einsen von einer externen Quelle. Der Sender 103 erzeugt 520 ein OOK-Signal 116, das die empfangenen, binären, digitalen Daten 114 darstellt. Zum Beispiel hat das OOK-Signal jeweils EIN-Perioden und AUS-Perioden repräsentierend "Einsen" und "Nullen" der binären, digitalen Daten 114.
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Der Sender 103 erzeugt 530 ein Phasenmodulationssteuersignal 118 basierend auf Muster der binären, digitalen Daten 114. Zum Beispiel wird/ist das Phasenmodulationssteuersignal 118 mit dem EIN- und AUS-Muster des die empfangenen binären, digitalen Daten 114 darstellenden OOK-Signals 116 synchronisiert, und zeigt Phasenverschiebungen entsprechend einer duobinären Phasenmodulation oder einer alternierenden Phasenmodulation an. Der Sender 103 empfängt 540 ein Trägersignal 112. Beispielsweise ist das Trägersignal 112 eine 60-GHz-Millimeterwelle. Der Sender 103 wendet 550 eine Phasenmodulation auf das Trägersignal 112 an basierend auf dem Phasenmodulationssteuersignal 118, um ein phasenmoduliertes Trägersignal 120 zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Phasenmodulationsschaltung 113 des Senders 103, basierend auf dem Phasenmodulationssteuersignal 118, eine duobinäre Phasenmodulation oder alternierende Phasenmodulation während der Pulse (oder EIN-Perioden) des OOK-Signals auf das Trägersignal anwenden.
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Der Sender 103 erzeugt 560 auch ein verstärktes, phasenmoduliertes Trägersignal mit OOK verwendend das phasenmodulierte Trägersignals und das OOK-Signal. Beispielsweise gibt der Verstärker 119 des Senders 103 Null-Wert während der AUS-Perioden des OOK-Signals aus und ein gibt phasenmoduliertes Trägersignal während der EIN-Perioden des OOK-Signals aus. Der Sender 103 sendet 570 das verstärkte, phasenmodulierte Trägersignal mit OOK, beispielsweise, an einen Empfänger über eine 60-GHz Millimeterkommunikationsverbindung.
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In der obigen Beschreibung sind zum Zwecke der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es ist jedoch für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne einige dieser speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind wohl bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform gezeigt. Es kann Zwischenstrukturen zwischen den dargestellten Komponenten geben. Die beschriebenen oder hierin dargestellten Komponenten können zusätzliche Eingänge oder Ausgänge aufweisen, die nicht veranschaulicht oder beschrieben sind.
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Die dargestellten Elemente oder Komponenten können auch in verschiedenen Anordnungen oder Reihenfolgen angeordnet sein, einschließlich der Neuanordnung von beliebigen Feldern oder der Änderung der Feldgrößen.
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Die vorliegende Erfindung kann verschiedene Verfahren aufweisen. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können durch Hardwarekomponenten ausgeführt werden oder können in computerlesbarer Anweisungen verkörpert sein, die verwendet werden können, um einen Allzweck- oder Spezialprozessor oder Logikschaltungen zu verwenden, der/die mit den Anweisungen programmiert ist, um die Prozesse auszuführen. Alternativ können die Prozesse durch eine Kombination von Hardware und Software ausgeführt werden.
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Teile der vorliegenden Erfindung können als ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, das ein computerlesbares Speichermedium aufweisen kann, das darauf gespeichert Computerprogrammanweisungen aufweist, die verwendet werden können, einen Computer zu programmieren (oder andere elektronische Geräte), um ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Das computerlesbare Speichermedium kann Disketten, optische Platten, CD-ROMs (Compact Disk Read-Only Memory) und magneto-optische Platten, ROMs (NUR-Lesen-Speicher/Read-Only Memory), RAMs (Direktzugriffsspeicher), EPROMs (löschbare, programmierbare Nur-Lesen-Speicher), EEPROMs (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lesen-Speicher), Magnet oder optische Karten, Flash-Speicher oder eine andere Art von Medien/computerlesbares Medium geeignet zum Speichern elektronischer Befehle aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch als ein Computerprogrammprodukt heruntergeladen werden, wobei das Programm von einem entfernten Computer zu einem anfordernden Computer gesendet wird.
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Viele der Verfahren sind in ihrer grundlegendsten Form beschrieben, aber Prozesse können hinzugefügt oder gelöscht werden von jedem der Verfahren und Informationen können von jeder der beschriebenen Mitteilung hinzugefügt oder subtrahiert werden, ohne von dem grundlegenden Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass viele weitere Modifikationen und Anpassungen vorgenommen werden können. Die besonderen Ausführungsformen sind nicht gedacht die Erfindung zu beschränken, sondern sie zu veranschaulichen.
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Wenn gesagt wird, dass ein Element "A" mit oder zusammen mit dem Element "B" gekoppelt ist, kann das Element A direkt mit dem Element B gekoppelt sein oder indirekt gekoppelt sein, beispielsweise, über Element C. Wenn die Beschreibung besagt, dass eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur, ein Prozess oder eine Eigenschaft A eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur, einen Prozess oder eine Charakteristik B "bewirkt", bedeutet dies, dass "A" zumindest eine teilweise Ursache von "B" ist, aber es kann auch mindestens eine andere Komponente, ein anderes Merkmal, eine andere Struktur, einen anderen Prozess oder eine andere Charakteristik geben, die zu der Entstehung von "B" beiträgt. Wenn die Beschreibung an gibt, dass eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur, einen Prozess oder eine Eigenschaft, sein "kann" oder "könnte", bedeutet dies, dass die bestimmte Komponente, das Merkmal, die Struktur, der Prozess oder die Eigenschaft nicht notwendigerweise enthalten sein muss. Wenn die Beschreibung sich auf "ein" Element bezieht, bedeutet dies nicht, dass es nur eines der beschriebenen Elemente gibt.
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Eine Ausführungsform ist eine Implementierung oder ein Beispiel der Erfindung. Bezugnahme in der Beschreibung auf "eine Ausführungsform", "einzelne Ausführungsform", "einige Ausführungsformen" oder "andere Ausführungsformen" bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Eigenschaft in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben ist, in wenigstens einigen Ausführungsformen vorhanden ist, aber nicht notwendigerweise in allen Ausführungsformen. Die verschiedenen Erscheinungen von "einer Ausführungsform", "einzelne Ausführungsform" oder "einige Ausführungsformen" nehmen nicht notwendigerweise alle auf die gleichen Ausführungen Bezug. Es sollte erkannt werden, dass in der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung manchmal verschiedene Merkmale der Erfindung, zusammen in einer einzigen Ausführungsform, Figur oder deren Beschreibung zum Zwecke der Straffung der Offenbarung gruppiert sein können und beim Verständnis von einem oder mehreren der verschiedenen erfinderischen Aspekte unterstützen.
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Nach Lesen dieser Offenbarung werden Fachleute auf dem Gebiet noch weitere alternative Designs für die beschriebenen Ausführungsformen erkennen. Während somit bestimmte Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht und beschrieben wurden, versteht es sich, dass die Ausführungsformen nicht auf die genauen Konstruktionen und die hierin offenbarten Komponenten beschränkt sind und die verschiedenen Modifikationen, Änderungen und Variationen, die für die Fachmänner offensichtlich sind, können in der Anordnung, dem Betrieb und Details des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie hierin offenbart, vorgenommen werden, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen definierten Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen.
