DE19844142C2 - Programmierbarer HF-Block - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen programmier­ baren HF-Block für Mobilfunkanwendungen sowie auf ein Mobil­ telefon, das über eine Luftschnittstelle hinsichtlich seiner Funktionen programmierbar ist und einen solchen programmier­ baren HF-Block aufweist.

Aus dem Stand der Technik ist eine stark eingeschränkte Pro­ grammierbarkeit von HF-Blöcken in Mobiltelefonen bekannt. Diese Funktion beschränkt sich beispielsweise auf das Ein- /Ausschalten eines Blocks, das Einstellen einer Verstärker­ leistung durch Änderung der Vorspannung des HF-Blocks etc. Ein vollprogrammierter HF-Block ist dagegen noch nicht ermög­ licht. Dabei ist zu bedenken, daß eine vollständige Program­ mierbarkeit eines HF-Blocks Grundlage eines software-defi­ nierten Mobiltelefons ist. Um eine maximale Flexibilität ei­ nes solchen softwaredefinierten Mobiltelefons oder einem ähnlichen Produkt zu erreichen, sollten möglichst viele Hard­ ware-Elemente programmierbar sein.

Aus der DE 38 30 100 A1 ist ein Rundfunksender mit einstell­ barer Betriebsfrequenz mit einem Rechner, einer Steuerungs­ einrichtung, mindestens einem Stellmotor, mindestens einem aktiven Bauelement, das mit mindestens einem einstellbaren passiven Bauteil verbunden ist, bekannt, wobei der Rechner die Steuerungseinrichtung derart ansteuert, daß mittels des durch die Steuerungseinrichtung gesteuerten Stellmotors das passive Bauelement mechanisch eingestellt wird, so daß der Rundfunksender auf eine gewünschte Betriebsfrequenz optimal abgestimmt wird, wobei die optimale Abstimmung einen maxima­ len Wirkungsgrad des Senders gewährleistet.

Aus der US 5,689,825 ist ein mobiles Schnurlos- Kommunikationsgerät bekannt, welches bei Einsatz in eine Bat­ terieladevorrichtung über eine en der Batterieladeeinrichtung integrierten Schnittstelleneinrichtung Software von einem ü­ ber ein öffentliches Kommunikationsnetz mit der Batterielade­ einrichtung verbundenem Server beziehen kann, die zur Aktua­ lisierung der bereits im Schnurlos-Kommunikationsgerät imple­ mentierten Software verwendet wird.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen HF- Block für Mobilfunk-Anwendungen vorzusehen, dessen Signalant­ wortverhalten weitgehend frei programmierbar ist.

Mit anderen Worten, die Eigenschaften der grundlegenden akti­ ven Bauteile eines HF-Blocks, wie beispielsweise Verstärker, Low-Noise-Verstärker, Oszillator, Mischer, Leistungsverstär­ ker usw. sollten möglichst frei programmierbar sein.

Zentraler Gedanke der Erfindung ist es dabei, die Eigenschaf­ ten der HF-Schaltungsblöcke durch Verwendung von Anpassungs­ netzwerken variabel zu gestalten, wobei diese Anpassungsnetz­ werke jeweils einem aktiven Bauteil der oben genannten Art zugeordnet sind. D. h. durch Vorsehen von passiven einstellbaren Bauteilen wird eine Programmierbarkeit des HF-Blocks ins­ gesamt ermöglicht.

Die oben genannte Aufgabe wird durch die Merkmale der unab­ hängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhaf­ ter Weise weiter.

Erfindungsgemäß ist also ein programmierbarer HF-Block für Mobilfunkanwendungen vorgesehen. Dieser programmierbare HF- Block weist mindestens ein aktives Bauteil und wenigstens ein mechanisch abstimmbares Anpassungsnetzwerk auf, das individu­ ell einstellbare passive Bauteile aufweist und mit dem akti­ ven Bauteil verbunden ist. Weiterhin ist eine programmierbare Steuereinheit vorgesehen, die das mechanisch abstimmbare An­ passungsnetzwerk so einstellt, daß der HF-Block insgesamt vorbestimmte Eigenschaften hinsichtlich seines Signalantwort­ verhaltens aufweist.

Jeweils einem einstellbaren passiven Bauteil kann dabei ein elektrischer Mikromotor zugeordnet sein, so daß die program­ mierbare Steuereinheit durch Ansteuerung der Mikromotoren die Einstellung des mechanisch abstimmbaren Anpassungsnetzwerks vornehmen kann.

Die Mikromotoren werden dabei nur während der Zeitdauer der Einstellung des mechanisch abstimmbaren Anpassungsnetzwerks aktiviert, wohingegen außerhalb der genannten Zeitdauer die elektrische Versorgung der Mikromotoren beispielsweise durch die programmierbare Steuereinheit abgeschaltet wird, um den Energieverbrauch zu senken, was insbesondere bei Mobilfunkan­ wendungen wichtig ist.

Mit der programmierbaren Steuereinheit kann ein Speicher ver­ bunden sein, in dem Einstellwerte für das mechanisch abstimm­ bare Anpassungsnetzwerk und/oder vorbestimmte Eigenschaften des HF-Blocks insgesamt hinsichtlich seines Signalantwortver­ haltens dauerhaft abgelegt sind.

In dem Speicher kann insbesondere eine Tabelle angelegt sein, die die zur Erzielung eines bestimmten Signalantwortverhal­ tens des HF-Blocks erforderlichen Einstellwerte für das me­ chanisch abstimmbare Anpassungsnetzwerk wiedergeben.

Die programmierbare Steuereinheit kann den HF-Block hinsicht­ lich seiner Eigenschaften betreffende Arbeitsfrequenz, der Bandbreite, der Verstärkungsleistung und/oder des Rauschver­ haltens einstellen.

Die programmierbare Steuereinheit kann die zur Erzielung ei­ nes bestimmten Signalantwortverhaltens des HF-Blocks erfor­ derlichen Einstellwerte für das mechanisch abstimmbare Anpas­ sungsnetzwerk selbst berechnen.

Die Steuereinheit kann über eine Luftschnittstelle program­ mierbar sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Mobiltele­ fon vorgesehen, daß über eine Luftschnittstelle programmier­ bar ist und dazu einen HF-Block der oben genannten Art auf­ weist.

Im folgenden werden nun weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand eines detaillier­ ten Ausführungsbeispiels und Bezug nehmend auf die begleiten­ den Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a-1c schematische Schaltbilder von Ausführungsbei­ spielen der vorliegenden Erfindung, in denen abstimmbare An­ passungsnetzwerke mit einem Verstärker (Fig. 1a), einem Mi­ scher (Fig. 1b) bzw. einem Oszillator (Fig. 1c) verbunden werden, und

Fig. 2 eine detaillierte Ansicht eines abstimmbaren Anpas­ sungsnetzwerkes gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1a ist der Fall gezeigt, daß individuell einstellbare Abstimmnetzwerke 1, 2, 3 parallel (siehe Abstimmnetzwerk 2) bzw. seriell (siehe Abstimmnetzwerke 1, 3) mit einem aktiven Bauteil verschaltet sind, das in diesem Fall ein Verstärker 4 ist.

Fig. 1b zeigt den Fall, daß drei individuell einstellbare Ab­ stimmnetzwerke 1, 2, 3 mit einem aktiven Bauteil 5 verschal­ tet sind, das in diesem Fall ein Mischer ist.

Fig. 1c zeigt den Fall, daß drei individuell einstellbare Ab­ stimmnetzwerke 1, 2, 3 mit einem aktiven Bauteil 6 verschal­ tet sind, das ein Oszillator 6 ist.

In Fig. 2 ist detailliert der Aufbau eines Abstimmnetzwerkes 1, 2, 3 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das als Ausführungsbeispiel dargestellte Abstimmnetzwerk 1 weist drei Kondensatoren 7, 8, 9 auf, die seriell zwischen einem Eingang 21 und einem Ausgang 22 geschaltet sind und deren Kapazitäts­ wert individuell mechanisch einstellbar ist. Weiterhin sind zwei Induktivitäten oder Resonatoren 10, 11 zwischen dem Ver­ bindungspunkt zwischen dem Kondensator 7 und dem Kondensator 8 bzw. zwischen dem Kondensator 8 und dem Kondensator 9 und Erde geschaltet.

Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 7, 8, 9 können bei­ spielsweise durch Verschieben oder Drehen einer Metallplatte der Kondensatoren durch einen Mikromotor eingestellt werden. Die Kennwerte der Resonatoren oder Induktivitäten 10, 11 kön­ nen durch Verschieben des Erdungspunkts mechanisch einge­ stellt werden.

Jedem der einstellbaren passiven Bauteile 7, 8, 9, 10, 11 ist ein elektrischer Mikromotor 12, 13, 14, 15, 16 zugeordnet, der die mechanische Verstellung der Kennwerte der entspre­ chenden Bauteile vornimmt. Die Mikromotoren 12, 13, 14, 15, 16 werden dabei von einer Steuereinheit 17 angesteuert. Die Steuereinheit 17 erfaßt das Signalantwortverhalten einerseits eines jeden Anpassungsnetzwerks 1, 2, 3, in dem ihnen die Si­ gnale, die an dem Eingang 21 bzw. dem Ausgang 22 eines jeden Anpassungsnetzwerks 1, 2, 3 anliegen, an Eingänge 19, 20 zu­ geführt werden, und andererseits das Signalantwortverhalten des HF-Blocks insgesamt, indem der Steuereinheit 17 diejeni­ gen Signale zugeführt werden, die an dem Eingang 25 bzw. dem Ausgang 26 des HF-Blocks insgesamt anliegen. Die Steuerein­ heit 17 kann somit die einzelnen passiven Bauteile 7, 8, 9, 10, 11 eines jeden mechanisch abstimmbaren Anpassungsnetz­ werks mittels der elektrischen Mikromotoren 12, 13, 14, 15 und 16 abhängig von dem Signalantwortverhalten eines jeden Anpassungsnetzwerks und/oder des HF-Blocks insgesamt einstel­ len.

Wie in Fig. 2 ebenfalls ersichtlich ist, kann die entspre­ chende Programmierung der Steuereinheit 17 auch online über eine Luftschnittstelle 24 und eine Antenne 23 erfolgen. Das heißt, beispielsweise ein Mobiltelefon, in dem ein HF-Block gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut ist, kann über die Luftschnittstelle 24 und die Antenne 23 online von einer Ba­ sisstation her programmiert werden.

Wie in Fig. 2 ebenfalls ersichtlich ist, ist mit der Steuer­ einheit 17 ein Speicher 18 verbunden. Dieser Speicher kann beispielsweise ein PROM sein. In diesem Speicher 18 können Einstellwerte für die einzelnen passiven Bauteile 7, 8, 9, 10, 11, d. h. die entsprechenden Ansteuerwerte für die je­ weils zugeordneten Mikromotoren 12, 13, 14, 15 bzw. 16 dauer­ haft abgelegt werden. Darüber hinaus kann in dem Speicher 18 eine Tabelle vorgesehen sein, in der angegeben ist, welche einzelnen Einstellwerte für die passiven Bauteile erforder­ lich sind, um vorbestimmte Signalantwortverhalten der einzelnen Anpassungsnetzwerke 1, 2, 3 bzw. des HF-Blocks insgesamt zu erzielen.

Alternativ kann die programmierbare Steuereinheit 17 die zur Erzielung eines bestimmten Signalantwortverhaltens des HF- Blocks erforderlichen Einstellwerte für das/die mechanisch abstimmbare(n) Anpassungsnetzwerk(e) selbst berechnen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also eine vollständige Programmierbarkeit eines HF-Blocks für Mobilfunkanwendungen gewährleistet. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile. Zuerst einmal wird aufgrund der Verwendung von rein passiven Kompo­ nenten in den Anpassungsnetzwerken, d. h. von mechanisch ab­ stimmbaren Kondensatoren, Spulen und Resonatoren, nur während der eigentlichen Einstellzeitdauer elektrische Energie ver­ braucht. Sobald das Anpassungsnetzwerk eingestellt ist, kann die Steuereinheit 17 beispielsweise die elektrische Versor­ gung für die elektrischen Mikromotoren 12, 13, 14, 15, 16 ab­ schalten, um sicherzustellen, daß keinerlei elektrische Ener­ gie außerhalb der genannten Zeitdauer verbraucht wird. Dies ist von besonders großer Bedeutung bei batteriebetriebenen Mobilfunktelefonen.

Dadurch, daß nur passive Komponenten verwendet werden, gibt es weniger Probleme hinsichtlich Nichtlinearität und Verzer­ rung im Gegensatz zu dem Fall, daß andere aktive Komponenten wie beispielsweise Varaktoren oder Transistoren verwendet werden. Darüber hinaus kann die Größe der Schaltungsblöcke durch Verwendung eines kompakten Lay-outs und Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante klein gehalten werden. Beispielsweise können Bauteile zu diesem Zweck in einer Kera­ mik-Technologie ausgeführt werden. Dies ist wiederum von Vor­ teil bei Mobilfunktelefonen.

Im folgenden soll nunmehr das Verfahren erläutert werden, das zur Einstellung eines programmierbaren HF-Blocks gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Zuerst werden die Werte des mechanisch einstellbaren Kondensators, Spule und/ oder Resonators durch Ansteuerung eines Mikromotors gewählt. Die Bewegung des Mikromotors wird durch eine Software in der Steuereinheit 17 gesteuert. Somit erfolgt die Anpassung des Anpassungsnetzwerks spezifisch für das damit verbundene akti­ ve Bauteil (Transistor, Diode etc.) unter Verwendung einer geeigneten Kombination an Kondensatoren, Spulen und Resonato­ ren. Für jeden Schaltungstyp wird eine geeignete Topologie für das Anpassungsnetzwerk gewählt. Schließlich kann mittels einer Berechnung oder eines Algorithmus das Signalantwortver­ halten von jedem HF-Block in einem Mobiltelefon durch Verän­ derung der Werte der Anpassungsnetzwerk-Bauteile eingestellt und optimiert werden. Die Steuerdaten der Steuereinheit 17 können in dem Speicher 18 abgelegt und bei späterer neuer Einstellung gegebenenfalls wiederverwendet werden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das in Fig. 2 gezeigte Anpas­ sungsnetzwerk nur ein Ausführungsbeispiel darstellt und ein Anpassungsnetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein beispielsweise nur als ein Kondensator, aber auch als eine aufwendige Kombination einer kaskadenförmigen Verschaltung von Kondensatoren, Spulen und Resonatoren ausgeführt werden kann.

Wie bereits erwähnt, wird der HF-Block insgesamt hinsichtlich seines Signalverhaltens eingestellt. Dabei können insbesonde­ re die folgenden Parameter berücksichtigt werden:

• a) Arbeitsfrequenz, bei der die Schaltung (HF-Block) betrie­ ben werden soll,
• b) Bandbreite
• c) Ausgangsleistung und Verstärkung,
• d) Rauschverhalten des HF-Blocks.

Bei einer Schaltung mit einem fest vorgegebenen Anpassungs­ netzwerk sind die Schaltungsparameter vorbestimmt und können nicht mehr verändert werden. Somit ist die insgesamt erzielte Leistung ein Kompromiß der verschiedenen Parameter.

Im folgenden sollen noch kurz verschiedene Anwendungsfälle der vorliegenden Erfindung für verschiedene aktive Bauteile erläutert werden.

Für alle Arten an Verstärkern, Mischern und Oszillatoren kann die Arbeitsfrequenz durch Abstimmung des Anpassungsnetzwerks eingestellt werden. Somit kann der HF-Block einen breiten Frequenzbereich abdecken, in dem beispielsweise ein abstimm­ barer Breitband-Leistungsverstärker, Breitband-Mischer etc. implementiert wird.

Bei allen Arten an Verstärkern und Mischern kann eine große Bandbreite auf eine geringere bzw. umgekehrt durch Abstimmung des Anpassungsnetzwerks eingestellt werden. Somit kann die Selektivität der Schaltung insgesamt verbessert werden.

Bei allen Verstärkern mit niedrigem Rauschen kann eine Ausle­ gung auf ein optimales Rauschverhalten hin abhängig von der Stärke des Eingangssignals durch Abstimmung des Anpassungs­ netzwerks beispielsweise durch Einstellung des entsprechenden Verstärkungsfaktors optimiert werden. Dies verbessert bei­ spielsweise die Intermodulationseigenschaft der Schaltung.

Bei Leistungsverstärkern kann eine Abstimmung hinsichtlich der gewünschten Amplitude des Ausgangssignals oder des Wir­ kungsgrads durch Einstellen des Anpassungsnetzwerks erfolgen. Somit kann beispielsweise die Lebensdauer einer Batterie ei­ nes Mobiltelefons verlängert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann also ein HF-Block ge­ schaffen werden, dessen Eigenschaften durch Abstimmung eines variablen Anpassungsnetzwerks beispielsweise mittels Mikromo­ toren frei programmiert werden kann.

Claims (7)

1. Programmierbarer HF-Block für Mobilfunk-Anwendungen, mit einem aktiven Bauteil (4, 5, 6), wenigstens einem mechanisch abstimmbaren Anpassungsnetzwerk (1, 2, 3), das individuell einstellbare passive Bauteile (7, 8, 9, 10, 11) aufweist und mit dem aktiven Bauteil (4, 5, 6) verbunden ist, eine pro­ grammierbare Steuereinheit (17), die das mechanisch abstimm­ bare Anpassungsnetzwerk (1, 2, 3) so einstellt, daß der HF- Block insgesamt vorbestimmte Eigenschaften hinsichtlich sei­ nes Signalantwortverhaltens aufweist, wobei die programmier­ bare Steuereinheit (17) den HF-Block hinsichtlich seiner Ei­ genschaften betreffend der Arbeitsfrequenz, der Bandbreite, der Verstärkungsleistung und/oder des Rauschverhaltens ein­ stellt, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Steuereinheit (17) über eine Luftschnittstelle (24) programmierbar ist.

2. Programmierbarer HF-Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einem einstellbaren passiven Bauteil (7, 8, 9, 10, 11) ein elektrischer Mikromotor (12, 13, 14, 15, 16) zu­ geordnet ist und die programmierbare Steuereinheit (17) die Mikromotoren (12, 13, 14, 15, 16) zur Einstellung des mecha­ nisch abstimmbaren Anpassungsnetzwerks (1, 2, 3) ansteuert.

3. Programmierbarer HF-Block nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikromotoren (12, 13, 14, 15, 16) nur während der Zeitdauer der Einstellung des mechanisch abstimmbaren Anpas­ sungsnetzwerks (1, 2, 3) aktiviert sind und außerhalb dieser Zeitdauer die elektrische Versorgung der Mikromotoren (12, 13, 14, 15, 16) abgeschaltet wird.

4. Programmierbarer HF-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (18) mit der programmierbaren Steuereinheit (17) verbunden ist, in dem Einstellwerte für das mechanisch abstimmbare Anpassungsnetzwerk (1, 2, 3) und/oder vorbestimm­ te Eigenschaften des HF-Blocks hinsichtlich seines Signalant­ wortverhaltens dauerhaft abgelegt sind.

5. Programmierbarer HF-Block nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Speicher (18) eine Tabelle angelegt ist, die die zur Erzielung eines bestimmten Signalantwortverhaltens des HF-Blocks erforderlichen Einstellwerte für das mechanisch ab­ stimmbare Anpassungsnetzwerk (1. 2, 3) wiedergibt.

6. Programmierbarer HF-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinheit (17) die zur Erzielung eines bestimmten Signalantwortverhaltens des HF-Blocks erfor­ derlichen Einstellwerte für das mechanisch abstimmbare Anpas­ sungsnetzwerk (1, 2, 3) selbst berechnet.

7. Mobiltelefon, dadurch gekennzeichnet, daß es über eine Luftschnittstelle (24) programmierbar ist und einen HF-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.