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GEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf CDMA-Telekommunikationssysteme
sowie darin eingesetzte Verfahren und Empfänger zur Leistungsschätzung.
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HINTERGRUND
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Bei
CDMA- („Code
Division Multiple Access":
Codemultiplex) Telekommunikationssystemen ist eine Schätzung von
Empfangsleistung zum Beispiel bei Leistungssteuerung und Weiterreichungsentscheidungen wichtig.
Eine Schätzung
einer durchschnittlichen Signalleistung ist bei der optimalen Anpassung
bzw. Abstimmung von Systemparametern wichtig. Die Signalleistungsschätzung ist
auch im Hinblick auf den Weiterreichungsalgorithmus wichtig.
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Insbesondere
in Umgebungen, wo sich schnelle, impuls- bzw. stoßartige Interferenzen, die
zum Beispiel aus einer Mehrwegeausbreitung resultieren, auf die
Qualität
eines empfangenen Signals auswirken, ist es wichtig, die Leistung
exakt zu schätzen.
Impulse stören
die zur Leistungsschätzung
verwendeten Verfahren, und folglich kann die Leistungsschätzung fehlschlagen.
Die bei den CDMA-Telekommunikationssystemen verwendeten Leistungsschätzalgorithmen
versuchen, schnelle Impulse aus dem empfangenen Signal herauszufiltern,
und idealerweise sollten sie einfach sein.
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Es
wurde immer gebräuchlicher,
so genannte robuste, d. h. Steuerungs-gewichtete Verfahren zum Beseitigen
impulsartiger Interferenz bei den Telekommunikationssystemen zu
verwenden. Die robusten Verfahren sind nicht empfindlich in Bezug
auf große Änderungen
bei einzelnen Beobachtungswerten, wie etwa einer Impuls-ähnlichen
Interferenz bei einem empfangenen Signal. Die robusten Verfahren
gemäß dem Stand
der Technik setzen so genannte Rangwerte bzw. -statistiken ein,
deren grundlegende Idee es ist, beobachtete Interferenz durch Eigenschaften
zu erfassen und zu beseitigen, die mit einer auf Grundlage variabler
Werte eingerichteten Beobachtungsmenge in Zusammenhang stehen. Ein
robustes Verfahren gemäß dem Stand
der Technik ist eine so genannte Mediantyp-Filterung. Diese Art
von Mediantyp-Filterung gemäß dem Stand
der Technik, die zur Leistungsschätzung verwendet wird, ist zum
Beispiel in der folgenden Veröffentlichung
ausführlicher
beschrieben: C. Tepedelenlioğlu,
N. Sidiropoulos, G. B. Giannakis, „Median Filtering For Power
Estimation In Mobile Communication Systems", Third IEEE Signal Processing Workshop
on Signal Processing Advances in Wireless Communications, Taoyuan,
Taiwan, 20.–23.
März 2001,
Seiten 229–231.
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Die
Lösungen
gemäß dem Stand
der Technik haben einen Nachteil darin, dass Vorabinformationen über ein
interferierendes Signal benötigt
werden, damit richtige Interferenzimpulse erfasst werden können. Die Lösungen gemäß dem Stand
der Technik arbeiten nicht gut bei hohen Impulsinterferenzfrequenzen,
womit sie in Bezug auf Rechenleistung nicht sehr effizient sind.
Zusätzlich
sind die Lösungen
gemäß dem Stand
der Technik in der Praxis schwierig zu implementieren.
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KURZE BESCHREIBUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und einen das Verfahren
implementierenden Empfänger
derart bereitzustellen, dass mit dem Stand der Technik im Zusammenhang
stehende Nachteile gemindert werden können. Dies wird mit einem Verfahren
zum Schätzen
von Leistung bei einem CDMA-Telekommunikationssystem erreicht, in
welchem Verfahren von den empfangenen Signalen eine Abtastmenge
gebildet wird. Bei dem Verfahren der Erfindung werden die folgenden
Schritte wiederholt, bis eine vorbestimmte Endbedingung erfüllt ist:
Bilden einer Absolutwertemenge aus den Absolutwerten der Abtastmengenelemente;
Einstellen eines Schwellenwerts; Berechnen eines Bezugswerts durch
Multiplizieren des Mittelwerts der Absolutwertemenge mit dem Schwellenwert;
Vergleichen des Elements der Absolutwertemenge mit dem Bezugswert und
Bilden einer zweiten Abtastmenge durch Entfernen von Elementen aus
der Abtastmenge, die den Bezugswert überschreiten; Schätzen der
Leistung auf Grundlage der verbleibenden Abtastmenge, wenn die Endbedingung
erfüllt
ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf einen Empfänger mit Einrichtungen zur
Bildung einer Abtastmenge von empfangenen Signalen. Mit den Einrichtungen
ist der Empfänger
der Erfindung eingerichtet, das Folgende zu wiederholen, bis eine
vorbestimmte Endbedingung erfüllt
ist: Bilden einer Absolutwertemenge aus den Absolutwerten der Abtastmengenelemente;
Einstellen eines Schwellenwerts; Berechnen eines Bezugswerts durch
Multiplizieren des Mittelwerts der Absolutwertemenge mit dem Schwellenwert;
Vergleichen des Elements der Absolutwertemenge mit dem Bezugswert;
und Bilden einer zweiten Abtastmenge durch Entfernen von Elementen
aus der Abtastmenge, die den Bezugswert überschreiten, wobei der Empfänger zusätzlich eingerichtet
ist, die Leistung auf Grundlage der verbleibenden Abtastmenge zu
schätzen,
wenn die Endbedingung erfüllt
ist.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Mit
dem Verfahren und dem System der Erfindung werden mehrere Vorteile
erzielt. Es wird eine Lösung
erzielt, die in Bezug auf Rechenleistung effizient und einfach zu
implementieren ist. Die vorgeschlagene Lösung benötigt keinerlei Vorabinformationen über Interferenzen.
Die vorgeschlagene Lösung
weist auch einen Vorteil darin auf, dass das Verfahren sogar bei
sehr hohen Frequenzen von Impulsinterferenz funktioniert.
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AUFLISTUNG
VON ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen ausführlicher
beschrieben, bei denen zeigen:
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1 ein
Beispiel eines Telekommunikationssystems gemäß der vorgeschlagenen Lösung;
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2 ein
Beispiel eines Empfängers
gemäß der vorgeschlagenen
Lösung;
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3 ein
Blockschaltbild eines Leistungsschätzverfahrens gemäß der Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung können
auf CDMA-Telekommunikationssysteme angewandt werden, die eine oder
mehrere Basisstationen sowie eine Vielzahl von Endgerätvorrichtungen
aufweisen, die mit einer oder mehreren Basisstationen kommunizieren.
Eine der wichtigsten Funktionen der Betriebsmittel bei einem CDMR-basierten System
ist eine Sendeleistungssteuerung. Mit wachsendem Abstand wird die
Signalstärke
schwächer,
und eine Mobilstation in der Nähe
einer Basisstation übertönt leistungsmäßig Signale
von weiter entfernten Basisstationen. Der optimale Betrieb des Systems
erfordert, dass die Mobilstationen ihre Sendeleistung derart anpassen,
dass die an der Basisstation ankommenden Signale bezüglich der Leistung
so gleichwertig wie möglich
sind. Die Basisstationen müssen
ihre Daten auch in richtigen Reihenfolgen übertragen, ohne dass diese
zeitlich abweichen.
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Der
Aufbau eines Telekommunikationssystems kann im Wesentlichen so sein
wie es gemäß 1 gezeigt
ist. Das Telekommunikationssystem umfasst eine Basisstation 100 und
eine Vielzahl von im Allgemeinen mobilen Teilnehmerstationen 102 bis 106,
die bidirektionale Verbindungen 108 bis 112 zu
der Basisstation 100 aufweisen. Die Basisstation 100 vermittelt
die Verbindungen der Endgerätevorrichtungen 102 bis 106 zu
einer Basisstationssteuerung 114, die sie zu anderen Teilen
des Systems und zu einem Festnetz weiterleitet. Die Basisstationssteuerung 114 steuert
den Betrieb von einer oder mehreren Basisstationen. Die Basisstationssteuerung 114 überwacht
die Qualität
des Funksignals und die Sendeleistung und erledigt die Weiterreichung der
Mobilstation. Zusätzlich
zu den elektronischen Komponenten, die zum Senden und Empfangen
von Funkübertragungen
erforderlich sind, weist die Basisstation 100 auch Signalprozessoren,
ASIC-Schaltungen und Mehrzweckprozessoren auf, die eine Datenübertragung
zu der Basisstationssteuerung 114 erledigen und den Betrieb
der Basisstation 100 steuern. Die Basisstation 100 kann
eine oder mehrere Sender/Empfänger-Einheiten
aufweisen. Der Empfänger
der vorgeschlagenen Lösung
kann entweder in Verbindung mit der Basisstation 100 oder
den mobilen Teilnehmerstationen 102 bis 106 angeordnet
sein.
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2 zeigt
ein Beispiel eines Empfängers 200 gemäß der vorgeschlagenen
Lösung.
Der Empfänger umfasst
einen A/D-Wandler 202,
einen Leistungsschätzblock 204,
ein angepasstes Filter 106 und eine Steuereinheit 208.
Der Empfänger
kann auch andere Einrichtungen aufweisen, die Empfängerfunktionen
implementieren, wie etwa Sprach- und Kanalcodierer, Modulatoren
und RF-Bauteile. Zusätzlich
weist die Vorrichtung eine Antenne 201 auf, mittels derer
Signale gesendet und empfangen werden.
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Alle
Funktionen des Empfängers 200 werden
von der Steuereinheit 208 gesteuert, die typischerweise mit
Hilfe eines Mikroprozessors und Software oder separater Komponenten
implementiert ist. Der A/D-Wandler 202 wandelt das kontinuierliche
Signal, das vom Empfänger 200 empfangen
wird, in eine digitale Form. Das angepasste Filter 206 ist
ein spezielles Filter, das dazu angepasst ist, nur das gewünschte Signal
mit geringfügiger
Signaldämpfung
durchlaufen zu lassen und alle anderen Wellenformen (einschließlich Rauschen)
zu blockieren. Vor dem angepassten Filter 206 sind die
Signale auf Chipebene und nach dem angepassten Filter auf Symbolebene.
Der Leistungsschätzblock 204 ist
mit Hilfe von ASIC-Schaltungen
oder einem Mikroprozessor und Software implementiert. Bei der vorgeschlagenen
Lösung
ist es möglich,
auch andere Komponenten zwischen den Leistungsschätzblock 204 und
das angepasste Filter 206 anzuordnen.
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Gemäß 2 erfolgt
eine von der Steuereinheit 208 gesteuerte Abtastung im
A/D-Wandler 202 durch Lesen des Werts eines kontinuierlichen
Signals in bestimmten Intervallen. Dieses Abtastintervall im Allgemeinen
ist beim Digitalisieren jedes Signals konstant. Nach Digitalisierung
des Signals führt
der Leistungsschätzblock 204 von
der Steuereinheit 208 gesteuerte Funktionen durch. Beim
dargestellten Beispiel wird aus den vom A/D-Wandler 202 empfangenen
Signalen zuerst eine Abtastmenge gebildet, und aus den Absolutwerten bzw.
Beträgen
der Abtastmengenelemente wird eine Menge von Absolutwerten gebildet.
Im Leistungsschätzblock 204 wird
auch ein Bezugswert bestimmt, der das Produkt des Mittelwerts der
Absolutwertemenge und eines vorbestimmten Schwellenwerts ist. Als
Nächstes
wird im Leistungsschätzblock 204 ein
Vergleich zwischen den Werten von Elementen der Absolutwertemenge
und dem Bezugswert durchgeführt, woraufhin
der Leistungsschätzblock 204 solche
Elemente aus der Abtastmenge entfernt, die den Bezugswert überschreiten. Der
Schätzblock 204 wiederholt
die vorstehend erwähnten
Schritte, bis in der Absolutwertemenge keine den Bezugswert überschreitenden
Elemente gefunden werden, oder bis eine vorbestimmte Anzahl von
Wiederholungsrunden durchführt
wurde. Danach wird im Schätzblock 204 auf
Grundlage der verbleibenden Abtastmenge eine Leistungsschätzung durchgeführt.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild eines Leistungsschätzverfahrens gemäß der vorgeschlagenen
Lösung. In
Schritt 300 wird aus den empfangenen Signalen eine Abtastmenge
gebildet. Das empfangene Signal weist thermisches Rauschen und Interferenzimpulse
auf. Die Aufgabe des Verfahrens besteht darin, die impuls- bzw. stoßartige
Interferenz aus dem empfangenen Signal zu löschen, bevor die Leistung des
empfangenen Signals bestimmt wird. Dies wird durch Aufteilen der
empfangenen Chipebenen-Abtastwerte in eine gewünschte Menge und eine interferierende
Menge implementiert, was mit Hilfe eines Schwellenwerts durchgeführt wird.
Die gewünschte
Menge wird daher die verbleibende Abtastmenge sein, aus der die
Interferenzen gelöscht
wurden. Die in Schritt 300 gebildete Abtastmenge wird als
Gaußisch
bzw. Gaußglocke
mit Mittelwert Null angenommen, womit die Amplitude der Abtastsequenz
Rayleigh-verteilt ist. Diese Situation wird bei DS-CDMA-Systemen
mit mehreren Teilnehmern erreicht, bei denen die Leistungssteuerung
arbeitet. Sind nur wenige Teilnehmer vorhanden oder arbeitet die
Leistungssteuerung nicht, weicht der Mittelwert der Variablen dahingegen
von Null ab, womit die Amplitude Rice-verteilt ist.
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Nach
Bildung der Abtastmenge in Schritt 300 fährt der
Prozess zu Schritt 302 fort, in dem aus den Absolutwerten
der Abtastmengenelemente eine Absolutwertemenge gebildet wird. Da
die gewünschte
Menge von Chipebenen-Abtastwerten als Gaußisch bzw. Gaußglocke
mit Mittelwert Null angenommen wird, ist die aus den Absolutwerten
der gewünschten
Menge bestehende Absolutwertemenge Rayleigh-verteilt. In der Praxis ist die gewünschte Menge
nicht genau Gaußisch,
aber das Verfahren wird durch diese Annahme vereinfacht. Das Ziel
der so genannten robusten Verfahren besteht nicht darin, ein reales
Modell eines einstellbares Systems an sich zu finden, sondern das
Ziel besteht darin, eine ausreichend gute Arbeitsweise des Systems als
Ganzes zu erreichen. Weist die Abtastmenge zum Beispiel ein DS-Signal
und thermisches Rauschen auf, sind die Absolutwerte dieser Abtastwerte
Rice-verteilt. Das vorgeschlagene Verfahren kann auch in diesem Fall
immer noch verwendet werden.
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In
Schritt 304 wird ein Schwellenwert eingestellt, der im
folgenden Schritt 306 zum Berechnen eines Bezugswerts benötigt wird.
Der für
den Bezugswert erforderliche Schwellenwert wird aus einer Rayleigh-Verteilung
erhalten. Ist es zum Beispiel erwünscht, dass 0,1 Prozent der
Abtastmengenelemente entfernt werden, beträgt der Schwellenwert vorteilhaft
2,97. Ist es hingegen erwünscht,
dass 1 Prozent der Abtastmengenelemente entfernt werden, beträgt der Schwellenwert
2,42. Die Annahme, dass die gewünschte
Menge Gaußisch mit
Mittelwert Null ist, ist zum Bestimmen des Schwellenwerts ausreichend.
Der Schwellenwert 2,97 ist unabhängig
von einer Gaußmengenvarianz
bei allen gewünschten
Fällen
ein akzeptabler Wert. Bei einem Fall von Nicht-Interferenz führt dieser
spezielle Schwellenwert 2,97 zu einer Situation, bei der irrtümlicherweise
nur 0,1 Prozent der Abtastwerte der gewünschten Menge als Impulse ausgewählt werden.
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Nach
Einstellen des Schwellenwertes in Schritt 304 fährt der
Prozess mit Schritt 306 fort, in dem durch Multiplizieren
des Mittelwerts der Absolutwertemenge mit dem vorbestimmten Schwellenwert
ein Bezugswert berechnet wird. Als Nächstes wird das Element der
Absolutwertemenge in Schritt 308 mit dem Bezugswert verglichen.
In Schritt 310 wird überprüft, ob ein
bestimmter Endwert erfüllt
ist. Dies wird zum Beispiel durchgeführt, indem gesucht wird, ob
unter den Elementwerten der Absolutwertemenge Werte sind, die den
Bezugswert überschreiten.
Werden keine den Bezugswert überschreitenden
Werte gefunden, ist die Endbedingung erfüllt und der Prozess fährt mit
Schritt 314 fort, um die Leistung zu schätzen. Wird
in Schritt 310 hingegen erfasst, dass unter der Absolutwertemenge
Werte sind, die den Bezugswert überschreiten,
ist die Endbedingung nicht erfüllt
und es wird zu Schritt 312 fortgefahren, in dem die den
Bezugswert überschreitenden
Werte aus der Abtastmenge entfernt werden. Von Schritt 312 geht
der Prozess zurück
zu Schritt 302, in dem die Absolutwertemenge der verbleibenden
Abtastmenge berechnet wird. Danach fährt der Prozess erneut schrittweise
fort, bis in Schritt 310 keine Elementwerte gefunden werden,
die den Bezugswert überschreiten,
oder bis Schritte 302, 304, 306, 308, 310 und 312 für eine vorbestimmte
Anzahl von Malen wiederholt wurden. Daher kann die Endbedingung
zum Beispiel erfüllt
sein, wenn keine den Bezugswert überschreitenden Elementwerte
mehr gefunden werden, oder wenn Schritte 302, 304, 306, 308, 310 und 312 eine
vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt wurden.
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Eine
Leistungsschätzung
in Schritt
314 wird zum Beispiel durch Verwendung eines
so genannten klassischen Leistungsschätzers durchgeführt, wonach
die Leistungsschätzung
durch Verwendung von Formel (1) auf Grundlage des Mittelwerts von
Quadraten der Absolutwerte der Elemente der gewünschten verbleibenden Abtastmenge
oder durch Verwendung von Formel (2) auf Grundlage des Mittelwerts
von Quadraten der Elemente der Absolutwertemenge der gewünschten
verbleibenden Abtastmenge durchgeführt wird:
wobei
gilt:
P
klass ist die Leistung,
N
ist die Anzahl von Elementen,
|Y
i|
ist der Absolutwert bzw. Betrag des Elements der gewünschten
verbleibenden Abtastmenge,
x
i ist ein
Element der Absolutwertemenge der gewünschten verbleibenden Abtastmenge.
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Eine
Leistungsschätzung
in Schritt
314 kann auch mit einem Verfahren ausgeführt werden,
das auf eine Rayleigh-Verteilung
basiert, wonach die Leistungsschätzung
mit Hilfe von Formel (3) durchgeführt wird:
wobei
gilt:
P
ray ist die Leistung, und der
Mittelwert der Elemente der Absolutwertemenge, der in Klammern gezeigt
ist, wurde bereits in Schritt
306 berechnet.
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Die
eingebaute Eigenschaft des vorgeschlagenen Verfahrens, der fertig
berechnete Mittelwert, ermöglicht
eine verglichen mit herkömmlichen
Verfahren vereinfachte Leistungsbestimmung. Das Verfahren setzt
voraus, dass die gewünschte
Menge eine Gauß-Verteilung
mit Mittelwert Null darstellt. Zusätzlich muss eine Varianz der
gewünschten
Menge bei Bestimmung eines Schwellenwerts nicht bekannt sein. Daher
kann die gewünschte
Menge z. B. ein Direktsequenzsignal sein, welches ein Gaußsches Rauschen
mit Mittelwert unter Null (thermisches Rauschen) ist. Diese Situation
tritt zum Beispiel bei Spreizspektrumsystemen auf, bei denen das
Signal-Rausch-Verhältnis auf
Chipebene niedriger ist als Null Dezibel. Nach dem angepassten Filter 206 ist
das Signal-Rausch-Verhältnis abhängig von
der Länge
des Spreizcodes, d. h. Detektionsverstärkung, größer. Das Verfahren benötigt jedoch
keinerlei Vorabinformationen bezüglich
der Interferenz.
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Die
vorgeschlagene Lösung
arbeitet gut bei einer sehr hohen Impulsinterferenzfrequenz, zum
Beispiel mit einem Frequenzwert von 0,5. Die vorgeschlagene Lösung arbeitet
umso besser, je niedriger die Impulsinterferenzfrequenz ist. Ein
Fehler bei einer Leistungsschätzung
beträgt
weniger als 30 Prozent aller Impulsleistungen, und ein Fehler bei
allen Impulsfrequenzen beträgt
weniger als 0,2. Das Verfahren arbeitet auch bei Interferenz-freien
Situationen gut. Das vorgeschlagene Verfahren arbeitet ungeachtet
der Leistung des Impulsrauschens umso besser, je niedriger die Frequenz
des Impulsrauschens ist. Daher kann das Verfahren auch Interferenz
niedriger Frequenz löschen.
Das Verfahren funktioniert sogar auch, falls bis zu 50 Prozent der
Abtastwerte Interferenzimpulse sind.
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Obwohl
die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf das Beispiel der zugehörigen Zeichnungen beschrieben
wird, ist es offensichtlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist,
sondern sie innerhalb des Umfangs der zugehörigen Ansprüche auf eine Vielfalt von Arten
modifiziert werden kann.
