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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anpassen einer Durchlasscharakteristik
eines einstellbaren HF-Bandpassfilters,
ein HF-Bandpassfilter zur Durchführung
des Verfahrens sowie ein Kommunikationsendgerät, das mit einem solchen Bandpassfilter
ausgestattet ist.
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Bandpassfilter
finden bei Kommunikationsendgeräten
in sog. HF-„Frontends" ihren Einsatz, wobei
sie einem Empfangspfad oder einem Sendepfad zugeordnet sein können. Derzeit
befinden sich Kommunikationsendgeräte in Entwicklung, die im Rahmen
des „Software-Defined-Radio"-Ansatzes Anwendung
finden sollen. Dieser Ansatz zeichnet sich dadurch aus, dass eine
Multistandard-Funktionalität für die Kommunikationsendgeräte gegeben
ist.
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Dies
bedeutet, dass sowohl der Sende- als auch der Empfangspfad der Kommunikationsendgeräte für verschiedene
Mobilfunkstandards ausgelegt sein kann. Bereits im Markt sind sog. „Triband"-GSM-Mobiltelefone,
die für
die drei betroffenen Mobilfunk-Standards in ihrem Empfangspfad drei
frequenzfeste HF-Bandpassfilter aufweisen, deren jedes einem der
Mobilfunk-Standards zugeordnet ist. Die benutzte Filtertechnologie
sieht die Anwendung von Oberflächenwellen-Filtern vor, die
auch als „SAW-Filter" bezeichnet werden.
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Auch
in einem Sendepfad des Kommunikationsendgerätes sind Filter vorgesehen,
wobei es sich in solchen Anwendungsfällen um Bandpassfilter handelt,
bei denen besonders strenge Anforderungen an eine Außerbanddämpfung vorliegen,
wie es beispielsweise bei den Standards UMTS-FDD und CDMA2000 der
Fall ist.
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Die
Anwendungsbreite für „Software-Defined-Radio" geht über die
Unterstützung
mehrerer GSM-Standards hinaus. Zusätzlich zu den angesprochenen
zellulären
Mobilfunk-Standards sollen auch solche wie Bluetooth, GPS, FM-Radio
usw. verarbeitet werden können.
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Durch
die große
Anzahl der durch ein für „Software-Defined-Radio" geeignetes Kommunikationsendgerät zu verarbeitenden
Mobilfunk-Standards und Mobilfunkfrequenzbänder erhöhen sich bei der Verwendung
gesonderter frequenzfester Bandpassfilter die erforderlichen Kosten
und der Platzbedarf erheblich.
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Im
Stand der Technik bekannt sind außerdem abstimmbare HF-Bandpassfilter (Kouki
Saitou, Keisuke Kageyama, „Tunable
Duplexer Having Multilayer Structure Using LTCC", 2003 IEEE MTT-S Digest, Session TH1C-5),
die sich mit Hilfe einer angelegten Steuerspannung im Hinblick auf
ihre Durchlasscharakteristik ändern
lassen. Solchen abstimmbaren HF-Bandpassfiltern ist es eigentümlich, dass
sie einen Frequenzgang zeigen, der sich durch ausgeprägte Maxima
und Minima für
eine Durchlassdämpfung
auszeichnet. Dieser Frequenzgang wird auch als „Ripple" bezeichnet.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Anpassung einer Durchlasscharakteristik eines HF-Bandpassfilters
anzugeben, das dessen Einsatz im Bereich von Multistandard-Kommunikationsendgeräten effizienter
gestaltet, sowie ein HF-Bandpassfilter sowie ein Kommunikationsendgerät, die zur
Durchführung
des Verfahrens ausgebildet sind, anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren gelöst durch ein Verfahren zum
Anpassen einer Durchlasscharakteristik eines einstellbaren HF-Bandpassfilters,
bei dem eine aktuell erfasste Durchlasscharakteristik aufgrund einer
vorbestimmten Außerbanddämpfung und
einer erfassten Frequenzlage eines von dem HF-Bandpassfilter durchzulassenden
Signals angepasst wird.
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Während im
Stand der Technik zum Festlegen einer Durchlasscharakteristik eines
HF-Bandpassfilters bisher ausschließlich auf die vorbestimmte
Außerbanddämpfung abgestellt
wird, wird nach der Erfindung der Weg gegangen, einen vorhandenen
Spielraum hinsichtlich des Verlaufs der Durchlasscharakteristik
auszunutzen, um eine Anpassung an eine erfasste Frequenzlage eines
von dem HF-Bandpassfilter durchzulassenden Signals zu ermöglichen.
Auf diese Weise kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass
eine Frequenz eines durchzulassenden Signals in dem Fall, wenn die Durchlasscharakteristik
des einstellbaren HF-Bandpassfilters für einen Empfangs- oder Sendepfad
eines Mobilfunk-Standards allein anhand der erforderlichen Außerbanddämpfung eingestellt
ist, eine erhebliche Dämpfung
erfahren kann, wenn die Durchlasscharakteristik gerade bei dieser
Frequenz ein lokales Dämpfungsmaximum
aufweist. Dies bedeutet für
einen Empfangspfad ein schlechteres Signal-zu-Rausch-Verhältnis, während in
einem Sendpfad der -zugehörige
Leistungsverstärker
einen erhöhten
Leistungsbedarf zeigt.
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Diese
Nachteile können
dadurch ausgeräumt
werden, dass der vorhandene Spielraum für einen jeweiligen Anwendungsfall,
wie Sendepfad, Empfangspfad, Vollduplex-System, Halbduplex-System, so ausgenutzt
wird, dass eine Durchgangsdämpfung
für die
Frequenz des durchzulassenden Signals vermindert wird.
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Bevorzugt
wird die Durchlasscharakteristik des HF-Bandpassfilters so angepasst, dass sich
für die
Frequenz des durchzulassenden Signals innerhalb der Durchlasscharakteristik
ein Minimum für
die Durchgangsdämpfung
ergibt. Dabei ist als Randbedingung jeweils eine für einen
bestimmten Mobilfunkstandard spezifische Außerbanddämpfung zu berücksichtigen.
Diese Außerbanddämpfung genießt daher
im Regelfall eine höhere Priorität bei der Durchführung des
Verfahrens als die Durchgangsdämpfung
des durchzulassenden Signals. Eine andere Verfahrensweise würde dazu
führen,
dass Spezifikationen der jeweils einschlägigen Mobilfunkstandards ggf.
nicht eingehalten würden.
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Zur
Anpassung der Durchlasscharakteristik kann bei einer ersten Ausführungsform
eine Mittenfrequenzlage angepasst werden, so dass die Durchgangscharakteristik
auf einer Frequenzachse verschoben wird, soweit es die Anforderungen
an die Außerbanddämpfung gestatten.
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Alternativ
kann die Durchgangscharakteristik hinsichtlich Frequenzlagen von
Polstellen des HF-Bandpassfilters angepasst werden. Bei dieser Ausführungsform
des Verfahrens wird auf den Verlauf der Durchgangscharakteristik
auf einer Frequenzachse Einfluss genommen, wobei beispielsweise eine
Ausprägung
eines Dämpfungsmaximums
innerhalb der Durchgangscharakteristik durch Anpassung der Polstellen
des HF-Bandpassfilters vermindert wird.
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Bevorzugt
wird die Durchlasscharakteristik angepasst, wenn eine Änderung
in der Frequenz des durchzulassenden Signals erfasst wird. Dies
bedeutet, dass eine für
die Durchführung
des Verfahrens erforderliche Erfassungseinrichtung für eine Frequenz
des durchzulassenden Signals beim Feststellen einer Änderung
der Frequenz eine Anpassung der Durchlasscharakteristik auslöst. Es sind
jedoch auch andere äußere Anlässe dafür denkbar,
eine Neuanpassung der Durchlasscharakteristik vorzunehmen. Dies
hängt in
erster Linie vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Wenn das Verfahren
beispielsweise bei einem mobilen Kommunikationsendgerät durchgeführt wird,
kann ein Anpassen der Durchlasscharakteristik während einer bestehenden Kommunikationsverbindung
in regelmäßigen Abständen stattfinden.
Es ist auch möglich,
dass vor jeweiligen Empfangs- oder Sendeschlitzen einer Kommunikationsverbindung eine
Anpassung erfolgt. Auch ein Einschaltvorgang für das mobile Kommunikationsendgerät kann eine
solche Anpassung auslösen.
Diesen Ausführungsformen
ist gemeinsam, dass eine Anpassung der Durchlasscharakteristik des
HF-Bandpassfilters adaptiv erfolgt, d. h. ein externes Ereignis festgestellt
und zum Auslösen
der Anpassung benutzt wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann die Steuereinrichtung auf eine Verweistabelle zugreifen, die
eine Zuordnung zwischen Frequenzen durchzulassender Signale und
Durchlasscharakteristika des HF-Bandpassfilters enthält. Dabei
wird vorab, ggf. spezifisch für
jeden von einem mobilen Kommunikationsendgerät unterstützten Standard, für eine Frequenz
eines durchzulassenden Signals festgelegt, welchen Verlauf die Durchlasscharakteristik
einnehmen sollte. In dieser Verweistabelle werden selbstverständlich jeweilige
Randbedingungen hinsichtlich Außerbanddämpfungen
berücksichtigt.
Die Feinheit des Frequenzrasters für die Verweistabelle richtet sich
nach den jeweiligen Anforderungen bezüglich zur Verfügung stehendem
Speicherplatz und gewünschtem
Optimierungsgrad für
eine Dämpfungsverminderung.
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Die
oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich des HF-Bandpassfilters und des Kommunikationsendgerätes gelöst durch
ein HF-Bandpassfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bzw. ein
Kommunikationsendgerät
mit den Merkmalen des Anspruchs 13 oder 14.
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Dabei
ist das HF-Bandpassfilter zur Durchführung des oben dargelegten
Verfahrens ausgebildet und weist die dafür erforderlichen elektronischen Bauelemente
und Schaltungsgruppen auf.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines HF-Schaltungsteils eines Kommunikationsendgerätes mit mehreren
einstellbaren HF-Bandpassfiltern und
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2 einen
Frequenzverlauf einer Durchgangsdämpfung eines elliptischen HF-Bandpassfilters
sechster Ordnung.
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Die
in 1 dargestellte HF-Frontend-Achitektur für einen
Multiband- und Multistandard-Betrieb eines Kommunikationsendgerätes weist
eine gemeinsame Antenne bzw. Antennenanordnung A auf, die zur Unterstützung einer
gewünschten
Anzahl von Mobilfunk-Standards, wie die TDD-Standards GSM oder EDGE oder die FDD-Standards
UMTS-FDD oder CDMA2000, ausgebildet ist. Der Antennenanordnung A
nachgeschaltet ist eine Filteranordnung aus einem Tiefpassfilter
T und einem Hochpassfilter H zum jeweiligen Einkoppeln einkommender
Antennensignale in einen Tiefband-Pfad bzw. einen Hochband-Pfad.
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Für den Tiefband-Pfad
ist ein Tiefband-Duplexer vorgesehen, der aus zwei einstellbaren HF-Bandpassfiltern
TD1, TD2 aufgebaut ist, während für den Hochband-Pfad
ein Hochband-Duplexer
aus zwei HF-Bandpassfiltern HD1, HD2 vorgesehen ist.
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Dabei
ist der Tiefband-Pfad einem ersten Mobilfunk-Standard zugeordnet,
für den
ein zugehöriger
Sendepfad T-T und ein zugehöriger
Empfangspfad T-R vorgesehen ist. Zu dem Hochband-Pfad gehören ein Hochband-Sendepfad
H-T und ein Hochband-Empfangspfad
H-R. Die jeweiligen Sendepfade T-T, H-T enthalten in üblicher
Weise einen Leistungsverstärker
T-PA, H-PA, während
die jeweiligen Empfangspfade einen rausch-armen Verstärker T-LNA, H-LNA
aufweisen.
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Selbstverständlich ist
es bei von dem Ausführungsbeispiel
abweichenden Ausführungsformen der
Erfindung möglich,
dass nur eines oder ein Teil der HF-Bandpassfilter TD1, TD2, HD1, HD2
einstellbar ausgebildet und in seiner Durchlasscharakteristik änderbar
ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
jedoch sämtliche
HF-Bandpassfilter TD1, TD2, HD1, HD2 als einstellbare HF-Bandpassfilter
ausgeführt,
d. h. ihre jeweilige Durchlasscharakteristik lässt sich mit Hilfe einer jeweiligen
Steuerspannung modifizieren.
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Solche
Steuerspannungen werden von einer Steuereinrichtung ST bereitgestellt,
die gemeinsam sämtliche
HF-Bandpassfilter TD1, TD2, HD1, HD2 hinsichtlich ihrer Durchlasscharakteristik
steuert. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe von Eingangssignalen F1, F2,
F3, F4 für
die Steuereinrichtung ST, die jeweils eine Trägerfrequenz für die vier
vorgesehenen Signalpfade angeben. Diese Signale F1, F2, F3, F4 werden
von der Steuereinrichtung ST derart weiterverarbeitet, dass standardspezifische
Randbedingungen für
eine einzuhaltende Außerbanddämpfung erfüllt werden.
Diese Randbedingungen beziehen sich auf die beiden Sendepfad-Bandpassfilter
TD2, HD2 und die beiden Empfangspfad-Bandpassfilter TD1, HD2.
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Die
Steuereinrichtung ST wirkt auf die den jeweiligen HF-Bandpassfiltern TD1,
TD2, HD1, HD2 zugehörigen
Filteranordnungen ein, so dass sich für das jeweils durchzulassende
Signal eine verminderte Durchgangsdämpfung ergibt, und zwar unter
Beachtung der Erfordernisse an die Außerbanddämpfung. Dazu greift die Steuereinrichtung
ST auf eine Verweistabelle VT zu, in der für jedes der HF-Bandpassfilter TD1,
TD2, HD1, HD2 eine Anzahl Durchlasscharakteristika niedergelegt
sind, die für
jeweils durchzulassende Signale einer bestimmten Frequenz optimiert sind.
Nach Zugriff auf die Verweistabelle stellt die Steuereinrichtung
ST mit Hilfe von Steuersignalen an die HF-Bandpassfilter TD1, TD2, HD1, HD2 die
jeweils aufgefundenen Durchlasscharakteristika ein. Dies kann beispielsweise
adaptiv erfolgen, d. h. die Steuereinrichtung ST ist dazu ausgebildet,
etwaige Änderungen
in den vier Eingangssignalen zu erfassen und daraufhin eine Anpassung
der Durchlasscharakteristik des betroffenen HF-Bandpassfilters vorzunehmen.
Eine solche Anpassung kann auch vor jedem Empfangs- oder Sendeschlitz
während
einer bestehenden Kommunikationsverbindung erfolgen. Auch eine Anpassung
einmalig direkt nach einem Einschalten des Kommunikationsendgerätes ist möglich.
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2 zeigt
einen Verlauf einer Durchgangsdämpfung
als Funktion der Frequenz für
ein elliptisches HF-Bandpassfilter sechster Ordnung in einem Frequenzbereich
von etwa 850 bis 950 MHz. Eine erste senkrechte Linie bei 900 MHz
bezeichnet eine Mittenfrequenz einer Durchlasscharakteristik beispielsweise
des HF-Bandpassfilters TD1 in einem Ausgangszustand, bei dem noch
keine Anpassung auf eine Frequenz eines durchzulassenden Signals stattgefunden
hat. Beträgt
die Frequenz des durchzulassenden Signals 905 MHz, erfährt dieses
Signal eine erhöhte
Durchgangsdämpfung,
da der Dämpfungsverlauf
an dieser Stelle ein lokales Maximum aufweist. Mit Hilfe der Steuereinrichtung
ST unter Zugriff auf die Verweistabelle VT kann die Durchlasscharakteristik
des HF-Bandpassfilters TD1 um ein Frequenzintervall Δf verschoben
werden, so dass die Frequenz des durchzulassenden Signals mit einem dem
Maximum benachbarten Minimum für
die Dämpfung
des HF-Bandpassfilters TD1 zusammenfällt. Statt einer Verschiebung
der Durchlasscharakteristik auf der Frequenzachse können auch
Frequenzlagen von Polstellen des HF-Bandpassfilters TD1 mit Hilfe der
Steuereinrichtung ST so modifiziert werden, dass sich eine verminderte
Durchgangsdämpfung
für die Frequenz
des durchzulassenden Signals ergibt.
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Es
ist hervorzuheben, dass die Steuereinrichtung ST nicht notwendiger
Weise auf die Verweistabelle VT zugreifen muss. Vielmehr ist es
auch möglich,
dass die Steuereinrichtung ST selbst Steuergrößen für eine Änderung der Durchlasscharakteristik
des HF-Bandpassfilters TD1 berechnet, wobei in diese Berechnung
die einzuhaltenden Randbedingungen an eine Außerbanddämpfung eingehen.
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Nachfolgend
wird angenommen, dass der Tiefbandpfad mit dem HF-Bandpassfilter
TD1 für
den zugehörigen
Empfangspfad und dem HF-Bandpassfilter TD2 für den zugehörigen Sendepfad zur Unterstützung eines
TDD-Standards wie GSM oder EDGE eingesetzt wird, bei denen ein Halbduplex-Betrieb vorliegt.
Für das
dem Sendepfad zuzuordnende HF-Bandpassfilter TD2 gelten vergleichsweise
geringe Filterungsanforderungen, so dass Modifikationen der Durchlasscharakteristik
dieses HF-Bandpassfilters
TD2 mit Hilfe der Steuereinrichtung ST in hohem Maße möglich sind.
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Für das dem
Empfangspfad zuzurechnende HF-Bandpassfilter TD1 ist für den Halbduplex-Betrieb
zu beachten, dass strenge Blockeranforderungen an die Außerbanddämpfung einzuhalten
sind, denn Störsignale
außerhalb
eines Empfangsbandes, das durch das HF-Bandpassfilter TD1 festgelegt wird,
sind wirksam zu unterdrücken.
Jedoch auch bei diesem HF-Bandpassfilter TD1 liegt ein gewisser Spielraum
hinsichtlich einer Änderung
und Anpassung seiner Durchlasscharakteristik vor, da bei abstimmbaren
HF-Bandpassfiltern der von der Durchlasscharakteristik festgelegte
Durchlassbereich nicht vollkommen mit den Empfangsband-Grenzen übereinstimmt,
so dass auch das HF-Bandpassfilter TD1 mit Hilfe der Steuereinrichtung
ST für
eine Frequenz eines durchzulassenden Signals optimiert werden kann,
allerdings im Regelfall in engeren Grenzen als das Sendepfad-HF-Bandpassfilter
TD2.
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Der
Hochbandpfad des Kommunikationsendgerätes kann für einen Vollduplex-Betrieb
vorgesehen sein, wie er beispielsweise bei den FDD-Standards UMTS-FDD
oder CDMA2000, vorliegt. In diesem Anwendungsfall ist die wichtigste
Anforderung an eine Außerbanddämpfung,
dass eine Bandsperre auf das zugehörige Empfangsfrequenzband abgestimmt
wird, so dass der Empfangspfad keine Störsignale seines eigenen Sendepfades empfangen kann.
Im Anschluss daran kann mit Hilfe der Steuereinrichtung ST die Durchlasscharakteristik
des HF-Bandpassfilters
HD1, das dem Hochband-Sendepfad zugeordnet ist, auf die Sendefrequenz
vorgenommen werden, die der Steuereinrichtung ST mit Hilfe von einem
der Eingangssignale F1, F2, F3, F4 bekannt gemacht wird. Allerdings
sind bei einem Vollduplex-Betrieb für das als ein Sendefilter benutzte HF-Bandpassfilter
HD1 hohe Filterungsanforderungen einzuhalten, so dass eine Anpassung
so vorzunehmen ist, dass die Bandsperrenerfordernisse für das Empfangsband
eingehalten werden.
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Für das HF-Bandpassfilter
HD2, das dem Hochband-Empfangspfad zugeordnet ist, gilt als Randbedingung,
für die
zugehörige
Sendefrequenz desselben Mobilfunkstandards eine Bandsperre vorzusehen.
Ist dies geschehen, kann eine Anpassung der Durchlasscharakteristik
dieses HF-Bandpassfilters HD2 an die aktuelle Empfangsfrequenz vonstatten
gehen, die der Steuereinrichtung ST mit Hilfe eines der Empfangssignale
F1, F2, F3, F4 mitgeteilt wird.