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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verbindung
einer Antennenanordnung mit einer Verstärkeranordnung bei einem Kommunikationsendgerät, mit einem
Empfangspfad, der eine Empfangsfiltereinrichtung zum Selektieren von
Empfangssignalen aufweist, und einem Sendepfad, der eine Sendefiltereinrichtung
zur Dämpfung von
Sendesignalen gegenüber
dem Empfangspfad aufweist, die jeweils mit der Antennenanordnung über eine
gemeinsame Leitung verbunden sind, sowie auf eine mit einer solchen
Schaltungsanordnung ausgestattetes Kommunikationsendgerät.
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Eine
solche Schaltungsanordnung wird allgemein auch mit dem Begriff „Frontend" bezeichnet und beschreibt
eine Hardware, die zwischen der Antennenanordnung, die auch mehrere
Antennen umfassen kann, und der Verstärkeranordnung mit ggf. mehreren
Verstärkern
angeordnet ist. Diese Hardware umfasst frequenzfeste Filter, Duplexer
und Schalter.
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Allgemein
wird bei Kommunikationssystemen zwischen Vollduplex- und Nicht-Vollduplex-Systemen
unterschieden. Beispiele für
Vollduplex-Systeme, die sich durch ein gleichzeitiges Senden und Empfangen
von Signalen auszeichnen, sind IS95, CDMA2000 und UMTS UTRA FDD.
Bei Nicht-Vollduplex-Systemen ist ein gleichzeitiges Senden und Empfangen
nicht vorgesehen. Beispiele hierfür sind UMTS UTRR TDD, GSM und
DECT.
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Für Multi-Mode
geeignete Kommunikationsendgeräte
sollen verschiedene Frequenzbänder
benutzen können,
wobei sowohl Vollduplex-Systeme als auch Nicht-Vollduplex-Systeme
zur Anwendung kommen können.
Bei beiden Arten von Kommunikationssystemen ist der Tatsache Rechnung
zu tragen, dass sowohl der Sende- als auch der Empfangspfad von
derselben Antennenanordnung Gebrauch macht, so dass eine Entkopplung
von Sende- und Empfangspfad zu bewerkstelligen ist. Dies geschieht in
erster Linie mit Hilfe der Sende-Filter-Einrichtung, die vermeidet,
dass auszusendende Signale oder Rauschen Störungen verursachen, die den
Empfangspfad betreffen.
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Hinsichtlich
der Entkopplung von Sende- und Empfangspfad liegen bei Vollduplex-
und Nicht-Vollduplex-Systemen unterschiedliche Anforderungen vor.
Um nicht erwünschte
Frequenzanteile eines Sendesignals, die außerhalb des eigentlichen Sendebandes
liegen, zu unterdrücken
und nicht über
die Antenne abzustrahlen, benötigen
Nicht-Vollduplex-Systeme einen Tiefpass, wohingegen Vollduplex-Systeme
einen Bandpass vorsehen. Der Tiefpass für den Sendezweig bei einem
Nicht-Vollduplex-System dient der Unterdrückung harmonischer Oberwellen
eines Sendesignals. In diesem Zusammenhang weist der Empfangspfad
des Nicht-Vollduplex-Systems ein Bandpassfilter für eine Blockerunterdrückung auf.
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Bei
dem Vollduplex-System sind an die Sendefiltereinrichtung vergleichsweise
höhere
Anforderungen zu stellen, und zwar bezüglich der außer Banddämpfungen,
als bei einem Nicht-Vollduplex-System, insbesondere dessen Tiefpassfilter.
Der Grund dafür
besteht darin, dass bei einem gleichzeitigen Senden und Empfangen
auch Interferenzen zu unterdrücken
sind. Solche Interferenzen können
sich zwischen Sendesignalen und gleichzeitig empfangenen Empfangssignalen
ergeben.
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Um
einen Multi-Mode-Betrieb bei Kommunikationsendgeräten zu ermöglichen,
wurde bisher so vorgegangen, dass für jedes Frequenzband ein Pfad mit
zugehörigem
Sendefilter und Verstärker
zur Verfügung
gestellt wurde. Nicht-Vollduplex-Pfade und Vollduplex-Pfade wurden
außerdem
getrennt. Dies bedeutet einen enormen Aufwand an Hardware um Multi-Mode-Schaltungsanordnungen
der eingangs genannten Art zu realisieren.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte
Schaltungsanordnung zur Verbindung einer Antennenanordnung mit einer
Verstärkeranordnung
bei einem Kommunikationsendgerät
bereitzustellen und ein Kommunikationsendgerät dafür anzugeben.
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Die
Aufgabe wird hinsichtlich der Schaltungsanordnung gelöst durch
eine Schaltungsanordnung zur Verbindung einer Antennenanordnung
mit einer Verstärkeranordnung
bei einem Kommunikationsendgerät,
mit einem Empfangspfad, der eine Empfangsfiltereinrichtung zum Selektieren
von Empfangssignalen aufweist, und einem Sendepfad, der eine Sendefiltereinrichtung
zur Dämpfung
von Sendesignalen gegenüber
dem Empfangspfad aufweist, die jeweils mit der Antennenanordnung über eine
gemeinsame Leitung verbunden sind, wobei der Sendepfad zum Führen von
Sendesignalen von mindestens zwei Mobilfunkstandards ausgebildet
ist und ein Abschnitt des Sendepfades zwei sich wieder vereinigende
Zweige aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Dämpfung der Sendesignale gegenüber dem
Empfangspfad unterscheiden, und der Abschnitt des Sendepfades derart
mit Schaltern ausgestattet ist, dass für die Sendesignale zwischen
den beiden Zweigen umgeschaltet werden kann.
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Die
Erfindung geht somit davon aus, dass der Sendepfad der Schaltungsanordnung
für mehrere
Mobilfunkstandards benutzbar ist. Dabei kann, abhängig von
dem gerade benutzten Mobilfunkstandard zwischen zwei Zweigen des
Sendepfades umgeschaltet werden, um jeweils die erforderliche Dämpfung gegenüber dem
Empfangspfad bereit zu stellen.
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Dieser
Vorgehensweise liegt zugrunde, dass die Dämpfungsanforderungen verschiedener
Mobilfunkstandards sich voneinander unterscheiden, so dass bei einem
Mobilfunkstandard mit geringerer Dämpfungsanforderung der eine
und bei einem Mobilfunkstandard mit höherer Dämpfungsanforderung der andere
Zweig des Sendepfades benutzt werden kann. Zu diesem Zweck lässt sich
zwischen den zwei Zweigen umschalten.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
der eine Zweig mit höherer
Dämpfung
für einen Vollduplex-Betrieb
und der andere Zweig mit niedriger Dämpfung für einen Nicht-Vollduplex-Betrieb ausgelegt.
Dem liegt zugrunde, dass die Dämpfungsanforderungen
für den
Sendepfad bei einem Nicht-Vollduplex-System niedriger sind als bei
einem Vollduplex-System. Daher liegen geringere Unterdrückungsanforderungen
für beispielsweise
ein Tiefpassfilter des Zweiges niedrigerer Dämpfung vor, so dass dieses
mit deutlich geringerer Passbanddämpfung realisierbar ist. Insofern
ergeben sich für
den Sendepfad in der Schaltungsanordnung günstige Werte für die Passbanddämpfung.
Gerade Verluste, die auf dem Weg von der Verstärkeranordnung zu der Antennenanordnung
entstehen, sind als besonders nachteilig anzusehen, da sie zu einem
viel höheren
Leistungsverbrauch der Verstärkeranordnung führen, was
eine deutlich geringere Akkuzeit nach sich zieht. Auch kann es zu
Wärmeableitungsproblemen
kommen.
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Bevorzugt
weist der Abschnitt des Sendepfades ein sämtlichen Sendesignalen gemeinsames Tiefpassfilter
auf. Dies hat den Vorteil, dass Sendesignale eines Mobilfunkstandards
mit geringeren Dämpfungsanforderungen
ausschließlich
durch das Tiefpassfilter geführt
werden können,
während
Sendesignale eines Mobilfunkstandards mit höheren Dämpfungsanforderungen durch
weitere Filterelemente laufen, die in Kombination mit dem gemeinsamen
Tiefpassfilter die Dämpfungsanforderungen
erfüllen.
Die beiden Zweige des Sendepfadabschnitts sind an diese Anforderungen
anzupassen.
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Der
Zweig höherer
Dämpfung
kann ein Bandsperrenfilter aufweisen, das mit dem gemeinsamen Tiefpassfilter
kombiniert ist, d. h. Sendesignale durchlaufen zunächst das
gemeinsame Tiefpassfilter und danach das Bandsperrenfilter. Der
Einsatz eines Bandsperrenfilters hat insbesondere den Vorteil, dass Rauschsignale
von der Verstärkeranordnung auf
einen geeigneten Wert gedämpft
werden. Das Bandsperrenfilter ist bevorzugt abstimmbar. Auf diese
Weise lässt
sich eine Anpassung der Filtereigenschaften desjenigen Zweiges des
Sendepfads, der eine höhere
Dämpfung
aufweist, an verschiedene Mobilfunk-Standards bewerkstelligen.
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Alternativ
zu dem Bandsperrenfilter kann der Zweig höherer Dämpfung auch ein Bandpassfilter aufweisen,
das bevorzugt abstimmbar ist.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann der Abschnitt des Sendepfades ein sämtlichen Sendesignalen gemeinsames
erstes Bandpassfilter und der Zweig höherer Dämpfung ein zweites Bandpassfilter
aufweisen. In diesem Fall kann für
das gemeinsame erste Bandpassfilter ein solches Bandpassfilter verwendet
werden, das eine niedrigere Dämpfung aufweist
als diejenige, die beispielsweise bei einem Vollduplex-Betrieb zur
Isolation gegenüber
dem Empfangspfad erforderlich ist. Das zweite Bandpassfilter in
dem Zweig höherer
Dämpfung
sorgt dann für die
Erfüllung
der Dämpfungsanforderungen
für beispielsweise
ein Vollduplex-System. Beide Bandpassfilter können bevorzugt zur Anpassung
an verschiedene Mobilfunk-Standards
abstimmbar sein.
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Bei
einer weiteren alternativen Ausführungsform
kann der Abschnitt des Sendepfades ein sämtlichen Sendesignalen gemeinsames
Tiefpassfilter und der Zweig höherer
Dämpfung
ein Hochpassfilter aufweisen. Beide Filter können bevorzugt abstimmbar sein
und entsprechen in ihrer Funktion den beiden in Reihe geschalteten
Bandpassfiltern der vorstehend erläuterten Ausführungsform.
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Die
zur Umschaltung zwischen den beiden Zweigen des Sendepfades vorgesehenen
Schalter können
außerhalb
der gemeinsamen Leitung liegen, die zwischen der Antennenanordnung
und den Verbindungspunkt zwischen Sende- und Empfangspfad vorliegt.
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In
diesem Fall durchlaufen sämtliche
Sendesignale unabhängig
von dem jeweils benutzten Zweig des Sendepfades wenigstens zwei
Schalter und erfahren die jeweils zugehörige Einfügedämpfung der Schalter. Bei einer
solchen Schaltungsanordnung liegt eine Optimierung für den Empfangspfad
vor, da Empfangssignale keinen Schalter zu passieren haben.
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Alternativ
kann auch einer der Schalter in der gemeinsamen Leitung liegen.
Dies eröffnet
die Möglichkeit,
beispielsweise den Pfad niedrigerer Dämpfung von einem vorgesehenen
Duplexer schaltungstechnisch zu trennen, so dass auf Grund dieser
Anordnung bereits eine erhebliche Isolation zwischen dem Zweig niedrigerer
Dämpfung
des Sendepfades und dem Empfangspfad vorliegt. Dies hat den Vorteil, dass
etwaige Empfangsfilter hinsichtlich ihrer Dämpfung gegenüber Sendesignalen
des Sendepfades geringeren Dämpfungsanforderungen
unterliegen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Kommunikationsendgerät, bei dem
es sich um ein mobiles Kommunikationsendgerät oder auch eine Basisstation
handeln kann, hinsichtlich der benutzbaren Mobilfunk-Standards flexibel
ist. Es wird ein adaptives Frontend bereitgestellt, welches innerhalb
praktischer Grenzen, die durch die Frequenzeigenschaften der Filter
bestimmt sind, eine Vielzahl von Frequenzbändern und Standards unterstützen kann.
Ein solches Frontend ist besonders günstig im Hinblick auf eine
Realisierung von Projekten wie „World Phone" und „Software
Defined Radio".
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es
zeigen:
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1 und 2 Schaltungsanordnungen für einen
Multi-Mode-Betrieb
eines Kommunikationsendgerätes
mit verzweigtem Sendepfad, wobei jeweils ein erster Schalter im
Sendepfad und ein zweiter Schalter in einem gemein samen Sende-/Empfangspfad
angeordnet sind,
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3, 4, 5, 6 jeweils Schaltungsanordnungen
für einen
Multi-Mode-Betrieb eines Kommunikationsendgerätes, bei denen ein Sendepfad
verzweigt ist und im Sendepfad ein erster und ein zweiter Schalter
vorgesehen sind.
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Sämtlichen
dargestellten Schaltungsanordnungen gemäß den 1 bis 6 ist
gemeinsam, dass ein Bandpassfilter BP1 eines Empfangspfades RX mit
einem Filter, das einem Sendepfad TX zugehörig ist, zu einem Duplexer
kombiniert ist. Dabei ist das Bandpassfilter BP1 des Empfangspfades
RX abstimmbar ausgebildet, um einen Empfang von Signalen verschiedener
Mobilfunk-Standards und aufgrund dessen verschiedener Frequenz zu
ermöglichen.
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Der
Sendepfad TX sämtlicher
Ausführungsbeispiele
für Schaltungsanordnungen
liegt zwischen einer Verstärkeranordnung
(nicht dargestellt) und einer Antennenanordnung (nicht dargestellt),
die sowohl zum Empfang als auch zum Senden von Signalen verwendet
wird.
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Bei
der Schaltungsanordnung nach 1 ist das
Bandpassfilter BP1 des Empfangspfades RX mit einem Bandsperrenfilter
BS1 des Sendepfades TX zu einem Duplexer kombiniert. Von dem Duplexer aus
führt eine
gemeinsame Leitung zu der Antennenanordnung. In dieser gemeinsamen
Leitung ist ein erster Schalter S1 vorgesehen. Ein zweiter Schalter S2
befindet sich im Sendepfad TX. In einer ersten Stellung der Schalter
S1, S2 durchlaufen Sendesignale das Bandsperrenfilter BS1, während in
einer zweiten Stellung der Schalter S1, S2 Sendesignale unmittelbar
von dem zweiten Schalter S2 aus zu dem ersten Schalter S1 gelangen
und auf diesem Weg keine Filterdämpfung
erfahren. Von dem Schalter S2 aus in Richtung entgegen einer Signallaufrichtung des
Sendepfades TX ist in dem Sendepfad TX ein Tiefpassfilter TP1 angeordnet,
das von sämtlichen Sendesignalen
durchlaufen wird. Die Sendesignallaufrichtung ist bei sämtlichen
Schaltungsanordnungen in den Figuren von rechts nach links.
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Es
ergibt sich nach der 1 somit
eine Verzweigung des Sendepfades zwischen den Schaltern S1 und S2,
wobei der eine Zweig TDD keine Filterdämpfung und der andere Zweig
FDD eine Filterdämpfung
aufweist, die durch das Bandsperrenfilter BS1 bestimmt wird. Der
letztgenannte Zweig FDD mit höherer
Dämpfung
kann für
einen Vollduplex-Betrieb eines FDD-Systems benutzt werden, während der Zweig
TDD mit niedriger Dämpfung
für ein
Nicht-Vollduplex-System geeignet ist, da eine erforderliche Dämpfung von
Oberwellen eines Sendesignals von dem gemeinsamen Tiefpassfilter
TP1 bereitgestellt wird. Das Bandsperrenfilter BS1 dient in erster
Linie zur Unterdrückung
von Rauschen der Verstärkereinrichtung
im Empfangsband des Empfangspfades RX.
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Die
Ausführungsform
einer Schaltungsanordnung nach 2 unterscheidet
sich von derjenigen nach 1 dadurch,
dass anstelle des Tiefpassfilters TP1 ein Tiefpassfilter TP2 vorgesehen
ist, dass in dem Zweig TDD niedrigerer Dämpfung von 2 zwischen zwei Schaltern S3, S4 angeordnet
ist. Des weiteren ist das Bandsperrenfilter BS1 aus 1 in 2 durch
ein Bandpassfilter BP2 ersetzt, das über die erforderlichen Dämpfungseigenschaften
für einen Vollduplex-Betrieb
verfügt
und durchstimmbar ist.
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Die
Schalter S3, S4 übernehmen
die Funktion der Schalter S1, S2 aus der Schaltungsanordnung nach 1.
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Den 3 bis 6 ist gemeinsam, dass eine Verzweigung
des Sendpfads TX mit Hilfe von Schaltern S5, S6, ..., S12 und S12
vorgenommen wird, die ausschließlich
im Sendepfad TX angeordnet sind.
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Bei
den 3 und 4 bilden Tiefpassfilter TP3,
TP4 jeweils einen Duplexer mit dem Bandpassfilter BP1, das dieselbe
Funktion wie in der Schaltungsanordnung nach 1 hat. Die Tiefpassfilter TP3, TP4 sind
für einen
Nicht-Vollduplex-Betrieb vorgesehen und verfügen über die erforderliche Dämpfung von
Oberwellen der Sendesignale des Kommunikationsendgeräts. In einer
ersten Stellung der Schalter S5, S6 bzw. S7, S8 werden Sendesignale durch
ein abstimmbares Filter geführt,
das in 3 als Bandpassfilter
BP3 und in 4 als Bandsperrenfilter
BS2 ausgeführt
ist. In einer jeweiligen zweiten Schalterstellung durchlaufen die
Sendesignale bei den Schaltungsanordnungen nach den 3 und 4 keine
Filter, so dass der Zweig TDD niedriger Dämpfung für den Sendepfad TX benutzt
wird.
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Die
Schaltungsanordnungen nach den 3 und 4 sind gegenüber den
Schaltungsanordnungen nach den 1 und 2 hinsichtlich der Dämpfung für Empfangssignale
günstiger,
da die Empfangssignale keinen Schalter durchlaufen und insofern
keine zugeordnete Einfügedämpfung erfahren.
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Das
Bandsperrenfilter BS2 der Schaltungsanordnung von 4 ist von seiner Funktion her dem Bandsperrenfilter
BS1 aus 1 gleichzusetzen.
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Die
Schaltungsanordnungen nach den 2 und 3, bei denen die Pfade höherer Dämpfung die Bandpassfilter
BP2, BP3 aufweisen, haben den Vorteil, dass ein Empfang von Signalen über den
Empfangspfad RX möglich
ist, auch wenn deren Frequenz unterhalb der Sendefrequenz eines
gerade genutzten Mobilfunk-Standards
liegt. Mobilfunk-Standards die im unteren Frequenzbereich empfangen
werden können,
sind beispielsweise DAB, DVB, FM. Beispiele für Kombinationen von niedrigfrequentem
Empfangsband und hochfrequentem Sendband sind UMTS TX/GSM 900 RX,
GSM 1800 TX/GPS RX, GSM 1900 TX/GPS RX, DECT TX/GPS RX, DECT TX/Bluetooth
oder DECT TX/WLAN. Diese Vor teile gelten auch für die Schaltungsanordnungen
nach den 5 und 6, die nachfolgend erläutert werden.
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In 5 bildet das Bandpassfilter
BP1 des Empfangspfades RX ein Duplexer mit einem Bandpassfilter
BP4 des Sendepfades, das von sämtlichen Signalen
durchlaufen wird. Schalter S9, S10 bewirken eine Verzweigung des
Sendepfades TX. Ein Zweig höherer
Dämpfung
FDD weist ein abstimmbares Bandpassfilter BP5 auf, das in Kombination
mit dem Bandpassfilter BP4 des Duplexers die erforderlichen Dämpfungseigenschaften
für einen
Vollduplex-Betrieb bereitstellt. Der Zweig FDD höherer Dämpfung wird bei einer ersten
Stellung der Schalter S9, S10 für
Sendesignale benutzt. In einer zweiten Schalterstellung durchlaufen
die Sendesignale auf dem Weg zwischen den Schaltern S9, S10 kein
Filter, so dass der sich ergebende Zweig eine vergleichsweise niedrigere
Dämpfung
hat, die für
Nicht-Vollduplex-Betrieb
geeignet ist. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass das Bandpassfilter BP5 zwischen den Schaltern S9 und S10 auf
dem Zweig FDD höherer Dämpfung,
kombiniert mit dem Bandpassfilter BP4 des Duplexers die für Vollduplex-Betrieb
benötigte Dämpfung bereitstellt.
Daher kann das Bandpassfilter BP4 des Duplexers von seinen Dämpfungswerten her
niedriger gewählt
werden, als ein Bandpassfilter, das allein eine für Vollduplex-Betrieb
geeignete Dämpfung
bewirkt. Daher ergeben sich Einfügedämpfungsverminderungen
im Nicht-Vollduplex-Betrieb.
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Bei
der Schaltungsanordnung nach 6 wird
ein Duplexer durch das Bandpassfilter BP1 des Empfangspfades und
ein Tiefpassfilter TP5 gebildet, das von sämtlichen Signalen des Sendepfads
TX durchlaufen wird. Die Schalter 511, S12 entsprechen den Schaltern
S9, S10 von 5. Das Bandpassfilter des
Zweiges höherer
Dämpfung
von 5 ist in 6 durch ein Hochpassfilter
HP1 ersetzt. Das Hochpassfilter HP1 gewährleistet zusammen mit dem
Tiefpassfilter TP5 des Duplexers die für Vollduplex-Betrieb benötigte Dämpfung,
während
das Tiefpassfilter TP5 für
sich allein die erforderliche Dämpfung von
Oberwellen bei Nicht-Vollduplex-Betrieb schafft. Die Umschaltung
zwischen den Schaltern S11, S12 erfolgt in derselben Weise wie bei
den zuvor erläuterten
Schaltungsanordnungen.
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Für die Schalter
S1 – S12
können
auf vorteilhafte Weise MEMS-Schalter
eingesetzt werden, deren sehr geringe Einfügedämpfungen im Bereich von 0,1
bis 0,2 dB für
die Erfindung besonders geeignet sind. Man erhält für einen Nicht-Vollduplex-Sendemodus gegenüber bekannten
Schaltungsanordnungen einen erheblichen Gewinn an Leistungsvermögen bezüglich der
Einfügedämpfungen.
Zwar wird in Folge der eingesetzten Schalter S1 – S12 ein Verlust von Leistungsvermögen für einen
Vollduplex-Modus in
Kauf genommen, der sich jedoch durch den Einsatz der erwähnten Art
von Schaltern sehr gering halten lässt. Insofern gestattet es
die Erfindung, ein Frontend für
Multi-Mode-Betrieb
eines Kommunikationsendgerätes
bereitzustellen. Dabei soll eine Entscheidung, welcher Zweig des
Sendepfades TX jeweils zu schalten ist, nicht nur davon abhängen, ob ein
Nicht-Vollduplex-Sendepfad oder ein Vollduplex-Sendpfad aktiviert
werden soll. Vielmehr soll generell ein Multi-Link-Modus unterstützt werden,
bei dem ein gleichzeitiges Empfangen und Senden von verschiedenen
Mobilfunksystemen bzw. -standards vorausgesetzt wird.