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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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I. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues und verbessertes
Verfahren für
das automatische Detektieren einer Facsimile-(Fax-) Übertragung
und das Vorsehen von der richtigen Dienstoption, basierend auf dieser
Detektierung.
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II. Beschreibung der verwandten
Technik
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Informationen
werden in digitalen Drahtlostelefonsystemen effizienter ausgetauscht
als in analogen Drahtlostelefonsystemen. Die gesteigerte Effizienz
gestattet, dass eine größere Anzahl
von Telefonanrufen oder anderen Kommunikationsvorgängen über digitale
Drahtlostelefonsysteme durchgeführt werden,
wenn ein gegebener Umfang an Hochfrequenz-(HF)-Bandbreite verwendet
wird. Ein bekanntes Beispiel eines analogen Drahtlostelefonsystems ist
das zellulare AMPS-Telefonsystem, das in den Vereinigten Staaten
weitläufig
verwendet wird.
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In
einigen Fällen
ist die gesteigerte Effizienz, die von digitalen Drahtlostelefonsystemen
vorgesehen wird, so beträchtlich,
dass digitale Drahtlostelefondienste wirtschaftlich wettbewerbsfähig gegenüber herkömmlichen
analogen drahtgebundenen Telefondiensten werden. Ein analoger drahtgebundener Telefondienst
ist der Telefondienst, der vorgesehen wird durch Verwenden des herkömmlichen
drahtbasierten Telefonsystems, auf das oft als öffentliches Telefonvermittlungsnetzwerk
(PSTN = public switched telephone network) Bezug genommen wird. Analoge
drahtgebundene Telefonsysteme verarbeiten Daten im analogen Format
typischerweise direkt oder in einer digitalen Darstellung der analogen
Daten, auf das als pulscodemoduliertes Format (PCM-Format, PCM = pulse
code modulated) Bezug genommen wird. Ein analoger drahtgebundener
Telefondienst ist herkömmlicher
Weise weit weniger teuer als ein drahtloser Telefondienst.
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Um
einen vollständigen
Ersatz des herkömmlichen
analogen drahtgebundenen Telefondienstes vorzusehen, müssen drahtlose
digitale Telefonsysteme in der Lage sein, all diejenigen Dienste und
Funktionen aufzunehmen, die gegenwärtig vom analogen drahtgebundenen
Telefondienst unterstützt werden.
Ein derartiger Dienst ist die Faxübertragung.
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Obwohl
digitale Drahtlostelefonsysteme typischerweise Faxübertragungsdienste
vorsehen, ist die Schnittstelle zum Faxdienst im Allgemeinen anders
als die von analogen Telefonsystemen. Insbesondere verarbeiten digitale
Drahtlostelefonsysteme die digitalen Daten direkt, anstatt in Form
von Tönen, wie
es von analogen Kommunikationssystemen ausgeführt wird.
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Aufgrund
der unterschiedlichen Schnittstellenverfahren kann ein Teil der
analogen Telekommunikationsausstattung nicht mit digitalen Drahtlostelefonsystemen
verwendet werden. Insbesondere können
typischerweise Faxgeräte,
die für
die Verwendung mit analogen Telefonsystemen ausgelegt sind, nicht
mit einem digitalen Drahtlostelefonsystem verwendet werden. Daher
muss ein Anwender, wenn er vom analogen drahtbasierten bzw. drahtgebundenen Telefondienst
auf digitalen Drahtlostelefondienst umsteigt, die zusätzlichen
Kosten durch das Vorsehen der Ausstattung in Betracht ziehen, die
für den
digitalen Drahtlosdienst geeignet ist, wenn er die Kosten mit dem
Nutzen aus dem Umstieg auf einen digitalen Drahtlostelefondienst
vergleicht.
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Es
ist daher, um die Kosten des Wechsels von einem drahtgebundenen
Telefondienst auf einen digitalen Drahtlostelefondienst zu reduzieren,
wünschenswert,
eine Schnittstelle mit einem digitalen Drahtlostelefonsystem vorzusehen,
die mit analogbasierter Drahtleitungstelekommunikationsausstattung
funktioniert. Insbesondere wäre
es wünschenswert,
eine Schnittstelle zu einem digitalen Drahtlostelefonsystem vorzusehen,
die mit Standardtelefonen und -faxgeräten funktioniert.
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Es
sei hingewiesen auf die Schrift US-A-5 177 453, die ein Telekommunikationssystem
zur Verbindung einer Vielzahl von Telefonkommunikationsverbindungen
mit einem Übertragungsnetzwerk
offenbart. Das System weist eine Übertragungsvorrichtung an einem
ersten Ende des Übertragungsnetzwerkes
auf, die eine Vorrichtung aufweist, um Facsimile-Signale bei der
Vielzahl von Telefonkommunikationsverbindungen zu detektieren, eine
Vorrichtung zur Demodulation der Facsimile-Signale, eine Vorrichtung
zur Übertragung
entlang des Übertragungsnetzwerkes
in demodulierter Form, wobei das Facsimile-Signal aus der Vorrichtung
zur Demodulation ausgegeben wird.
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Es
sei auch hingewiesen auf die Schrift, US-5 267 301, die eine Datenkommunikationsvorrichtung
offenbart, die unterscheidet, ob eine anrufende Station ein Datenkommunikationsterminal
oder ein Sprachterminal ist, und zwar durch Aufnahme von Informationen
auf der Kommunikationsleitung, um Frequenzdaten zu erhalten, die
sich auf diese Informationen beziehen, und die einen Bediener am
Endpunkt anruft, um den Bediener antworten zu lassen, wenn unterschieden
wird, dass die anrufende Station ein Sprachterminal ist.
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Darüber hinaus
sei hingewiesen auf die Schrift US-A-5 323 398, die ein Sprachsignalcodierungssystem
offenbart, welches einen Sprachsignalcodierer aufweist, um aufgenommene
Sprachsignale in eine Vielzahl von Rahmen aufzuteilen, die jeweils ein
vorbestimmtes Zeitintervall haben, und um die Sprachsignale in digitale
Sprachparameter umzuwandeln. Das System weist einen Multiplexer
auf, um die ausgegebenen digitalen Daten aus dem Sprachsignalcodierer
in ein vorbestimmtes Rahmenformat zu multiplexen; einen Steuerrahmengenerator
zur Erzeugung, ansprechend auf ein eingegebenes Facsimile-Signal
eines Steuerrahmens mit einer Sprachdatenrahmenkonfiguration zur
Identifikation von Facsimilesignalidentifikationsdaten, die das
eingegebene Signal als das Facsimilesignal anzeigen. Ein Facsimilesignaldemodulator
wandelt das Facsimilesignal in digitale Daten um, und ein bitsynchroner Multiplexer
multiplext die digitalen Daten.
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Zuletzt
wird hingewiesen auf die Schrift US-A-5 450 472, die ein Verfahren
zur Handhabung eines Anrufes offenbart, der über ein digitales Übertragungssystem
in einer Terminaleinheit kommt, welches für einen Sprach- und einen Datendienst
geeignet ist, wobei das Übertragungssystem
zumindest ein Verbindungselement aufweist, welches eine Sprachübertragungsverbindung
ist, wenn der Anruf in einem Sprachdienstmodus ist, und welches
eine Datenübertragungsverbindungsrate
ist, die in Übereinstimmung
mit der CCITT-Empfehlung
V.110 ist, wenn der Anruf in einem Datendienstmodus ist. Die Terminaleinheit
startet die Verbindung im Sprachdienstmodus und wechselt automatisch über in den Datendienstmodus
und initialisiert ein Verfahren zur Umschaltung des mindestens einen
Verbindungselementes in eine Datenübertragungsverbindung auf den
Empfang, im Sprachmodus, eines vorbestimmten Audiosignals aus der
Verbindung.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind ein Verfahren zur Verarbeitung von sowohl Sprach-
als auch Faxdaten nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Übertragung
von sowohl Sprach- als auch Faxdaten über einen digitalen Kommunikationskanal nach
Anspruch 2 vorgesehen. Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden in den Unteransprüchen
der Erfindung offenbart.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein neues und verbessertes Verfahren und
eine Vorrichtung zum Vorsehen einer Schnittstelle zu einem digitalen Drahtlostelefonsystem,
die mit standardmäßigen analogen
drahtgebunden Telefonen und analogen drahtgebundenen Faxgeräten kompatibel
ist. Während
eines Telefonanrufs überwacht
ein Faxdetektor die ankommenden Daten bezüglich Faxsignalen. Wenn ein
Fax detektiert wird, schaltet der Datenprozessor von einer Verarbeitung
der Daten als Sprachdaten auf eine Verarbeitung als Faxdaten. Zusätzlich wird
der entfernten Station ein Signal gesendet, das sie benachrichtigt,
die Daten als Fax anstelle von Sprache zu verarbeiten.
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Der
Faxdetektor funktioniert, indem er ein bekanntes Muster detektiert,
das zu Beginn jedes Faxanrufs vorliegt. Während der Initialisierung eines Faxanrufs
werden bestimmte Parameter zwischen den sendenden und den empfangenden
Faxgeräten ausgehandelt.
Diese Parameter werden als BFSK-Signale übertragen, die aus einer Präambel, gefolgt
von den Parameterdaten, bestehen. Die Präambel ist ein bekanntes Muster,
das detektiert werden kann. In beiden Frequenzen der BFSK-Signale wird
die Energie gemessen. Eine Entscheidung wird aufgrund der Analyse
dieser Energien und der Lokalisierung eines spezifischen Musters
getroffen, das sich eine ausreichende Anzahl von Malen wiederholt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher
aus der unten dargestellten detaillierten Beschreibung, wenn diese
in Verbindung mit den Zeichnungen gesehen wird, in denen gleiche
Bezugszeichen durchgehend Gleiches bezeichnen und wobei:
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1 ein
Blockdiagramm des digitalen Drahtloskommunikationssystems ist, wenn
es in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist;
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2 ein
Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
des Faxdetektors ist; und
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3 ein
Flussdiagramm ist, das den Betrieb des entscheidungsfällenden
Elementes des Faxdetektors darstellt, wenn dieser in Übereinstimmung mit
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 stellt
Elemente dar, die sowohl die Teilnehmer als auch die Basisstationen
gemein haben. Daher ist die vorliegende Erfindung auf gleiche Weise
anwendbar, wenn ein Teilnehmer einen Anruf bei einer Basisstation
initiiert, wie wenn eine Basisstation einen Anruf bei dem Teilnehmer
initiiert. Für
die Elemente, die in 1 betrachtet werden, ist es
nur wichtig zu wissen, ob der Anruf initiiert oder empfangen wird,
und nicht ob die Vorrichtung eine Basisstation oder eine Teilnehmerstation
ist. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
tritt die Faxdetektierung in der Station auf, die den Anruf empfängt.
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Zunächst sei
der Anrufaufbau betrachtet. Ein Speicher 20 enthält Code
zum Verarbeiten von Faxen 22 und Code zum Verarbeiten von
Sprache 23. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel führt der Sprachcode 23 einen
Codeangeregten linearen Prädiktions-Algorithmus
(CELP-Algorithmus = Code-Excited-Linear-Predicition-Algorithmus)
mit variabler Rate aus, wie im Detail im US-Patent Nr. 5,414,796 beschrieben,
betitelt "Variable
Rate Vocoder", das dem
Anmelder der vorliegenden Erfindung zueigen ist und durch Bezugnahme
hierin mit aufgenommen ist. Der Speicher 20 kann ein Direktzugriffsspeicher bzw.
RAM oder ein Nur-Lesespeicher bzw. ROM oder andere Speichervorrichtungen
gemäß dem Stand der
Technik sein. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird der voreingestellte
Datenverarbeitungscode auf Sprache eingestellt. Daher wird der Sprachcode 23 über einen
Speichermultiplexer (mux) 21 in einen Datenprozessor 12 geladen,
und ein Mikroprozessor 30 signalisiert der entfernten Station über einen
Transceiver 40, dass die folgenden Anrufdaten als Sprache
verarbeitet werden sollten. Datensamples bzw. -abtastungen von der
lokalen Eingabevorrichtung werden vom digitalen Signalprozessor
(DSP = digital signal processor) 10 verarbeitet. Diese
Abtastungen werden vom Datenprozessor 12 verarbeitet und
auch an den Faxdetektor 11 geliefert. Ergebnisse des Datenprozessors 12 werden
an den Mikroprozessor 30 gesendet, wo sie an die entfernte
Station über
den Transceiver 40 übertragen
werden. Die Daten werden als Sprachanruf verarbeitet, bis zu dem
Zeitpunkt, wenn der Faxdetektor 11 bestimmt, dass die ankommenden
Daten die eines Faxes sind. Nach der Detektierung von Facsimiledaten
liefert der Faxdetektor 11 ein Signal, das die Detektierung
anzeigt, an den Mikroprozessor 30. Nach dem Empfang des
Faxdetektierungssignals vom Faxdetektor 11 signalisiert
der Mikroprozessor 30 der (nicht gezeigten) entfernten
Station über
den Transceiver 40, dass die folgenden Anrufdaten als Fax
verarbeitet werden sollten, und nicht mehr als Sprache. Zusätzlich liefert der
Mikroprozessor 30 ein Signal an den DSP 10 und den
Speicher 20, was dazu führt,
dass der Faxcode 22 durch den mux 21 an den Datenprozessor 12 geliefert
wird. Der Datenprozessor 12, der nun den Faxcode geladen
hat, verarbeitet auch Daten, die von der entfernten Station über den
Transceiver 40 und den Mikroprozessor 30 empfangen
wurden. Ergebnisse dieser Verarbeitung werden an die lokale Ausgabevorrichtung
gesendet, die in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ein Lautsprecher
für Sprachdaten
und ein angeschlossenes Faxgerät
für Faxdaten ist
(nicht gezeigt).
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In
dem beispielhaften Ausführungsbeispiel werden
der Sprachcode 23 oder der Faxcode 22 selektiv
in den DSP 10 geladen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel
können
sowohl der Faxcode 22 als auch der Sprachcode 23 gleichzeitig
im DSP 10 vorhanden sein. Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
kann parallele Prozessoren enthalten, einen für Sprache, den anderen für Fax, wobei
die Ausgabe eines Prozessors basierend auf der Art des Anrufs ausgewählt wird,
die verarbeitet wird. Diese und andere Alternativen, die dem Fachmann
offensichtlich sind, verwenden die Prinzipien, die in dieser Erfindung
beschrieben sind.
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Nun
wird ein empfangener Anruf betrachtet. Der Mikroprozessor 30 empfängt Anweisungen,
die anzeigen, wie die Anrufdaten von der entfernten Station über den
Transceiver 40 verarbeitet werden sollen. Der Mikroprozessor 30 liefert
ein Signal an den DSP 10 und an den Speicher 20.
Ansprechend auf das Signal vom Mikroprozessor 30 wird der
Datenprozessor 12 mit dem Faxcode 22 oder dem
Sprachcode 23 über
den Speicher-mux 21 geladen.
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In
dem beispielhaften Ausführungsbeispiel kommen
die lokalen Abtastungen der Teilnehmerstation von einer und gehen
an eine (bezüglich
der Teilnehmerstation) externe analoge Vorrichtung, wie ein Faxgerät oder ein
Faxmodem, das über
eine Schnittstellenschaltung angeschlossen ist, die analoge Signale
in digitale Abtastungen konvertiert und umgekehrt. Das lokale Basis stationsgerät ist ein öffentliches
Telefonvermittlungsnetzwerk (PSTN = public switched telephone network).
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Faxanrufe
müssen
mit dem Verhalten konform sein, das beschrieben wird in "ITU-T Recommendation
T.30: Procedures For Document Facsimile Transmission in the General
Switched Telephone Network",
das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. In dem beispielhaften
Ausführungsbeispiel wird
die Parameteraushandlung am Beginn eines Faxanrufes ausgeführt wie
beschrieben durch "CCITT Recommendation
V.21: 300 BPS Duplex Modem Standardized For Use in the General Switched
Telephone Network (GSTN)",
das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Zu
Beginn eines Faxanrufs werden Nachrichten zwischen den Faxgeräten gemäß V.21 ausgetauscht.
Diese V.21-Nachrichten übermitteln
Parameter, wie die Fähigkeiten
des Faxgeräts
und die unterstützten
Raten. Die V.21-Nachrichten
sind BSFK-modulierte Signale, wobei 1650 Hz eine binäre 1 und
1850 Hz eine binäre
0 darstellt. Jede Nachricht besteht aus einer Präambel, gefolgt von der Information,
die für
diese Nachricht spezifisch ist. Die Präambel besteht aus einer Sequenz
des Musters 0x7e, das für
eine Sekunde lang mit einer 15%-igen Toleranz wiederholt wird. Der
Faxdetektor 11 bestimmt, dass ein Anruf ein Fax ist, indem
er diese Präambel detektiert.
Obwohl das beispielhafte Ausführungsbeispiel
V.21-Signale detektiert, um ein Fax zu detektieren, kann diese Erfindung
auch verwendet werden, um andere Signale zu detektieren, die Nicht-Fax-V.21-Signale
enthalten, und mit einer leichten Modifikation auch Nicht-V.21-Signale.
Die Einfachheit des Detektors und seine Zuverlässigkeit leiten sich aus der
genauen Kenntnis des Faxprotokolls und der Art her, in der V.21-Signale
in Faxanrufen verwendet werden. Die spektralen Eigenschaften der
V.21-Nachricht zeigen ein Muster, das sich über eine ausreichende Zeitdauer
wiederholt und stationär ist,
um vom Faxdetektor 11 detektiert zu werden. Das Muster
ist auch in ausreichendem Maß einzigartig,
so dass falsche Detektierungen sehr unwahrscheinlich sind. Die V.21-Nachricht wird für eine Dauer
von bis zu 30 Sekunden wiederholt. Dies gestattet dem Datenprozessor 12 von
einem Faxcode 22 rechtzeitig ersetzt zu wer den, um die
Information in der V.21-Nachricht zu verarbeiten, sobald der Faxdetektor 11 bestimmt,
dass ein Faxanruf beginnt.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm des Faxdetektors 11. Eingangsabtastungen
werden von einem Kerbfilter 50 bei 1650 Hz gefiltert; durch
Quadriermittel 51 quadriert, und von einem Akkumulator 52 aufsummiert,
um die Energie bei 1650 Hz zu generieren (ene1650). In ähnlicher
Weise werden Eingabeabtastungen von Kerbfilter 60 bei 1850
Hz gefiltert, durch die Quadriermittel 61 quadriert, und
vom Akkumulator 62 aufsummiert, um Energie bei 1850 Hz
zu generieren (ene1850). In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Abtastrate
8 KHz und die Energiemessungen sind Summen von 20 Abtastungen. Ein
Komparator 70 vergleicht ene1650 mit ene1850 und erzeugt
zwei Ausgaben: Eine die anzeigt ob ene1650 kleiner als ein Bruchteil
von ene1850 ist, und eine die anzeigt, ob ene1850 weniger als ein
Bruchteil von ene1650 ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Bruchteil, der in beiden Vergleichen verwendet wird, 0,25.
Die Ausgaben vom Komparator 70 gehen in die Entscheidungsbox
bzw. -block 80, wo eine Detektierungsentscheidung basierend
auf den gegenwärtigen
und einigen der vergangenen Vergleichswerte gefällt wird.
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Die
Entscheidungsbox 80 sucht nach 6, 7 oder 8 aufeinander
folgenden Rahmen, bei denen die 1650Hz-Energiemessungen weniger
als ein Viertel der entsprechenden 1850Hz-Energiemessungen sind,
gefolgt von 3 oder 4 Rahmen, wo diese Bedingung nicht wahr ist und
wo mindestens einer dieser 3 oder 4 Rahmen bei 1850Hz die Energie
von weniger als einem Viertel der entsprechenden 1650Hz-Energiemessung
aufweist. Nur wenn diese Sequenz 8 mal aufeinander folgend wiederholt
wird, wird die Entscheidungsbox 80 feststellen, dass V.21-Signale, und
somit Faxsignale, detektiert werden. Werte, die Vergleichsschwellen
zugeordnet sind, der Anzahl der aufeinander folgenden Energiemessungen,
Abtastraten, Abtastungen pro Energieberechnung und so weiter können vom
Fachmann leicht verändert
werden, um das gleiche Ergebnis zu erreichen.
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Das
Flussdiagramm in 3 zeigt den Entscheidungsprozess,
wie er von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
von Entscheidungsbox 80 verwendet wird. Beginnen bei 81,
was mit "START AGAIN" bzw. "ERNEUT BEGINNEN" bezeichnet ist. Dort
werden die Variablen A, A,
B und Rep auf Null initialisiert und es geht weiter zu 82.
Von 82 geht es weiter zu 83, wenn ene1650 < 0,25*ene1850 (definiert
als Bedingung A) wahr ist. Anderenfalls geht es zurück zu 81, "START AGAIN". Bei 83 wird
A um Eins erhöht,
die nächste
Abtastung wird geholt und es geht weiter zu 84. Bei 84 wird,
wenn Bedingung A wahr ist, zurück
gegangen zu 83. Anderenfalls geht es weiter zu 85.
Bei 85 geht es weiter zu 87, wenn gilt 6 ≤ A ≤ 8. Anderenfalls
geht es weiter zu 86 und dann zurück zu 81, "START AGAIN". Bei 87 wird A um Eins erhöht und es
geht weiter zu 88. Bei 88 geht es weiter zu 89,
wenn gilt ene1850 < 0,25*ene1650
(definiert als Bedingung B). Anderenfalls erfolgt ein Sprung nach
vorne zu 90. Bei 89 wird B um Eins erhöht und es
geht weiter zu 90. Bei 90 wird die nächste Abtastung
geholt und es geht weiter zu 91. Bei 91 geht es weiter
zu 92, wenn Bedingung A falsch ist. Bei 92 wird
zu 87 zurückgekehrt,
wenn gilt A < 4. Anderenfalls
geht es weiter zu 98 und dann geht es zurück zu 81, "START AGAIN".
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Bei 91 geht
es weiter zu 94, wenn Bedingung A wahr ist. Bei 94 geht
es weiter zu 95, wenn gilt A = 3
oder B > 0. Anderenfalls
geht es weiter zu 97 und dann zurück zu 81, "START AGAIN".
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Bei 95 geht
es weiter zu 96, wenn gilt Rep = 8, und signalisiert, dass
ein Fax detektiert wird. Anderenfalls geht es weiter zu 98.
Bei 98 wird Rep um Eins erhöht, A, A, und B auf Null zurückgesetzt und zu 83 zurückgekehrt.
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Die
obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird vorgesehen,
um es einem Fachmann zu ermöglichen,
die vorliegende Erfindung herzustellen oder zu verwenden. Die verschiedenen
Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele werden
dem Fachmann leicht ersichtlich sein, und die allgemeinen Prinzipien,
die hier definiert wurden, können
auf andere Ausführungsbeispiele
angewendet werden, ohne erfinderische Fähigkeiten anzu wenden. Die vorliegende
Erfindung soll folglich nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt sein,
die hierin gezeigt sind, sondern ihr soll der größtmögliche Umfang, in Übereinstimmung
mit den Prinzipien und neuen Merkmalen zugewiesen werden, die hier
offenbart sind.