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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und
Vorrichtungen zur Bereitstellung drahtloser Kommunikation
über ein Tragersignal mit Mikrowellenfrequenz zwischen
einer Hauptfeststation und einem entfernten Funkempfangs
und Ausstrahlungsort.
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In zellularen Mobilfunksystemen mit hoher
Kapazität ist eine Mehrzahl von Feststationen, die auch als
Zellenstandort bezeichnet werden, so angeordnet, daß
jeder Zellenstandort einen entsprechenden geographischen
Bereich überdeckt, der eine Zelle genannt wird.
Typischerweise enthält jeder derartige Zellenstandort
einen Funksender/Empfänger und ist direkt über Draht mit
einer Mobilfunk-überleitstelle (MTSO - mobile telephone
switching office) verbunden, die wiederum Teil eines
regionalen oder nationalen Netzes von
Fernsprechvermittlungsstellen ist. Ein Beispiel eines solchen
Zellenstandortes ist die in der Reihe von zellularen
Telekommunikationssystemen AUTOPLEX benutzten Zellenstandorte der
AT&T-Serie I (Architektur Modell 1 und Modell 2), die im
Handel von der Firma American Telephone and Telegraph
Company, New York, N.Y. erhältlich sind. Wegen des
erhöhten Bedarfs nach mehr Funkkanälen, der sich aus
einer wachsenden Zellularkundenbasis ergibt, wünschen
Anbieter von zellularen Fernsprechdiensten oft, ihre
Netze zu erweitern, um eine steigende Anzahl von
Teilnehmerstationen an einem geographischen Ort zu bedienen.
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Um den obigen Bedarf zu decken, ist in
verschiedenen Lösungen vorgeschlagen worden,
Zellenstandortantennen geographisch sehr nahe an den möglichen Orten
von mobilen oder tragbaren Teilnehmerstationen
anzubringen und die Signale zwischen dem Zellenstandort und
seinen entfernten Antennen entweder über coaxiale
Ubertragungsleitungen oder ein faseroptisches Kabelnetz zu
führen, das den Zellenstandort und seine Antennen mit
einander verbindet. Ein solches
Kleinzellen-Kommunikationssystem enthält faseroptische Verbindungen zwischen
einer zellularen Feststation und einer Mehrzahl von
Hochfrequenzantennen. Diese faseroptischen Strecken
funktionieren zufriedenstellend für die beabsichtigten
Verwendungszwecke,
für die sie ursprünglich ausgelegt waren.
Aufgrund des schnellen Wachstums von
Zellularkundenanforderungen in Kombination mit den Erfordernissen der
schnellen, verlässlichen und kostengünstigen
Bereitstellung eines Zellulardienstes für Kunden entweder auf
Dauer oder auf zeitweiliger Basis wie beispielsweise in
Notfällen besteht jedoch eine Notwendigkeit für ein
flexibleres, billigeres und leichter und schneller
ausbaubares Kommunikationssystem, als heute mit im Handel
erhältlichen Einrichtungen zur Verfügung steht.
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In "Microwave Radio in Cellular Radio Systems"
(Mikrowellenfunk in zellularen Funksystemen) von David E.
Kimzey, Proceedings of the National Communications Forum
XXXXI (1987), Nr. II, Seiten 953-956 wird die Verwendung
von Mikrowellenfunk als Verbindungsmedium zwischen
Zellenstandorten, einer Mobilfunk-überleitstelle und
einer Anschaltung an das öffentliche Telephonwählnetz
vorgeschlagen. Es wird angegeben, daß das Mikrowellen-
Verbindungssystem Flexibilität und Kostenvorteile bei der
Hinzufügung von neuen entfernten Zellenstandorten zum
System zur Aufnahme eines erhöhten Verkehrsaufkommens
bietet.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung nach Anspruch 2
bereitgestellt.
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Ein Verfahren zum Empfangen von drahtlosen
Kommunikationssignalen an der Hauptfeststation von dem
entfernten Empfangs- und Ausstrahlungsort kann folgende
Schritte umfassen: Empfangen von ankommenden
Mikrowellensignalen an der Mikrowellenantenne der Hauptfeststation,
Verstärken der empfangenen Mikrowellensignale,
Herabsetzen der Frequenz der verstärkten Signale auf einen
wesentlich niedrigeren Frequenzbereich von der
Größenordnung des Frequenzbandes des entfernten Empfangs- und
Ausstrahlungsortes, Verstärken der frequenzreduzierten
Signale, Aufmodulieren der verstärkten
frequenzreduzierten Signale auf ein Hochfrequenzträger
signal zur Erzeugung von Hochfrequenzsignalen und
Ankoppeln der erzeugten Hochfrequenzsignale an einen
Empfänger in der Hauptfeststation.
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Ein Verfahren zum Übertragen, von dem
Empfangsund Ausstrahlungsort, einer Mehrzahl von für eine
Mehrzahl von Fernsprech-Teilnehmerstationen bestimmten
Funktelekommunikationssignalen mit vorbestimmten
Hochfrequenzen kann folgende Schritte umfassen: Empfangen von
ankommenden Mikrowellensignalen am Standort, Herabsetzen
der Frequenzen der empfangenen Mikrowellensignale auf
wesentlich niedrigere Frequenzen und dadurch Erzeugen von
Zwischensignalen, Aufmodulieren der Zwischensignale auf
ein Trägersignal mit einer aus den vorbestimmten
Hochfrequenzen ausgewählten Frequenz und Ankoppeln der
modulierten Funksignale an eine Hochfrequenzantenne.
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Ein Verfahren zum Verarbeiten einer Mehrzahl von
Funktelekommunikationssignalen mit vorbestimmten
Hochfrequenzen am Empfangs- und Ausstrahlungsort kann
folgende Schritte umfassen: Empfangen von ankommenden
Funksignalen am Standort, Herabsetzen der Frequenzen der
empfangenen Funksignale auf niedrigere Frequenzen zum
Erzeugen von Zwischensignalen, Aufmodulieren der
Zwischensignale auf ein Trägersignal mit
Mikrowellenfrequenz und Ankoppeln der modulierten Mikrowellensignale
an eine Mikrowellenfrequenzantenne.
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Übertragungseinrichtungen an der Hauptfeststation
können folgendes umfassen: einen Frequenz-Abwärtsmischer
zum Herabsetzen der Frequenz von für eine mobile
Teilnehmerstation bestimmten Zellularfunksignalen und einen
Modulator zum Aufmodulieren der frequenzreduzierten
Signale auf einen Mikrowellenträger zur Übertragung zu
einem entfernten Mobilfunk-Empfangs- und Ausstrahlungs-
Zellularstandort. Empfangseinrichtungen an der
Hauptfeststation können folgendes umfassen: einen Frequenz-
Abwärtsmischer zum wesentlichen Herabsetzen der Frequenz
der an der Feststation empfangenen Mikrowellensignale und
einen Modulator zum Aufmodulieren dieser
frequenzreduzierten Signale auf ein Hochfrequenz-Trägersignal.
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Ein Mobilfunk-Empfangs- und Ausstrahlungs-
Zellularstandort kann folgendes umfassen: eine erste
Antenne zum Empfangen/Senden von Mobilfunksignalen mit
Frequenzen in einem ersten Bereich von Frequenzen, eine
zweite Antenne zum Empfangen/Senden von
Mikrowellensignalen mit Frequenzen in einem zweiten Bereich von
Frequenzen, die wesentlich höher als die Frequenzen im
ersten Bereich von Frequenzen sind, ein an die zweite
Antenne angekoppelter Frequenzumsetzer zum wesentlichen
Herabsetzen der Frequenzen empfangener Mikrowellensignale
und dadurch Erzeugen von Zwischensignalen, einen an den
Frequenzumsetzer angekoppelten Modulator zum
Aufmodulieren der Zwischensignale auf ein
Hochfrequenz-Trägersignal und Ankoppeln der modulierten Funksignale an die
erste Antenne. Der Standort kann weiterhin folgendes
umfassen: einen zweiten an die erste Antenne
angekoppelten Frequenzumsetzer zum Herabsetzen der Frequenzen
empfangener Mobilfunksignale und dadurch Erzeugen von
zweiten Zwischensignalen, einen zweiten an den zweiten
Frequenzumsetzer angekoppelten Modulator zum Aufmodu
lieren der zweiten Zwischensignale auf ein Trägersignal
mit Mikrowellenfrequenz und Ankoppeln der modulierten
Mikrowellensignale an die zweite Antenne.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen
offenbar. In den Zeichnungen ist:
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Fig. 1 ein beispielhafter Aufbau einer
Hauptfeststation in drahtloser Kommunikation mit einer Mehrzahl
von entfernten Standorten;
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Fig. 2 eine Funktionsblockschaltbilddarstellung
von Teilen einer Hauptstation mit der Erfindung;
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Fig. 3 eine Funktionsblockschaltbilddarstellung
eines entfernten Standortes.
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In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines
drahtlosen Telekommunikationssystems dargestellt, auf die
die vorliegende Erfindung angewandt wird, mit einer
Hauptfeststation 100 zur Übertragung und zum Empfangen
von Kommunikationssignalen zu bzw. von verschiedenen
entfernten geographischen Gebieten oder Regionen wie
beispielsweise Regionen 101 und 102. Die Hauptfeststation
100 ist über eine Kommunikationsstrecke 103 an eine
Fernsprechvermittlungsstelle 104, beispielsweise eine
Mobilfunk-Überleitstelle (MTSO) von einer im Handel
erhältlichen Art angekoppelt. Die
Fernsprechvermittlungsstelle 104 wiederum ist über eine Kommunikationsstrecke
mit dem öffentlichen Fernsprechnetz verbunden.
Innerhalb der geographischen Region 101 befindet sich ein
Empfangs- und Ausstrahlungsort 106, der zum Empfangen von
Kommunikationssignalen von der Feststation 100 und
Übertragen/Ausstrahlen von Signalen zu einer Mehrzahl von
sich innerhalb der Region 101 befindenden Teilnehmer-
Fernsprechstationen ausgelegt ist. Die
Teilnehmerstationen können mehrere feste Fernsprechstationen, die
beispielhafterweise als Feststationen 107 dargestellt sind,
und/oder eine Mehrzahl von Mobilfunkstationen, wie
beispielsweise Mobilstationen 108 enthalten. Auf ähnliche
Weise enthält die Region 102 einen Empfangs- und
Ausstrahlungsort 109 ebenfalls zum Empfangen von ankommenden
Signalen von der Hauptfeststation 100 und Ausstrahlen von
abgehenden Signalen zu verschiedenen
Teilnehmerfernsprechstationen 110 und 111 einer ähnlichen Art wie die
mit der Region 101 verbundenen Stationen 107 und 108.
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Um zweiseitig gerichtete Kommunikationsstrecken
zwischen der Hauptfeststation und den entfernten
Standorten herzustellen, umfaßt die Hauptfeststation 100
mindestens eine Mikrowellenantenne 112, die für die
Übertragung und den Empfang von
Mikrowellenkommunikationssignalen zu bzw. von den entfernten Empfangs- und
Ausstrahlungsorten 106 und 109 geeignet ist. Als
Alternative kann die Hauptfeststation 100 mindestens 2 (nicht
gezeigte) Mikrowellenantennen umfassen, wobei eine als
eine Sendeantenne und die andere als eine Empfangsantenne
ausgelegt ist. Der entfernte Standort 106 enthält
mindestens eine Mikrowellenantenne 114 und mindestens eine
Hochfrequenzantenne 115. Die Mikrowellenantennen 112 und
114 werden zur Herstellung einer zweiseitig gerichteten
Mikrowellenstrecke zwischen der Hauptfeststation 100 und
dem entfernten Standort 106 benutzt. Die
Hochfrequenzantenne 115 wird zur Herstellung von zweiseitig
gerichteten Hochfrequenzstrecken zwischen dem Standort 106 und
den, mit den jeweiligen, in der geographischen Region 101
zu bedienenden Teilnehmerfernsprechstationen 107, 108
verbundenen Antennen benntzt. Auf ähnliche Weise umfaßt
der entfernte Empfangs- und Ausstrahlungsort 109
mindestens eine Mikrowellenantenne 116 und eine
Hochfrequenzantenne 117. Mikrowellenantennen 112 und 116 werden
zur Herstellung einer zweiseitig gerichteten
Mikrowellenstrecke zwischen der Hauptfeststation 100 und dem
entfernten Standort 109 benutzt, der
Teilnehmerfernsprechstationen 110 und 111 in der Region 102
bedienen soll. Zweiseitig gerichtete Funkkommunikation
zwischen dem Standort 109 und den
Teilnehmerfernsprechstationen 110 und 111 wird über die
Hochfrequenzantenne 117 erreicht.
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Wie oben erwähnt liegt es durchaus im
Abdeckungsbereich der vorliegenden Erfindung, jede der
Mikrowellenantennen 112, 114 und 116 in Abhängigkeit von der
Differenz zwischen den Frequenzen der Sende- und
Empfangs-Mikrowellensignale an der Hauptfeststation 100
und an jedem der entfernten Standorte 106 und 109 durch
eine Mehrzahl von Mikrowellenantennen zu ersetzen.
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Nunmehr Bezug nehmend auf Fig. 2 sind dort in
Funktionsblockdiagrammform nur gewisse Teile der
Hauptfeststation 100 dargestellt, die für das Verständnis
einer Ausführungsform der Erfindung nützlich sind. Die
Hauptfeststation 100 umfaßt einen Senderteil und einen
Empfängerteil. Kommunikationssignale zwischen der MTSO
104 und den verschiedenen in Fig. 1 dargestellten
Fernsprechteilnehmerstationen 107, 108, 110 und 111 werden
von Funkkanaleinheiten in der Hauptfeststation 100
abgeleitet und auch an diesen erkannt, wobei eine solche
Funkkanaleinheit 200 beispielhafterweise dargestellt ist.
Im Senderteil der Kauptfeststation 100 liegen zu
entfernten Fernsprechteilnehmerstationen zu ubertragende
Funksignale an der Ausgangsleitung 201 der Funkkanaleinheit
200 an. Im Empfängerteil der Hauptfeststation 100 liegen
von entfernten Fernsprechteilnehmerstationen empfangene
Funksignale an der Eingangsleitung 212 der
Funkkanaleinheit 200 an. Typischerweise weisen die an der Leitung
201 anliegenden Sendefunksignale Frequenzen auf, die sich
von denen der an der Leitung 212 anliegenden
Empfangsfunksignalen unterscheiden. In Verbindung mit zellularer
Mobilfunkkommunikation ist eine typische
Sende-Hochfrequenz für abgehende Signale auf der Leitung 201 von
der Größenordnung von 870 MHZ, während eine typische
Empfangs-Hochfrequenz für ankommende Signale auf der
Leitung 212 von der Größenordnung von 825 MHZ ist. Die
Frequenz der an der Leitung 201 anliegenden abgehenden
Signale wird von einem Frequenz-Abwärtsmischer 202 auf
einen Frequenzbereich von der Größenordnung des
Frequenzbandes des entfernten Standortes, z.B. 106, für den diese
abgehenden Signale bestimmt sind, herabgesetzt. Nur für
Darstellungszwecke in Verbindung mit dem obigen Beispiel
kann die 870-MHZ-Frequenz der abgehenden Funksignale von
dem Abwärtsmischer 202 auf zirka 2 MHZ herabgesetzt
werden. Als nächstes werden in diesem Fall die
frequenzreduzierten 2-MHZ-Signale über den Verstärker 203
verstärkt und an einen Modulator 204 angelegt, der sich zum
Aufmodulieren der frequenzreduzierten Signale auf ein
Trägersignal mit Mikrowellenfrequenz eignet. Die Frequenz
des letzteren kann aus einem beliebigen der normalerweise
benutzten Mikrowellen-Frequenzbänder, z.B. dem 18-GHz-
Band, ausgewählt werden. Die Ausgangssignale des
Modulators 204 werden vorzugsweise an einen
Mikrowellenverstärker 205 angekoppelt, bevor sie über eine
Mikrowellen-Sende-Empfangs-Weiche 206 an die
Mikrowellenantenne 112 angekoppelt werden. Unter Voraussetzung der
gewünschten Frequenzbereiche und -bänder können der
Abwärtsmischer 202, die Verstärker 203. und 205, der
Modulator 204 und die Sende-Empfangs-Weiche 206 unter
beliebigen im Handel erhältlichen Schaltungen ausgewählt
werden, die die gewünschten Frequenz- und
Verstärkungsparameter erfüllen.
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Wie in Fig. 2 dargestellt enthält der
Empfängerteil
der Hauptfeststation 100 einen an die Sende-
Empfangs-Weiche 206 angekoppelten Mikrowellenverstärker
207 zur Verstärkung von an der Antenne 112 empfangenen
ankommenden Mikrowellensignalen.
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Eine Frequenz-Abwärtsmischerschaltung 208 ist mit
einem Eingang an den Ausgang des Verstärkers 207
angekoppelt, so daß die Frequenz der ankommenden an der
Antenne 112 empfangenen Mikrowellensignale wesentlich auf
einen Frequenzbereich von der Größenordnung des
Frequenzbandes eines entfernten Standortes, z.B. 106 oder 109,
von dem die ankommenden Mikrowellensignale herstammen
herabgesetzt wird. Bezug nehmend auf oben erwähntes
Beispiel können die Ausgangssignale des Abwärtsmischers
208 eine Frequenz von der Größenordnung von 2 MHz
aufweisen. Diese Signale mit wesentlich herabgesetzter
Frequenz werden als nächstes über den Verstärker 209
verstärkt und an einen Modulator 210 zur Aufmodulierung
derselben auf ein Hochfrequenz-Trägersignal angelegt. Es
kann wünschenswert sein, eine zweite (nicht gezeigte)
Verstärkerschaltung an den Ausgang des Modulators 210
anzuschließen, wenn die Amplituden der vom Modulator 210
erzeugten und an der Leitung 212 anliegenden modulierten
Hochfrequenzsignale nicht hoch genug für
Weiterverarbeitung durch die Funkkanaleinheit 200 sind.
Obwohl die Ausführungsform der Fig. 2 unter
Bezugnahme auf eine einzige Mikrowellenantenne 112 und
eine zugehörige Sende-Empfangs-Weiche 206 beschrieben
wurde, kann die Antenne 112 leicht durch getrennte
Sendeund Empfangs-Mikrowellenantennen ersetzt werden, wodurch
sich die Sende-Empfangs-Weiche 206 erübrigt.
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Nunmehr Bezug nehmend auf Fig. 3 sind dort in
Funktionsblockschaltbildform verschiedene
Schaltungsglieder dargestellt, die in dem entfernten Empfangs- und
Ausstrahlungsort 106 enthalten sind. Wie. in Verbindung
mit der Beschreibung der in Fig. 1 dargestellten
Anordnung erwähnt, eignet sich die Mikrowellenantenne 114 zum
Empfangen und Senden von Mikrowellensignalen von bzw. zu
der Hauptfeststation. Mit der Antenne 114 ist eine Sende-
Empfangs-Weichenschaltung 301 wie beispielsweise ein
Mikrowellenzirkulator von handelsüblicher Art verbunden,
so daß der Standort 106 zwei Teile umfaßt, nämlich einen
Mikrowellenempfangs-/Funksendeteil 302 und einen
Funkempfangs-/Mikrowellensendeteil 303, die beide an die
Antenne 114 angekoppelt sind. Nach einer beispielhaften
Ausführungsform enthält der Teil 302 einen Frequenz-
Abwärtsmischer 304, der mit einem Eingangsanschluß an
einen Ausgang der Sende-Empfangs-Weiche 301 angekoppelt
ist, um die Frequenz der an der Antenne 114 empfangenen
Mikrowellensignale wesentlich herabzusetzen und
Zwischensignale zu erzeugen, die an der
Abwärtsmischerausgangsleitung 305 anliegen. Diese Zwischensignale sind an eine
Modulatorschaltung 306 angeschaltet, um sie auf ein
Trägerfunksignal mit einer vorbestimmten Frequenz aufzu
modulieren, die aus dem für die Funkübertragung von
Signalen, die für die vom Standort 106 bedienten
Teilnehmerfernsprechstationen beabsichtigt sind, benutzten
Frequenzband ausgewählt ist. Zwischen den Ausgang der
Modulatorschaltung 306 und die Funkantenne 115 sind eine
Verstärkerschaltung 307, vorzugsweise ein linearer
Verstärker, und eine Sende-Empfangs-Weiche 308
geschaltet. In Fig. 3 sind zwei Filterkreise 309 und 310
dargestellt, die in Abhängigkeit von den für die
Zwischensignale bzw. für die modulierten Funksignale gewünschten
Frequenzbändern optimal in die Schaltung des Teils 302
eingefügt werden können.
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Wie in Fig. 3 dargestellt enthält der andere Teil
des Empfangs- und Ausstrahlungsortes 106, d.h. der
Funkempfangs-/Mikrowellensendeteil 303 einen Frequenz-
Abwärtsmischer 311 zum Herabsetzen der Frequenz von an
der Funkantenne 115 empfangenen Funksignalen und zum
Erzeugen von zweiten Zwischensignalen auf der Leitung
312. Eine Modulatorschaltung 313 ist an den
Abwärtsmischer 311 angekoppelt, um die an der Leitung 312
anliegenden Zwischensignale auf ein Mikrowellenfrequenz-
Trägersignal aufzumodulieren. Die modulierten Signale
werden über einen Verstärker 314 und die Sende-Empfangs-
Weiche 301 an die Mikrowellenantenne 114 angekoppelt. In
Fig. 3 sind auch Filterkreise 315, 316 und 317
dargestellt,
die in Abhängigkeit von den entsprechenden an
verschiedenen Punkten entlang dieser Schaltung
gewünschten Frequenzbändern wahlweise in die Schaltung des Teils
303 eingefügt werden können.
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Die obige Ausführungsform der Fig. 3 wurde unter
Bezugnahme auf eine einzige Antenne 114 und eine
zugehörige Sende-Empfangs-Weiche 301 zur Realisierung
sowohl des Empfangs als auch des Sendens von
Mikrowellensignalen beschrieben. Auch ist eine einzige Funkantenne
115 in Verbindung mit einer Sende-Empfangs-Weiche 308 zur
Realisierung sowohl des Sendens als auch des Empfangs von
Funksignalen dargestellt. Es ist klar, daß die jeweiligen
Antennen 114 und 115 leicht durch eine Sendeantenne und
eine Empfangsantenne ersetzt werden können, wodurch sich
ihre zugehörigen Sende-Empfangs-Weichen 301 und 308
erübrigen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung
mit bestimmten Ausführungsformen derselben beschrieben
worden ist, werden dem Fachmann zusätzliche Ausführungs
formen, Abänderungen und Anwendungen offenbar sein.