DE102009058418B4

DE102009058418B4 - Mobile communication device with reduced energy consumption

Info

Publication number: DE102009058418B4
Application number: DE102009058418A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schmidhammer Edgar; Dr. Meister Veit; Pasi Tikka
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: DE102009058418A1

Abstract

Mobiles Kommunikationsgerät mit
– einem Signalpfad, einem Signalpfadeingang und einen Signalpfadausgang,
– einer im Signalpfad zwischen dem Signalpfadeingang und dem Signalpfadausgang verschalteten Impedanzanpassschaltung mit einstellbarer Impedanz zum Tunen einer mit dem Signalpfadausgang verschalteten variablen Lastimpedanz,
– einer Steuerschaltung zur Steuerung der Impedanzanpassschaltung,
– einem im Signalpfad zwischen Signalpfadeingang und Impedanzanpassschaltung verschalteten Leistungsverstärker,
– nacheinander ablaufenden Sendezeitschlitzen, in denen der Leistungsverstärker arbeitet und die regelmäßig von Zeitschlitzen unterbrochen sind, in denen der Leistungsverstärker nicht arbeitet,
wobei
– ein Sendezeitschlitz jeweils bei einer Zeit T0 beginnt,
– der Leistungsverstärker erst ab einer Zeit T0 + LVL mit seiner vollen Leistung arbeitet und LVL 0 ist,
– die Steuerschaltung die Impedanz der Impedanzanpassschaltung innerhalb des Zeitintervalls von T0 bis T0 + IE einstellt,
– wobei der Leistungsverstärker erst ab einer Zeit T0 + LA zu arbeiten beginnt,
– und 0 < LA < IE < LVL ist.Mobile communication device with
A signal path, a signal path input and a signal path output,
A variable impedance impedance matching circuit connected in the signal path between the signal path input and the signal path output for tuning a variable load impedance connected to the signal path output,
A control circuit for controlling the impedance matching circuit,
A power amplifier connected in the signal path between the signal path input and the impedance matching circuit,
Successive transmission time slots in which the power amplifier operates and which are regularly interrupted by time slots in which the power amplifier does not work,
in which
A transmission time slot starts at a time T0,
The power amplifier operates at full power only after a time T0 + LVL and LVL is 0,
The control circuit adjusts the impedance of the impedance matching circuit within the time interval from T0 to T0 + IE,
The power amplifier starts to operate only after a time T0 + LA,
- and 0 <LA <IE <LVL.

Description

Die Erfindung betrifft Methoden zur Senkung des Energieverbrauchs mobiler Kommunikationsgeräte sowie Methoden zur verbesserten Rx nach Tx-Umschaltung in TDD (Time-Division Duplexing) Übertragungssystemen.The invention relates to methods for reducing the energy consumption of mobile communication devices and methods for improved Rx after Tx switching in TDD (Time Division Duplexing) transmission systems.

Bei mobilen Kommunikationssystemen, welche mit TDD-Systemen arbeiten, wird abwechselnd zwischen einem Sendebetrieb (Tx) und einem Empfangsbetrieb (Rx) umgeschaltet.In mobile communication systems, which work with TDD systems, alternately between a transmission mode (Tx) and a receiving mode (Rx) is switched.

An einen Signalpfad eines solchen Kommunikationsgeräts angeschlossene Antennen weisen in der Regel eine frequenzabhängige Impedanz auf. Werden Tx- und Rx-Signale bei unterschiedlichen Frequenzen gesendet beziehungsweise empfangen, so besteht im Allgemeinen das Problem der Impedanzanpassung des Signalpfads an die unterschiedlichen Antennenimpedanzen. Mobile Kommunikationsgeräte umfassen deshalb oftmals Impedanzanpassschaltungen, welche im Signalpfad des Geräts verschaltet sind und eine ausreichende Impedanzanpassung auch bei unterschiedlichen Frequenzen bewirken.As a rule, antennas connected to a signal path of such a communication device have a frequency-dependent impedance. If Tx and Rx signals are transmitted or received at different frequencies, there is generally the problem of impedance matching of the signal path to the different antenna impedances. Mobile communication devices therefore often include impedance matching circuits, which are interconnected in the signal path of the device and cause sufficient impedance matching even at different frequencies.

Mobile Kommunikationsgeräte sind im Allgemeinen batterie- oder akkubetrieben. Insbesondere eine immer größer werdender Anzahl Energie verbrauchender Funktionen verkürzt die Betriebsdauer. Eine Verlängerung der Betriebsdauer durch Vergrößerung der Akkukapazität führt zu einem größeren und schwereren Gerät und gilt als vermeidenswert.Mobile communication devices are generally battery or rechargeable. In particular, an ever-increasing number of energy-consuming functions shortens the service life. An extension of the operating time by increasing the battery capacity leads to a larger and heavier device and is considered to be avoidable.

Ferner besteht folgender Konflikt bei der Umschaltung von Rx nach Tx: Eine Impedanzanpassung im Tx Betrieb ist nur möglich, wenn die momentane Anpassung gemessen werden kann, d. h. wenn eine HF-Leistung im Signalpfad übertragen wird, d. h. wenn der Leistungsverstärker arbeitet. Der Leistungsverstärker jedoch benötigt eine ausreichend gute Impedanzanpassung, um die Gefahr eines Schadens bei Aktivierung ohne Anpassung zu verringern.Furthermore, there is the following conflict when switching from Rx to Tx: An impedance matching in Tx mode is only possible if the instantaneous adaptation can be measured, ie. H. when an RF power is transmitted in the signal path, i. H. when the power amplifier is working. However, the power amplifier requires sufficient impedance matching to reduce the risk of damage on activation without adaptation.

Die triviale Lösung, den Leistungsverstärker während des ganzen Betriebs des Kommunikationsgeräts aktiviert zu lassen, um die Gefahr eines Schadens beim Aktivieren des Leistungsverstärkers zu verringern, wäre durch Einsatz von Frequenzweichen (z. B. Duplexern) technisch leicht möglich, würde aber unnötigerweise viel der raren Akkuenergie kosten.The trivial solution of keeping the power amplifier activated throughout the operation of the communication device to reduce the risk of damage when activating the power amplifier would be technically easily possible by using crossovers (eg duplexers), but would unnecessarily become much of a rarity Battery energy cost.

Eine Möglichkeit zur Senkung des Energiebedarfs ist es, den Leistungsverstärker während des Empfangsbetriebs, also während der Empfangzeitschlitze zu deaktivieren. Dann besteht allerdings das oben genannte Problem der gegebenenfalls schlechten Impedanzanpassung während der Aktivierung.One way to reduce the energy requirement is to disable the power amplifier during the receive mode, ie during the receive time slots. Then, however, there is the above problem of possibly poor impedance matching during activation.

So sind aus der WO 2004/098076 A1 Systeme und Verfahren zur adaptiven Impedanzanpassung einer Antenne bekannt, wobei Anpass-Schritte nach dem Herunterfahren und vor dem Herauffahren der Sendeleistung durchgeführt werden.So are from the WO 2004/098076 A1 Systems and methods for adaptive impedance matching of an antenna are known, wherein adjustment steps are performed after the shutdown and before the startup of the transmission power.

Eine adaptive Impedanzanpassung ist im Allgemeinen nur möglich, wenn Sendesignale ausgesendet werden und – beispielsweise aufgrund von Reflexion an der nicht angepassten Antenne – von der Antenne in den Signalpfad reflektiert werden. Anhand des Stehwellenverhältnisses VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) kann die Impedanzanpassung ermittelt werden.Adaptive impedance matching is generally only possible when transmit signals are transmitted and reflected from the antenna into the signal path, for example due to reflection at the unmatched antenna. The VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) can be used to determine the impedance matching.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner folgendes Problem erkannt: Es kann ungünstig sein, die Impedanzanpassschaltung unter Last auf eine neue Impedanz einzustellen (so genanntes „Hot Switching”).The inventors of the present invention have further recognized the following problem: It may be unfavorable to set the impedance matching circuit under load to a new impedance (so-called "hot switching").

Eine Aufgabe bei der Entwicklung zukünftiger mobiler Kommunikationsgeräte ist es daher, die Geräte möglichst energiesparend auszugestalten, um eine möglichst lange Benutzungsdauer pro Batterieladung zu erhalten. Ferner soll der oben beschriebene Konflikt gelöst und die Umschaltung von Rx nach Tx verbessert werden.It is therefore an object in the development of future mobile communication devices to design the devices as energy-saving as possible in order to obtain the longest possible service life per battery charge. Furthermore, the conflict described above is to be solved and the switching from Rx to Tx be improved.

Es wird dafür ein mobiles Kommunikationsgerät mit einem Signalpfad, einem Signalpfadeingang und einem Signalpfadausgang angegeben. Zwischen dem Signalpfadeingang und dem Signalpfadausgang ist im Signalpfad eine Impedanzanpassschaltung verschaltet. Die Impedanz der Impedanzanpassschaltung ist einstellbar, so dass ein Tunen einer mit dem Signalpfadausgang verschalteten variablen Lastimpedanz möglich ist.For this purpose, a mobile communication device with a signal path, a signal path input and a signal path output is specified. Between the signal path input and the signal path output, an impedance matching circuit is connected in the signal path. The impedance of the impedance matching circuit is adjustable, so that it is possible to tune a variable load impedance connected to the signal path output.

Das mobile Kommunikationsgerät umfasst ferner eine Steuerschaltung zur Steuerung der Impedanzanpassschaltung.The mobile communication device further comprises a control circuit for controlling the impedance matching circuit.

Im Signalpfad ist zwischen dem Signalpfadeingang und der Impedanzanpassschaltung ein Leistungsverstärker verschaltet. Der Leistungsverstärker arbeitet in nacheinander abfolgenden Sendezeitschlitzen. Die Sendezeitschlitze sind regelmäßig von Zeitschlitzen (z. B. Empfangszeitschlitzen) unterbrochen, in denen der Leistungsverstärker nicht arbeitet. Der Beginn eines Sendezeitschlitzes sei mit T0 bezeichnet. Der Leistungsverstärker arbeitet erst ab einer Zeit T0 + LVL mit seiner vollen Leistung. Die Steuerschaltung stellt die Impedanz der Impedanzanpassschaltung innerhalb des Zeitintervalls von T0 bis T0 + IE ein. IE und LVL sind reelle Zahlen größer Null. IE ist dabei kleiner als LVL. Mit anderen Worten: Die Steuerschaltung stellt die Impedanz der Impedanzanpassschaltung ein, bevor der Leistungsverstärker mit seiner vollen Leistung arbeitet (innerhalb des Sendezeitschlitzes).In the signal path, a power amplifier is connected between the signal path input and the impedance matching circuit. The power amplifier operates in successive transmission time slots. The transmit time slots are regularly interrupted by time slots (eg, receive time slots) in which the power amplifier is not operating. The beginning of a transmission time slot is denoted by T0. The power amplifier operates only from a time T0 + LVL with its full power. The control circuit adjusts the impedance of the impedance matching circuit within the time interval from T0 to T0 + IE. IE and LVL are real numbers greater than zero. IE is smaller than LVL. In other words, the control circuit adjusts the impedance of the impedance matching circuit before the Power amplifier with its full power works (within the transmission slot).

In einer Ausführungsform beträgt IE weniger oder gleich 25 Mikrosekunden.In one embodiment, IE is less than or equal to 25 microseconds.

Das W-CDMA Übertragungssystem benutzt sowohl ein FDD (Frequency-Division Duplexing) als auch ein TDD (Time-Division Duplexing) Verfahren. Das W-CDMA System sieht vor, Daten erst 25 μs nach Beginn des Sendezeitschlitzes zu übertragen. Dann könnte LVL = 25 μs sein.The W-CDMA transmission system uses both FDD (Frequency Division Duplexing) and TDD (Time Division Duplexing) methods. The W-CDMA system does not transmit data until 25 μs after the start of the transmission time slot. Then LVL could be 25 μs.

Das GSM Übertragungssystem benutzt ein TDD Verfahren. Es sieht vor, Daten erst 28 μs nach Beginn des Sendezeitschlitzes zu übertragen. Im GSM System könnte LVL = 28 μs sein.The GSM transmission system uses a TDD method. It plans to transmit data only 28 μs after the beginning of the transmission time slot. In the GSM system, LVL could be 28 μs.

Der Leistungsverstärker kann mit Beginn des Sendezeitschlitzes aktiviert werden.The power amplifier can be activated at the beginning of the transmission time slot.

In einer Ausführungsform beginnt der Leistungsverstärker erst ab einer Zeit T0 + LA zu arbeiten. LA ist eine reelle Zahl größer Null. Der Leistungsverstärker wird also nicht direkt bei Beginn des Sendezeitschlitzes aktiviert sondern erst nach einer Verzögerung der Dauer LA. LA kann größer oder kleiner oder gleich IE sein.In one embodiment, the power amplifier begins to operate only from a time T0 + LA. LA is a real number greater than zero. The power amplifier is therefore not activated directly at the beginning of the transmission time slot but only after a delay of the duration LA. LA can be greater than or less than or equal to IE.

Die Integration einer adaptiven Anpassschaltung in den Signalpfad eines mobilen Kommunikationsgeräts ist nicht trivial. Das adaptive Tunen muss mit den anderen Funktionen – abhängig z. B. von den 3GPP- beziehungsweise GSM-Spezifikationen – synchronisiert werden. Der 25 Mikrosekunden lange Zeitschlitz in GSM-Systemen kann benutzt werden, um das Schalten der einstellbaren Impedanzelemente der adaptiven Impedanzanpassschaltung zu betätigen – eben während im Signalpfad noch keine Leistung oder nicht die volle Leistung übertragen wird. Wird während des Schaltens der einstellbaren Impedanzelemente noch gar keine Leistung übertragen, so ist das sog. „Hot Switching” (d. h. Schalten unter Leistung) verhindert. Wird Leistung – aber nicht die volle Sendeleistung – übertragen, so ist das „Hot Switching” vermindert.The integration of an adaptive matching circuit in the signal path of a mobile communication device is not trivial. The adaptive tuning must be done with the other functions - depending on z. From the 3GPP or GSM specifications, respectively. The 25 microsecond time slot in GSM systems can be used to actuate the switching of the adjustable impedance elements of the adaptive impedance matching circuit - even while no power or full power is being transmitted in the signal path. If no power is transmitted during the switching of the adjustable impedance elements, the so-called "hot switching" (ie switching under power) is prevented. If power is transmitted but not the full transmit power, the "hot switching" is reduced.

In einer Ausführungsform wird die Steuerschaltung von einem den Beginn des Sendezeitschlitzes T0 anzeigenden Zeitsignal getriggert.In one embodiment, the control circuit is triggered by a time signal indicating the beginning of the transmission time slot T0.

Die oben genannten Zeitschlitze innerhalb des Sendezeitschlitzes, bevor der Leistungsverstärker mit seiner vollen Leistung arbeitet, kann ein mobiles Kommunikationsgerät umso besser nutzen, je genauer der Zeitpunkt des Beginns des Zeitschlitzes bekannt ist. Ein Triggersignal hilft bei der Synchronisation der Steuerschaltung mit dem zeitlichen Ablauf des Rx nach Tx-Umschaltens.The above-mentioned time slots within the transmission time slot before the power amplifier operates at its full power can make better use of a mobile communication device the more precisely the time of the start of the time slot is known. A trigger signal helps to synchronize the control circuit with the timing of the Rx after Tx switching.

In einer Ausführungsform umfasst das mobile Kommunikationsgerät eine Logikschaltung oder einen Zeitmesser, wobei die Logikschaltung oder der Zeitmesser das Zeitsignal generiert und an die Steuerschaltung sendet. Ein solches Signal ist das Triggersignal, durch welches die Steuerschaltung über den Beginn des Sendezeitschlitzes T0 informiert wird. Die Logikschaltung, welche der Steuerschaltung das Triggersignal übermittelt, kann eine Logikschaltung sein, die ohnehin in einem mobilen Kommunikationsgerät vorgesehen ist. Infrage kommen insbesondere solche Logikschaltungen, welche mit der Rx nach Tx Umschaltung betraut sind. Alternativ kann auch ein Zeitmesser vorgesehen sein, welcher entsprechende Triggersignale abgibt. Damit die Triggersignale und die Zeitpunkte T0 der Rx nach Tx Umschaltungen nicht divergieren, kann es vorteilhaft sein den Zeitmesser mit dem GSM-Takt zu synchronisieren.In an embodiment, the mobile communication device comprises a logic circuit or a timer, wherein the logic circuit or the timer generates the time signal and sends it to the control circuit. Such a signal is the trigger signal by which the control circuit is informed of the beginning of the transmission time slot T0. The logic circuit which transmits the trigger signal to the control circuit may be a logic circuit which is provided anyway in a mobile communication device. In question are in particular such logic circuits, which are entrusted with the Rx to Tx switching. Alternatively, a timer may be provided which emits corresponding trigger signals. So that the trigger signals and the times T0 of the Rx do not diverge after Tx switching, it may be advantageous to synchronize the timer with the GSM clock.

In einer Ausführungsform umfasst das mobile Kommunikationsgerät Halbleiterschalter oder MEMS-Schalter zum Hinzu- oder Wegschalten von induktiven, kapazitiven oder resistiven Elementen zur Impedanzanpassschaltung.In one embodiment, the mobile communication device comprises semiconductor switches or MEMS switches for adding or removing inductive, capacitive or resistive elements to the impedance matching circuit.

Halbleiterschalter, welche zur Steuerung der Impedanzanpassschaltung verwendet werden, weisen gegenüber MEMS-Schaltelementen einen erhöhten Stromverbrauch sowie ein verschlechtertes lineares Verhalten auf. Die Erfinder gelangten aber zu der Erkenntnis, dass es trotzdem vorteilhaft ist, Halbleiterschalter zu verwenden. Denn Halbleiterschalter verfügen über die benötigten kurzen Schaltzeiten, um innerhalb des Sendezeitschlitzes und bevor der Leistungsverstärker mit seiner vollen Leistung arbeitet, die Impedanzanpassschaltung auf die gewünschte Impedanz einzustellen. Die Impedanzanpassschaltung kann dabei induktive, kapazitive oder resistive Elemente, welche in Serie im Signalpfad oder in parallel zum Signalpfad gegen Masse geschalteten Parallelpfaden verschaltet sind, umfassen. Insbesondere ist es möglich, kapazitive Elemente unterschiedlicher Kapazität in einer so genannten Kapazitätsbank zusammenzufassen und parallel zu verschalten, so dass sie über Halbleiterschalter individuell zur Impedanzanpassschaltung hinzu geschaltet werden können. Die Schaltzeiten von MEMS-Schaltern hängen stark von deren geometrischen Formen ab. Werden MEMS-Schalter so ausgeführt, dass sie genügend kurze Schaltzeiten ermöglichen, so eignen sie sich auch gut zum Steuern der Impedanzanpassschaltung. Insbesondere, wenn sie vom „Cantilever-„ oder „Bridge-Typ” und mit einem kurzen beweglichen, den elektrischen Kontakt herstellenden Arm bzw. Bogen ausgestattet sind.Semiconductor switches used to control the impedance matching circuit have increased power consumption and degraded linear performance over MEMS switching devices. However, the inventors came to the realization that it is still advantageous to use semiconductor switches. Because semiconductor switches have the required short switching times to set the impedance matching circuit to the desired impedance within the transmission time slot and before the power amplifier operates at its full power. The impedance matching circuit may include inductive, capacitive or resistive elements which are connected in series in the signal path or in parallel paths connected in parallel to the signal path. In particular, it is possible to combine capacitive elements of different capacitance in a so-called capacity bank and to interconnect them in parallel, so that they can be individually connected to the impedance matching circuit via semiconductor switches. The switching times of MEMS switches depend heavily on their geometric shapes. If MEMS switches are designed to allow enough short switching times, they are also well suited for controlling the impedance matching circuit. In particular, if they are of the "cantilever" or "bridge type" and equipped with a short movable, the electrical contact producing arm or bow.

In einer Ausführungsform ist das mobile Kommunikationsgerät zum Betrieb in GSM-, CDMA-, W-CDMA oder LTE Mobilfunksystemen ausgelegt. Prinzipiell gilt, dass ein derartiges mobiles Kommunikationsgerät dazu ausgelegt ist, in allen TDD-Systemen arbeiten zu können. Dies schließt nicht aus, dass das mobile Kommunikationsgerät auch reine FDD (Frequency-Division Duplexing)-Systeme (z. B. HSPA = High Speed Package Access) bedienen kann.In one embodiment, the mobile communication device is designed to operate in GSM, CDMA, W-CDMA or LTE mobile radio systems. In principle, such a mobile communication device is designed to work in all TDD systems. This does not exclude that the mobile communication device can also serve pure FDD (Frequency Division Duplexing) systems (eg HSPA = High Speed Package Access).

In einer Ausführungsform erkennt die Steuerschaltung einen Ruhezustand und einen Aktivzustand als zwei verschiedene Betriebsmodi. Im Ruhezustand überprüft die Steuerschaltung regelmäßig, ob eine Steuerung der Impedanzanpassschaltung notwendig ist. Falls eine Steuerung der Impedanzanpassschaltung notwendig ist, schaltet die Steuerschaltung in den Aktivzustand. Der Begriff Ruhezustand bezeichnet dabei einen Zustand, in welchem keine Regelung sprich Veränderung der Impedanz der Impendanzanpassschaltung zur Impedanzanpassung stattfindet. Im Gegensatz dazu bezeichnet der Aktivzustand einen Zustand, in welchem die Impedanz der Impedanzanpassschaltung aktiv geregelt wird.In one embodiment, the control circuit detects a sleep state and an active state as two different modes of operation. In the idle state, the control circuit checks regularly whether a control of the impedance matching circuit is necessary. If control of the impedance matching circuit is necessary, the control circuit switches to the active state. The term quiescent state refers to a state in which there is no regulation ie change in the impedance of the Impendanzanpassschaltung for impedance matching. In contrast, the active state indicates a state in which the impedance of the impedance matching circuit is actively controlled.

In einer Ausführungsform überprüft die Steuerschaltung im Aktivmodus, ob GSM-, CDMA-, W-CDMA oder LTE Funksignale zu senden oder zu empfangen sind.In one embodiment, the active-mode control circuit checks to see if GSM, CDMA, W-CDMA, or LTE radio signals are to be transmitted or received.

In einer Ausführungsform beginnt die Überprüfung, ob GSM-, CDMA-, W-CDMA oder LTE Funksignale zu senden oder zu empfangen sind, frühestens zum Zeitpunkt T0; die entsprechende Steuerung der Impedanz der Impedanzanpassschaltung ist nach nicht mehr als zehn Mikrosekunden abgeschlossen. Insbesondere die Überprüfung, ob Funksignale zu senden sind, kann nach zwei Mikrosekunden abgeschlossen sein. Dadurch ist also sichergestellt, dass die Überprüfung innerhalb des 25 Mikrosekunden-Zeitschlitzes des GSM-Systems stattfindet, in dem noch keine Tx Übertragung stattfindet. Bei einer solchen Überprüfung kann beispielsweise die ohnehin vorhandene Logikschaltung, die das GSM-Übertragungssystem regelt, konsultiert werden.In one embodiment, the check begins as to whether GSM, CDMA, W-CDMA, or LTE radio signals are to be transmitted or received at the earliest at time T0; the corresponding control of the impedance of the impedance matching circuit is completed after not more than ten microseconds. In particular, the check whether radio signals are to be sent can be completed after two microseconds. This ensures that the check takes place within the 25 microsecond timeslot of the GSM system, in which there is no Tx transmission yet. In such a check, for example, the already existing logic circuit that controls the GSM transmission system, be consulted.

In einer Ausführungsform des mobilen Kommunikationsgeräts wird im Fall des Empfangens von Funksignalen die Impedanz der Impedanzanpassschaltung auf eine vorher bestimmte Empfangsimpedanz eingestellt. Aufgrund der Frequenzabhängigkeit der Impedanz einer Antenne unterscheiden sich die einzustellenden Tx- und Rx-Impedanzen der Impedanzanpassung. Es kann vorgesehen sein, dass zum Zeitpunkt des Empfangens keine Sendesignale bei Empfangsfrequenzen emittiert werden. Eine adaptive Impedanzanpassung, welche beispielsweise auf dem Messen des Stehwellenverhältnisses im Sendesignalpfad beruht, kann dabei nicht zurückgegriffen werden. Es ist aber möglich, auf das Ergebnis von Testmessungen oder Testsimulationen zuzugreifen, aus welchen eine geeignete Einstellung der Impedanzanpassung im Empfangsfall bekannt ist. Solche Testmessungen oder Testsimulationen können während der Entwicklung des Geräts durchgeführt werden und in Logikschaltkreisen des Kommunikationsgeräts hinterlegt sein.In one embodiment of the mobile communication device, in the case of receiving radio signals, the impedance of the impedance matching circuit is set to a predetermined reception impedance. Due to the frequency dependence of the impedance of an antenna, the Tx and Rx impedances to be set differ in impedance matching. It can be provided that at the time of receiving no transmission signals are emitted at reception frequencies. An adaptive impedance matching, which is based, for example, on the measurement of the standing wave ratio in the transmission signal path, can not be used in this case. However, it is possible to access the result of test measurements or test simulations, from which a suitable adjustment of the impedance matching in the case of reception is known. Such test measurements or test simulations may be performed during the development of the device and stored in logic circuits of the communication device.

Alternativ ist es möglich, eine Impedanzeinstellung durch Extrapolation auf der Basis einer der Anpassung während des Sendezeitschlitzes zu ermitteln.Alternatively, it is possible to determine an impedance adjustment by extrapolation based on one of the adaptation during the transmission time slot.

In einer Ausführungsform empfängt das mobile Kommunikationsgerät Signale in Empfangszeitschlitzen. Dann wird im Empfangszeitschlitz die Impedanz der Impedanzanpassschaltung auf eine vorher bestimmte Empfangs-Impedanz eingestellt. Es ist bevorzugt, wenn die Impedanzeinstellung innerhalb des Empfangzeitschlitzes abgeschlossen ist, bevor HF-Signale empfangen werden.In one embodiment, the mobile communication device receives signals in receive time slots. Then, in the reception time slot, the impedance of the impedance matching circuit is set to a predetermined reception impedance. It is preferable if the impedance adjustment is completed within the reception time slot before receiving RF signals.

Die Anpassung im Empfangszeitschlitz kann z. B. durch Extrapolation aus der als gut ermittelten Tx Anpassung erfolgen, wenn die Frequenzabhängigkeit der Impedanz der Impedanzanpassschaltung für unterschiedliche Nutzer-Interaktionen hinreichend genau abgeschätzt werden kann.The adaptation in the reception time slot can z. B. by extrapolation from the well-determined Tx adjustment, if the frequency dependence of the impedance of the impedance matching circuit for different user interactions can be estimated with sufficient accuracy.

In einer Ausführungsform des mobilen Kommunikationsgeräts wird im Fall zu sendender Funksignale (z. B. im Tx Betrieb) die Impedanz der Impedanzanpassschaltung auf eine vorher bestimmte Sendeimpedanz eingestellt. Dadurch, dass – erfindungsgemäß – der Leistungsverstärker noch nicht mit seiner vollen Leistung arbeitet, ist es bestenfalls eingeschränkt möglich, eine geregelte Impedanzanpassung für Sendesignale bei Sendefrequenzen durchzuführen. Vorteilhafterweise werden deshalb die Parameter der Impedanzanpassschaltung, also die Impedanz, auf die die Impedanzanpassschaltung eingestellt wird, schon vorher festgelegt. Diese Einstellung, die abhängig von den Sendefrequenzen und der Art der Antenne ist, kann einer Look-Up-Table entnommen werden. Vorteilhafterweise kann auch die Einstellung für einen Sendezeitschlitz aus dem jeweils vorhergehenden Sendezeitschlitz verwendet werden.In one embodiment of the mobile communication device, in the case of radio signals to be transmitted (eg in Tx mode), the impedance of the impedance matching circuit is set to a previously determined transmission impedance. Due to the fact that, according to the invention, the power amplifier does not yet operate at its full power, it is at best possible to a limited extent to carry out a regulated impedance adaptation for transmission signals at transmission frequencies. Advantageously, therefore, the parameters of the impedance matching circuit, that is, the impedance to which the impedance matching circuit is set, are already set in advance. This setting, which depends on the transmission frequencies and the type of antenna, can be taken from a look-up table. Advantageously, the setting for a transmission time slot from the respective preceding transmission time slot can be used.

In einer Ausführungsform regelt die Steuerschaltung innerhalb des Sendezeitschlitzes ab der Zeit T0 + LVL die Impedanzanpassung durch die Impedanzanpassschaltung kontinuierlich. Die Steuerschaltung erhält dabei eine Rückmeldung über die Güte der Impedanzanpassung mittels einer im Signalpfad verschalteten Detektorschaltung. Da ab dem Zeitpunkt LVL der Leistungsverstärker mit voller Leistung arbeitet und dadurch auch das Stehwellenverhältnis im Sendesignalpfad gemessen werden kann, ist eine Regelung der Impedanz ab dann gut möglich.In one embodiment, the control circuit continuously controls the impedance matching by the impedance matching circuit within the transmission time slot from time T0 + LVL. The control circuit receives a feedback about the quality of the impedance matching by means of a detector circuit connected in the signal path. Since from the time LVL the power amplifier operates at full power and thus the VSWR in the transmit signal path can be measured, a regulation of the impedance from then on is quite possible.

Im Folgenden wird das mobile Kommunikationsgerät anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert. In the following, the mobile communication device will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments and associated schematic figures.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Frontendschaltung. 1 schematically shows a front end circuit according to the invention.

2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Leistung des Leistungsverstärkers sowie die zeitliche Abfolge verschiedener für das Verfahren wichtiger Zeitpunkte. 2 shows the time course of the performance of the power amplifier and the timing of different important for the process time points.

3 zeigt eine Frontendschaltung, in der die Steuerschaltung ihr Triggersignal von einem Zeitmesser erhält. 3 shows a front-end circuit in which the control circuit receives its trigger signal from a timer.

4 zeigt ein Ablaufschema entsprechender Aktionen, das eine rechtzeitige Einstellung der Impedanzanpassschaltung ermöglicht. 4 shows a flowchart of corresponding actions that allows a timely adjustment of the impedance matching circuit.

1 zeigt eine Frontendschaltung FEC mit einem Signalpfad SP, der zwischen einem Signalpfadeingang SPE und einem Signalpfadausgang SPA verschaltet ist. Im Signalpfad SP zwischen Signalpfadeingang und Signalpfadausgang ist eine Impedanzanpassschaltung IAS verschaltet. Im Signalpfad SP zwischen dem Signalpfadeingang SPE und der Impedanzanpassschaltung IAS ist ein Leistungsverstärker PA verschaltet. Die Frontendschaltung FEC umfasst weiterhin eine Steuerschaltung STS, über welche die Impedanz der Impedanzanpassschaltung IAS eingestellt wird. Eine Logikschaltung LS ist sowohl mit dem Leistungsverstärker PA als auch mit der Steuerschaltung STS verschaltet. Die Logikschaltung LS steuert die Funktion des Leistungsverstärkers PA. Sie steuert insbesondere seine Aktivierung im Sendezeitschlitz bzw. Deaktivierung im Empfangszeitschlitz. Die Logikschaltung LS kann von anderen Schaltungskomponenten, z. B. denen des Frontendmoduls, gesteuert werden. 1 shows a front-end circuit FEC with a signal path SP, which is connected between a signal path input SPE and a signal path output SPA. In the signal path SP between the signal path input and the signal path output, an impedance matching circuit IAS is connected. A power amplifier PA is connected in the signal path SP between the signal path input SPE and the impedance matching circuit IAS. The front-end circuit FEC further comprises a control circuit STS via which the impedance of the impedance matching circuit IAS is set. A logic circuit LS is connected both to the power amplifier PA and to the control circuit STS. The logic circuit LS controls the function of the power amplifier PA. In particular, it controls its activation in the transmission time slot or deactivation in the reception time slot. The logic circuit LS may be different from other circuit components, e.g. As those of the front-end module, controlled.

Die Logikschaltung LS sendet weiterhin Signale an die Steuerschaltung STS. Insbesondere erhält die Steuerschaltung STS von der Logikschaltung LS Informationen über den Beginn des Sendezeitschlitzes T0. Dadurch ist es der Steuerschaltung STS möglich, innerhalb des Sendezeitschlitzes und bevor der Leistungsverstärker mit seiner vollen Leistung arbeitet, die Impedanz der Impedanzanpassschaltung IAS einzustellen. Mit dem Signalausgang SPA ist eine Lastimpedanz LI verschaltet. Eine solche Lastimpedanz LI kann insbesondere die Antenne eines mobilen Kommunikationsgeräts sein. Im Allgemeinen hängt die Impedanz der Lastimpedanz LI von der Frequenz der Signale, welche im Signalpfad propagieren, ab. Die Impedanz der Lastimpedanz LI – insbesondere wenn sie durch eine Antenne realisiert ist – hängt auch von der räumlichen Umgebung der Lastimpedanz ab. Eine veränderliche und insbesondere eine nicht angepasste Lastimpedanz führt beim Hochfahren der Leistung des Leistungsverstärkers zu Problemen. Andererseits kann die Impedanz der Impedanzanpassschaltung erst dann sinnvoll geregelt werden, wenn im Signalpfad ein Stehwellenverhältnis messbar ist, das heißt, wenn der Leistungsverstärker arbeitet.The logic circuit LS further sends signals to the control circuit STS. In particular, the control circuit STS receives from the logic circuit LS information about the beginning of the transmission time slot T0. This allows the control circuit STS to adjust the impedance of the impedance matching circuit IAS within the transmission time slot and before the power amplifier operates at full power. The signal output SPA is connected to a load impedance LI. Such a load impedance LI may in particular be the antenna of a mobile communication device. In general, the impedance of the load impedance LI depends on the frequency of the signals propagating in the signal path. The impedance of the load impedance LI, especially when realized by an antenna, also depends on the spatial environment of the load impedance. A variable and in particular an unmatched load impedance causes problems when starting the power amplifier power. On the other hand, the impedance of the impedance matching circuit can be meaningfully controlled only when a VSWR is measurable in the signal path, that is, when the power amplifier operates.

Diesen Konflikt löst die vorliegende Erfindung, indem die Steuerschaltung STS die Impedanz der Impedanzanpassschaltung IAS auf eine zum Hochfahren der Leistung des Leistungsverstärkers geeignete Impedanz einstellt, bevor der Leistungsverstärker seine volle Leistung erreicht hat.This conflict is resolved by the present invention in that the control circuit STS adjusts the impedance of the impedance matching circuit IAS to an impedance suitable for raising the power amplifier output before the power amplifier has reached full power.

2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Leistung des Leistungsverstärkers P sowie die erfindungsgemäße Reihenfolge der Zeitpunkte T0, IE, LVL. LA kann zwischen T0 und IE (wie in 2 gezeigt) oder zwischen IE und LVL liegen. T0 markiert dabei den Beginn des Sendezeitschlitzes. LA markiert den Zeitpunkt, zu dem der Leistungsverstärker mit seiner Arbeit beginnt. LVL bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem der Leistungsverstärker seine Arbeitsleistung, P0, erreicht hat. Der Zeitpunkt IE ist dadurch definiert, dass die Steuerschaltung die Impedanz der Impedanzanpassschaltung innerhalb des Zeitintervalls von T0 bis T0 + IE einstellt. Mit anderen Worten: IE bezeichnet den Zeitpunkt, ab dem die Impedanzanpassschaltung eine ausreichend gut eingestellte Impedanz aufweist. Der Leistungsverstärker erreicht erst danach seine volle Leistung. Das so genannte „Hot Switching” ist dadurch vermindert; ein Hochfahren des Leistungsverstärkers bei nicht definierter Lastimpedanz ist verhindert. T1 markiert den Anfangszeitpunkt des Empfangszeitschlitzes. Zwischen dem Zeitpunkt LVL und dem Zeitpunkt T1 sinkt daher im TDD-Betrieb die Leistung des Leistungsverstärkers ab; der Leistungsverstärker wird ausgeschaltet. 2 shows the time course of the power of the power amplifier P and the inventive order of the times T0, IE, LVL. LA can be between T0 and IE (as in 2 shown) or lie between IE and LVL. T0 marks the beginning of the transmission time slot. LA marks the time when the power amplifier starts its work. LVL is the time at which the power amplifier has reached its working power, P0. The timing IE is defined by the control circuit setting the impedance of the impedance matching circuit within the time interval from T0 to T0 + IE. In other words, IE denotes the time from when the impedance matching circuit has a sufficiently well set impedance. The power amplifier only then reaches its full power. The so-called "hot switching" is thereby reduced; A startup of the power amplifier at undefined load impedance is prevented. T1 marks the beginning time of the reception time slot. Therefore, between the time LVL and the time T1 decreases in TDD operation, the power of the power amplifier; the power amplifier is switched off.

3 illustriert eine Frontendschaltung, bei der die Steuerschaltung STS das Triggersignal von einem Zeitmesser TR erhält. Sieht ein mobiles Kommunikationsgerät keine Logikschaltung vor, der ein Triggersignal zur Rx nach Tx Umschaltung direkt zu entnehmen ist, so lässt sich die Methode zur verbesserten Rx nach Tx Umschaltung realisieren, in dem ein zusätzlicher Zeitmesser TR vorgesehen ist, welcher entsprechende Triggersignale an die Steuerschaltung sendet. Ein solcher Zeitmesser kann durch Beobachten der im Signalpfad propagierenden Leistung mit dem TDD-Betrieb (GSM oder (W)CDMA) synchronisiert werden. 3 illustrates a front-end circuit in which the control circuit STS receives the trigger signal from a timer TR. If a mobile communication device does not provide a logic circuit which can directly derive a trigger signal for the Rx after Tx switching, the method for the improved Rx after Tx switching can be implemented, in which an additional timer TR is provided which sends corresponding trigger signals to the control circuit , Such a timer can be synchronized by observing the power propagating in the signal path with TDD operation (GSM or (W) CDMA).

4 zeigt ein Ablaufdiagramm, welches zum Betrieb eines erfindungsgemäßen, TDD-kompatiblen, mobilen Kommunikationssystems geeignet ist. Nach der Inbetriebnahme des mobilen Kommunikationsgeräts („Start”) erfolgt das Initialisieren sämtlicher Logikschaltungen sowie der Impedanzanpassschaltung und der Steuerschaltung („Tuner Setup”). Anschließend begibt sich das System in einen Beobachtungszustand („Monitor”), in welchem Änderungen anzeigende Signale abgewartet werden. So lange das System keine Signale empfängt, welche eine Änderung anzeigen („Änderungen?” = „N”), verharrt das System im Beobachtungszustand. Werden jedoch Signale detektiert oder empfangen, welche eine Statusänderung anzeigen („Änderungen?” = „Y”) erwacht das System aus dem Beobachtungszustand. Es wird nun überprüft, ob sich das System in einem GSM- oder in einem W-CDMA Betriebszustand befindet. Befindet sich das System in einem GSM-Zustand („GSM”), so muss ferner überprüft werden, ob Sendesignale zu übermitteln sind („Tx” = „Y”) oder, ob Empfangssignale zu empfangen sind („Tx” = „N”). Befindet sich das System aktuell in einem GSM/Rx-Zustand, so ist die Impedanz der Impedanzanpassschaltung auf eine entsprechende Empfangsimpedanz einzustellen („Rx-Anpassung”). Das den Empfang überwachende System kann nun so lange in einer Warteschleife („Warten”) verharren, so lange der Empfangszeitschlitz anhält. Befindet sich das System dagegen in einem GSM/Tx-Zustand, so hat die Steuerschaltung die Impedanz der Impedanzanpassschaltung auf die entsprechende Tx-Anpassung einzustellen („Tx-Anpassung”). Das System kann nun so lange in einem Ruhezustand („Warten”) verharren, so lange der Sendezeitschlitz anhält. Das System kann aber auch – durch Tunen – die Impedanzanpassung weiter verbessern, da nun der Leistungsverstärker arbeitet und eine Impedanzanpassung möglich ist. 4 shows a flow chart which is suitable for operating a TDD-compatible mobile communication system according to the invention. After startup of the mobile communication device ("Start"), the initialization of all logic circuits and the impedance matching circuit and the control circuit ("Tuner Setup") takes place. Subsequently, the system enters an observation state ("monitor") in which signals indicating changes are awaited. As long as the system does not receive signals indicating a change ("Changes?" = "N"), the system remains in the observation state. However, if signals are detected or received indicating a status change ("changes?" = "Y"), the system wakes up from the observation state. It is now checked if the system is in GSM or W-CDMA mode. If the system is in a GSM state ("GSM"), it must also be checked whether transmit signals are to be transmitted ("Tx" = "Y") or whether received signals are to be received ("Tx" = "N"). ). If the system is currently in a GSM / Rx state, the impedance of the impedance matching circuit must be set to a corresponding receive impedance ("Rx adaptation"). The system monitoring the reception can now remain in a waiting loop ("waiting") as long as the reception time slot stops. On the other hand, when the system is in a GSM / Tx state, the control circuit has to set the impedance matching circuit impedance to the corresponding Tx adjustment ("Tx adjustment"). The system can now remain in an idle state ("wait") as long as the transmission slot stops. The system can also - by tuning - further improve the impedance matching, since now the power amplifier is working and an impedance matching is possible.

Ist das System gerade in einem W-CDMA System aktiv („Modus” = „W-CDMA”), so ist die Impedanz der Impedanzanpassschaltung IAS entsprechend einzustellen („Match”). Abhängig davon, ob eine weitere kontinuierliche, energieintensive Verbesserung der Impedanzanpassung gewünscht ist („Tuning aktiv?” = „Y”) oder nicht („Tuning aktiv?” = „N”), passt das System die Impedanz stetig an oder verharrt in einem Wartezustand („Warten2”). Der Wartezustand im GSM-Betrieb („Warten”) und der Wartezustand im W-CDMA Betrieb („Warten2”) können identisch sein.If the system is currently active in a W-CDMA system ("Mode" = "W-CDMA"), the impedance of the impedance matching circuit IAS should be set accordingly ("Match"). Depending on whether further continuous, energy-intensive improvement of the impedance matching is desired ("Tuning active?" = "Y") or not ("Tuning active?" = "N"), the system adjusts the impedance steadily or remains in one Waiting state ("waiting2"). The wait state in GSM mode ("wait") and the wait state in W-CDMA mode ("wait2") can be identical.

Ein erfindungsgemäßes Kommunikationsgerät ist nicht auf eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Variationen, welche zum Beispiel weitere in der Frontendschaltung verschaltete Komponenten umfassen, oder Variationen, welche weitere Betriebszustände vorsehen, stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.An inventive communication device is not limited to one of the described embodiments. Variations, which include, for example, further components connected in the front-end circuit, or variations which provide further operating states, likewise represent exemplary embodiments according to the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

PAPA: Leistungsverstärkerpower amplifier
SPESPE: SignalpfadeingangSignal path input
SPASPA: SignalpfadausgangSignal path output
SPSP: Signalpfadsignal path
IASIAS: Impedanzanpassschaltungimpedance matching
LILI: Lastimpedanzload impedance
LSLS: Logikschaltunglogic circuit
STSSTS: Steuerschaltungcontrol circuit
FECFEC: Frontendschaltungfront-end circuit
PP: zeitabhängige Leistung des Leistungsverstärkerstime-dependent power of the power amplifier
T0T0: Beginn des SendezeitschlitzesStart of the transmission time slot
LALA: Zeitpunkt, zu dem der Leistungsverstärker mit seiner Arbeit beginntTime at which the power amplifier starts its work
IEIE: Zeitpunkt, bis die Impedanz der Impedanzanpassschaltung eingestellt istTime until the impedance of the impedance matching circuit is set
LVLLVL: Zeitpunkt zu dem der Leistungsverstärker seine Arbeitsleistung erreicht hatTime at which the power amplifier has reached its working capacity
T1T1: Zeitpunkt des EmpfangszeitschlitzesTime of the reception time slot
P0P0: Arbeitsleistung des LeistungsverstärkersWorking power of the power amplifier

Claims

Mobile communication device with A signal path, a signal path input and a signal path output, A variable impedance matching network connected in the signal path between the signal path input and the signal path output for tuning a variable load impedance connected to the signal path output, A control circuit for controlling the impedance matching circuit, A power amplifier connected in the signal path between the signal path input and the impedance matching circuit, Successive transmission time slots in which the power amplifier operates and which are regularly interrupted by time slots in which the power amplifier does not work, in which A transmission time slot starts at a time T0, The power amplifier operates at full power only after a time T0 + LVL and LVL is 0, The control circuit adjusts the impedance of the impedance matching circuit within the time interval from T0 to T0 + IE, The power amplifier starts to operate only after a time T0 + LA, - and 0 <LA <IE <LVL.

A mobile communication device according to the preceding claim, wherein IE <= 25 μs.

Mobile communication device according to one of the preceding claims, wherein the control circuit is triggered by a time signal indicating the beginning of the transmission time slot T0.

Mobile communication device according to the preceding claim, with a logic circuit or a timer, wherein the logic circuit or the timer generates the time signal and sends to the control circuit.

Mobile communication device according to one of the preceding claims, comprising a semiconductor switch or MEMS switch for adding or removing inductive, capacitive or resistive elements to the impedance matching circuit.

Mobile communication device according to one of the preceding claims, which is designed for operation in GSM, CDMA, W-CDMA or LTE mobile radio systems.

Mobile communication device according to one of the preceding claims, - Wherein the control circuit as operating modes includes a sleep state and an active state - In the idle state, the control circuit regularly checks whether a control of the impedance matching circuit is necessary and - The control circuit switches to the active state, if control is necessary.

Mobile communication device according to one of the preceding claims, wherein the control circuit checks in the active mode, whether GSM, CDMA, W-CDMA or LTE radio signals to be sent or received.

A mobile communication device according to the preceding claim, wherein the check starts at the earliest at time T0 and the control of the impedance of the impedance matching circuit is completed after not more than 10 μs.

Mobile communication device according to one of the preceding claims, wherein in the case of radio signals to be received, the impedance of the impedance matching circuit is set to a predetermined receiving impedance.

A mobile communication device according to the preceding claim, which receives a signal in a reception time slot, wherein in the reception time slot, the impedance of the impedance matching circuit is set to a predetermined reception impedance.

Mobile communication device according to one of the preceding claims, wherein in the case of radio signals to be transmitted, the impedance of the impedance matching circuit is set to a predetermined transmission impedance.

Mobile communication device according to the preceding claim, wherein the control circuit continuously controls the impedance matching by the impedance matching circuit within the transmission time slot from the time T0 + LVL and thereby receives feedback on the quality of the impedance matching by means of a detector circuit connected in the signal path.