HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein
Trägerwellen-Rückgewinnungssystem und insbesondere ein Trägerwellen-Rückgewinnungssystem
für ein ALOHA-Schlitzsystem.
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In einem ALOHA-Schlitzsystem, das zu einer Familie von
Zeitmultiplex-Kommunikationssystemen
(TDMA-Kommunikationssystemen) gehört, werden Zeitschlitze mit jeweils
vorherbestimmter Dauer im voraus aufgebaut, so daß mehrere Stationen
unabhängig voneinander Signale unter Verwendung solcher
Zeitschlitze in Bursts (Bündeln) übertragen können. Ein zum
Empfangen der Bursts geeigneter Burstdemodulator ist zum
burstweisen Rückgewinnen einer Referenzträgerwelle
erforderlich, deren Frequenz mit einer Trägerwellenkomponente
synchron ist. In einem solchen bekannten System wird eine
Referenzträgerwelle gewöhnlich mittels einer
Phasenverriegelungsschleife zurückgewonnen, die aus einem Phasenkomparator,
einem Tiefpaßfilter und einem spannungsgesteuertem Oszillator
(VCO) besteht, der mit einer Trägerkomponente eines Bursts
phasenverriegelt ist. In einem Zeitschlitz, in dem kein Burst
eingefügt ist, wird der VCO in einen selbsterregten
Schwingungszustand versetzt, da die Ausgabe des Phasenkomparators
verschwindet; im allgemeinen ist in diesem VCO-Zustand die
Frequenzstabilität nicht groß. Dadurch tritt ein Problem auf,
das darin besteht, daß im selbsterregten Schwingungszustand
die Schwingungsfrequenz des VCO über einen beträchtlichen
Bereich schwankt, was zu einer beträchtlichen Differenz
zwischen einer Trägerkomponentenfrequenz und einer VCO-
Schwingungsfrequenz, d. h. zu einem Anfangsfrequenzversatz,
führt, wenn ein Burst mit der Trägerkomponentenfrequenz
eingefügt wird. Da ein Anfangsfrequenzversatz die Abstimmzeit
einer Phasenverriegelungsschleife bestimmt, wird durch einen
großen Anfangsfrequenzversatz die Abstimmzeit
unverhältnismäßig
lang und gestaltet den Betrieb der
Phasenverriegelungsschleife selbst instabil.
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Die US-A-4 466 108 beschreibt eine
Trägerrückgewinnungsschaltung, die ein schnelles Intrittziehen ermöglicht und für
die Trägersynchronisation keine Präambel benötigt. Für die
Funktion der Frequenzsynchronisation und die Funktion der
Phasenkorrektur sind getrennte Schaltungen vorgesehen. Die
Vorrichtung sieht einen Referenzträger vor, der dieselbe
Frequenz wie die empfangene Übertragung, aber eine willkürliche
Phase hat und eine pseudokohärente Demodulationsschaltung
veranlaßt, den Referenzträger auf die Frequenz des
Empfangsburstträgers abzustimmen. Anschließend werden die
Quadraturausgaben des pseudokohärenten Demodulators abgetastet und
die Abtastmuster gespeichert. Durch Speichern einer
ausreichenden Anzahl von Mustern kann die aus dem eigentlichen
Nachrichtenburst zu gewinnende Trägerphase abgeschätzt
werden. Danach wird die Trägerphasenabschätzung für eine
kohärente Detektion unter Verwendung einer verzögerten Folge
der Abtastmuster des Demodulators verwendet.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung ist im beigefügten Anspruch 1 definiert,
auf den nunmehr Bezug genommen werden sollte. Vorteilhafte
Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Nachstehend werden zwei bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung näher beschrieben. Kurz gesagt, weist die erste
Ausführungsform der Erfindung ein
Trägerwellen-Rückgewinnungssystem zum Rückgewinnen einer Referenzträgerwelle aus
jeder Burstträgerwelle auf, die nacheinander in Bursts in
einem Zeitraum eingefügt werden, der gleich einem vorbestimmten
Zeitraum oder einem ganzzahligen Vielfachen des vorbestimmten
Zeitraums und nicht immer konstant ist, wobei die
Burstträgerwellen jeweils nicht länger als der vorbestimmte Zeitraum
sind. Das System weist auf: einen Phasenkomparator zum
Phasenvergleichen jeder Burstträgerwelle mit der
Referenzträgerwelle, um ein Fehlersignal zu erzeugen, eine
Mittelwertgeneratorschaltung zum Erzeugen von Mittelwerten der
Fehlersignale, die zu den zuvor eingefügten Burstträgerwellen
zugehörig sind und zum Speichern eines resultierenden
Mittelwerts, einen Addierer zum Addieren des Fehlersignals
und des in der Mittelwertgeneratorschaltung gespeicherten
Mittelwerts und einen Oszillator zum Steuern einer
Schwingungsfrequenz als Reaktion auf eine Ausgabe des Addierers, um
die Referenzträgerwelle zu erzeugen.
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Die zweite Ausführungsform der Erfindung weist wiederum
ein Trägerwellen-Rückgewinnungssystem zum Rückgewinnen einer
Referenzträgerwelle aus jeder Burstträgerwelle mittels einer
Phasenverriegelungsschleife auf, die nacheinander in Bursts
in einem Zeitraum eingefügt werden, der gleich einem
vorbestimmten Zeitraum oder einem ganzzahligen Vielfachen des
vorbestimmten Zeitraums und nicht immer konstant ist, wobei
die Burstträgerwellen jeweils nicht länger als der
vorbestimmte Zeitraum sind. Das System weist auf: einen
Oszillator, dessen Schwingungsfrequenz durch ein Steuersignal
gesteuert wird, einen Phasenkomparator zum Phasenvergleichen
einer Ausgabe des Oszillators mit der Burstträgerwelle, um
ein Fehlersignal zu erzeugen, eine
Mittelwertgeneratorschaltung zum Bestimmen des Mittelwerts der Steuersignale, die zu
den zuvor eingefügten Burstsignalen zugehörig sind, aus
Maximal- und Minimalwerten der Steuersignale und zum Speichern
des Mittelwerts sowie einen Addierer zum Addieren des
Fehlersignals und des in der Mittelwertgeneratorschaltung
gespeicherten Mittelwerts und zum Erzeugen einer resultierenden
Summe als Steuersignal. Der Oszillator, der Addierer und der
Phasenkomparator bilden eine Phasenverriegelungsschleife, so
daß bei hergestellter Synchronität zwischen Oszillatorausgabe
und Phase der Burstträgerwelle die Ausgabe zur
Referenzträgerwelle wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Trägerwellen-Rückgewinnungssystems;
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Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung; und
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Fig. 3 eine Impulsübersicht zur Darstellung einer
Beziehung zwischen dem Burstfeststellungssignal und dem
Empfangssignal gemäß der Ausführungsform von Fig. 2.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Fig. 1 der Zeichnungen stellt ein allgemein durch die
Bezugszahl 10 bezeichnetes Trägerwellen-Rückgewinnungssystem
gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dar. Wie
gezeigt ist, weist das System 10 einen Phasenkomparator 12 zum
Phasenvergleichen eines Burstträgerwellensignals S1 mit einem
Referenzträgerwellensignal S2 von einem spannungsgesteuerten
Oszillator (VCO) 20 auf. Das Vergleichsergebnis wird vom
Phasenkomparator 12 zu einem Tiefpaßfilter (LPF) 14 geführt, das
anschließend eine Niederfrequenzkomponente der Ausgabe des
Phasenkomparators 12 als ein Fehlersignal S3 erzeugt. Eine
mit strichpunktierten Linien dargestellte
Mittelwertgeneratorschaltung 16 empfängt ein VCO-Steuersignal S4 und ein
Rücksetzsignal S5 und erzeugt ihrerseits ein gemitteltes
Signal S6. Das Fehlersignal S3 und das gemittelte Signal S6
werden zu einem Addierer 18 geführt, der das VCO-Steuersignal
S4 erzeugt, wobei die Ausgabe S4 des Addierers 18 zum VCO 20
geführt wird. Ein UND-Gatter 22 dient zur Gattersteuerung
eines Schlitztaktsignals S7 als Reaktion auf ein
Burstfeststellungssignal S8 und gibt dieses als Rücksetzsignal S5 aus.
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Die Mittelwertgeneratorschaltung 16 weist auf: einen
Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 24 zum Umwandeln des
VCO-Steuersignals S4 in ein Digitalsignal, ein Register 26
zum Speichern einer Ausgabe des A/D-Wandlers 24, die zum
Zeitpunkt des Einfügens des Rücksetzsignals S5 auftrat, sowie
Multiplizierer 29 und 30 zum Multiplizieren von im Register
26 gespeicherten Daten bzw. von in einem weiteren Register 28
gespeicherten Daten mit einem Koeffizientsignal C, das einen
Koeffizienten von 0,5 darstellt. Ferner weist die Schaltung
16 einen Addierer 32 zum Addieren der durch die
Multiplizierer 29 und 30 ausgegebenen Produkte auf. Das Register 28
speichert die Ausgabe des Addierers 32, die zum Zeitpunkt des
Einfügens des Rücksetzsignals S5 auftrat, und ein
Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) 34 wandelt die Ausgabe des
Addierers 32 in das gemittelte Signal S6 um, das ein
Analogsignal ist.
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Nachfolgend wird der Betrieb des
Trägerrückgewinnungssystems 10 mit dem vorstehend dargestellten Aufbau
beschrieben.
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Das Burstträgerwellensignal S1 ist eine burstartige
Trägerwellenkomponente, die aus einem eingefügten Burst durch
ein Costa-Schleifenverfahren oder ein anderes bekanntes
Trägerwellen-Trennverfahren extrahiert wurde. In einem
Zeitschlitz, in dem ein Burst eingefügt ist, wird das Signal S1
durch den Phasenkomparator 12 mit dem durch den VCO 20
ausgegebenen Referenzträgerwellensignal S2 verglichen, und
das Vergleichsergebnis wird als Fehlersignal S3 über das LPF
14 ausgegeben. Das Burstfeststellungssignal S8 ist ein
Signal, das dann erscheint, wenn ein eingefügter Burst sicher
empfangen und ein eindeutiges Wort aus dem Burst detektiert
wurde. Das Schlitztaktsignal S7 ist ein Signal mit einer
konstanten, den Schlitztakt darstellenden Periode. Das Signal S7
wird durch das UND-Gatter 22 als Reaktion auf das Signal S8
gattergesteuert. Somit erzeugt das UND-Gatter 22 das
Rücksetzsignal S5 immer dann, wenn ein Burst sicher empfangen
wird.
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Zunächst wird der Betrieb der
Mittelwertgeneratorschaltung 16 beschrieben. Zum Zeitpunkt des Einfügens eines neuen
Bursts ist ein VCO-Steuersignal S4, das zum zuvor eingefügten
Burst gehört, im Register 26 über den A/D-Wandler 24
zwischengespeichert. Es wird nunmehr angenommen, daß der Wert
des im Register 26 zwischengespeicherten VCO-Steuersignals S4
Vn-1 und der im Register 28 zu diesem Zeitpunkt
zwischengespeicherte Wert ist. Wenn der neu eingefügte Burst
sicher empfangen wurde, erzeugt das UND-Gatter 22 ein
Rücksetzsignal S5 mit dem Ergebnis, daß der Inhalt des Registers 26
aktualisiert wird und ein Steuersignal S4 für diesen
Zeitpunkt wird, d. h. ein durch den A/D-Wandler 24
ausgegebener Wert Vn. Gleichzeitig wird der Inhalt des Registers 28
aktualisiert und wird . Infolge der Operationen des
Multiplizierers 29 und Addierers 32 ist Vn ein arithmetisches
Mittel von Vn-1 und . Folglich stellt bis zum sicheren
Empfang des nächstens Bursts die Ausgabe des Addierers 32
einen Mittelwert der Digitalwerte der Steuersignale S4 dar, die
durch den A/D-Wandler 24 ausgegeben werden, wobei eines dem
jeweils zuvor empfangenen Burst zugeordnet wird und wobei vor
der Mittelwerterzeugung ein späterer Burst eine größere
Gewichtung als ein länger zurückliegender Burst erhält. Die
Ausgabe des Addierers 32 wird durch den D/A-Wandler 34
verarbeitet und wird zu einem gemittelten Analogsignal S6.
Auf die gleiche zuvor beschriebene Weise stellt das
gemittelte Signal S6 einen Mittelwert von Fehlersignalen S3 dar,
der zwischen den Maximal- und Minimalwerten von
Steuersignalen S4 liegt, die jeweils den einzelnen Bursts zugeordnet
sind.
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Die Schwingungsfrequenz des VCO 20 wird durch eine Summe
des Fehlersignals S3 und des gemittelten Signals S6
gesteuert. In einem Zeitschlitz mit Burst wird der VCO 20 durch die
mit dem Burstträgerwellensignal S1 in der Phase zu
verriegelnde Summe so gesteuert, daß die Frequenz des
Referenzträgerwellensignals S2 mit der des Trägerwellensignals S1
zusammenfällt. In einem Zeitschlitz ohne Burst tritt das
Signal S1 und damit auch das Signal S3 nicht auf, so daß der
VCO 20, zu dem nur das gemittelte Signal S6 geführt wird, mit
einer Frequenz schwingt, die dem gemittelten Signal S6
entspricht, d. h., mit einer Durchschnittsfrequenz von
Trägerwellenkomponenten von Bursts, die zuvor eingefügt
wurden.
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Nachstehend soll nunmehr ein Fall angenommen werden, bei
dem ein Tiefpaßfilter oder ein Phasenkomparator verwendet
wird, durch den das Fehlersignal S3 bei Fehlen des
Burstträgerwellensignals S1 unendlich wird. In einem solchen Fall
wird das Tiefpaßfilter durch ein Vorhersagesignal S9 für die
Burstankunft ausgeschaltet, was dazu führt, daß das
VCO-Steuersignal S4 mit dem gemittelten Signal S6 übereinstimmt. Der
Anfangsfrequenzversatz zur Zeit des Einfügens stellt eine
Differenz zwischen einer gemittelten Frequenz von
Trägerwellenkomponenten von zuvor empfangenen Bursts und einer
Frequenz von Trägerwellenkomponenten von neu eingefügten
Bursts dar und ist folglich kleiner als der größte der zu den
Bursts zugehörigen Trägerwellenfrequenzfehler. Da in einem
Zeitschlitz ohne Burst der Trägerwellenfrequenzfehler jedes
Bursts wesentlich kleiner als die Schwankung der
Schwingungsfrequenz im selbsterregten VCO-Schwingungszustand ist, wird
der Anfangsfrequenzversatz in dieser speziellen
Ausführungsform vernachlässigbar klein.
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Die Mittelwertgeneratorschaltung 16 wurde zwar mit einer
digitalen Signalverarbeitung aufgezeigt und beschrieben; sie
kann jedoch auch so aufgebaut sein, daß sie eine analoge
Signalverarbeitung durchführt, wodurch der A/D-Wandler 24 und
der D/A-Wandler 34 entfallen können.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Trägerwellen-
Rückgewinnungsschaltung gemäß dieser speziellen
Ausführungsform schnell und stabil arbeiten, da sie in einem Zeitschlitz
ohne Burst den Anfangsfrequenzversatz sehr klein hält, indem
sie die Schwingungsfrequenz einer Oszillatoreinrichtung so
steuert, daß sie einem Mittelwert von Trägerwellensignalen
von zuvor empfangenen Bursts entspricht.
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Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild eine weitere
Ausführungsform der Erfindung. Das allgemein mit 40
bezeichnete Trägerwellen-Rückgewinnungssystem weist auf: einen
Phasenkomparator 42 zum Phasenvergleichen eines
Burstträgerwellensignals S10 mit einem VCO-Ausgabesignal S11, ein LPF 44
zum Erzeugen einer Niederfrequenzkomponente einer Ausgabe des
Phasenkomparators 42 als ein Fehlersignal S12, einen A/D-
Wandler 46 zum Umwandeln eines analogen VCO-Steuersignals S13
in ein Digitalsignal S14, einen Maximumdetektor 48 und einen
Minimumdetektor 50 zum Detektieren eines Maximal- bzw.
Minimalwerts ankommender Bursts aus dem Digitalsignal S14,
eine Mittelwertgeneratorschaltung 52 zum Erzeugen eines
Mittelwerts
aus den Ausgaben S15 und S16 der Detektoren 48 und
50, einen D/A-Wandler 54 zum Umwandeln eines Ausgabesignals
S17 der Mittelwertgeneratorschaltung 52 in ein gemitteltes
Analogsignal S18, einen Addierer 56 zum Addieren des
Fehlersignals S12 und des gemittelten Signals S18 sowie einen
VCO 58.
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Im Betrieb vergleicht der Phasenkomparator 42 die Phase
eines Burstträgerwellensignals S10 mit einem
VCO-Ausgabesignal S11. Ist ein Burst eingefügt, wird das
Vergleichsergebnis über das LPF 44 geführt und wird ein Fehlersignal S12,
das über den Addierer 56 geführt wird, den VCO 58 steuert und
damit eine Phasenverriegelungsschleife herstellt. Ein
Burstfeststellungssignal S19 ist ein Signal, das z. B. bei
Detektion eines eindeutigen Worts erscheint, das gewöhnlich
zusammen mit einem Burst empfangen wird. Eine Impulsübersicht
in Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen dem Signal S19 und
dem Empfangssignal. Bei jeder positiven Flanke des
Burstfeststellungssignals S19 führen die Detektoren 48 und 50
nachfolgend zu beschreibende Aktualisierungsoperationen
durch.
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Das VCO-Steuersignal S13 wird durch den A/D-Wandler 46
in ein Digitalsignal umgewandelt und anschließend zum
Maximumdetektor 48 und Minimumdetektor 50 geführt. Ist das
Eingabesignal S14 größer als das Ausgabesignal S17, ersetzt
der Maximumdetektor 48 das Ausgabesignal durch das
Eingabesignal. Dies erfolgt nur, wenn ein Burst detektiert wird.
Andererseits ersetzt der Minimumdetektor 50 das Eingabesignal
S14 durch das Ausgabesignal S16, wenn ersteres kleiner als
letzteres ist. Auch dies erfolgt nur, wenn ein Burst
detektiert wird.
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Da das Digitalsignal S14 dem VCO-Steuersignal S13
entspricht, kann die Ausgabefrequenz des VCO 58 auf der
Grundlage der Modulationsempfindlichkeit (Hertz je Volt) des
VCO 58 bestimmt werden. Das Signal S15 stellt ein VCO-
Steuersignal S13 dar, das zur Frequenz eines eingefügten
Bursts mit der höchsten Frequenz zugehörig ist, während das
Signal S16 ein VCO-Steuersignal S13 darstellt, das zur
Frequenz eines eingefügten Bursts mit der niedrigsten
Frequenz zugehörig ist. Daraus folgt, daß das Signal S17,
d. h. der Mittelwert der durch die
Mittelwertgeneratorschaltung 52 erzeugten Signale S15 und S16, dem VCO-Steuersignal
S13 entspricht, das seinerseits einer Durchschnittsfrequenz
aus der niedrigsten und höchsten Frequenz eines
Empfangsburstsignals entspricht. Das Durchschnittsfrequenzsignal S17
wird durch den D/A-Wandler 54 in ein Analogsignal umgewandelt
und dient als gemitteltes Steuersignal S18.
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Das Steuersignal S20 spielt eine entscheidende Rolle
beim Rücksetzen des Maximumdetektors 48 und Minimumdetektors
50 in einen Anfangszustand und beim Beherrschen von
langfristigen Frequenzschwankungen, die auf dem Übertragungskanal
auftreten können. Wenn sich z. B. die Signalfrequenz des
eingefügten Bursts infolge der Schwankung einer
Schwingungsfrequenz einer Satellitenrelaisstation zu einem höheren Wert
verschoben hat, wird der Minimumdetektor nicht mehr
aktualisiert; unter diesen Bedingungen müssen die Detektoren 48 und
50 durch das Steuersignal S20 langfristig initialisiert
werden. Das Steuersignal 21 dient zum Ausschalten des LPF 44,
kurz bevor ein vorbestimmter Burst empfangen werden soll, so
daß die Frequenz des VCO-Ausgabesignals S11 konstant einen
Mittelwert der Maximal- und Minimalfrequenz von Bursts
darstellen kann.
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Zu beachten ist, daß der aus dem A/D-Wandler 46, dem
Maximumdetektor 48, dem Minimumdetektor 50, der
Mittelwertgeneratorschaltung 52 und dem D/A-Wandler 54 bestehende
Schaltungsaufbau gemäß Fig. 2 so abgeändert werden kann, daß
Signale analog verarbeitet werden, wobei in diesem Fall der
A/D-Wandler 46 und der D/A-Wandler 54 entfallen können.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, arbeitet das
Trägerwellen-Rückgewinnungssystem gemäß dieser speziellen
Ausführungsform schnell und stabil, da eine VCO-Frequenz so
gesteuert wird, daß sie einer Durchschnittsfrequenz aus einer
höchsten und niedrigsten Frequenz eines eingefügten
Burstsignals zum Zeitpunkt des anfänglichen Intrittziehens
entspricht.
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Dem Fachmann dürften anhand der Lehre der offenbarten
Erfindung verschiedene Abwandlungen möglich sein, ohne von
deren Schutzumfang abzuweichen.