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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein drahtloses Kommunikationssystem, und insbesondere auf
die Verwendung eines allgemeinen Übertragerverstärkers, sowohl
zur analogen als auch zur digitalen Übertragung.
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Als verbraucherorientierte drahtlose
Kommunikationssysteme zuerst auftraten, basierte deren zugrundeliegende
Kommunikationssignalisierung auf analogen Übertragungsschemata. Nordamerika, und
insbesondere die Vereinigten Staaten, adaptierten einen analogen
zellularen drahtlosen Kommunikationsstandard, welcher als Advanced
Mobile Phone System (AMPS) bezeichnet wird, welcher in dem EIA/TIA-553
Standard enthalten ist. Während
eine Dienstbereichsüberdeckung
anfangs in den frühen Tagen
der Verwendung mobiler Endgeräte
spärlich war,
erlaubte es eine begeisterte Verbraucherannahme mobiler Kommunikationstechnologie
Dienstanbietern, ein weitreichendes Netzwerk von AMPS basierten
Kommunikationszellen aufzubauen. Derzeit stehen die meisten besiedelten
Bereiche und sogar viele außenliegende
Bereiche der Vereinigten Staaten im Genuß einer im wesentlichen kontinuierlichen AMPS
basierten mobilen Kommunikationsdienst Überdeckung.
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Als sich die zugrundeliegenden Technologien
entwickelten, begannen Kommunikationsdienstanbieter jedoch damit, verbesserte
Kommunikationsdienste anzubieten, welche auf neueren digitalen Kommunikationsstandards
basierten. Beispiele solcher Standards enthalten 800 MHz Code Division Multiple
Access (CDMA) digital zellular, wie im EIA/TIA-95 Standard enthalten,
und 800 MHz Time Division Multiple Access (TDMA) digital zellular,
wie im TIA/EIA-136 Standard enthalten. Es ist zu bemerken, dass
die 800 MHz Versionen des TIA/EIA-136 manchmal als digitales AMPS
oder D-AMPS bezeichnet werden. Mobile Endgeräte im digitalen Modus bieten
Benutzern typischerweise verbesserte Merkmale und Annehmlichkeiten
an. Beispielsweise verbrauchen mobile Endgeräte im digitalen Modus typischerweise
weniger Energie als ihre analogen Gegenstücke, wodurch eine verlängerte Batterielebensdauer
bereitgestellt wird. Darüber
hinaus können
digital basierte Übertragungsstandards
eine verbesserte Sprachqualität,
größere Gesprächssicherheit
und bessere Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen anbieten. Weitere
Vorteile, welche potentiell durch die neueren digitalen Kommunikationsstandards
angeboten werden, enthalten verschiedene Textnachrichtdienste und
weitere datenorientierte Kommunikationen.
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Verständlicherweise haben sich dann
Verbraucherpräferenzen
von analog basierten Systemen abgewendet, zugunsten der Annehmlichkeit
und Dienste, welche digitalen zellularen Diensten zugeordnet werden.
Ein potentieller Nachteil für
Verbraucher, welche nicht in relativ dicht besiedelten Zentren leben,
ist, dass ein Einsatz von digitalen Kommunikationsdiensten noch
nicht den Ausbreitungsgrad erreicht haben, welcher den älteren analogen
(beispielsweise AMPS) Systemen zugeordnet wird. Somit gibt es noch
viele geographische Gebiete, in denen nur ein analoger drahtloser
Kommunikationsdienst erhältlich
ist. Obwohl digitale Überdeckungsgebiete
eventuell denen von analoger Überdeckung gleichstehen
oder übersteigen
werden, bieten mobile Endgeräte,
welche in der Lage sind in beiden Systemtypen zu arbeiten, den Verbrauchern
beträchtlichen
Vorteil und Annehmlichkeit an. Beispielsweise verwenden viele Menschen
mobile Endgeräte
aus Sicherheitsgründen
beim Reisen. Da viele Gebiete zwischen Städten nur von analogen Systemen überdeckt
werden, stellt das Vorhandensein von analoger Kompatibilität eine Schlüsselfähigkeit
dar, um wenn notwendig die Möglichkeit
nach Hilfe zu rufen sicherzustellen.
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Somit beziehen Entwickler typischerweise eine
sowohl analoge als auch digitale Kommunikationssystem-Kompatibilität in derzeitige
mobile Endgeräte
ein, wobei solche Endgeräte
im allgemeinen als mobile Dual-Modus Endgeräte bezeichnet werden. US-Patent
No. 5673287 zeigt einen Dual-Modus Verstärker, welcher es einem Funktelefon
ermöglicht, sowohl
in einem digitalen als auch analogen Modus zu arbeiten. In Nordamerikanischen
Märkten
ist es teilweise üblich,
in mobilen Endgeräten
AMPS-Fähigkeit
zusammen mit digitaler zellularer Fähigkeit einzubinden. Jedoch
ist die diese Entwicklungswahl begleitende Flexibilität nicht
ohne Nachteil. Beispielsweise enthalten TIA/EIA-136 digitale Übertragungen sowohl
Phasen- als auch Amplitudenmodulation und benötigen daher lineare Verstärkung. AMPS-Übertragungen
basieren andererseits auf Frequenzmodulation und sind daher im wesentlichen
amplitudenunabhängig.
Da AMPS Übertragungs-
und Empfangsbetriebe simultan sind (Vollduplex), sind Übertragerverstärker kontinuierlich
eingeschaltet. Daher ist es bei einer Übertragerverstärker-Betriebseffizienz
kritisch, eine akzeptable Batterielebensdauer des mobilen Endgerätes zum
analogen Betrieb zu erreichen. Da die DC-Betriebseffizienz eines Verstärkers im
nicht-linearen gesättigten
Modus die des Betriebs im linearen Modus übersteigt, verwenden AMPS-basierte mobile
Endgeräte
typischerweise keine lineare Übertragungssignalverstärkung.
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Ferner ist eine nicht-lineare Übertragungssignalverstärkung in
AMPS zulässig,
da das Übertragungssignalisierungsschema
amplitudenunabhängig ist.
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Daher wird es Entwicklern überlassen,
zwischen zwei nicht verlockenden Vorschlägen auszuwählen: Einbeziehen zweier separater Übertragerverstärker in
dem mobilen Endgerät,
wobei einer zum Betrieb im digitalen Modus vorgespannt wird, und
einer zum Betrieb im analogen Modus vorgespannt wird; oder Einbeziehen
nur eines Übertragerverstärkers, wobei
er zum Betrieb im digitalen Modus vorgespannt wird, und wobei die
den Betrieb im analogen Modus begleitende Ineffizienz akzeptiert
wird. Somit verbleibt ein Bedarf nach einem mobilen Dual-Modus Endgerät, welches
von den wirtschaftlichen Vorteilen profitiert, welche hervorgerufen
werden, indem ein einziger Übertragerverstärker sowohl
zum analogen als auch zum digitalen Betrieb verwendet wird, welches
jedoch keine Betriebsineffizienzen des analogen Modus erduldet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung enthält Verfahren und
Vorrichtungen, welche es einem mobilen Kommunikationsendgerät ermöglichen,
vorteilhafter Weise denselben Leistungsverstärker, sowohl zur digitalen
als auch analogen Übertragung,
zu verwenden. Von vielen mobilen Endgeräten wird verlangt, dass sie
in neueren digitalen Kommunikationsnetzwerken arbeiten, wo ein solcher
Dienst erhältlich
ist, jedoch weiterhin eine Kompatibilität zu älteren analogen Kommunikationsnetzwerken
aufrechterhalten.
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Bedenken bezüglich einer Betriebseffizienz in
Verbindung mit einer Verwendung desselben Leistungsverstärkers, sowohl
zur analogen als auch digitalen Übertragung,
werden bei der vorliegenden Erfindung angesprochen, indem Vorkehrungen
zum linearen (oder quasi-linearen) Betrieb des Leistungsverstärkers, wenn
das mobile Endgerät
im digitalen Modus ist, und zum nicht-linearen (gesättigten)
Betrieb des Leistungsverstärkers,
wenn das mobile Endgerät
im analogen Modus ist, enthalten sind. In einigen Ausführungsformen
ermöglicht
eine vorteilhafte Betriebspunkt-Steuerschaltung es dem mobilen Endgerät, den Betriebspunkt
des Übertragerverstärkers einzustellen.
Ferner kann eine Schaltungsanordnung es dem mobilen Endgerät ermöglichen,
einen Voll- oder Halbduplex-Betrieb auszuwählen, so dass digitale Übertragungssignale
einen enthaltenden Duplexer umgehen, während analoge Übertragungssignale
durch den Duplexer geleitet werden.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen
stellt die vorliegende Erfindung eine Gewinnsteuerung (gain control)
für ein
Eingangsantriebssignal des Übertragerverstärkers bereit.
Somit kann das mobile Endgerät
den Antriebspegel des Übertragerleistungsverstärkers derart
einstellen, dass er, wenn gewünscht,
im linearen (oder quasi-linearen) Modus arbeitet – wie beispielsweise
im digitalen Modus – und wenn
gewünscht
in einem voll gesättigten
Modus betrieben wird – beispielsweise
im analogen Modus. Ferner enthalten beispielhafte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung eine steuerbare Schaltungsanordnung, welche
es dem mobilen Endgerät ermöglicht,
unterschiedliche Übertragungs-
und Empfangspfade basierend auf derzeitigem digitalen- oder analogen
Modusbetrieb auszuwählen.
Ausgangssignale, welche einer Steuereinheit innerhalb des mobilen
Endgerätes zugeordnet
werden, stellen diese Betriebspunktsteuerung und Übertragung/Empfang-Pfadauswahl
bereit.
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Indem eine beispielhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, kann ein mobiles Endgerät denselben
Leistungsverstärker
sowohl zur digitalen, als auch analogen Übertragung verwenden, ohne
dass in einem der beiden Moden ein Verlust hinsichtlich Effizienz
oder Signalwiedergabetreue hingenommen werden muß. Ferner enthalten einige
optionale Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Vorkehrungen zum Verbinden grundlegender
Betriebe im analogen und digitalen Modus mit einem digitalen-Wechselband
Betrieb (alternate-band operation). Mit solchen Ausführungsformen
kann das mobile Endgerät
auf unterschiedlichen Frequenzbändern
betrieben werden, während
es im digitalen Modus ist, oder Moden ändern, um innerhalb eines analogen
Kommunikationssystems betrieben zu werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein beispielhaftes Kommunikationssystem, in welchem die vorliegende
Erfindung vorteilhaft angewendet werden kann.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines mobilen Endgeräts
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines Antennenaufbaus gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche eine voll-/Halbduplex Empfangs- und Übertragungsschaltung
und eine Steuerung zeigt.
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4 zeigt
eine andere Ausführungsform
eines Antennenaufbaus gemäß der vorliegenden
Erfindung mit reduzierten Voll-/Halbduplex-Schaltungskomponenten, verglichen mit 3.
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5 stellt
eine Übertragerverstärker-Betriebskurve und
eine damit in Verbindung stehende Wirkungsgradkurve für einen
typischen Übertragerverstärker dar,
welcher in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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6 zeigt
beispielhafte Details für
den Modulator/RF-Verstärker
von 2.
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7 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Dual-Modus/Dual-Band Fähigkeiten.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 stellt
ein beispielhaftes Kommunikationssystem 10 dar, in welchem
die vorliegende Erfindung vorteilhafter Weise angewendet werden
kann. 1 stellt ein digitales
drahtloses Kommunikationssystem 20 und ein analoges drahtloses
Kommunikationssystem 30, als auch ein beispielhaftes mobiles Endgerät 100 dar.
Während 1 zur Vereinfachung ein
digitales Kommunikationssystem 20 mit einem Kommunikationsmast 12 und
einer damit in Verbindung stehenden Basisstation 14 zeigt,
kann das eigentliche digitale Kommunikationssystem 20 tatsächlich eine
Mehrzahl an Kommunikationsmasten 12 und daran zugeordneten
Basisstationen 14 umfassen. Genauso kann das analoge Kommunikationssystem 30 eine
Mehrzahl an Kommunikationsmasten 22 und daran zugeordneten
Basisstationen 24 umfassen. Bei eigentlicher Anwendung
können
bestimmte Kommunikationssystem-Ressourcen, beispielsweise Kommunikationsmasten 12, 22,
von einem digitalen System 20 und analogen System 30 gemeinsam
benutzt werden.
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Ein Benutzer, welcher ein mobiles
Endgerät 100 betreibt,
kann mit Benutzern von anderen mobilen Endgeräten 100 oder mit Benutzern
auf anderen Kommunikationsnetzwerken, beispielsweise das Public
Switched Telephone Network (PSTN) kommunizieren, indem entweder
ein digitales Kommunikationssystem 20 oder analoges Kommunikationssystem 30 verwendet
wird. Es ist zu bemerken, dass sowohl das digitale Kommunikationssystem 20,
als auch das analoge Kommunikationssystem 30 zusätzliche
unterstützende
Netzwerkkomponenten enthalten können,
diese jedoch zur Vereinfachung nicht gezeigt sind.
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Beim Kommunizieren mit dem digitalen Kommunikationssystem 20 arbeitet
das mobile Endgerät 100 in
einem digitalen Modus, und beim Kommunizieren mit dem analogen Kommunikationssystem 30 arbeitet
das mobile Endgerät 100 in
einem analogen Modus. Mehrere bestimmte Unterschiede in Bezug auf
Betrieb im digitalen Modus und analogen Modus werden hierin später beschrieben.
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2 stellt
eine beispielhafte Ausführungsform
für das
mobile Endgerät 100 von 1 dar. Das mobile Endgerät 100 umfaßt einen
Controller 102 und Unterstützungsspeicher (supporting
memory) 104, eine Bedienerschnittstelle 160, einen Übertrager 120,
einen Empfänger 140,
einen Frequenzsynthesizer 110 und einen Antennenaufbau 180.
Funktionale und bauliche Details bezüglich des mobilen Endgeräts 100 von 2 stellen eine Basis zum
Verständnis
der vorliegenden Erfindung bereit, sollten aber nicht als beschränkend ausgelegt
werden. Tatsächlich
gestattet eine Ausgestaltung eines mobilen Endgeräts eine
enorme Variation, und die vorliegende Erfindung kann in einem weiten
Bereich an Implementierungen für
ein mobiles Endgerät 100 angewendet
werden.
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Die Bedienerschnittstelle 160 enthält typischerweise
ein Display 164, eine Tastatur 166, ein Mikrofon 172,
einen Lautsprecher 168 und einen Schnittstellencontroller 162.
Das Display 164 ermöglicht
es einem Bediener Zahlen zu wählen,
einen Rufstatus zu überwachen
und andere Dienstinformation zu sehen. Die Tastatur 166 ermöglicht es
dem Bediener Nummern zu wählen,
Befehle einzugeben und unterschiedliche Optionen auszuwählen. Der Schnittstellencontroller 162 stellt
zwischen Display 164 und Tastatur 166 eine Schnittstelle
mit Controller 102 bereit. Das Mikrofon 172 empfängt akustische Signale
(Sprache) des Benutzers und wandelt sie typischerweise in analoge
elektrische Signale um. Ein Lautsprecher 168 wandelt analoge
elektrische Signale vom Empfänger 140 in
akustische Signale um, die von dem Benutzer gehört werden können.
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Die analogen elektrischen Signale
des Mikrofons 172 werden dem Übertrager 120 zugeführt. Der Übertrager 120 enthält einen
Analog/Digital-Umwandler (ADC) 122, einen digitalen Signalprozessor (DSP) 124 und
einen Modulator/RF-Verstärker
130. Der
ADC 122 wandelt analoge elektrische Signale vom Mikrofon 172 in
entsprechende digitale Signale um, welche an den DSP 124 weitergeleitet
werden. In Zusammenarbeit mit dem Controller 102 verarbeitet der
DSP 124 die vom ADC 122 empfangenen digitalen
Signale in eine Form, welche zur Verarbeitung durch den Modulator/RF-Verstärker 130 geeignet
ist. Der DSP 124 enthält
einen Sprachkodierer und Kanalkodierer (nicht gezeigt) zur Verarbeitung
der digitalisierten Sprachsignale, um sie zur Übertragung vorzubereiten. Der
Sprachkodierer komprimiert das digitale Signal und der Kanalkodierer
führt Fehlererkennung,
Fehlerkorrektur und Signalisierungsinformation in Übereinstimmung
mit Anforderungen des bestimmten mobilen Kommunikationssystems 10 hinzu,
in welchem das mobile Endgerät 100 verwendet
wird. Der Modulator/RF-Verstärker 130 wandelt die
Ausgabe des DSP 124 in ein Signal um, welches zur Übertragung
durch den Antennenaufbau 180 geeignet ist.
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Der Empfänger 140 enthält einen
Empfänger/Verstärker 150,
einen DSP 142 und einen Digital/Analog-Umwandler (DAC) 144.
Signale, welche durch den Antennenaufbau 180 empfangen
werden, werden durch den Empfänger/Verstärker 150 geleitet,
welcher das Frequenzspektrum der empfangenen RF-Signale umsetzt
und sie auf einen Pegel verstärkt,
welcher zur darauffolgenden Verarbeitung durch den DSP 142 geeignet
ist. Der DSP 142 enthält typischerweise
einen Entzerrer zum Kompensieren von Phasen- und Amplitudenverzerrungen
eines durch den Kanal verschlechterten Signals, einen Demodulator
zum Entnehmen von Bitsequenzen aus dem empfangenen Signal und einen
Detektor zum Bestimmen von übertragenen
Bits, und zwar basierend auf den entnommenen Sequenzen. Ein Kanaldekodierer
hält Ausschau
nach Kanalfehlern in dem empfangenen Signal. Der Kanaldekodierer
enthält eine
Logik zum Trennen von Steuerungs- und Signalisierungsdaten von Sprachdaten.
Zur Verarbeitung werden Steuerungs- und Signalisierungsdaten an den
Controller 102 geleitet, während Sprachdaten an einen
Sprachdekoder (nicht gezeigt) geleitet werden. Verarbeitete Sprachdaten
werden dann zur Umwandlung in ein analoges Sprachsignal an den DAC 144 geleitet.
Das analoge Sprachsignal treibt den Lautsprecher 168 an,
um eine akustische Ausgabe (beispielsweise Sprache) zu erzeugen.
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Der Controller 102 koordiniert
den Betrieb des Übertragers 120 und
des Empfängers 140,
und kann beispielsweise in der Art eines typischen Mikroprozessors
sein. Eine Koordinierung des Empfängers 140 und Übertragers 120 kann
eine Koordinierung von Leistungssteuerung, Kanalauswahl und Zeitsteuerung
enthalten, als auch eine Masse anderer im Stand der Technik bekannte
Funktionen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung stellt der Controller 102 entweder direkt oder
indirekt eine Digital/Analog-Modus Steuerung für den Übertrager/Modulator 130 und
den Antennenaufbau 180 bereit. Der Controller 102 kann
ein dedizierter oder gemeinsam benutzter Mikroprozessor, ein einziger
Prozessor oder mehrere parallele Prozessoren sein, je nach Notwendigkeit
oder Anforderung. Der Controller 102 fügt Signalisierungsmeldungen
in die übertragenen
Signale ein und entnimmt Signalisierungsmeldungen aus den empfangenen
Signalen. Der Controller 102 reagiert auf jegliche Basisstationbefehle,
welche in den entnommenen Signalisierungsmeldungen enthalten sind,
welche Uplink- und Downlink-Kanalneuzuordnungen enthalten, und implementiert
Benutzerbefehle. Wenn der Benutzer Befehle über die Tastatur 166 eingibt, überträgt sie der
Schnittstellencontroller 162 zur Aktivität an den
Controller 102. Eine Information, welche an den Controller 102 gerichtet
ist, wird vom Speicher 104 gespeichert und von ihm zugeführt, wobei
er vorzugsweise sowohl flüchtigen
als auch nicht-flüchtigen
Speicher enthält.
Der Speicher 104 kann gespeicherten Programmcode und Betriebsdaten
zur Verwendung durch den Controller 102 enthalten.
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Der Frequenzsynthesizer 110 erzeugt
Signale, welche jeweils vom Empfänger 140 und Übertrager 120 zur
Abstimmung auf zugewiesene Uplink- und Downlink-Kommunikationsfrequenzen
verwendet werden. Der Empfänger 140 verwendet
Signale, welche vom Frequenzsynthesizer 110 ausgegeben werden,
um empfangene Signale abwärts
zu wandeln. Das abwärts
gewandelte Signal wird gefiltert und verarbeitet, um übertragene
Information zu entnehmen. Der Übertrager 120 verwendet
Signale, welche vom Frequenzsynthesizer 110 ausgegeben werden,
um die Trägerfrequenz
zu erlangen, welche moduliert ist um ein Übertragungssignal zu bilden, welches über den
Antennenaufbau 180 übertragen wird.
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3 stellt
den Empfänger 140 und Übertrager 120 dar,
welche durch den Antennenaufbau 180 zusammengeschaltet
sind. Der Antennenaufbau 180 enthält eine Antenne 182,
einen ersten Pfadauswahlschalter 184, einen zweiter Pfadauswahlschalter 188 und
einen Duplexer 186. Auswahlschalter 184, 188 können als
Konfigurationsschalter für
den Antennenaufbau 180 gedacht werden, welche es dem mobilen Endgerät 100 ermöglichen,
unterschiedliche Empfangs-/Übertragungssignalpfade
auszuwählen,
welches im folgenden detaillierter erläutert wird. Der Duplexer 186 wirkt
als ein Paar von Bandpassfiltern, einer für Übertragungsfrequenzen und einer
für Empfangsfrequenzen,
so dass Übertragungssignale
nicht mit zeitgleichen Empfangssignalen interferieren, wenn das
mobile Endgerät
den Antennenaufbau 180 zum Vollduplexbetrieb konfiguriert
hat. Funkfrequenzsignale, welche über die Antenne 182 empfangen
werden, passieren durch einen diskontinuierlich oder kontinuierlich
eingeschalteten (in Abhängigkeit vom
Betriebsmodus) Empfangspfad, um in den Empfänger 140 eingegeben
zu werden. Funkfrequenzsignale werden vom Übertrager 120 ausgegeben
und passieren über
einen auswählbaren Übertragungspfad
zur Antenne 182, wo sie nach außen hin abgestrahlt werden.
Der Controller 102 wirkt mit dem Übertrager 120 und
dem Antennenaufbau 180 zusammen, um einen Übertragerbetriebsmodus
(digital oder analog) einzustellen und die entsprechenden analogen
oder digitalen Empfangs- und Übertragungspfade
auszuwählen.
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Beim Betrieb im digitalen Kommunikationssystem 20 konfiguriert
das mobile Endgerät 100 den Antennenaufbau 180 zum
Halbduplex-Betrieb. Der Controller 102 stellt direkt oder
indirekt während Übertragungsbetriebe
beide Auswahlschalter 188, 184 auf ihre B-Kontakte
ein, und stellt während
Empfangsbetriebe Schalter 188 auf Kontakt B und Schalter 184 auf
Kontakt A ein. Der Controller 102 stellt direkt oder indirekt
den Übertrager 120 derart
ein, dass eine Übertragungssignalverstärkung im
wesentlichen linear ist, wie es im digitalen Betrieb erforderlich
ist. Wenn das mobile Endgerät 100 im
digitalen Modus überträgt, passiert
somit die Übertragungssignalausgabe
vom Übertrager 120 durch
Schalter 188 an Schalter 184 und umgeht somit
den Duplexer 186.
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Eine gestrichelte Linie von Kontakt
B des Schalters 184 an den gemeinsamen Kontakt des Schalters 184 zeigt
eine optionale, permanente Signalüberbrückung von Schalter 184 an.
Eine Überbrückung von
Schalter 184 kann wünschenswert
sein, um Schaltereinfügungsverluste
(switch insertion losses) im digitalen Übertragungspfad zu minimieren. Jedoch
führt eine solche Überbrückung dazu,
dass Kontakt B von Schalter 188 im permanenten Kontakt mit
Antenne 182 steht. Beim Vollduplex-Betrieb (analoger Modus) überträgt und empfängt das
mobile Endgerät 100 gleichzeitig,
so dass diese Verbindung problematisch sein kann, außer wenn
Schalter 188 gedanklich mit einer adäquaten Signalisolierung gewählt wird.
Die innewohnende Signalisolation, welche zwischen Empfangs- und Übertragungskanal
im Duplexer 186 angeboten wird, stellt einen nützlichen Verweis
zum Bestimmen einer erforderlichen Signalisolation für Schalter 188 in
solchen Konfigurationen bereit. Ein typischer Duplexer 186 stellt
ungefähr
35 dB Sperrbereich Isolation für
das empfangene Signal bereit.
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Beim Betrieb im analogen Kommunikationssystem 30 konfiguriert
das mobile Endgerät 100 den Antennenaufbau 180 zum
Vollduplex-Betrieb. Der Controller 102 stellt direkt oder
indirekt die Auswahlschalter 188, 184 auf Kontakte
A ein und hält
sie vorzugsweise für
die Dauer eines Betriebes im analogen Modus in dieser Position bei.
Diese Konfiguration ermöglicht
es dem Duplexer 186 Übertragungssignale vom Übertrager 120 an
die Antenne 182 zu passieren, während gleichzeitig Empfangssignale
von Antenne 182 an Empfänger 140 passiert
werden. Wie zuvor erwähnt,
stellt der Duplexer 186 eine Bandpassfilterung bereit,
so dass eine Übertragungssignalenergie
im wesentlichen von der Empfangssignaleingabe an Receiver 140 beseitigt
wird. Im analogen Modus steuert der Controller 102 direkt
oder indirekt den Übertrager 120,
so dass dessen Übertragungssignalverstärkung im
wesentlichen nicht-linear (gesättigt)
ist.
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4 stellt
eine Abänderung
der in 3 gezeigten beispielhaften
Ausführungsform
dar. So wie in 3 bestimmt der
Controller 102 einen Halb- oder Vollduplex-Betrieb vom
Antennenaufbau 180, indem er eine damit in Verbindung stehende
Schaltungsanordnung steuert. Jedoch erzielt die in 4 dargestellte Ausführungsform wirtschaftliche
und herstellungsbezogene Vorteile, indem Schalter 188 entfernt
wird. Beim Halbduplex-Betrieb stellt der Controller 102 während Übertragungsbetriebe
den Schalter 184 auf Kontakt B, und während Empfangsbetriebe auf
Kontakt A ein. Beim Vollduplex-Betrieb stellt der Controller 102 den
Schalter 184 auf Kontakt A ein. Eine Betriebspunktsteuerung
vom Übertragerverstärker 240 (siehe 6) ist mit der in 3 beschriebenen übereinstimmend.
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Ein Verständnis herkömmlicher digitaler und analoger Übertragungsschemata
kann zum Verständnis
der Vorteile behilflich sein, welche durch Steuerung von Übertrager 120 erhalten
werden, um entweder linear oder nicht-linear, jeweils im digitalen oder
analogen Modus, zu arbeiten. Ein beispielhafter digitaler drahtloser
Kommunikationsstandard TIA/EIA-136 verwendet zur Übertragung
von Signalen eine Form von Quadrature Phase Shift Keying – die spezifische
verwendete Form ist π/4
Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK). Im allgemeinen übermittelt
eine QPSK-Signalisierung
Information über
das Übertragungssignal
unter Verwendung sowohl von einer Phasen- als auch Amplitudenmodulation.
Somit muß eine Übertragerverstärkung linear
oder im wesentlichen linear sein, um die Amplitudenmodulationen
korrekt zu übertragen.
Im Gegensatz dazu verwendet AMPS – der vorherrschende Nordamerikanische
analoge drahtlose Kommunikationsstandard – ein analoges Übertragungsschema,
bei welchem eine Frequenzmodulation(FM)-Signalisierung die übertragene Information übermittelt. Da
AMPS-basierte Empfänger
nicht empfindlich auf Veränderungen in
der Amplitude empfangener Signale sind, kann eine Übertragungssignalverstärkung im
wesentlichen nicht-linear sein. Da ein solcher nicht-linearer Betrieb
im digitalen Modus nicht toleriert werden kann, macht die eigentlich
bessere Effizienz von nicht-linearer Verstärkung die nichtlineare Verstärkung für Betriebe
im analogen Modus verlockend. Weil der Übertrager 120 und
Empfänger 140 während der
Betriebe im analogen Modus des mobilen Endgeräts 100 gleichzeitig
im Gebrauch sind, ist tatsächlich
eine vergrößerte Effizienz,
welche dem Übertrager 120 zugeordnet
wird, besonders wichtig.
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5 stellte
eine typische Verstärker-Betriebskurve
dar. Die in 5 dargestellte
Leistungskurve stellt eine verstärkte
Signalleistung als eine Funktion von einer Verstärkereingangsleistung dar. Eine
gestrichelte Wirkungsgradkurve entspricht der Leistungskurve und
stellt einen Verstärker-Wirkungsgrad
in Bezug auf einen Verstärkerbetriebspunkt
dar. Eine anfängliche
Betrachtung des Diagramms offenbart, dass der Verstärker-Wirkungsgrad
bis zu einem bestimmten Punkt ansteigt, solange sich der Betriebspunkt über den
linearen Betriebsbereich in den nichtlinearen (gesättigten)
Betriebsbereich bewegt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
der Übertrager 120 einen Übertragerverstärker 240 – gezeigt
in 6 – welcher
bei Punkt P1 auf der Verstärker-Betriebskurve betrieben
wird, wenn das mobile Endgerät 100 im
digitalen Modus ist, und bei Punkt P2 betrieben
wird, wenn das mobile Endgerät 100 im
analogen Modus ist.
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Im Stand der Technik ist es bekannt,
dass Punkt P1 an oder nahe beim 1 dB Komprimierungspunkt
auf der Betriebskurve vom Übertragerverstärker 240 festgelegt
wird. Der 1 dB Komprimierungspunkt bezieht sich auf den Punkt auf
der Betriebskurve, bei welchem die Ausgangsleistung 1 dB geringer ist,
als bei rein linearer Verstärkung
angenommen werden würde.
Ebenfalls spiegelt der 1 dB Punkt die maximale Ausgangsleistung
wider, welche vom Übertragerverstärker 240 erhalten
werden kann, bevor dessen Verstärkung
im wesentlichen nicht-linear wird. Es ist zu bemerken, dass der
entsprechende Wirkungsgrad η1 typischerweise im Bereich von 40% ist.
Jedoch ist der Übertrager 120 beim
Betrieb im digitalen Modus durchschnittlich ungefähr ein Drittel der
Zeit aktiv, so dass der relativ ineffiziente Betriebspunkt, welcher
zur digitalen Signalübertragung
benötigt
wird, keinen wesentlichen Nachteil darstellt.
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Im Gegensatz dazu verwendet das mobile Endgerät 100 bei
Betrieben im analogen Modus gleichzeitig sowohl Übertrager 120 als
auch Empfänger 140.
Da der Übertrager 120 kontinuierlich
an ist, ist ein Betriebswirkungsgrad für den Übertrager 120 kritisch.
Wie zuvor erwähnt,
stellt die vorliegende Erfindung den Betriebspunkt für den Übertragerverstärker 240 auf
Punkt P2 ein, wenn das mobile Endgerät 140 im
analogen Modus arbeitet. Wie dargestellt, entspricht Punkt P2 einem völlig
gesättigten
Betriebspunkt und liegt 2 bis 3 dB (nominell 2,5 dB) hinter dem
Betriebspunkt zum Betrieb im digitalen Modus. Ein Betriebswirkungsgrad
steigt wesentlich auf Punkt η2 auf der Wirkungsgradkurve an, wobei die
Wirkungsgrade typischerweise im Bereich von 55 bis 60% liegen. Eine
Ausgangsleistung vom Übertragerverstärker 240 steigt
ebenfalls entsprechend groß an,
wenn er sich jenseits des 1 dB Komprimierung Betriebspunktes bewegt.
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Da AMPS Übertragungssignale auf FM basieren,
wird ein Betreiben des Übertragerverstärkers 240 auf
voll gesättigte
Weise nicht mit Signalübertragungen
interferieren. Punkte P1 und P2 stellen
dar, dass eine Übertragerverstärker-Ausgangsleistung zwischen
einem Betrieb im digitalen und analogen Modus ansteigt. Bei der
Ausführungsform
von 3 überbrückt der Übertragungspfad
im digitalen Modus den Duplexer 186, während der Übertragungspfad im analogen
Modus durch den Duplexer 186 passiert. Da der Leistungsverlust
bei einem beispielhaften Duplexer 186 im wesentlichen den
Ausgangsleistungsanstieg zwischen Punkten P1 und
P2 anpasst, kann der tatsächliche Übertragungsleistungspegel
für das mobile
Endgerät 100 im
wesentlichen, sowohl beim digitalen als auch beim analogen Betriebsmodus, derselbe
bleiben.
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6 stellt
den Modulator/RF-Verstärker 130 des Übertragers 120 detaillierter
dar. Insbesondere stellt 6 eine
beispielhafte Ausführungsform für einen Übertragerverstärker 120 dar,
welcher eine Verstärkermodussteuerung
hat. Darüber
hinaus stellen die dargestellten Details in 3, 4 und 6, welche die vorgehende
Diskussion begleiten, beispielhafte Aufbauten mobiler Endgeräte dar,
und zwar basierend auf der Annahme, dass ein Betrieb im Dual-Modus
einen Betrieb im wesentlichen in denselben Frequenzbändern nach
sich zieht (beispielsweise nominal im 800 MHz Band, sowohl für analogen
als auch digitalen zellularen Betrieb). Da die vorliegende Erfindung
ohne diese Beschränkung
angewendet werden kann, sollte 6 nicht
als den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkend ausgelegt werden. Vielmehr
sollte verstanden werden, dass Details einer Übertragerimplementierung von
spezifischen Betriebsanforderungen abhängen und von denen in diesem
Beispiel dargestellten abweichen können.
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Der Modulator/RF-Verstärker 130 enthält einen
Seriell/Parallel Umwandler (S/P) 230, einen Basisbandsignalgenerator 232,
Tiefpassfilter 234A/234B, Modulatoren 236A/236B,
einen Summierer 238, einen im Gewinn einstellbaren Verstärker (adjustable-gain
amplifier) 244 und einen Übertragerverstärker 240.
Digitale Daten vom DSP 124 werden in den S/P 230 eingegeben.
Der Basisbandsignalgenerator 232 wandelt die parallelen
Daten, welche vom S/P 230 ausgegeben werden, in Basisband-Sinussignal Ausgänge um,
ein Ausgangssignal wird als eine Kosinusdarstzellung der Eingangsdaten
gebildet, und ein Ausgangssignal wird als eine Sinusdarstellung
der Eingangsdaten gebildet. Diese zwei Basisbandsignale werden zur
Modulierung eines RF-Trägersignals
verwendet, welches aus dem Frequenzsynthesizer 110 erlangt
wird. Die Ausgaben aus den Modulatoren 236A und 236B werden
im Summierer 238 zur Eingabe in den RF-Verstärker 240 zusammengefasst.
Es ist zu bemerken, dass Modulator 236B von einem Trägersignal
angetrieben wird, welches mit Bezug auf Modulator 236A unter Verwendung
eines η/2
Phasenschiebers 242 um 90° aus der Phase ist, um die gewünschte Quadratur-Trägersignal Übertragung
zu bewirken.
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Die zusammengefasste Signalausgabe
aus dem Summierer 238 passiert durch den im Gewinn einstellbaren
Verstärker 244.
Ein durch den im Gewinn einstellbaren Verstärker 244 ausgegebenes Übertragerverstärker-Antriebssignal
dient als eine Eingabe an den Übertragerverstärker 240.
Wenn ein feststehender Gewinn von A1 für den Übertragerverstärker 240 angenommen
wird, so wird dessen Ausgangssignal A1x
sein, wobei x die Eingangsantrieb-Signalausgabe vom im Gewinn einstellbaren Verstärker 244 darstellt.
Wenn die maximale Amplitude von x derart ist, dass die Amplitude
von A1x innerhalb des linearen (oder im
wesentlichen) linearen Betriebsbereiches vom Übertragerverstärker 240 verbleibt,
so wird somit die Übertragersignal-Ausgabe vom Übertragerverstärker 240 eine
lineare Beziehung zu dessen Eingangsantriebssignal haben. Indem
der Gewinn von Verstärker 244 erhöht wird, kann
die Amplitude von x derart erhöht
werden, dass A1x die lineare Ausgangsfähigkeit
vom Übertragerverstärker 240 übersteigt,
so dass er in Sättigung
getrieben wird. Somit kann durch Variieren der Signalpegeleingabe
in dem Übertragerverstärker 240 dessen
Betriebsmodus gesteuert werden. Daher steuert der Controller 102 den
Gewinn des im Gewinn einstellbaren Verstärkers 244 derart,
dass der Übertragerverstärker 240 das
Antriebssignal in einer im wesentlichen linearen (lineare oder quasi-lineare)
Weise zum Betrieb im digitalen Modus verstärkt. Zum Betrieb im analogen
Modus steuert der Controller 102 den im Gewinn einstellbaren
Verstärker 244 derart, dass
der Übertragerverstärker 240 das
Antriebssignal auf eine im wesentlichen nicht-lineare Weise (Betrieb
im Sättigungsbereich)
verstärkt.
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Es ist zu bemerken, dass die vorhergehende Technik
zum Steuern des Übertragerverstärkers 240 ein
beispielhaftes Verfahren darstellt, jedoch nicht als in irgendeiner
Weise beschränkend
ausgelegt werden sollte. Tatsächlich
besteht eine beträchtliche Möglichkeit
zum Variieren des Vorspannung (Betriebs-)Punktes des Übertragerverstärker 240.
Beispielsweise kann das Eingangsantriebssignal x einen damit in
Verbindung stehenden festgelegten Gewinn haben, während der
Gewinn A1 des Übertragerverstärkers 240 variiert
wird. Techniken zum Variieren von Gewinn A1 enthalten
konfigurierbare Gewinneinstellung-Rückführnetzwerke (beispielsweise
selektiv geschaltete Rückführelemente),
sind aber nicht darauf beschränkt.
Diese und andere Techniken sind im Stand der Technik bekannt.
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7 stellt
eine abwechselnde, beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dar. Wie zuvor erläutert,
stellen mobile Endgeräte 100 den
Benutzern eine zusätzliche
Annehmlichkeit bereit, indem sowohl ein Betrieb im digitalen als
auch analogen Modus enthalten ist. Jedoch stellt der zuvor diskutierte
TIA/EIA-136 nur ein System in einer Anzahl von konkurrierenden digitalen
Systemen dar. Beispiele abwechselnder digitaler Kommunikationssysteme
enthalten den ursprünglichen
European Global System for Mobile communications (GSM) Standard,
als auch 1900 MHz Versionen des TIA/EIA-136 Standards, im allgemeinen
bekannt als Personal Communications Services (PCS). Zur zusätzlichen
Flexibilität
und Annehmlichkeit für
den Verbraucher, enthalten einige mobile Endgeräte 100 nicht nur Dual-Modus
(digital und analog) Fähigkeiten,
sondern genauso sog. Dual-Band
Fähigkeiten. Wie
beim Stand der Technik bekannt, impliziert eine Bezugnahme auf ein
mobiles Endgerät 100 als
ein Dual-Band Endgerät,
dass es selektiv in mindestens zwei Frequenzbändern arbeitet, beispielsweise
sowohl im 800 MHz Band, welches durch TIA/EIA-136 definiert wird,
als auch im 1900 MHz Band, welches durch GSM oder PCS definiert
wird. Eine Leistungssteuerung des Übertragerverstärkers 240 und
der Voll/Halbduplex-Schalteranordnungen, welche in der vorliegenden
Erfindung enthalten sind, können
bei einem mobilen Endgerät 100 adaptiert
werden, welches Dual-Modus/Dual-Band
Fähigkeiten
hat.
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Die Ausführungsform von 7 fügt
den grundlegenden Dual-Modus
Fähigkeiten
von 3 Dual-Band Fähigkeiten
hinzu. Beschriftungen TX und RX in 7 stellen
jeweils dieselben Übertragungs- und
Empfangssignale dar, welche in 3 dargestellt
sind. Der Übertrager 130 enthält ein zusätzliches Übertrager
Ausgangssignal, welches mit TX' beschriftet
ist, und der Empfänger 140 enthält ferner ein
zusätzliches
Empfänger
Eingangssignal, welches mit RX' beschriftet
ist. TX' wird aus
einem zusätzlichen Übertragerverstärker hergeleitet,
welcher im Übertrager 130 enthalten
ist, welcher auf einem Frequenzband arbeitet, welches mit dem abwechselnden
digitalen Dienst in Verbindung steht. Genauso enthält der Empfänger 140 einen
separaten Empfangssignalpfad für
das RX' Signal.
Es ist zu bemerken, dass der Schalter 192 zum Halbduplex-Betrieb bereitgestellt
wird, wenn das mobile Endgerät 100 im digitalen
Modus mit abwechselndem Band arbeitet. Zusätzlich fügt der Antennenaufbau 180 einen
Diplexer 190 hinzu, welcher zwischen Schalter 184 und Antenne 182 angeordnet
ist. Der Diplexer 190 isoliert funktionsgemäß 1900 MHz
Signale von den 800 MHz Empfangs-/Übertragungspfaden. Der RX' Signalpfad kann
zusätzliche
Filterung enthalten, wie beispielhaft durch Filter 146 erläutert. Wenn
das mobile Endgerät 100 im
800 MHz Band arbeitet, betreibt der Controller 120 die
Schalter 188, 184, und zwar basierend auf einen
Betrieb im analogen oder digitalen Modus, wie zuvor erläutert. Wenn
das mobile Endgerät 100 im 1900
MHz Band arbeitet, steuert der Controller 120 den Betrieb
von Schalter 192 auf Halbduplex Empfangs-/Übertragungsbetriebe.
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Die vorhergehenden Darstellungen
stellen eine Basis zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung bereit. Jedoch stellen diese Darstellungen
beispielhafte Ausführungsformen
nur dar, um dieses Verständnis
zu unterstützen,
anstelle dass irgendeine Beschränkung
bezüglich
tatsächlicher
Implementierung vorgeschlagen wird. Tatsächlich variiert die vorliegende
Erfindung vorteilhafter Weise die Verstärkungseigenschaften des Übertragers 120,
darauf basierend ob das mobile Endgerät 100 im digitalen oder
analogen Modus arbeitet, und macht entsprechende Empfangs-/Übertragungspfad
Selektionen, um Halbduplex-Digitalmodus und Vollduplex-Analogmodus Übertragungs-
und Empfangsbetriebe zu unterstützen.
Es besteht eine enorme Flexibilität in Bezug darauf, wie eine
solche Funktionalität
in einem mobilen Endgerät 100 einbezogen
werden kann. Beispielsweise ist die Anzahl, der Typ und das Positionieren
von Empfangs-/Übertragungspfad-Auswahlschaltern
nicht entscheidend, um die vorliegende Erfindung anzuwenden. Vielmehr
ist jegliche Anordnung, welche mit den einbezogenen Funkfrequenzsignalen
kompatibel ist, und eine, welche eine selektive Übertragungsüberbrückung des Duplexers 186 bereitstellt,
bereits innerhalb des Umfangs und Geistes der vorliegenden Erfindung.
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Die vorhergehende Beschreibung beschreibt eine
Betriebspunkt Einstellung, welche auf einer Verstärkerantriebssignal-Gewinnsteuerung basiert,
jedoch stellt dies nur eine beispielhafte Annäherung dar. Jegliche Technik
zum Erbringen eines linearen (quasi-linearen) und nicht-linearen
(gesättigten)
Betriebspunktes für
den Übertragerverstärker 240 (oder Übertrager 120 im
allgemeinen) wird als innerhalb des Umfangs und Geistes der vorliegenden
Erfindung liegend betrachtet. Die vorliegenden Ausführungsformen
werden daher in jeglicher Beziehung als darstellhaft und nicht als
beschränkend
betrachtet, und alle Änderungen,
welche in den Sinn und Äquivalenzbereich
der anhängenden
Ansprüche
kommen, werden als darin einbezogen angenommen.