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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Reduzierung von Verzerrungen
in einer elektrischen Schaltung. Die vorliegende Erfindung betrifft
im Besonderen eine Verzerrungsreduzierungsschaltung, die besonders
für Verstärker geeignet
ist.
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Radiofrequenz-(RF)-systeme
wie Zellular- und Mikrowellen-Kommunikationssysteme
benötigen typischerweise
Eingangssignale, die in einen RF-Leistungsverstärker gespeist
werden. Leider neigen alle Verstärker
dazu, das Eingangssignal auf irgendeinem Leistungsniveau zu verzerren
und allgemein zu verursachen, dass der Verstärkerausgang unerwünschte Verzerrungsprodukte,
Störprodukte, Rauschstörungen und
Intermodulations-(IM)-produkte enthält. Der Einfachheit halber
werden diese kollektiv als IM-Produkte bezeichnet. Diese IM-Produkte können unerwünschte Interferenz über den
Frequenzbereich des Verstärkers
verursachen. Aus diesen Gründen
muss in die meisten Verstärker
eine Form von Korrekturmechanismus im Signalflusspfad durch den
Verstärker
eingebaut werden.
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Ein
konventionelles Verfahren zum Reduzieren von IM-Produkten arbeitet
mit einem Spektralanalyseansatz. Dieser Ansatz beinhaltet das Scannen des
Ausgangs des Verstärkers
mit Hilfe eines auf die Frequenz von IM-Produktkandidaten eingestellten Empfängers. Der
IM-Pegel wird gemessen und ein Linearisierer wird manuell justiert,
um das IM-Produkt minimal zu halten. Dieser Vorgang wird so lange
wiederholt, bis jedes der IM-Produkte eine Größe unter einem vorbestimmten
akzeptablen Niveau hat. In einem ähnlichen Ansatz, der im US-Patent
Nr. 4,580,105 von Myer beschrieben ist, wird ein Teil des Ausgangssignals
genommen und mit einem Eingangssignal kombiniert, dessen Phase und
Amplitude justiert wurden. Die Signalkombination isoliert die Verzerrungskomponente,
die dann im Hinblick auf Phase und Verstärkung justiert wird. Diese
Isolationsverzerrungskomponente wird dann mit einem Koppler wieder
dem Ausgangssignal hinzugefügt, um
die Verzerrungskomponente zu eliminieren. Die Menge an Verzerrungsreduzierung,
die mit dieser Vorwärtsregelungstechnik
möglich
ist, ist jedoch leider durch die Genauigkeit der Verstärkungs-
und Phasenjustierung begrenzt.
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Darüber hinaus
scheint es ein Problem im Hinblick auf die Anzahl der Abtastungen
zu geben, die in mehreren einfachen Vorwärtsregelungstechniken realisiert
werden. Abtastproben stehen in diesen Systemen nur dann zur Verfügung, wenn
die Phasendetektorschaltung ein korreliertes Signal erfasst. Dies
ergibt eine schlechte Fehlersignalauflösung, und genau dieses Fehlersignal
wird zum Unterdrücken
von entsprechenden Störungen
verwendet.
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Ferner
ist man der Ansicht, dass viele Zellular-Kommunikationsbasisstationen
aufgrund von ernsthaften Linearitätsproblemen in den Komponenten
der Basisstation nicht mit voller Kapazität arbeiten. Ferner hat der
zunehmende Kapazitätsbedarf, der
die Expansion von Zellularkommunikationen begleitet, zur Folge,
dass die Anforderungen für Übertragungsnormen
von RF-Geräten,
die die Konstruktionen der meisten heutigen Verstärkerschaltungen
erfüllen
müssen,
zu streng werden. Außerdem
erfordern sowohl TDMA- (Time Division Multiple Access) als auch
CDMA- (Code Division Multiple Access) Modulation höhere Linearität und die
Abwesenheit von IM-Produkten, die mit derzeit erhältlichen
hoch effizienten RF-Leistungsverstärkern nicht routinemäßig erhalten
werden können.
Somit ist klar, dass die heutigen Korrekturtechniken zum Eliminieren
von IM-Produkten für
entstehende Kommunikationssysteme nicht akzeptabel sind.
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Es
besteht somit Bedarf an einer Unterdrückungsschaltung, die IM-Produkte
in elektronischen Schaltungen wie Leistungsverstärkern reduziert.
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Ebenso
wäre es äußerst vorteilhaft,
wenn die IM-Unterdrückungsschaltung
kostenarm herzustellen und äußerst zuverlässig wäre.
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Außerdem wäre es äußerst vorteilhaft,
wenn die IM-Unterdrückungsschaltung
in einer kompakten und leichten Bauweise bereitgestellt werden könnte.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Kurz
gesagt, wird gemäß der Erfindung ein(e)
verbesserte(s) Vorrichtung und Verfahren zum automatischen Reduzieren
von IM-Produkten in elektrischen Schaltungen bereitgestellt. Man
ist der Ansicht, dass diese IM-Unterdrückungsschaltung besonders für Anwendungen
mit Verstärkern
geeignet ist, die ein Eingangsträgersignal
verstärken.
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In
seiner einfachsten Form beinhaltet die IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung
einen ersten Koppler zum Abtasten eines Eingangsträgersignals. Der
Koppler isoliert einen Teil des Signals, vorzugsweise 6 dB unter
dem Eingangsträgersignal,
um den Energiepegel des Eingangsträgersignals nicht erheblich
zu beeinflussen. Dieses Abtastsignal wird dann zu einem Stufenspektrumanalysator
geleitet, der Frequenz und Amplitude der Signalkomponenten des Trägersignals
erfasst und misst, einschließlich
seiner beabsichtigten Komponenten und eventueller IM-Produkte im
Trägersignal.
Der Stufenspektrumanalysator überträgt die Informationen über Frequenz und
Amplitude der verschiedenen Signalkomponenten im Trägersignal
zu einem Prozessor. Inzwischen speichert der Prozessor Informationen über die
Identität
der Amplitude und/oder Frequenz oder Frequenzbänder von beabsichtigten Signalkomponenten
im Trägersignal.
Diese Informationen haben gewöhnlich
die Form von Lookup-Tabellen, die die Amplitude oder Frequenz identifizieren,
oder bei TDMA- oder CDMA-Systemen das Frequenzband, in dem sich
die beabsichtigten Signalkomponenten vermutlich befinden. Auf diese
Weise kann der Prozessor durch Bezugnahme auf diese Lookup-Tabelle
ermitteln, ob die vorn Stufenspektrumanalysator erfassten und gemessenen
Signalkomponenten erwünschte Signalkomponenten
oder unerwünschte
IM-Produkte sind.
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Die
IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung weist
ferner einen spannungsgesteuerten Regeloszillator, Regelverstärker und
Regelphasenschieber auf. Spannungsgesteuerte Oszillator, Verstärker und Phasenschieber
sind in Reihe geschaltet und erzeugen ein Oszillatorsignal, das
im Hinblick auf Amplitude und Phase reguliert werden kann. Der Betrieb
des spannungsgesteuerten Oszillators, Verstärkers und Phasenschiebers wird
vom Prozessor gesteuert. Nach dem Erkennen und Messen eines IM-Produkts durch
den Stufenspektrumanalysator und Prozessor steuert der Prozessor
den spannungsgesteuerten Oszillator, Verstärker und Phasenschieber, um
ein oszillierendes Signal zu erzeugen, das im Hinblick auf Amplitude
und Frequenz mit einem erfassten IM-Produkt im Wesentlichen identisch,
aber um 180° phasenverschoben
ist. Das oszillierende Signal dient als IM-Unterdrückungssignal,
wenn das Signal mit einem Koppler oder dergleichen, z.B. einem Kombinator,
zurück
in das ursprüngliche
Trägersignal
gespeist wird. Das ursprüngliche
Trägersignal
wird dann von dem Koppler unter Beibehaltung alle ursprünglichen Eigenschaften
der gewünschten
Signalkomponenten ausgegeben, mit der Ausnahme, dass das unerwünschte IM-Produkt
durch das Unterdrückungssignal
unterdrückt
wird.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet die IM-Unterdrückungsschaltung
eine Feedback-Schaltung. Nach dem Unterdrücken des IM-Produkts wird das
Ausgangsträgersignal
durch Teilen des Ausgangssignals mit einem Koppler oder dergleichen
abgetastet, um eine Abtastprobe des Ausgangsträgersignals zu erzeugen. Diese
Abtastprobe des Ausgangsträgersignals
wird wiederum zurück
zum Stufenspektrumanalysator und zum Prozessor geführt. Der
Stufenspektrumanalysator und der Prozessor können somit überprüfen, ob das IM-Produkt unterdrückt wurde.
In der Alternative, in der ermittelt wurde, dass das Unterdrückungssignal mit
einer falschen Frequenz, Amplitude oder Phase übertragen wird, werden der
spannungsgesteuerte Oszillator, Verstärker und Phasenschieber vom
Prozessor automatisch justiert, bis das Unterdrückungssignal das unerwünschte IM-Produkt
korrekt unterdrückt.
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Wie
die Fachperson verstehen wird, würde die
oben erwähnte
beschriebene Unterdrückungsschaltung
nur ein einzelnes unerwünschtes
IM-Produkt unterdrücken.
Wenn das Trägersignal
wahrscheinlich mehr als ein unerwünschtes IM-Produkt hat, dann
wird die Unterdrückungsschaltung
mit einer Mehrzahl von spannungsgesteuerten Regeloszillatoren, Regelverstärkern und
Regelphasenschiebern ausgestattet. Jeder Satz dieser spannungsgesteuerten
Oszillatoren, Verstärker
und Phasenschieber wird in Reihe mit dem Prozessor geschaltet, um
bei Bedarf eine Mehrzahl von Unterdrückungssignalen zu erzeugen.
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In
einer zusätzlichen
bevorzugten Ausgestaltung wird das IM-Produkt-Unterdrückungssignal für die Verwendung
mit einem Verstärker
angepasst. Ein Teil des Ausgangs vom Verstärker wird zum Stufenspektrumanalysator
weitergeleitet, der nicht nur die gewünschten Signalkomponenten,
sondern auch eventuelle IM-Produkte erkennt und misst. Diese Informationen
werden zum Prozessor gesendet, der ermittelt, ob die vom Stufenspektrumanalysator
empfangenen Signale gewünschte
Signalkomponenten oder unerwünschte
IM-Produkte sind. Ob das Trägersignal
IM-Produkte enthält,
kann durch Vergleichen der empfangenen Signale mit Lookup-Tabellen
ermittelt werden, die die Amplitude und/oder das Frequenzband der
gewünschten
Signalkomponenten angeben. Wenn ein erfasstes Signal in der Lookup-Tabelle
nicht aufgeführt
ist, dann wird das Signal als IM-Produkt erkannt.
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In
einer zusätzlichen
Ausgestaltung wird das Verstärkereingangssignal
geteilt, wobei eine erste Komponente zum Verstärker und eine zweite Komponente,
gewöhnlich
6 dB unter dem Signaleingang zum Verstärker, zwecks Analyse zum Stufenspektrumanalysator
gehen. Die Frequenzen von Signalen, die ursprünglich in den Verstärker eingegeben
wurden, werden als gewünschte
Signalkomponenten identifiziert und im Prozessor gespeichert. Die
Frequenzen der gewünschten
Signalkomponenten werden dann mit den Frequenzen von vom Verstärker ausgegebenen
Signalen verglichen. IM-Produkte können dann daran erkannt werden,
dass sie bei Frequenzen erscheinen, die im Verstärkereingangssignal nicht erscheinen.
Der Prozessor steuert dann den spannungsgesteuerten Regeloszillator
und den Regelverstärker,
so dass ein Unterdrückungssignal
mit einer Frequenz und einer Amplitude erzeugt wird, die im Wesentlichen
gleich der Frequenz und der Amplitude des IM-Produktes sind. Das
Unterdrückungssignal
wird dann in Bezug auf die Phase des IM-Produktes um 180° phasenverschoben
und dann mit einem Koppler oder dergleichen mit dem Trägersignal
kombiniert. Dies ergibt ein „bereinigtes" Trägersignal
mit entferntem IM-Produkt.
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In
noch einer zusätzlichen
bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet die Verstärkerschaltung eine traditionelle
Vorwärtsregelungskorrekturschaltung. Die
Vorwärtsregelungskorrekturschaltung
unterdrückt
typischerweise einen großen
Teil des Rauschens und der IM-Produkte eines Verstärkers. Die Komponenten
der Vorwärtsregelungskorrekturschaltung
wie Kombinator, Verstärker
und Phasenschieber usw. fügen
dem Verstärkerausgang
jedoch zusätzliche
IM-Produkte hinzu. Diese IM-Produkte
können durch
Anwenden der IM-Unterdrückungsschaltung der
vorliegenden Erfindung unterdrückt
werden. Wie oben beschrieben, wird das Ausgangssignal vom Verstärker geteilt,
wobei eine Komponente zum Stufenspektrumanalysator geht. IM-Produkte werden dann
vom Prozessor anhand einer Lookup-Tabelle oder durch Vergleichen
mit einer Analyse des ursprünglichen
Verstärkereingangssignals
erkannt. Der Prozessor steuert dann den gesteuerten Regeloszillator,
Regelverstärker
und Regelphasenschieber, um ein Unterdrückungssignal mit im Wesentlichen
gleicher Frequenz und Amplitude wie das IM-Produkt zu erzeugen,
aber um 180° phasenverschoben.
Dieses Unterdrückungssignal
wird dann zum Unterdrücken des
unerwünschten
IM-Produkts mit dem Verstärkerausgangssignal
kombiniert.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung des Stufenspektrumanalysators für den Gebrauch
bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist dem in der mitanhängigen US-Patentanmeldung Nr. 09/313,435,
die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbarten und
beschriebenen automatischen Frequenzstufen-Rauschmesstestsystem im
Wesentlichen ähnlich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet der Stufenspektrumanalysator eine
variable rauscharme Quelle zum Erzeugen eines rauscharmen Signals
mit einer justierbaren Frequenz. Die variable rauscharme Quelle
hat zwei Ausgänge
zum Ausgeben von identischen rauscharmen Signalen, oder ist mit
einem Teiler gekoppelt, um ein rauscharmes Signal in zwei identische
rauscharme Signale zu unterteilen. Das erste rauscharme Signal wird
zu einem Koppler geleitet, der das erste rauscharme Signal mit dem
Teil des Eingangsträgersignals kombiniert,
der das Abtastsignal umfasst. Das zweite rauscharme Signal wird
zu einem Regelphasenschieber geleitet, der die Phase des zweiten
rauscharmen Signals so justiert, dass sie um 90° (in Phasenquadratur) in Bezug
auf das erste rauscharme Signal verschoben ist, das mit dem Abtastsignal
kombiniert wurde. Das Abtastsignal, das die gewünschten Trägersignalkomponenten und eventuelle
unerwünschte
IM-Produkte führt,
und das erste rauscharme Signal werden dann zusammen zu einem Mixer gesendet,
der das Signal mit dem zweiten rauscharmen Signal mischt, das phasenjustiert
wurde. Aufgrund der inhärenten
Eigenschaften eines Mixers werden die Signale der rauscharmen Quelle
im Mixerausgangssignal unterdrückt,
da das zweite rauscharme Signal in Bezug auf das erste rauscharme
Signal um 90° phasenverschoben
wird. Außerdem
ist der Mixer nichtlinear und erzeugt ein Ausgangssignal mit nur
einem einzigen Seitenband in Bezug auf die Frequenz des rauscharmen
Signals mit der zweifachen Amplitude. Der Signalausgang vom Mixer,
der nachfolgend als „Messtestsignal" bezeichnet wird, wird
dann zu einem rauscharmen Abgleichregelverstärker gesendet. Der rauscharme
Abgleichregelverstärker
verstärkt
das Messtestsignal und wirkt als Puffer. Der Abgleichregelverstärker ist
so aufgebaut, dass er sehr wenig Rauschen oder IM-Produkte addiert,
um die IM-Messungen durch den Stufenspektrumanalysator nicht zu
stören,
und bewirkt eine Verstärkung
des Messtestsignals, um die Fähigkeit
des Stufenspektrumanalysators zu verbessern, IM-Produkte im ursprünglichen
Abtastsignal zu messen.
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Nach
dem Passieren durch den rauscharmen Abgleichverstärker wird
das Messtestsignal zu einem Analog-Digital-Wandler (ADC) gesendet,
der das analoge Messtestsignal in digitale Daten umwandelt. Die
digitalen Daten werden dann zur Auswertung zu einem Prozessor gesendet.
Der Prozessor des Stufenspektrumanalysators kann separat und unabhängig von
dem Prozessor sein, der den spannungsgesteuerten Regeloszillator,
Regelverstärker und
Phasenschieber steuert, der das IM-Produkt-Unterdrückungssignal erzeugt, oder
beide Prozessorfunktionen können
in einem einzelnen Prozessor kombiniert sein. Der Prozessor des
Stufenspektrumanalysators arbeitet mit standardmäßiger Fast- oder Discreet-Fourier-Transformation
mit Fenstertechnik, um die Eigenschaften des Messtestsignals zu
messen und zu prüfen,
ob es IM-Produkte beinhaltet. Diese Fourier-Transformationen sind
der Fachperson bekannt und werden hier nicht ausführlich erörtert.
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Der
Prozessor des Stufenspektrumanalysators ist über eine Mehrzahl von Steuerleitungen
mit dem Regelverstärker,
der variablen rauscharmen Quelle, dem Regelphasenschieber und dem
rauscharmen Abgleichregelverstärker
verbunden. Diese Steuerverbindungen erlauben es dem Prozessor, Pegel
automatisch einzustellen und Justierungen am Verstärker, an
der rauscharmen Quelle, am Phasenschieber und am Abgleichverstärker vorzunehmen, um
die rauscharme Quelle über
ein gewünschtes Frequenzband
in unterschiedlichen Versatzfrequenzen „schrittweise" zu durchlaufen,
um die IM-Produkte in diesem Frequenzband zu identifizieren. Zum Steuern
des Stufenspektrumanalysators nimmt der Prozessor den digitalisierten
Ausgang vom ADC, um das System zu kalibrieren und um zu gewährleisten, dass
der Verstärker,
die rauscharme Quelle und der Phasenschieber auf richtige Pegel
eingestellt sind. Spezieller, der Ausgang vom ADC erlaubt es dem Prozessor
zu ermitteln, ob die rauscharme Quelle das erste und das zweite
rauscharme Signal mit einer richtigen Frequenz erzeugt. Durch Auswerten
des Ausgangs vom ADC kann der Prozessor auch prüfen, ob die Phasenschieber
die vom Mixer in Phasenquadratur erhaltenen Signale ordnungsgemäß führen. Wenn
eine dieser Komponenten nicht optimal funktioniert, dann macht der
Prozessor automatisch notwendige Justierungen, um eine ordnungsgemäße Erkennung
und Messung von IM-Produkten im Trägersignal sicherzustellen.
Wenn die Frequenzkennwerte vom Stufenspektrumanalysator erkannt
und gemessen sind, dann werden diese Signalinformationen zum Prozessor
gesendet, der den spannungsgesteuerten Regeloszillator, Regelverstärker und
Regelphasenschieber steuert, die das Unterdrückungssignal erzeugen. Dieser
Prozessor ermittelt (durch Vergleichen der Signalinformationen mit
internen Lookup-Tabellen), ob das Trägersignal unerwünschte IM-Produkte
führt,
und steuert den Regeloszillator, den Regelverstärker und den Regelphasenschieber, um
ein Unterdrückungssignal
zu erzeugen, das mit dem Trägersignal
kombiniert wird, um ein unerwünschtes
IM-Produkt zu unterdrücken.
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Es
ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein(e) verbesserte(s)
Vorrichtung und Verfahren zum Unterdrücken von IM-Produkten in elektronischen
Schaltungen bereitzustellen.
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Es
ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine IM-Unterdrückungsschaltung
bereitzustellen, die kostenarm herzustellen, äußerst zuverlässig, kompakt
und von leichtem Aufbau ist.
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Diese
sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für die Fachperson
nach der Lektüre
der folgenden ausführlichen
Beschreibung mit Bezug auf die Begleitzeichnungen verständlich sein.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das eine vereinfachte IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das die IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung der vorliegenden
Erfindung mit einer Feedback-Schaltung zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das die IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung der vorliegenden
Erfindung mit einer Mehrzahl von spannungsgesteuerten Regeloszillatoren,
Regelverstärkern
und Regelphasenschiebern zum Erzeugen einer Mehrzahl von IM-Produkt-Unterdrückungssignalen
zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das eine bevorzugte Ausgestaltung des Stufenspektrumanalysators
illustriert, der von der IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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5 ist
ein Diagramm, das eine Verstärkerschaltung
illustriert, die eine traditionelle Vorwärtsregelungskorrekturschaltung
und eine IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung
der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
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6 ist
eine grafische Darstellung, die auf dem Display eines herkömmlichen
Spektrumanalysators erscheinen würde,
und illustriert ein Trägersignal,
das sowohl ein gewünschtes
Signal als auch ein unerwünschtes
IM-Produkt führt;
und
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7 ist
eine grafische Darstellung, die auf dem Display eines herkömmlichen
Spektrumanalysators erscheinen würde,
und illustriert das in 6 gezeigte Trägersignal,
bei dem das IM-Produkt durch Anwenden der IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung der
vorliegenden Erfindung im Wesentlichen unterdrückt ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung kann zwar in verschiedenen Formen ausgestaltet
werden, aber die derzeit bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung werden
mit der Maßgabe
in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben, dass
die vorliegende Offenbarung als eine Exemplifizierung der Erfindung
anzusehen ist und die Erfindung nicht auf die speziellen illustrierten
Ausgestaltungen beschränken soll.
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Mit
Bezug auf die 1 und 6, die IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung 1 der
vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Stufenspektrumanalysator 9,
einen Prozessor 11, einen spannungsgesteuerten Regeloszillator 13,
einen Regelverstärker 15 und
einen Regelphasenschieber 17. Ein Trägersignal 4, dessen
IM-Produkte unterdrückt
werden sollen, wird an einem Eingang 3 empfangen. Das Trägersignal
wird dann von einem Koppler 5 geteilt, von dem ein Teil,
typischerweise 6 dB unter dem Eingangsträgersignal, zum Stufenspektrumanalysator 9 gesendet
wird. Das zum Stufenspektrumanalysator 9 gesendete Signal,
das nachfolgend als Abtastsignal 7 bezeichnet wird, wird
vom Stufenspektrumanalysator 9 zwecks Erfassung und Messung
der Frequenz und der Amplitude von Signalkomponenten im Eingangsträgersignal
analysiert. Diese Signalkomponenten, die das Trägersignal 4 umfassen,
beinhalten sowohl erwünschte
Signalkomponenten 91 als auch unerwünschte IM-Produkte 93 (siehe 6).
Wenn der Stufenspektrumanalysator 9 ein Frequenzband von
Interesse durchlaufen und die Frequenz und Amplitude der unterschiedlichen
Signalkomponenten des Trägereingangssignals
innerhalb dieses Frequenzbands erkannt hat, dann werden diese Informationen
zum Prozessor 11 gesendet.
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Der
Prozessor 11 speichert Informationen über die Identität der Frequenz
und/oder Frequenzbänder,
innerhalb derer das/die erwünschte(n)
Signal(e) sich vermutlich im Eingangsträgersignal befindet befinden.
Diese Informationen über
die erwünschten
Signalkomponenten werden gewöhnlich in
der Form von Lookup-Tabellen gespeichert, die die Amplitude oder
Frequenz oder das Frequenzband identifiziert, in dem sich die erwünschten
Signalkomponenten des Trägereingangssignals 4 befinden
sollen. Der Prozessor 11 kann dann durch Querreferenzierung
der vom Stufenspektrumanalysator 9 bereitgestellten Informationen über erkannte
Signale im Trägereingangssignal 4 mit
den in der Lookup-Tabelle gespeicherten Informationen ermitteln,
ob es im Trägereingangssignal 4 unerwünschte IM-Produkte gibt.
Es werden einfach alle Signalkomponenten, die vom Stufenspektrumanalysator 9 identifiziert
werden und nicht nach Amplitude und Frequenz in der Prozessor-Lookup-Tabelle
aufgeführt
sind, als IM-Produkte 93 festgestellt.
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Die
IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung 1 der
vorliegenden Erfindung beinhaltet ferner eine Mehrzahl von Steuerleitungen 19, 21 und 23,
die den Prozessor 11 jeweils mit dem spannungsgesteuerten Regeloszillator 13,
dem Regelverstärker 15 und
dem Regelphasenschieber 17 verbindet. Mit Hilfe dieser Steuerleitungen 19, 21 und 23 weist
der Prozessor 11 den spannungsgesteuerten Regeloszillator 13 und den
Regelverstärker 15 an,
ein oszillierendes Signal zu erzeugen, das im Hinblick auf Frequenz
und Amplitude mit einem erfassten unerwünschten IM-Produkt identisch
ist. Dieses oszillierende Signal dient als Unterdrückungssignal 25,
das vom Regelphasenschieber 17 in Bezug auf die Phase des
IM-Produkts im Trägereingangssignal 4 um
180° phasenjustiert wird.
Auch mit Bezug auf 7, das Unterdrückungssignal 25 wird
dann von einem zweiten Koppler 27 oder dergleichen mit
dem ursprünglichen
Trägereingangssignal 4 kombiniert,
um ein Ausgangssignal 29 zu erzeugen. Wie die Fachperson
verstehen wird, ist das Ausgangssignal 29 mit dem ursprünglichen
Trägereingangssignal 4 identisch
und behält seine
ursprünglichen
Frequenz- und Amplitudenkennwerte der erwünschten Signalkomponenten 91, mit
der Ausnahme, dass das unerwünschte
IM-Produkt 93 vom Unterdrückungssignal 25 unterdrückt wurde.
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Mit
Bezug auf 2, das IM-Produkt-Unterdrückungssignal 1 weist
in einer bevorzugten Ausgestaltung eine zusätzliche Feedback-Schaltung
auf, die einen dritten Koppler 31 beinhaltet, der ein Feedback-Signal 33 erzeugt.
Nach dem Unterdrücken
des IM-Produkts durch Kombinieren des Unterdrückungssignals 25 mit
dem Trägereingangssignal 4 wird
das resultierende Ausgangssignal 29 von einem Koppler 31 oder
dergleichen geteilt, der einen Teil des Ausgangssignals 29 isoliert,
wiederum vorzugsweise 6 dB unter dem Ausgangssignal 29,
um ein Feedback-Signal 33 zu erzeugen. Das Feedback-Signal 33 wird
dann zurück
zum Stufenspektrumanalysator 9 geleitet, wo es über das
gewünschte
Frequenzband analysiert wird, um zu prüfen, ob das zuvor erfasste
IM-Produkt ordnungsgemäß unterdrückt ist.
Wenn das IM-Produkt nicht ordnungsgemäß unterdrückt ist, dann kann der Prozessor 11 den
spannungsgesteuerten Regeloszillator 13, den Regelverstärker 15 und/oder
den Regelphasenschieber 17 justieren, um zu gewährleisten,
dass das Unterdrückungssignal 25 die
richtige Frequenz, Amplitude und Phasenschiebung hat, um das IM-Produkt
im Trägereingangssignal 4 ordnungsgemäß zu unterdrücken.
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Die
zuvor beschriebene IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung 1 kann
lediglich ein einziges unerwünschtes
IM-Produkt unterdrücken.
Gemäß 3 beinhaltet
die Unterdrückungsschaltung 25 in einer
bevorzugten Ausgestaltung eine Mehrzahl von spannungsgesteuerten
Regeloszillatoren 13a–c,
Regelverstärkern 15a–c und Regelphasenschiebern 17a–c. Jeder
Satz von spannungsgesteuerten Regeloszillatoren 13a–c, Regelverstärkern 15a–c und Phasenschiebern 17a–c ist über Steuerleitungen 19a–c, 21a–c und 23a–c mit dem
Prozessor 11 in Reihe geschaltet, um den Prozessor 11 zu befähigen, eine
Mehrzahl von steuerbaren oszillierenden Signalen zu erzeugen, die
amplitudenmäßig von
den Regelverstärkern 15a–c und phasenmäßig von
den Regelphasenschiebern 17a–c justiert werden können. So
zeigt beispielsweise 3 drei (3) Sätze von gesteuerten Regeloszillatoren 13a–c, Regelverstärkern 15a–c und Regelphasenschiebern 17a–c, die
drei (3) Unterdrückungssignale 25a–c erzeugen
können.
Wo der Stufenspektrumanalysator 9 und der Prozessor 11 drei
(3) IM-Produkte gemessen und erkannt haben, da werden die spannungsgesteuerten
Regeloszillatoren 13a–c
und Regelverstärker 15a–c so justiert,
dass sie drei (3) Unterdrückungssignale 25a–c mit derselben
Frequenz und Amplitude wie die drei vom Stufenspektrumanalysator 9 und
Prozessor 11 erkannten IM-Produkte erzeugen. Diese Unterdrückungssignale 25a–c werden
dann von den Phasenschiebern 17a–c individuell phasenverschoben,
so dass sie jeweils um 180° mit
Bezug auf das IM-Produkt verschoben werden, mit dem sie unterdrücken sollen.
Jedes dieser Unterdrückungssignale 25a–c wird
dann zum Trägereingangssignal 4 zurückgekoppelt,
um ein Ausgangssignal 29 zu erzeugen. Auch hier beinhaltet
das Ausgangssignal 29 wieder alle Signalkennwerte des Trägereingangssignals 4,
mit der Ausnahme, dass die drei (3) erfassten IM-Produkte jetzt
unterdrückt
sind.
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Man
ist der Ansicht, dass die IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung 1 der
vorliegenden Erfindung besonders zum Unterdrücken von IM-Produkten in Verstärkern geeignet
ist. Verstärker
verwenden gewöhnlich
eine Art Vorwärtsregelungskorrekturschaltung
(FFCC) in dem Bemühen,
die von einem Verstärker
erzeugten IM-Produkte zu unterdrücken.
Eine Vorwärtsregelungskorrekturschaltung
unterdrückt zwar
häufig
im Wesentlichen die IM-Produkte
des Verstärkers
selbst, aber sie führt
infolge der zusätzlichen
Komponenten der Vorwärtsregelungskorrekturschaltung
wie Phasenschieber, Regelverstärker
und Kombinator leider zusätzliche
IM-Produkte ein. Diese IM-Produkte werden als Teil des Verstärkerausgangssignals
ausgegeben. Mit Bezug auf 5, die IM-Produkt-Unterdrückungsschaltung 1 der
vorliegenden Erfindung kann zum Unterdrücken der IM-Produkte einer Vorwärtsregelungskorrekturschaltung 67 verwendet
werden, die zum Unterdrücken der
IM-Produkte eines Primärverstärkers 77 eingesetzt
wird. Für
die Zwecke hierin soll der Begriff „Primärverstärker" im weitesten Sinne so verstanden werden,
dass er alle Verstärker
wie RF-Verstärker, IF-Verstärker, Leistungsverstärker usw.
einschließt. Ein
mit einer Vorwärtsregelungskorrekturschaltung 67 arbeitender Primärverstärker 77 weist
typischerweise zusätzliche
Phasenschieber 75 und 83, einen Regelverstärker 81 und
Kombinatoren 79 und 85 auf. Ein Eingangssignal 69 wird
von einem Koppler 71 geteilt, wobei ein erster Teil des
Eingangssignals 69 vom Phasenschieber 75 um 90° verschoben
und zu einem Kombinator 79 gesendet wird. Der vorherrschende
Teil des Eingangssignals 69 wird zum Primärverstärker 77 geleitet
und entsprechend verstärkt.
Ein Teil dieses verstärkten
Signals, einschließlich
eventueller IM-Produkte, wird von einem zusätzlichen Koppler 72 isoliert
und ebenfalls zum Kombinator 79 gesendet. Der Teil des
verstärkten
Signals, der zum Kombinator 79 gesendet wird, wird vom
phasenverschobenen Eingangssignal 73 im Kombinator 79 mit
dem phasenverschobenen Eingangssignal kombiniert, so dass ein erstes
Kombinator-Ausgangssignal 80 entsteht.
Die ursprünglichen
Signalkomponenten von Signal 69 werden im Wesentlichen unterdrückt, und
stattdessen beinhaltet das erste Kombinator-Ausgangssignal 80 nur die IM-Produkte des
Verstärkers 77.
Inzwischen wird das Verstärkerausgangssignal
vom zweiten Phasenschieber 83 um 180° phasenverschoben und zu einem
zweiten Kombinator 85 gesendet. Dieses phasenverschobene Verstärkersignal
wird mit dem ersten Kombinatorausgang gemischt, der nur die vom
Verstärker
erzeugten IM-Produkte beinhaltet. Dieser erste Kombinatorausgang
wird verstärkungsmäßig vom
Verstärker 81 so justiert,
dass er im Wesentlichen dieselbe Amplitude hat wie die IM-Produkte
des Verstärkerausgangssignals.
Da das Verstärkerausgangssignal
vom Phasenschieber 83 um 180° phasenverschoben wurde, sind die
IM-Produkte des Primärverstärkers im
Ausgangsträgersignal 4 im
Wesentlichen unterdrückt.
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Mit
Bezug auf die 1, 5, 6 und 7,
um die von den Komponenten der Vorwärtsregelungskorrekturschaltung 67 erzeugten
zusätzlichen
IM-Produkte zu unterdrücken,
wird das von der Vorwärtsregelungskorrekturschaltung
ausgegebene Trägersignal 4 von
einem Koppler 5 geteilt, wobei ein Teil des Ausgangssignals 7 zum
Stufenspektrumanalysator 9 gesendet wird. Der Stufenspektrumanalysator 9 durchläuft ein
gewünschtes
Frequenzband in dem Bemühen,
die erwünschten
Signalkomponenten 91 und unerwünschten IM-Produkte 93 des
Trägersignals 4 zu
erkennen. In einer ähnlichen
Weise wie oben beschrieben, leitet der Stufenspektrumanalysator 9 die
Informationen über
Frequenz und Amplitude der unterschiedlichen Signale, die im Trägersignal 4 erkannt
wurden, zum Prozessor 11 weiter, der diese Informationen
mit einer internen Lookup-Tabelle vergleicht, die Informationen über die
Frequenz der erwünschten
Ausgangssignale des Verstärkers 77 speichert.
Eventuelle Signale, die vom Stufenspektrumanalysator 9 entdeckt
werden, die in dieser internen Lookup-Tabelle nicht aufgeführt sind,
werden somit als unerwünschte
IM-Produkte ermittelt. Nach dem Erkennen dieser unerwünschten
IM-Produkte 93 steuert der Prozessor 11 den spannungsgesteuerten
Regeloszillator 13 und Regelverstärker 15 so, dass ein
Unterdrückungssignal 25 erzeugt
wird. Der Phasenschieber 17 verschiebt dann die Phase des Unterdrückungssignals 25 um
180° in
Bezug auf die IM-Produkte des Trägersignals 4,
und das Unterdrückungssignal 25 wird
danach wieder mit dem Trägersignal 4 kombinert,
um ein Ausgangssignal 29 zu erzeugen. Da das Unterdrückungssignal 25 dieselbe Frequenz
und Amplitude hat wie die IM-Produkte 93, aber um 180° phasenverschoben
ist, hat das Ausgangssignal 29 alle Frequenz- und Amplitudenkennwerte
der erwünschten
Signalkomponenten 91 des vom Verstärker 77 erzeugten
Signals, aber die unerwünschten
IM-Produkte 93 sind unterdrückt.
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Mit
Bezug auf 5, in einer zusätzlichen bevorzugten
Ausgestaltung wird, vor dem Empfang des Eingangssignals 69 durch
den Verstärker 77 oder
die Vorwärtsregelungskorrekturschaltung 67, das
Eingangssignal 69 von einem Koppler (nicht dargestellt)
geteilt, um einen Teil des Eingangssignals zu isolieren (nicht dargestellt).
Dieser Teil des Eingangssignals wird dann zum Stufenspektrumanalysator 9 zur
Analyse weitergeleitet, der die Ergebnisse, einschließlich der
Ermittlung der Frequenz- und Amplitudenkomponenten des Eingangssignals 69,
zum Prozessor 11 weiterleitet, der diese Informationen
in Lookup-Tabellen oder dergleichen speichert, um dem Prozessor 11 Informationen über die
erwünschten Frequenz-
und Amplitudenkennwerte des Eingangssignals 69 zu geben.
Da diese Informationen keine der vom Verstärker 77 oder der Vorwärtsregelungskorrekturschaltung 67 erzeugten
IM-Produkte beinhalten,
kann das Abtastsignal 7 mit den jetzt in der Lookup-Tabelle
gespeicherten Informationen verglichen werden, um die IM-Produkte
des Trägersignals 4 zu
identifizieren, die vom Verstärker 77 oder
der Vorwärtsregelungskorrekturschaltung 67 erzeugt wurden.
Diese Informationen können
wiederum zum Steuern des spannungsgesteuerten Regeloszillators 13,
Regelverstärkers 15 und
Regelphasenschiebers 17 verwendet werden, um ein Unterdrückungssignal 25 zu
erzeugen.
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Wie
die Fachperson verstehen wird, ist es wichtig, dass der Stufenspektrumanalysator 9 ein Frequenzband
von Interesse schnell und sorgfältig analysiert,
um Frequenz und Amplitude der unterschiedlichen Signalkomponenten
eines Trägersignals
zu ermitteln, besonders von unerwünschten IM-Produkten. Mit Bezug
auf 4, ein bevorzugter Stufenspektrumanalysator 9 beinhaltet
eine variable rauscharme Quelle 37, einen Regelphasenschieber 43 und
einen Mixer 47. Die variable rauscharme Quelle 37 erzeugt
erste und zweite justierbare oszillierende Signale 39 und 41,
die im Hinblick auf Frequenz und Amplitude identisch sind. Das erste rauscharme
Signal wird von einem Koppler 35 mit dem Abtastsignal 7 kombinert,
um ein kombiniertes Abtastsignal/rauscharmes Signal 45 zu
erzeugen. Inzwischen wird das zweite rauscharme Signal 41 vom Phasenschieber 43 um
90° phasenverschoben.
Das Abtastsignal/rauscharme Signal 45 und das zweite rauscharme
Signal 41 werden in einem Mixer 47 kombinert,
um ein Mixerausgangssignal 49 zu erzeugen. Aufgrund der
inhärenten
Charakteristiken des Mixers 49 werden die rauscharmen Signale 39 und 41 der
Quelle unterdrückt
und die übrigen
Signalkomponenten erscheinen in der Form von „Trägerversätzen". Grundsätzlich wurden die Signalkomponenten im
Mixerausgangssignal 49 auf Basisband quadratur-abwärtskonvertiert.
Zum Beispiel, wenn die als Trägersignale
dienenden rauscharmen Signale 39 und 41 der Quelle
bei 500,000 MHz erzeugt werden, dann würde eine Signalkomponente im
Abtastsignal 7 von 500,050 MHz als ein Signal von 50 kHz
im Mixerausgangssignal 49 erscheinen. Dieses Mixerausgangssignal 49,
das nachfolgend als Messtestsignal bezeichnet wird, wird zu einem
rauscharmen Abgleichverstärker 51 gesendet,
der die Größe des Messtestsignals 49 so
verstärkt,
dass eventuelle IM-Produkte im Signal leichter erkannt und gemessen
werden können.
Ferner dient der rauscharme Abgleichverstärker 51 als Puffer,
um zu gewährleisten,
dass die Impedanz zwischen dem Mixer 47 und einem Analog-Digital-Wandler 53 optimal
erhalten bleibt, der das Messtestsignal 49 nach dessen
Passage durch den rauscharmen Abgleichverstärker 51 empfängt.
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Der
Analog-Digital-Wandler 53 empfängt das Messtestsignal 49 und
wandelt das Testsignal auf FIFO-Weise in ein digitales Format um.
Diese digitalen Informationen werden dann zu einem Prozessor 55 weitergeleitet.
Der Stufenspektrumanalysator 9 beinhaltet ferner eine Mehrzahl
von Steuerleitungen 57, 59 und 61, die
den Prozessor 55 jeweils mit der variablen rauscharmen
Quelle 37, dem Regelphasenschieber 53 und dem
rauscharmen Abgleichverstärker 51 verbinden.
Beim Betrieb justiert der Prozessor 55 die rauscharme Quelle 37 und
den Phasenschieber 53 über
ein gewünschtes
Frequenzband mit unterschiedlichen Versatzfrequenzen, um unterschiedliche
Trägersignale
zu erzeugen, die vom Mixer 47 empfangen werden. Typische
Spektrumanalysesysteme erfordern zwar manuelle Justierungen einer
rauscharmen Quelle und eines Phasenschiebers, aber der Stufenspektrumanalysator 9 der
vorliegenden Erfindung ermöglicht
eine automatische Steuerung dieser Komponenten, so dass die erwünschten Signalkomponenten
und unerwünschten
IM-Produkte des Abtastsignals 7 über eine gesamte Bandbreite von
Interesse erkannt und gemessen werden können.
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Weiter
mit Bezug auf 4, nach dem Erreichen des Prozessors 55 wird
das Messtestsignal 49 zu einem Spektrumanalysator 65 geleitet.
Das Messtestsignal 49, jetzt in digitaler Form, wie vom
Analog-Digital-Wandler 53 umgewandelt, wird vom Spektrumanalysator 65 mit
diskreten Fourier-Transformationen analysiert, die die unterschiedlichen
Frequenzkomponenten des Abtastsignals 7 einschließlich Frequenz
und Amplitude eventueller erwünschter Signalkomponenten
und unerwünschter
IM-Produkte genau
messen. Diese Informationen werden dann zurück zum Prozessor 55 und,
mit Bezug auf 1, zum Prozessor 11 gesendet,
der den spannungsgesteuerten Regeloszillator 13, den Regelverstärker 15 und
den Regelphasenschieber 17 steuert. Der Prozessor 11 nimmt
dann diese Informationen und ermittelt durch Vergleichen mit einer
internen Lookup-Tabelle, ob die Frequenzkomponenten erwünschte Signalkomponenten
oder unerwünschte
IM-Produkte sind. Nach dem Definieren der IM-Produkte werden die
gesteuerten Regeloszillatoren 13, die Regelverstärker 15 und
die Phasenschieber 17 durch Steuerverbindungen 19, 21 und 23 vom
Prozessor 11 justiert, um ein Unterdrückungssignal 25 zu
erzeugen, das mit einem Trägersignal 4 kombiniert
wird, um ein Ausgangssignal 29 zu erzeugen, in dem eventuelle unerwünschte IM-Produkte
unterdrückt
sind. Wie die Fachperson verstehen wird, können die Prozessoren 11 und 15 als
separate Prozessoren konstruiert oder in einem einzigen Prozessor
kombiniert werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf die Unterdrückung von
IM-Produkten in
RF-Signalen beschrieben. Diese Beschreibung erfolgte deshalb, weil
die vorliegende Erfindung besonders für RF-Systeme relevant ist.
Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf das Radiofrequenzspektrum
begrenzt sein, sondern soll auch Anwendungen oberhalb des Radiofrequenzspektrums
einschließen,
einschließlich
Anwendungen im Infrarot-, sichtbaren Licht-, Ultraviolett- und Röntgenspektrum
wie Faseroptik und Laser. Nachdem ich meine Erfindung so beschrieben
habe, dass eine Fachperson sie verstehen und ausüben kann, und nachdem ich die
derzeit bevorzugten Ausgestaltungen davon definiert und identifiziert
habe, beanspruche ich Folgendes: