DE10337084A1

DE10337084A1 - Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale

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Publication number: DE10337084A1
Application number: DE10337084A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr.-Ing. Bonhaus; Thomas Dipl.-Ing. Duda; Peter Dipl.-Ing. Gregorius; Lajos Prof. Dr. Gazsi
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-13
Also published as: US7474876B2; US20050090203A1; DE10337084B4; CN1581878B; CN1581878A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale, z. B. pulsförmiger Signale in einem Netzwerk-Übertragungssystem, dient der Erzeugung und Anpassung bzw. Vorverzerrung von Signalen mit einer bestimmten Signalform, die abhängig von einer im Rahmen einer Norm vorgegebenen Normsignalform bestimmt ist. Die Vorrichtung umfasst Signalerzeugungsmittel (10) zur Erzeugung der Signale mit einer bestimmten Signalform und Signalanpassungsmittel (20) zur Anpassung oder Vorverzerrung der Signale. Die Signalerzeugungsmittel (10) werden erfindungsgemäß digital realisiert, indem ein programmierbares Schieberegister (14), welches durch die Normsignalform vorgegebene Multiplikatoren zur Multiplikation mit einem digitalen Eingangssignal (1) enthält, verwendet wird. Die Signalanpassungsmittel (20) umfassen im Wesentlichen skalierbare digitale Filteranordnungen in Form einer Serienschaltung digitaler Filter (22) mit einem nachgeschalteten Multiplexer (24). Des Weiteren sieht die Erfindung Dämpfungsmittel (50) zur Dämpfung des Signals abhängig von den Eigenschaften des Übertragungskanals vor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale, insbesondere zur Erzeugung von einer Norm entsprechenden pulsförmigen Signalen in Netzwerk-Übertragungssystemen.

Bei der Übertragung von Signalen über Übertragungskanäle von einem Sender zu einem Empfänger werden auf Seiten des Senders Signale, z.B. in Form von Pulsen, die digitale Datenbits übermitteln, in einen Übertragungskanal eingespeist. Im Falle von kabelgestützten Netzwerk-Übertragungssystemen ist der Übertragungskanal durch eine Kabelverbindung realisiert. Bei der Ausbreitung der Signale in dem Übertragungskanal kommt es im Allgemeinen zu Veränderungen der Signalform, z.B. aufgrund von frequenzabhängigen Dämpfungseigenschaften des Übertragungskanals. Um eine ordnungsgemäße Verarbeitung der Signale auf Seiten des Empfängers zu ermöglichen, ist es nötig, dass die von dem Übertragungskanal übermittelten Signale nicht nur eine ausreichende Signalstärke, z.B. Pulshöhe aufweisen, sondern auch, dass die Form des Signals bestimmten Kriterien entspricht. Die Kriterien, z.B. Pulsbreite oder Steilheit von Flanken, die ein solches Signal zu erfüllen hat, können im Rahmen einer Norm, z.B. ITU G.703, ANSI T1.403, FCC68 oder FTZ 221, festgelegt werden. Es wird daher auf Seiten des Senders eine Vorrichtung benötigt, die Signale derart erzeugt, dass die von dem Übertragungskanal übermittelten Signale eine bestimmte Signalform aufweisen, die einer durch die Norm vorgegebenen Normsignalform entspricht. Eine Möglichkeit zur Verringerung von Übersprechens von benachbarten Übertragungskanälen besteht in einer Vorverzerrung der Signalform des erzeugten Signals entsprechend den Eigenschaften des Übertragungskanals, z.B. der Kabellänge, und in einer Dämpfung des Signals. Zum Teil ist sogar eine Anpassung der Dämpfung, z.B. in Abhängigkeit von der Kabellänge, erforderlich. Die Dämpfung erfolgt, um das erwähnte Übersprechen von benachbarten Übertragungskanälen zu verringern. Die Vorverzerrung erfolgt, damit auf einer Empfängerseite nicht auf eine falsche Kabellänge durch Auswertung des empfangenen Signals aufgrund dessen Dämpfung geschlossen wird.

Herkömmlicherweise wird die Erzeugung der verschiedenen Signalformen und die Anpassung oder Vorverzerrung der Signale, um die Eigenschaften des Übertragungskanals zu berücksichtigen, mittels analoger Schaltungen realisiert.

Probleme bei der analogen Erzeugung und Anpassung der Signale bestehen z.B. in einer großen Fläche, die für die Realisierung der Schaltungen auf einem Halbleiterchip benötigt wird, einer aufwändigen Portierung auf andere Technologien und einem hohen Zeitaufwand durch ein Testen und Trimmen der Schaltungen bei der Produktion.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale bereitzustellen, die mit geringem Herstellungsaufwand die oben genannten Probleme löst, wobei die Erzeugung von Signalen mit einer bestimmten Signalform insbesondere auf sehr einfache und damit robuste Art und Weise erfolgen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Signale mit einer bestimmten Signalform, die abhängig von einer vorgegebenen Normsignalform bestimmt ist, mittels digitaler Schaltungen erzeugt bzw. angepasst oder vorverzerrt. Hierfür umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Signalerzeugungsmittel und Signalanpassungsmittel.

Die Signalerzeugungsmittel zur Erzeugung der Signale mit der bestimmten Signalform werden erfindungsgemäß digital realisiert, indem ein programmierbares Schieberegister, welches durch die Normsignalform vorgegebene Multiplikatoren zur Multiplikation mit digitalen Eingangssignalen enthält, verwendet wird, wobei die Multiplikatoren zyklisch durch das Schieberegister verschoben werden.

Die erfindungsgemäßen Signalanpassungsmittel oder Vorverzerrungsmittel sind digital realisiert und umfassen mindestens ein digitales Filter, vorteilhafterweise jedoch skalierbare digitale Filteranordnungen in Form einer Serienschaltung mehrerer digitaler Filter mit einem nachgeschalteten Multiplexer. Die Serienschaltung umfasst dabei Abgriffe am Ausgang jedes Filters, die mit dem nachgeschalteten Multiplexer verbunden sind, so dass abhängig z.B. von der gewünschten Signalanpassung des Übertragungskanals die erforderliche Signalanpassung oder Verzerrungscharakteristik erreicht werden kann. Das Ausgangssignal des Multiplexers wird mittels eines Digital-Analog-Wandlers in ein analoges Signal gewandelt und über einen Sendeverstärker oder Leitungstreiber an den Übertragungskanal ausgegeben.

Des Weiteren sieht die Erfindung Dämpfungsmittel zur Dämpfung des Signals abhängig von den Eigenschaften oder der gewünschten Signalanpassung des Übertragungskanals vor. Die Dämpfungsmittel können sowohl digital als auch analog realisiert sein.

Der Vorteil der digitalen Ausgestaltung der Signalerzeugungsmittel und Signalanpassungsmittel liegt zunächst in einer einfachen Realisierbarkeit der Schaltungen, vorzugsweise auf einem einzigen Halbleiterchip, mit einer aufgrund der Verwendung der Digitaltechnik erzielbaren deutlichen Flächenersparnis gegenüber der analogen Ausgestaltung. Des Weiteren zeichnen sich digitale Schaltungen durch eine einfache Portierbarkeit auf andere Technologien aus und ermöglichen damit eine Wiederverwertung einer einmal entworfenen Schaltung, was zu signifikanten Kostenersparnissen führt. Die bei analogen Schaltungen aufgrund von technologischen Fertigungsschwankungen üblichen aufwändigen und zeitintensiven Produktionstests können bei digitalen Schaltungen durch rein strukturelle Tests, z.B. „automatic test pattern generation"-Tests, und eingebaute Selbsttests ersetzt werden, woraus sich als weiterer Vorteil der digitalen Ausgestaltung eine deutliche Testzeitersparnis ergibt.

Die oben genannten Vorteile ergeben sich auch für eine digitale Ausgestaltung der Dämpfungsmittel. Die Dämpfung kann gemäß der vorliegenden Erfindung angepasst an die Eigenschaften des Übertragungskanals erfolgen, indem die digitalen Filter der Signalanpassungsmittel derart ausgestaltet sind, dass sie auch eine Dämpfungsfunktion beinhalten, so dass die Dämpfungsmittel funktional in die Signalanpassungsmittel integriert sind. Ein besonderer Vorteil dieser gemeinsamen Realisierung der Signalanpassungsmittel und Dämpfungsmittel in Form einer Serienschaltung digitaler Filter liegt in der einfachen Form der Gesamtschaltung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Dämpfung auch analog erfolgen. Ein Vorteil einer analogen Ausgestaltung der Dämpfungsmittel liegt in der optimalen Ausnutzung des Aussteuerungsbereichs des Digital-Analog-Wandlers, welcher von den vorgeschalteten digitalen Signalanpassungsmitteln mit einem normierten vorverzerrten Signal gespeist wird.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Erzeugung von normkonformen Pulsen für Netzwerk-Übertragungssysteme, ist jedoch nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von bevorzugten oder vorteilhaften Ausführungsbeispielen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfolgt.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Dämpfungsmittel digital als funktionaler Teil von Signalanpassungsmitteln realisiert sind,
2 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Dämpfungsmittel analog ausgestaltet und einem Digital-Analog-Wandler nachgeschaltet sind.
Eine Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale, z.B. für Netzwerk-Übertragungssysteme, wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst Signalerzeugungsmittel 10, die Signale mit einer bestimmten Signalform erzeugen, und Signalanpassungsmittel 20. Die Signalerzeugungsmittel 10 und die Signalanpassungsmittel 20 sind dabei derart ausgestaltet, dass die von der Vorrichtung erzeugten Signale nach der Übertragung durch einen Übertragungskanal eine bestimmte Signalform aufweisen, die einer im Rahmen einer Norm definierten Normsignalform entspricht. Sowohl die Signalerzeugungsmittel 10 als auch die Signalanpassungsmittel 20 sind bei den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen digital ausgestaltet. Zur Ausgabe des Signals über einen Sendeverstärker oder Leitungstreiber 40 an den Übertragungskanal (nicht gezeigt) ist eine Wandlung eines digitalen Ausgangssignals der Signalanpassungsmittel 20 mittels eines Digital-Analog-Wandlers 30 in ein analoges Signal vorgesehen.
Im Folgenden wird zunächst die Funktion der Signalerzeugungsmittel 10 erläutert. Die Signalerzeugungsmittel 10 umfassen ein programmierbares Schieberegister 14 und einen Multiplizierer 12 zum Multiplizieren digitaler Eingangssignale 1 der Signalerzeugungsmittel 10 mit einem Wert aus dem Schieberegister 14. Das Schieberegister 14 ist mit Werten programmiert, die abhängig von der Normsignalform sind. Abhängig von einem Takt 4, z.B. einem Systemtakt des Gesamtsystems, werden die Werte zyklisch durch das Schieberegister 14 verschoben. Der Takt 4 und die zyklische Verschiebung sind dabei derart gestaltet, dass die Pulsbreite der digitalen Eingangssignale 1 der Signalerzeugungsmittel 10, welche z.B. in Form eines so genannten Dual-Rail-Signals mit drei möglichen Pegeln 1 , –1 und 0 vorliegen, ein Vielfaches der Dauer einer Takteinheit des Takts 4 ist. Auf diese Weise kann ein Eingangssignalpuls in mehrere Intervalle unterteilt, und mittels der in dem Schieberegister 14 enthaltenen Werte eine vorgegebene Signalform nachgebildet werden. Die Genauigkeit der Nachbildung hängt dabei von der Anzahl der Intervalle ab und von dem Dynamikbereich, der durch den maximal möglichen Betrag eines der in dem Schieberegister 14 enthaltenen Werte bestimmt ist. Die Signalerzeugungsmittel 10 erzeugen somit abhängig von den digitalen Eingangssignalen 1 digitale Ausgangssignale, welche eine mittels des programmierbaren Schieberegisters konfigurierbare Signalform aufweisen. Bei den in Netzwerk-Übertragungssystemen üblichen Pulsformen der Signale kann mit einer Unterteilung in vier Intervalle bereits eine recht aufwändige Pulsmaske zur Erzeugung der Signale erreicht werden.
Über die Erzeugung eines durch die Normsignalform vorgegebenen Signals hinaus kann durch die oben beschriebenen Signalerzeugungsmittel 10, bei genügender Kenntnis der Signalform am Ausgang des Übertragungskanals, die Signalform des von den Signalerzeugungsmitteln 10 erzeugten Signals bereits derart konfiguriert werden, dass eine erste Signalanpassung an die Eigenschaften des Übertragungskanals, z.B. in Form einer Kabelverbindung, erfolgt.
Die Signalanpassungsmittel 20 sind, wie in 1 und 2 dargestellt, durch eine skalierbare digitale Filteranordnung realisiert. Hierfür werden digitale Filter 22, 22' in Serie verschaltet, mit Abgriffen an den Ausgängen der jeweiligen Filter 22, 22'. Mit Hilfe eines, wie in 1 und 2 dargestellt, nachgeschalteten Multiplexers 24 kann abhängig von der erforderlichen Signalanpassung oder Vorverzerrung, z.B. abhängig von einer Kabellänge des Übertragungskanals, wahlweise eines der an den jeweiligen Abgriffen anliegenden Signale weitergeleitet werden. Um die Komplexität der Schaltungsanordnung so gering wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, die Filter 22, 22' identisch zu gestalten. Eine Signalanpassung z.B. an verschiedene Längen des Übertragungskanals kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, indem für die Signalanpassung an eine bestimmte Länge des Übertragungskanals der Multiplexer das Signal von einem Abgriff weiterleitet, der durch eine bestimmte Anzahl vorgeschalteter Filter 22, 22' gekennzeichnet ist, wobei die Anzahl der vorgeschalteten Filter 22, 22' von der Länge des Übertragungskanals abhängt. Auf dieselbe Weise kann auch eine Anpassung an weitere Eigenschaften des Übertragungskanals, z.B. Dämpfungseigenschaften, erfolgen. Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, kann das von den Signalerzeugungsmitteln 10 erzeugte Signal auch direkt, d.h. ohne Passieren eines digitalen Filters 22, 22', dem Digital-Analog-Wandler 30 zugeführt werden.
Gemäß 1 und 2 ist auch eine Möglichkeit vorgesehen, die von der Vorrichtung erzeugten Signale zu dämpfen. Hierfür kommen Dämpfungsmittel 50, 50' zum Einsatz. Die Dämpfungsmittel 50, 50' können, wie in 1 dargestellt, digital oder, wie in 2 dargestellt, analog ausgestaltet sein.
Bei digital ausgestalteten Dämpfungsmitteln 50 kann auf einfache Art und Weise eine abhängig von den Eigenschaften des Übertragungskanals konfigurierbare Dämpfung erreicht werden. Dies erfolgt, indem, wie in 1 dargestellt, die digitalen Filter 22 der Signalanpassungsmittel 20 derart ausgestaltet sind, dass sie auch eine Dämpfungsfunktion beinhalten, d.h. die Dämpfungsmittel 50 sind funktional in die digitalen Filter 22 integriert. Als Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ergibt sich eine vereinfachte Realisierung der Gesamtschaltung.
Bei analog ausgestalteten Dämpfungsmitteln 50' sind, wie in 2 dargestellt, analoge Dämpfungsmittel 50' dem Digital-Analog-Wandler 30 nachgeschaltet. In diesem Fall ergibt sich, da der Digital-Analog-Wandler 30 stets mit den vorverzerrten aber ansonsten ungedämpften, d.h. normierten, Ausgangssignalen der Signalanpassungsmittel 20 gespeist wird, als Vorteil eine optimale Ausnutzung des Aussteuerungsbereichs des Digital-Analog-Wandlers 30. Hierdurch kann ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden, und die Anforderungen an das Auflösungsvermögen des Digital-Analog-Wandlers 30 werden verringert.
Die in 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen können über die für die Erreichung der von der Norm geforderten Signalanpassung, Vorverzerrung oder Dämpfung benötigten digitalen Filter bzw. Dämpfungsmittel 22, 22', 50, 50' hinaus noch weitere Filter oder Dämpfungsmittel umfassen, so dass eine zusätzliche Abschwächung der Signale erreicht wird, um z.B. auf eine effiziente Weise die Empfindlichkeit eines entsprechenden Empfängers zu testen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten entweder ausschließlich digitale Dämpfungsmittel 50 oder ausschließlich analoge Dämpfungsmittel 50', es kann abhängig von der jeweiligen Anwendung jedoch auch eine Kombination von digitalen Dämpfungsmitteln 50 und analogen Dämpfungsmitteln 50' von Vorteil sein.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale, mit Signalerzeugungsmitteln (10) zur Erzeugung von Signalen mit einer bestimmten Signalform, die abhängig von einer vorgegebenen Normsignalform bestimmt ist, und mit Signalanpassungsmitteln (20) zur Anpassung der Signale mit der von den Signalerzeugungsmitteln (10) erzeugten Signalform an die Eigenschaften eines zur Übertragung der Signale vorgesehenen Übertragungskanals, wobei die Signalerzeugungsmittel (10) und die Signalanpassungsmittel (20) derart ausgestaltet sind, dass die von den Signalanpassungsmitteln (20) über den Übertragungskanal ausgegebenen Signale eine Signalform aufweisen, die der vorgegebenen Normsignalform entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanpassungsmittel (20) digital ausgestaltet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungsmittel (10) digital ausgestaltet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungsmittel (10) derart ausgestaltet sind, dass sie die Signale mit der bestimmten Signalform in Abhängigkeit von digitalen Eingangssignalen (1) erzeugen.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungsmittel (10) ein Schieberegister (14) und einen Multiplizierer (12) umfassen, wobei der Multiplizierer (12) digitale Eingangssignale (1) mit Werten aus dem Schieberegister multipliziert, um als Ausgangssignale des Multiplizierers (12) die Signale mit der bestimmten Signalform zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberegister (14) mit den Werten abhängig von der bestimmten Signalform konfigurierbar ausgestaltet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanpassungsmittel (20) mindestens ein digitales Filter (22; 22') zur Vorverzerrung der Signale mit der bestimmten Signalform umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Dämpfungsmittel (50; 50') zur Dämpfung der Signale mit der bestimmten Signalform.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel (50) digital ausgestaltet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanpassungsmittel (20) mindestens zwei digitale Filter (22; 22') und einen Multiplexer (24) umfassen, wobei die mindestens zwei digitalen Filter in Serie geschaltet sind und ein Abgriff am Ausgang jedes der mindestens zwei digitalen Filter (22; 22') mit dem Multiplexer (24) verbunden ist, so dass die Signale von einem in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Übertragungskanals durch den Multiplexer (24) ausgewählbaren Abgriff der digitalen Filter (22; 22') weitergeleitet werden können.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei digitalen Filter (22; 22') identisch ausgestaltet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8 und einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel (50) dem Multiplexer (24) vorgeschaltet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel (50) eine Einheit mit den digitalen Filtern (22) bilden.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Digital-Analog-Wandler (30) zur Umsetzung der von den Signalanpassungsmitteln (20) angepassten Signale mit der bestimmten Signalform in entsprechende analoge Signale zur Übertragung über den Übertragungskanal vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet durch Dämpfungsmittel (50') zur Dämpfung der Signale mit der bestimmten Signalform, wobei die Dämpfungsmittel (50') dem Digital-Analog-Wandler (30) nachgeschaltet und analog ausgestaltet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungsmittel (10) die Signale mit einer Signalform erzeugen, die abhängig von der vorgegebenen Normsignalform und den Eigenschaften des Übertragungskanals bestimmt ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanpassungsmittel (20), derart ausgestaltet sind, dass sie die Signale mit der bestimmten Signalform in Abhängigkeit von einer Länge des Übertragungskanals anpassen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale mit der bestimmten Signalform pulsförmige Signale sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung und Anpassung von Signalen in kabelgestützten Netzwerk-Übertragungssystemen ausgestaltet ist.
Vorrichtung zur Erzeugung normkonformer Signale, mit Signalerzeugungsmitteln (10) zur Erzeugung von Signalen mit einer bestimmten Signalform, die abhängig von einer vorgegebenen Normsignalform bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungsmittel (10) digital ausgestaltet sind und ein Schieberegister (14) und einen Multiplizierer (12) umfassen, wobei der Multiplizierer digitale Eingangssignale (1) mit Werten aus dem Schieberegister (14) multipliziert, um als Ausgangssignale des Multiplizierers (14) die Signale mit der bestimmten Signalform zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgestaltet ist.