Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Datenüber
tragungsgeräte und im besonderen ein Verfahren und Gerät zum
Empfang von Datenübertragungssignalen.
Hintergrund der Erfindung
Mit dem anwachsenden Gebrauch von drahtlosen Datenübertra
gungsgeräten ist das Spektrum eng geworden. In vielen Fällen
mußten Netzwerkbetreiber, die Dienste auf einem speziellen
Band bereitstellen, einen Dienst auf einem Extraband bereit
stellen, um ihre Kunden zu versorgen. Netzwerkbetreiber, die
zum Beispiel den Dienst in einem GSM-System in einem 900 MHz
Frequenzband bereitstellen, mußten sich auf ein DCS-System
bei einem 1800 MHz Frequenzband verlassen. Dementsprechend
müssen Datenübertragungsgeräte wie zellulare Funktelefone zur
Datenübertragung auf beiden Frequenzen fähig sein, oder sogar
in einem dritten System, wie dem PCS 1900. Eine solche Forde
rung, auf zwei oder mehr Frequenzen zu arbeiten, erzeugt eine
Reihe von Problemen. Die Datenübertragungsgeräte würden zum
Beispiel anwachsende Größe und Kosten haben, wenn der Empfän
ger separate Komponenten enthalten würde, um Signale auf al
len Bändern zu empfangen.
Dementsprechend gibt es einen Bedarf nach einem Verfahren und
Gerät zum Empfang von Datenübertragungssignalen in einer
Vielzahl von Bändern während das Anwachsen der Komponenten
minimiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Datenübertragungsgeräts
in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Empfängers 127 von Fig. 1
in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist der Stromlaufplan des Mischers 234 in Übereinstim
mung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Empfängers 127 von Fig. 1
in Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführung
der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 ist der Stromlaufplan des Mischers 234 in Übereinstim
mung mit einer alternativen Ausführung der vorliegen
den Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ein Verfahren und Gerät befähigt ein Datenübertragungsgerät
durch die Eliminierung der Notwendigkeit nach einem Mischer
für jedes Band, in mehreren Bändern zu arbeiten wie die GSM
900 MHz, DCS 1800 MHz und PCS 1900 MHz Bänder. In einem Dop
pelband GSM/DCS 1800 Funktelefon zum Beispiel werden die Lo
kaloszillator (LO) Einspeisungsfrequenzen sowohl für die GSM
als auch DCS Bänder durch die Verwendung von Kombinationsfil
tern an einen Mischer geliefert. Dadurch werden die Duplexie
rungs- und Anpassungsanforderungen an den Mischer vereinfacht
und die Signalverluste werden minimiert. Die Kombinations
RX/LO Filter, eins für jedes GSM und DCS Band, sind mit RX
und LO Eingangsports und einem gemeinsamen RX/LO Ausgangsport
aufgebaut. Der gemeinsame Ausgangsport des GSM RX/LO Kombina
tionsfilters und des DCS RX/LO Kombinationsfilters werden zum
Eingang des Mischers duplexiert. Wegen der Duplexierungsan
forderungen zwischen RX und LO Einspeisung werden die
Frequenzen durch die Kombinationsfilter bereitgestellt, der
Schaltungsaufbau reduziert die Anzahl von Duplexleitungen zum
Mischer für ein Doppelband-Datenübertragungsgerät von sechs
auf zwei und für ein Dreifachband-Datenübertragungsgerät von
zehn auf vier. Die Eingangsimpedanzanpassung des Mischers ist
ebenfalls aufgebaut, um die Impedanz für das empfangene
Signal in jedem Band anzupassen sowie um eine RF-Falle bei
der IF-Frequenz zu gewährleisten. Schließlich gewährleistet
die Ausgangsschaltung des Mischers eine niedrige Impedanz zur
RF-Eingangsfrequenz und auch eine Anpassung an den Eingang
des IF-Filters.
Nun zu Fig. 1, ein Blockschaltbild eines drahtlosen Daten
übertragungsgeräts wie einem zellularen Funktelefon, das die
vorliegende Erfindung beinhaltet, ist dargestellt. In der be
vorzugten Ausführung sind ein Rahmengenerator ASIC 101 wie
ein CMOS ASIC, von Motorola, Inc. verfügbar, und ein Mikro
prozessor 103 wie ein 68HC11 Mikroprozessor, ebenfalls von
Motorola. Inc. verfügbar, kombiniert, um das notwendige
Datenübertragungsprotokoll zum Betrieb in einem zellularen
System zu erzeugen. Der Mikroprozessor 103 benutzt den Spei
cher 104, der den RAM 105, den EEPROM 107 und den ROM 109 um
faßt, die vorzugsweise im einem Paket 111 zusammengefaßt
sind, um die Schritte auszuführen, die notwendig sind, um das
Protokoll zu erzeugen und um andere Funktionen für das draht
lose Datenübertragungsgerät auszuführen wie das Schreiben auf
einer Anzeige 113, die Annahme von Informationen von einem
Tastaturfeld 115, die Annahme von Ein- und Ausgabe-Informa
tionen mittels eines Verbinders 116 in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung, die Steuerung eines Frequenzsyn
thesizers 125 oder die Ausführung von Schritten, die in Über
einstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung not
wendig sind, um ein Signal zu verstärken. Der ASIC 101 verar
beitet Tonsignale von einem Mikrofon 117 und für einen Laut
sprecher 121, die durch eine Tonsignalschaltung 119 umgewan
delt wurden.
Ein Sendeempfänger verarbeitet die Hochfrequenzsignale. Im
einzelnen sendet ein Sender 123 über eine Antenne 129, indem
Trägerfrequenzen benutzt werden, die von einem Frequenzsyn
thesizer 125 erzeugt werden. Die Informationen, die von der
Antenne 129 des Datenübertragungsgeräts empfangen werden,
laufen in den Empfänger 127 ein, der die Zeichen demoduliert,
indem die Trägerfrequenzen vom Frequenzsynthesizer 125 be
nutzt werden. Das Datenübertragungsgerät kann wahlweise einen
Nachrichtenempfänger und ein Speichergerät 130 enthalten, die
digitale Signalverarbeitungsmittel beinhalten. Der Nachrich
tenempfänger und das Speichergerät könnten zum Beispiel ein
digitaler Anrufbeantworter oder ein Funkrufempfänger sein.
Nun zu Fig. 2, ein Blockschaltbild zeigt einen Empfänger 127
für ein Doppelband-Funktelefon in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung. Ein RF-Signal, das durch die Antenne
129 empfangen wird, wird zu einer Anpassungsschaltung 201 ge
schaltet, die einen ersten RF-Anpassungsblock 202 und einen
zweiten RF-Anpassungsblock 204 umfaßt. Die RF-Anpassungs
schaltungen sind aufgebaut, um in Abhängigkeit von der Fre
quenz des empfangenen Signals die richtige Impedanzanpassung
an den Empfänger zu gewährleisten. Das RF-Signal wird dann an
einen Antennenschalter 206 geschaltet, der durch eine Anten
nenschaltersteuerungsschaltung 208 gesteuert wird. Die Anten
nenschaltersteuerung gestattet, daß die RF-Signale durch ein
Zubehör, das durch den Verbinder 210 an das Datenübertra
gungsgerät geschaltet ist, empfangen und gesendet werden. Zum
Beispiel könnte in Übereinstimmung mit der vorliegenden Er
findung ein Freisprechzubehör zur Ermöglichung des
Freisprechbetriebs in einem Auto an den Verbinder 210 ge
schaltet werden.
Das empfangene RF-Signal wird dann durch eine Leitung 212 zu
einer Vielzahl von Pfaden des Empfängers geliefert. Das
heißt, in Abhängigkeit von der Anzahl der Bänder, die in dem
Datenübertragungsgerät verfügbar sind, wird für jedes Band
ein separater Pfad bereitgestellt. Im einzelnen ist die Lei
tung 212 an eine Übertragungsleitung 214 geschaltet, die das
RF-Signal an einen ersten Filter 216 bereitstellt. Der Filter
216 könnte zum Beispiel ein Dreipolbandpasskeramikfilter
sein, der als Vorauswahlfilter verwendet wird. Der Bandpass
filter könnte zum Beispiel abgestimmt sein, um RF-Signale von
935-960 MHz im GSM Empfangsband durchzulassen. Das Filter
signal wird dann zu einem Vorverstärker 218 übertragen. Der
Vorverstärker 218 enthält vorzugsweise eine Freigabeleitung
220 zur Freigabe oder Sperrung des Vorverstärkers. Die Frei
gabeleitung steuert vorzugsweise einen Transistor, um die
Isolation des Mischers gegen die Senderenergie und andere
falsche Frequenzen zu gewährleisten. Der Ausgang des Vorver
stärkers 218 ist an einen Kombinationsfilters 222 an einen
ersten Eingang 224 geschaltet und eine LO Einspeisungsfre
quenz an einen zweiten Eingang 226 durch eine Übertragungs
leitung 230, die an einen spannungsgesteuerten Oszillator 228
geschaltet ist. In dem ersten Pfad könnte zum Beispiel ein
kombinierter Keramikmonoblockfilter 935-965 MHz im GSM Band
und die LO Einspeisung 720-745 MHz empfangen. Ein gemeinsamer
Ausgangsport 232 des Filters 222 ist durch die Übertragungs
leitung 236 an einen Mischer 234 geschaltet.
Die Leitung 212 ist durch die Übertragungsleitung 240 auch an
einen zweiten RF-Pfad geschaltet, der an einen zweiten Filter
242 geschaltet ist. Der zweite Filter könnte zum Beispiel
ebenfalls ein Dreipolbandpasskeramikfilter sein, der als Vor
auswahlfilter benutzt wird. Der Ausgang des Filters 242 ist
an einen zweiten Vorverstärker 244 geschaltet. Der Vorver
stärker 244 hat vorzugsweise auch eine Freigabeleitung 246,
um eine Isolation des Mischers gegen Senderenergie und andere
falsche Frequenzen zu gewährleisten. Der Ausgang des Vorver
stärkers 244 ist an einen zweiten Kombinationsfilter 246 an
einen dritten Eingang 248 geschaltet. Der kombinierte Filter
246 ist ebenfalls geschaltet, um die LO Frequenz durch die
Übertragungsleitung 252 an einem vierten Eingang 250 zu
empfangen. Ein kombinierter Ausgang 254 ist durch die Über
tragungsleitung 256 ebenfalls an den Mischer 234 geschaltet.
Wie es genauer in Fig. 3 beschrieben wird, erzeugt der Mi
scher 234 an einem Ausgang 258 ein Zwischenfrequenz (IF)
Signal. Das IF-Signal, das vorzugsweise 215 MHz hat, wird an
einen Filter 260 wie einen SAW Bandpassfilter bereitgestellt.
Nun zu Fig. 3, ein Stromlaufplan zeigt den Mischer 234 von
Fig. 2. Der Mischer ist aufgebaut, um in einem Doppelband-
Funktelefon zu arbeiten, ein Telefon, das angepaßt ist, so
wohl im DCS 1800 MHz als auch im GSM 900 MHz Frequenzband zu
arbeiten. Die Mischereingangsschaltung ist aufgebaut, um 50
Ohm in allen Bändern anzupassen und das Ausgangs- 215 MHz IF-
Signal zu filtern. Die Mischerausgangsschaltung ist gleich
falls mit einer Anpassungsschaltung an den 215 MHz Filter und
mit einer Breitbandstreifenleitungs-LC Fallenschaltung aufge
baut, um die Eingangs-RF-Signale (für jedes Band) für eine
optimale Mischerleistung zu filtern. Im einzelnen sind die
Ausgangssignale der Kombinationsfilter an eine Spule 302 des
Mischers 234 geschaltet. Die Spule ist über einen Kondensator
304 an Masse und an einen Transistor 308 an eine Basis 310
geschaltet. Eine Spule 312 ist ebenfalls an die Basis 310 ge
schaltet. Die Spule 302 und der Kondensator 304 sind gemein
sam mit dem Kondensator 306 und der Spule 312 ausgewählt,
eine RF-Anpassung an den Eingang des Mischers zu gewährlei
sten. Das heißt, die Werte sind ausgewählt, um eine 50 Ohm
Impedanz für jedes empfangene Band wie 900 MHz und 1800 MHz
zu gewährleisten. Obwohl andere Werte innerhalb des Bereichs
der Erfindung eingesetzt werden können, hat die Spule 302
vorzugsweise ungefähr 3,3 Nanohenry (nH), der Kondensator hat
ungefähr 0,5 Picofarad (pF), der Kondensator 306 hat ungefähr
2 pF und die Spule 312 hat ungefähr 5,6 nH.
Der Kollektor 314 des Transistors 308 ist an eine Übertra
gungsleitung 318 geschaltet, die über einen Kondensator 320
an Masse geschaltet ist. Der Kollektor ist ebenfalls an einen
Kondensator 322 geschaltet, der über eine Spule an Masse und
an den Filter 260 geschaltet ist. Schließlich ist ein Konden
sator 326 zwischen den Kollektor 314 und einen Widerstand 332
geschaltet, der an die Spule 312 geschaltet ist. Der Konden
sator 322 und die Spule 326 sind ausgewählt, um die Impedanz
anpassung an den IF-Filter 260 zu gewährleisten. Die Werte
der Streifenleitung 318 und des Kondensators 320 sind ausge
wählt, um eine LC-Fallenschaltung zu gewährleisten, um die
RF-Eingangssignale für eine optimale Mischerleistung zu fil
tern. Im einzelnen sind die Werte ausgewählt, um eine nied
rige Impedanz am Ausgang zu gewährleisten, um zu verhindern,
daß die RF-Signale zum Filter 260 durchgelassen werden und um
ein sauberes IF-Signal an den Filter 260 bereitzustellen. Für
ein Doppelband-Funktelefon, das 900 MHz und 1800 MHz RF-
Signale empfängt, hat die Streifenleitung 318 vorzugsweise
eine Breite von ungefähr 20 mils (Tausendstelzoll) und eine
Länge von ungefähr 350 mils, was eine Induktivität von unge
fähr 3 nH gewährleistet. Der Kondensator 320 ist vorzugsweise
ein 4,7 pF Kondensator, während die Spule 326 ungefähr 27 nH
hat.
Schließlich ist der Mischer aufgebaut, um eine IF-Anpassung
an den Filter 260 zu gewährleisten. Die Spule 326 und der
Kondensator 322 sind vorzugsweise auswählt, um eine niedrige
Impedanz an die IF-Frequenz des Mischers zu gewährleisten.
Für eine 215 MHz IF-Frequenz hat der Kondensator 322 ungefähr
33 pF, während die Spule ungefähr 27 nH hat. Es wird gleich
falls eine IF-Falle bereitgestellt, um zu verhindern, daß die
Zwischenfrequenz zum Transistor 308 zurückgeführt wird. Im
einzelnen gewährleistet ein Kondensator 334, der zwischen die
Spule 312 und Masse geschaltet ist, eine Falle für das IF-
Signal. Für eine IF-Frequenz von 215 MHz hat die Spule 312
ungefähr 5,6 nH und der Kondensator 334 hat ungefähr 68 pF.
In einem Dreiband-Funktelefon kann ein zusätzlicher RF-Pfad
für den Empfang von Signalen von einem dritten Datenübertra
gungssystem bereitgestellt werden. Das Datenübertragungsgerät
könnte zum Beispiel auch angepaßt sein, um PCS 1900 Signale
zu empfangen. Im einzelnen könnte in Fig. 4 die Leitung 212
an eine dritte RF-Stufe geschaltet sein, durch die Übertra
gungsleitungen 451 und 414, die an einen Filter 416 geschal
tet sind. Der Filter 416 könnte zum Beispiel ein Dreipolband
passkeramikfilter sein, der als ein Vorauswahlfilter benutzt
wird. Der Keramikfilter könnte abgestimmt sein, um RF-Signale
von 1930-1990 MHz im PCS 1900 Empfangsband durchzulassen. Das
gefilterte Signal wird dann zu einem Vorverstärker 418 über
tragen. Der Vorverstärker 418 enthält vorzugsweise eine Frei
gabeleitung 420 zur Freigabe oder Sperrung des Vorverstär
kers. Die Freigabeleitung steuert vorzugsweise einen Transi
stor, um eine Isolation des Mischers gegen Senderenergie und
andere falsche Frequenzen zu gewährleisten. Der Ausgang des
Vorverstärkers 418 ist an einen Kombinationsfilter 422 an ei
nen fünften Eingang 424 geschaltet und eine LO-Einspeisungs
frequenz an einen sechsten Eingang 426 durch die Übertra
gungsleitungen 430 und 452, die an einen spannungsgesteuerten
Oszillator 228 geschaltet sind. Der Kombinationsausgang 432
des Filters 422 ist durch die Übertragungsleitungen 436 und
453 an den Mischer 234 geschaltet. Obwohl in der vorliegenden
Erfindung drei Stufen dargestellt sind, könnten soviel wie
notwendig zusätzliche Stufen verwendet werden, abhängig von
der Anzahl der Netzwerke, auf die zugegriffen wird.
Nun zu Fig. 5, ein Stromlaufplan zeigt den Mischer von Fig.
4. Der Mischer ist aufgebaut, um auf den GSM 900 MHz, DCS
1800 MHz und PCS 1900 MHz Frequenzbändern in einem Dreiband-
Funktelefon zu arbeiten. Der Mischereingang ist aufgebaut, um
in allen drei Bändern auf 50 Ohm anzupassen und das Ausgangs-
215 MHz IF-Signal zu filtern. Gleichfalls ist die Mischeraus
gangsschaltung mit einer Anpassungsschaltung an den 215 MHz
Filter in einer Breitbandstreifenleitungs LC-Fallenschaltung
aufgebaut, um die Eingangs-IF-Signale (für alle drei Bänder)
für eine optimale Mischerleistung zu filtern. Die restlichen
Teile der Figuren 4 und 5 sind zu den Figuren 2 und 3 identisch
und die Funktionsweise dieser Teile wird hier nicht nochmals
wiederholt werden.
Obwohl die Erfindung in der obigen Beschreibung und in den
Zeichnungen beschrieben und erläutert worden ist, ist es zu
verstehen, daß diese Beschreibung nur als Beispiel gegeben
wurde und daß zahlreiche Veränderungen und Modifikationen
durch Fachleute gemacht werden können, ohne sich vom wahren
Sinn und Bereich der Erfindung zu entfernen. Spezielle Funk
telefonsysteme zum Beispiel, die spezielle Empfangsbänder ha
ben, sind beschrieben worden. Andere Systeme jedoch wie EGSM
werden durch die vorliegende Erfindung betrachtet. Obwohl die
vorliegende Erfindung eine spezielle Anwendung in tragbaren
zellularen Funktelefonen findet, könnte die Erfindung auf
jedes tragbare Gerät einschließlich Pager (Funkrufempfänger),
elektronische Adressbücher (Organizer) oder Computer
angewendet werden. Die Erfindung sollte nur durch die
folgenden Ansprüche begrenzt sein.