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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur einseitigen Prüfung einer
Leitung, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben, und eine zugehörige Vorrichtung
zur einseitigen Prüfung
einer Leitung, wie im Oberbegriff von Anspruch 5 beschrieben.
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Dieses
Thema ist in der Technik bereits bekannt, z.B. aus "TDR tutorial – Introduction
to Time Domain Reflectometry".
Dieses Dokument wurde im Jahr 2002 von der Granite Island Group
unter dem URL http://www.tscm.com veröffentlicht. Dort wird offen
gelegt, dass ein Verfahren zur einseitigen Prüfung einer Leitung, Zeitbereichs-Reflektometrie
genannt, dazu benutzt wird, Eigenschaften eines Kabels aus Messungen
an einer Seite dieses Kabels zu bestimmen. Bei diesem Verfahren
zur einseitigen Prüfung
einer Leitung, bei der Zeitbereichs-Reflektometrie, die im Folgenden als
TDR bezeichnet wird, wird ein Energie-Impuls in das Kabel gesendet. Wenn
ein solcher Impuls das Ende des Kabels oder eine Diskontinuität entlang
des Kabels erreicht, wird ein Teil oder die gesamte Impuls-Energie zurück zum Sender
reflektiert. Somit kann man am selben Ort, an dem der Impuls eingespeist
wurde, die reflektierte Energie messen.
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Die
Dokumente
DE-C-19528698 und
DE-C-10154937 legen
auch solche Verfahren zur einseitigen Prüfung einer Leitung zur Qualifikation
einer elektrisch leitfähigen
Leitung offen, wobei diese Verfahren zusätzlich den Schritt enthalten,
randomisierte Anregungssignale von einem ersten Ende der Leitung
zu einem zweiten Ende der Leitung zu senden. Diese Signale sind
im Wesentlichen kontinuierliche Signale.
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Zur
Fehlerlokalisierung auf der Grundlage dieses Verfahrens zur einseitigen
Prüfung
einer Leitung misst ein solches System zur einseitigen Prüfung einer
Leitung die Zeit, die das Signal benötigt, sich auf dem Kabel auszubreiten,
an der Problemstelle anzukommen und reflektiert zu werden. Das System
zur einseitigen Prüfung
einer Leitung wandelt dann diese gemessene Zeit in eine Entfernung
von dieser Seite des Kabels um und zeigt die Information als Signalform
und/oder als Entfernungs-Messwert. Eine solche Messung wird ausgeführt, indem
eine Vielzahl von Anregungs-Signalen von der Quelle zum anderen
Ende der Leitung gesendet wird.
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Darüber hinaus
kann man aus diesen reflektierten Impulsen nicht nur die Position
der Diskontinuität
ableiten (auf der Grundlage der Zeitverzögerung des reflektierten Impulses),
sondern es können
außerdem
weitere Eigenschaften des Kabels, wie z.B. Topologie, Kabeldämpfung und
mit xDSL-Modems erzielbare Bitraten gewonnen werden, indem alle
Eigenschaften des reflektierten Impulses berücksichtigt werden.
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Da
die reflektierten Impulse sehr klein sind, weil sie die doppelte
Entfernung zur Diskontinuität gelaufen
sind (vor und zurück),
sind diese Reflexionen oft durch (externe) Störquellen verdeckt.
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Eine
Mittelwertbildung über
verschiedene Messergebnisse unter Verwendung desselben Anregungssignals
verringert die Effekte von externem weißem Rauschen, z.B. Übersprechen,
Umgebungsrauschen. Die Mittelwertbildung verringert nicht die Nichtlinearitäten oder
andere Störquellen,
die synchron zum angelegten Anregungssignal sind. Da die Nichtlinearitäten eine
(komplexe) Funktion des angelegten Anregungssignals sind, verhalten
sich diese Nichtlinearitäten
wie deterministische Störungen.
Es handelt sich um Störungen,
da diese Komponenten unerwünscht
sind, und sie sind deterministisch, da diese Störkomponente in Beziehung zum
Anregungssignal steht. Somit wird man durch Mittelwertbildung über verschiedene
Messungen den unerwünschten
Effekt von Nichtlinearitäten
nicht verringern.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur einseitigen
Prüfung
einer Leitung des oben erwähnten,
bekannten Typs bereitzustellen, bei dem aber der Effekt von Nichtlinearitäten verringert
ist.
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Gemäß der Erfindung
wird dieses Ziel durch das Verfahren, das in Anspruch 1 beansprucht
wird, und durch das System, das in Anspruch 5 beansprucht wird,
erreicht.
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In
der Tat wird durch Randomisierung jedes der Anregungssignale vor
dem Senden einer Vielzahl von Anregungssignalen das Anregungssignal
von den Harmonischen höherer
Ordnung des Anregungssignals entkoppelt, und indem anschließend bei
der Messung der Reflexionen der Anregungssignale eine inverse Randomisierung
aller Messungen von Reflexionen durchgeführt wird, werden die Reflexionen
wiedergewonnen und sind alle wieder dieselben. Durch eine inverse
Randomisierung der Harmonischen höherer Ordnung sind diese jedoch
weiter für jede
Messung unterschiedlich. Indem man eine Mittelwertbildung über diese
Messungen durchführt, kann
man den Effekt aller Störquellen
verringern, weil eine Mittelwertbildung über dieselben Reflexionen zur
selben Reflexion führt,
und eine Mittelwertbildung über
eine Anzahl unterschiedlicher Messungen bezüglich der Harmonischen höherer Ordnung
zu einer Verringerung der Harmonischen höherer Ordnung führt.
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Eine
weitere charakteristische Eigenschaft der vorliegenden Erfindung
wird in Anspruch 2 und Anspruch 6 beschrieben.
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Die
Randomisierung des Anregungssignals beruht auf der Randomisierung
einer Phase des Anregungssignals. Die Anwendung der Phasen-Randomisierung
erlaubt die Anwendung kleiner Phasenwinkel-Änderungen in der Randomisierung,
was sehr viele Alternativen für
die Randomisierung bietet. Der Hauptvorteil der Phasen-Randomisierung
ist die Tatsache, dass die PSD (spektrale Leistungsdichte) und die
Leistung des Anregungssignals konstant gehalten werden können. Die
PSD und die Leistung des Anregungssignals sind (durch technische
Grenzen oder Vorschriften) oft auf einige Maximalwerte begrenzt.
Indem alle Messungen mit einem Anregungssignal durchgeführt werden,
das diesen Maximalwerten von PSD und Leistung entspricht, kann man
sicherstellen, dass das Signal-Rauschverhältnis der einzelnen
Messungen maximiert werden kann.
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Eine
alternative charakteristische Eigenschaft der vorliegenden Erfindung
wird in Anspruch 3 und Anspruch 7 beschrieben.
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Die
Randomisierung des Anregungssignals beruht auf der Randomisierung
der Amplitude des Anregungssignals. Die Anwendung der Amplituden-Randomisierung
erlaubt die Anwendung von einfacheren Implementationen.
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Eine
weitere charakteristische Eigenschaft der vorliegenden Erfindung
wird in Anspruch 4 und Anspruch 8 beschrieben.
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Die
Randomisierung des Anregungssignals beruht auf der Randomisierung
sowohl der Phase, als auch der Amplitude des Anregungssignals.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass der in den Ansprüchen benutzte Begriff "enthält" nicht so interpretiert
werden darf, als ob er auf die danach aufgelisteten Mittel oder
Schritte begrenzt wäre.
Der Umfang des Ausdrucks "eine
Vorrichtung, die Mittel A und Mittel B enthält" darf nicht auf Vorrichtungen begrenzt
werden, die nur aus den Komponenten A und B bestehen. Er bedeutet
bezüglich
der vorliegenden Erfindung, dass nur die Komponenten A und B der Vorrichtung
relevant sind.
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Auf
gleiche Weise muss darauf hingewiesen werden, dass der Begriff "gekoppelt", der ebenfalls in den
Ansprüchen
verwendet wird, nicht so interpretiert werden darf, als ob er auf
direkte Verbindungen begrenzt wäre.
Der Umfang des Ausdrucks "eine
Vorrichtung A, die mit einer Vorrichtung B gekoppelt ist" darf nicht auf Vorrichtungen
oder Systeme begrenzt werden, bei denen ein Ausgang von Vorrichtung
A direkt an einen Eingang von Vorrichtung B angeschlossen ist. Er
bedeutet, dass ein Pfad zwischen einem Ausgang von A und einem Eingang
von B vorhanden ist, der ein Pfad sein kann, welcher andere Vorrichtungen
oder Mittel enthält.
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Die
oben angegebenen und weitere Ziele und Eigenschaften der Erfindung
werden deutlicher, und die Erfindung selbst wird am besten verstanden, wenn
man auf die folgende Beschreibung einer Ausführung in Verbindung mit den
begleitenden Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
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1 eine
Vorrichtung zur einseitigen Prüfung
einer Leitung in einem XDSL-Netzwerk darstellt.
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2 die
Signale in Bezug auf das Signal zwischen den Funktionsblöcken darstellt.
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In
den folgenden Abschnitten wird mit Bezug auf die Zeichnungen eine
Implementation des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Im ersten Abschnitt dieser Beschreibung werden
die Hauptelemente dieses Netzwerks beschrieben, wie in 1 dargestellt.
Im zweiten Abschnitt werden die Verbindungen zwischen den zuvor
erwähnten
Netzwerkelementen und den beschriebenen Einrichtungen definiert.
Im nachfolgenden Abschnitt wird die tatsächliche Ausführung der
einseitigen Prüfung
einer Leitung beschrieben.
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Das
XDSL-Zugangsnetz der vorliegenden Erfindung enthält eine Vermittlungsstelle
CO und Teilnehmerstandorte CP, die durch eine XDSL-Leitung gekoppelt
sind. Am Standort der CO ist eine Vorrichtung zur einseitigen Prüfung einer
Leitung SELT mit dieser XDSL-Leitung XDSL verbunden.
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Obwohl
in einem solchen Zugangsnetz normalerweise mehr als eine XDSL-Leitung
mit der Vermittlungsstelle gekoppelt sind, werden aus Gründen der
Einfachheit in dieser Ausführung
nur diese Elemente beschrieben.
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Die
Vorrichtung zur einseitigen Prüfung
einer Leitung enthält
ein Signalerzeugungs-Mittel SGM, das angepasst ist, eine Vielzahl
von Anregungssignalen von der CO-Seite der Leitung zu einer CP-Seite
der Leitung zu senden, wobei dieses Signalerzeugungs-Mittel SGM
ein Mehrfach-Sinussignal-Generator sein kann. Die Vorrichtung zur
einseitigen Prüfung
einer Leitung SELT enthält
zusätzlich
ein Randomisierungs-Mittel RM, das in der Lage ist, jedes Anregungssignal
aus der Vielzahl der Anregungssignale zu randomisieren, und ein
Leitungsschnittstellen-Modul LIM, das angepasst ist, die Vorrichtung
zur einseitigen Prüfung
einer Leitung SELT mit der XDSL-Leitung zu verbinden.
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Weiterhin
enthält
die Vorrichtung zur einseitigen Prüfung einer Leitung SELT ein
Messungs-Mittel MM, das in der Lage ist, am ersten Ende der XDSL-Leitung
eine Messung der Reflexion jedes der Anregungssignale durchzuführen, die
zum CP-Ende der XDSL-Leitung gesendet werden. Die Vorrichtung zur
einseitigen Prüfung
einer Leitung SELT enthält weiterhin
ein Mittel zur inversen Randomisierung IRM, das angepasst ist, eine
inverse Randomisierung jeder Messung des reflektierten Signals durchzuführen, und
ein Mittelwertbildungs-Mittel AM, das angepasst ist, alle Messungen
von Reflexionen der Anregungssignale zu mitteln. Als nächstes enthält die Vorrichtung
zur einseitigen Prüfung
einer Leitung SELT ein Qualifizierungs-Mittel QM, um aus dem Mittelwert
eine Qualifizierung der XDSL-Leitung zu bestimmen. Die Qualifizierung
kann unter anderem einen Defekt der XDSL-Leitung, eine Topologie, Kabel-Dämpfungen
oder mit XDSL-Modems erzielbare Bitraten feststellen.
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Schließlich gibt
es Präsentations-Mittel
PRM zur Darstellung der Ergebnisse der Qualifizierung auf einem
Bildschirm der Vorrichtung zur einseitigen Prüfung einer Leitung SELT.
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Das
Leitungsschnittstellen-Modul LIM der Vorrichtung zur einseitigen
Prüfung
einer Leitung SELT ist ein Eingangs-/Ausgangs-Anschluss, der gleichzeitig
ein Eingangs-/Ausgangs-Anschluss
I/O1 der Vorrichtung zur einseitigen Prüfung einer
Leitung SELT ist. Das Leitungsschnittstellen-Modul LIM ist weiterhin
mit einem Eingang an einen Ausgang des Randomisierungs-Mittels RM
angeschlossen, das wiederum mit einem Eingang an einen Ausgang des Signalerzeugungs-Mittels
SGM angeschlossen ist.
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Weiterhin
ist das Leitungsschnittstellen-Modul LIM mit einem Ausgang an einen
Eingang des Messungs-Mittels MM angeschlossen, das wiederum mit
einem Ausgang an einen Eingang des Mittels zur inversen Randomisierung
IRM angeschlossen ist. Das Mittelwertbildungs-Mittel AM ist zwischen
dem Mittel zur inversen Randomisierung IRM und dem Qualifizierungs-Mittel
QM angeschlossen. Das Qualifizierungs-Mittel QM ist weiterhin mit
einem Ausgang an einen Eingang des Präsentations-Mittels angeschlossen.
Es wird hier angenommen, dass der Signalgenerator ein Mehrfach-Sinussignal
zum Test der XDSL-Leitung
erzeugt. Für
jedes so erzeugte Anregungssignal wird zunächst die Phase der verschiedenen
Sinussignale, aus denen das Anregungssignal besteht, durch das Randomisierungs-Mittel
RM randomisiert und anschließend über die
XDSL-Leitung zur Teilnehmerstandort-Seite der Leitung gesendet. Das
Signal breitet sich entlang der XDSL-Leitung zur CP-Seite aus und
wird auf der CP-Seite oder durch einen Defekt in der Leitung reflektiert.
Auf jeden Fall wird am Leitungsschnittstellen-Modul LIM der Vorrichtung zur einseitigen
Prüfung
einer Leitung SELT ein reflektiertes Signal empfangen. Das Messungs-Mittel MM führt Messungen
der Reflexionen der Signale aus, die zur CP-Seite gesendet werden. Anschließend führt das
Mittel zur inversen Randomisierung IRM eine inverse Phasen-Randomisierung für jede der
Messungen durch.
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Das
Mittelwertbildungs-Mittel bestimmt anschließend den Mittelwert über alle
Reflexionen des angelegten Anregungssignals. Das Qualifizierungs-Mittel
QM bestimmt dann auf der Grundlage der Mittelwertbildung eine Qualifikation
der Leitung (wie Defekte, Topologie, Leitungsdämpfung mit dem XDSL-System
erzielbare Bitrate ...). Das Präsentations-Mittel
präsentiert
schließlich
die zugehörigen Charakteristiken,
wie sie vom Qualifizierungs-Mittel gewonnen wurden, auf dem Bildschirm
der Vorrichtung zur einseitigen Prüfung einer Leitung SELT.
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Bei
tatsächlichen
Implementationen können nicht
randomisierte und randomisierte Messungen gemischt werden: Das SELT-System
führt N
Messungen ohne Randomisierung des Anregungssignals aus. Der Mittelwert
dieser Messungen wird berechnet, und dieses Ergebnis wird als ein
Messergebnis betrachtet. Diese Prozedur wird dann M mal wiederholt,
aber nun jedes Mal mit einer anderen Randomisierung des Anregungssignals.
Optimale Werte von N und M können
abgeleitet werden, was zu einer maximalen Messgenauigkeit und einer
minimalen Messzeit führt.
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Um
den Betrieb der beschriebenen Ausführung noch deutlicher zu machen,
wird in diesem Abschnitt gezeigt, wie das Verfahren der vorliegenden Erfindung
benutzt werden kann, um den Effekt nichtlinearer Verzerrungen zweiter
Ordnung bei der einseitigen Prüfung
einer Leitung zu verringern. Das verwendete Messverfahren ist das
in 1 gezeigte. In 2 zeigen
wir die Signale, die zwischen den verschiedenen Funktionsblöcken der
Ausführung übertragen
werden. In dieser Figur können
Sie die Ergebnisse von 2 verschiedenen Messungen finden, jede mit
durch den Randomisierungsprozess verschiedenen an das Leistungsschnittstellen-Modul
angelegten Anregungssignalen. Für
jede Messung werden die Signale für 2 verschiedene Frequenzen
gezeigt, um in der Lage zu sein, den Effekt der nichtlinearen Verzerrung
zweiter Ordnung deutlich zu sehen. Man beachte, dass natürlich andere
Frequenzen mit der Messung verbunden sein können, aber indem wir nur zwei
von ihnen zeigen (Frequenz F1 und 2 × F1), können wir zeigen, wie mit diesem
Verfahren zweite Harmonische verringert werden können. In 2 sind
alle Signale als Vektoren (Zeiger) in der komplexen Ebene dargestellt.
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Für Messung
1 ist M1, das Ausgangssignal des Signalerzeugungs-Mittels SGM für die Frequenz F1
und 2 × F1
gezeigt. Die Amplitude beider Signale ist gleich, und beide haben
eine Phase von 0 Grad. Das Randomisierungs-Mittel RM wird (unter
der Annahme, dass es nur die Phase anpasst) die Phase beider Sinussignale ändern. Dies
wird in der grafischen Darstellung als eine Drehung des Zeigers
gezeigt (90 Grad im Gegenuhrzeigersinn für das Signal mit der Frequenz
F1, 180 Grad für
das Signal mit der Frequenz 2 × F1).
Das Ausgangssignal des Messungs-Mittels MM wird nur bei der Frequenz
2 × F1 gezeigt
(da das Ziel ist, zu zeigen, dass Harmonische zweiter Ordnung verringert
werden). Hier ist das Ausgangssignal des Messungs-Mittels MM in 2 Komponenten
zerlegt: Die durchgezogene Linie zeigt das Ergebnis, an dem wir
interessiert sind (das Ausgangssignal durch das Anregungssignal
mit der Frequenz 2 × F1),
der gepunktete Pfeil zeigt den Effekt der zweiten Harmonischen des
Anregungssignals bei der Frequenz F1. Unten zeigen wir schließlich das Ausgangssignal
des Mittels zur inversen Randomisierung IRM: Da während des
Randomisierungsprozesses eine Drehung von 180 Grad angewendet wurde,
müssen
wir diesen Effekt durch erneute Drehung um 180 Grad rückgängig machen.
Auf der rechten Seite sind die Ergebnisse einer zweiten Messung
M2 gezeigt. Für
diese Messung sind nur die Randomisierungs-Parameter anders: Das
Signal mit der Frequenz F1 wird um 180 Grad gedreht, und das Signal mit
der Frequenz 2 × F1
wird um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht.
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Wenn
man die Ausgangssignale des Mittels zur inversen Randomisierung
IRM für
diese 2 Messungen vergleicht, kann man sehen, dass das gewünschte Signal
(der durchgezogene Pfeil) in beiden Fällen identisch ist, wobei die
Phase der Nichtlinearitäten
(der gepunktete Pfeil) deutlich unterschiedlich ist. SO ist es klar,
dass durch Mittelwertbildung über verschiedene
Ausgangssignale des Mittels zur inversen Randomisierung der Effekt
der zweiten Harmonischen verringert werden kann. Es ist klar, dass
je mehr Messungen auf diese Weise durchgeführt werden, umso besser der
Effekt der Verzerrungen durch zweite Harmonische verringert werden
kann.
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Ähnliche
Bilder kann man auch für
Harmonische höherer
Ordnung und für
Verzerrungen durch Intermodulation von verschiedenen Frequenzen zeichnen.
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Es
wird weiterhin angenommen, dass dasselbe Verfahren wie oben ausgeführt werden
kann, wenn man eine Randomisierung des Signals auf der Grundlage
einer Amplituden-Randomisierung oder einer Kombination sowohl der
Amplituden-Randomisierung, als auch einer Phasen-Randomisierung
verwendet. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass obwohl die
beschriebene Ausführung
ein Telekommunikationssystem ist, die vorliegende Erfindung auch
allgemein in Systemen zur einseitigen Prüfung einer Leitung anwendbar
ist.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung
zusätzlich
auch zur Messung von Übertragungsfunktionen
verwendet werden kann.
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Eine
abschließende
Anmerkung ist, dass Ausführungen
der vorliegenden Erfindung oben in Form von Funktionsblöcken beschrieben
werden. Aus der oben angegebenen Funktionsbeschreibung dieser Blöcke wird
es einem Fachmann für
die Entwicklung elektronischer Geräte offensichtlich sein, wie
Ausführungen
dieser Blöcke
mit wohlbekannten elektronischen Bauelementen hergestellt werden können. Eine
detaillierte Architektur des Inhaltes der Funktionsblöcke wird
daher nicht angegeben.
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Obwohl
die Prinzipien der Erfindung oben in Zusammenhang mit einer speziellen
Vorrichtung beschrieben wurden, muss deutlich verstanden werden,
dass diese Beschreibung nur als Beispiel erfolgt und keine Einschränkung des
Umfanges der Erfindung darstellt, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.