Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Dämpfungskompensation, welche es
ermöglicht, die in einem HF-Kabel zwischen einer Mobilfunkstation und einer Antenne
auftretende Dämpfung ein- oder ausgehender Signale zu kompensieren.
In Kraftfahrzeugen ist beispielsweise die Mobilfunkstation über eine Freisprechanlage und
ein HF-Kabel mit einer externen Antenne am Fahrzeug verbunden. Unter anderem in dem
Bestreben, die von einem Handy ausgehende Strahlung vom Fahrer fernzuhalten, wird
dabei die Antenne des Handys abgeschaltet und die Sendeleistung über das HF-Kabel und
die externe Antenne abgegeben. Ebenso erfolgt der Empfang über die externe Antenne
und das empfangene Signal wird über die HF-Leitung zur Mobilfunkstation geleitet. Dabei
treten in der HF-Leitung unerwünschte Dämpfungen des gesendeten oder empfangenen
Signals auf, welche dazu führen können, daß der Sende- und Empfangsbetrieb aufgrund
der eng tolerierten Leistungsspezifikationen des Mobilfunks nicht mehr möglich ist. Aus
diesem Grunde wurden Schaltungen entwickelt, die als Kompensatoren in die HF-Lei
tung geschaltet, die auftretende Dämpfung der Signale kompensieren. Die entsprechenden
Lösungen haben dabei zu berücksichtigen, daß hinsichtlich des notwendigen Ausgleichs
der Dämpfung unterschiedliche Anforderungen in bezug auf das Empfangs- und das
Sendesignal bestehen. Daher weist eine entsprechende, für den Duplexbetrieb ausgelegte
Schaltung zur Kompensation der Dämpfung des Sendesignals einerseits und des Empfangs
signals andererseits gesonderte Zweige auf.
Das Umschalten zwischen den Signalwegen für das Senden und Empfangen wird gemäß
einer bisher bekannt gewordenen Lösung durch funkgeräte- und antennenseitig angeordne
te Duplexfilter realisiert. Dabei wird beispielsweise das Vorhandensein eines Sendesignals
zur Umschaltung auf den für die Übertragung zu sendender Signale ausgelegten Zweig der
Schaltung ausgewertet. Eine entsprechende Lösung wird durch die DE OS 44 05 885
offenbart. Die Duplexfilter weisen jedoch den Nachteil auf, daß sich die engen, im
GSM-Betrieb geforderten Verstärkungstoleranzen nur mittels eines erheblichen schaltungs
technischen Aufwands einhalten lassen.
Daher wird in der DE OS 195 36 640 eine Schaltungsanordnung zur Dämpfungskompen
sation vorgeschlagen, bei welcher an Stelle der Duplexfilter HF-Umschalter zum Einsatz
gelangen. Gesteuert durch eine Detektionsschaltung wird mittels der HF-Umschalter
jeweils der Signalweg auf den Empfangs- oder den Sendeverstärker umgeschaltet.
In der jüngsten Zeit haben sich verschiedene Mobilfunknetze etabliert, beispielsweise das
D1-, das D2- oder das E-Plus-Netz. Die einzelnen Netze arbeiten teilweise mit unterschied
lichen Trägerfrequenzen, also in verschiedenen Bändern. So arbeiten die D-Netze mit
einer Trägerfrequenz um 900 MHz, das E-Netz hingegen mit einer Trägerfrequenz um
1800 MHz. Entsprechend spricht man von GSM900- und GSM1800-Netzen. Um bei den
Mobilfunkstationen eine flexible Einsatzmöglichkeit zu gewährleisten, werden diese daher
vielfach als Dualbandgeräte ausgelegt. Derartige Geräte ermöglichen dann wahlweise
einen Betrieb im GSM900- oder im GSM1800-Betrieb. Bisher sind keine praktikablen
Lösungen für an solche Dualbandgeräte adaptierte Kompensatoren bekannt geworden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Dämpfungs
kompensation zu schaffen, welche für den Betrieb mit Dualband-Mobilfunkstationen, also
beispielsweise sowohl für den GSM900- als auch für den GSM1800-Betrieb, geeignet ist.
Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung entsprechend den Merkmalen des
Hauptanspruchs gelöst. Mögliche Ausgestaltungen bzw. vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung zur Dämpfungskompensation weist in bekannter
Weise unterschiedliche Signalwege für empfangene oder zu sendende Signale auf und
verfügt folglich über Empfangs- und Sendeverstärker. Die Umschaltung des Signalweges
im Hinblick auf eine optimale Kompensation für empfangene Signale bzw. eine entspre
chende Kompensation für zu sendende Signale erfolgt in ebenfalls bekannter Weise durch
HF-Umschalter. Die HF-Umschalter werden durch eine zwischen ihnen und einer Detek
torschalter bestehende Steuerverbindung gesteuert. Über weitere zwischen der Detektor
schaltung und dem Empfangs- sowie dem Sendeverstärker bestehende Steuerverbindun
gen sind die Verstärker zu- und abschaltbar. Zur Realisierung eines dualbandigen Betrie
bes weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einen ersten und einen zweiten Fre
quenzzweig auf. Die Frequenzzweige sind eingangs- und ausgangsseitig jeweils über Fre
quenzbandweichen gemeinsam auf eine zum Anschluß des HF-Kabels dienende Eingangs-
bzw. Ausgangsbuchse geführt. Jeder Frequenzzweig verfügt jeweils über einen Emp
fangs- und einen Sendeverstärker, über den Verstärkern zugeordnete HF-Umschalter
und eine die HF-Umschalter sowie die Verstärker über entsprechende Steuerverbindungen
steuernde Detektorschaltung. Zur Lösung der Aufgabe ist zusätzlich zu den in dem jewei
ligen Frequenzzweig zwischen der Detektorschaltung und dem Empfangs- sowie dem Sen
deverstärker bestehenden Steuerverbindungen außerdem eine Steuerverbindung zwischen
dieser Detektorschaltung und dem Empfangsverstärker des jeweils anderen Frequenzzwei
ges gebildet. Dabei werden die Verstärker beider Frequenzzweige mittels der zwischen
ihnen und den Detektorschaltungen bestehenden Steuerverbindungen so gesteuert, daß
bei entsprechendem Schaltzustand der HF-Schalter entweder nur die Empfangsverstärker
beider Zweige oder nur der Sendeverstärker eines Zweiges zugeschaltet sind.
Es ist im Sinne der Erfindung, daß im Grundzustand der Schaltung in beiden Frequenz
zweigen der Signalweg für zu empfangende Signale aktiv geschaltet und der jeweilige
Empfangsverstärker zugeschaltet ist. Entsprechend einer sinnvollen Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der selbe Schaltungszustand gegeben, solange
die Station im idle mode arbeitet. Weiterhin ist die Erfindung zweckmäßigerweise so
ausgebildet, daß dieser Schaltungszustand (Signalweg in beiden Frequenzzweigen über den
Empfangsverstärker geschaltet und beide Empfangsverstärker zugeschaltet) auch besteht,
solange die Mobilfunkstation zwar in einer Funkzelle eingebucht ist, aber zwischen ihr
und der zugehörigen Basisstation kein Datenaustausch erfolgt.
Die Erfindung ist sinnvollerweise so ausgestaltet, daß die Steuerung der Verstärker
während eines zwischen der Mobilfunkstation und einer Basisstation erfolgenden
Datenaustausches zeitschlitzgesteuert erfolgt. Dabei sind beispielsweise bei einer
Gesprächsverbindung innerhalb eines 8 Zeitschlitze gleicher Länge umfassenden
Zeitrahmens jeweils innerhalb eines Zeitschlitzes - des Sendezeitschlitzes - der Sende
verstärker des dem jeweiligen Band der bestehenden Verbindung zugeordneten Frequenz
zweiges zugeschaltet und alle anderen Verstärker gleichzeitig abgeschaltet. In den darauf
folgenden 7 Zeitschlitzen - den Empfangszeitschlitzen - sind dann jeweils beide
Empfangsverstärker zugeschaltet, während beide Sendeverstärker abgeschaltet sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist dadurch gegeben,
daß es die Ausbildung der senderseitigen, also mit dem Ausgang der Mobilfunkstation
verbundenen Frequenzbandweiche ermöglicht, beim Übergang von einem Zeitrahmen
auf den nächsten, mit dem Eintreten in den nächsten Sendezeitschlitz auf das jeweils
andere Band umzuschalten.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand des in der Figur in der Form eines Blockschalt
bildes dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Wie aus der Figur ersichtlich, wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zwischen
dem Ausgang 15 einer, in der Zeichnung allerdings nicht dargestellten Mobilfunkstation
und einer Antenne 16 in die HF-Leitung 17 geschaltet. Die Schaltungsanordnung weist
zwei Frequenzzweige a, b, vorliegend einen GSM900-Zweig a und GSM1800-Zweig b,
auf, welche in Hinblick auf die Dämpfungskompensation durch geeignete Dimensio
nierung der eingesetzten Bauelemente für das jeweilige Band optimiert sind. Der grund
sätzliche Aufbau beider Zweige a, b ist aber, wie aus dem Blockschaltbild zu ersehen,
gleich. Jeder Zweig a, b verfügt über einen Empfangs- 4, 13 und einen Sendeverstärker
bzw. Leistungsverstärker 6, 11. Mittels HF-Umschaltern 3, 7, 10, 14, die über eine
Steuerverbindung mit einer Detektorschaltung 2, 9 verbunden sind, erfolgt die Umschal
tung des Signalweges um das jeweilige Signal entsprechend den Erfordernissen über den
Empfangs- 4, 13 oder den Sendeverstärker 6, 11 zu leiten. Zwischen jeder Detektor
schaltung 2, 9 und den Verstärkern 4, 6, 11, 13 des zugehörigen Zweiges a, b sind
außerdem Steuerverbindungen für das Zu- und Abschalten dieser Verstärker ausgebildet.
Zusätzlich besteht aber erfindungsgemäß eine weitere, über ein ODER-Glied 12 bzw. 5
geführte Steuerverbindung zwischen einer jeden Detektorschaltung 2 bzw. 9 und dem
Empfangsverstärker 13 bzw. 4 des jeweils anderen Frequenzzweiges b bzw. a. Die
Schaltungsanordnung ist in der Figur in einem Schaltzustand gezeigt, welcher den Grund
zustand der Schaltungsanordnung darstellt. In diesem Grundzustand nehmen die HF-Um
schalter 3, 7, 10, 14 einen Schaltzustand ein, bei dem in beiden Zweigen a, b der Signal
weg über den jeweiligen Empfangsverstärker 4 bzw. 13 geleitet ist. Außerdem sind die
Empfangsverstärker 4, 13 beider Frequenzzweige a, b zu- bzw. eingeschaltet. Zweckmä
ßigerweise besteht dieser Zustand auch, wenn sich die nicht dargestellte Mobilfunkstation
im idle mode, also im Wartezustand befindet. In diesem mode erwartet die Mobilfunksta
tion ein Empfangssignal, welches ihr das Vorhandensein eines ihrer SIM-Karte entspre
chenden Netzwerkes signalisiert. Entsprechend den GSM-Spezifikationen darf die Mobil
funkstation kein eigenes HF-Signal erzeugen, so daß der beschriebene Schaltzustand des
Kompensators zweckentsprechend ist. Hat sich die Mobilfunkstation nach dem Registrie
ren eines Netzwerkes in dieses Netz eingebucht, so behält der Kompensator den dem
Grundzustand entsprechenden Schaltzustand, solange keine Gesprächs- oder Datenverbin
dung aufgebaut wird, weiterhin bei.
Erhält nun die Schaltungsanordnung von der Mobilfunkstation ein Sendesignal, so wird
dieses über die Frequenzbandweiche 1 dem jeweils zutreffenden GSM-Zweig zugeleitet.
Bei der Frequenzbandweiche 1 handelt es sich ebenso, wie bei der, bezogen auf die Sende
richtung, am Ausgang liegenden Frequenzbandweiche 8 um eine Kombination von, auf
den jeweiligen Zweig a, b bezogen, als Hoch- bzw. Tiefpaß wirkenden Schaltungselemen
ten. Ein GSM900-Sendesignal wird folglich der Detektorschaltung 2 sowie dem Verstär
ker 6 zugeleitet. Das Umschalten des Signalweges in diesem Frequenzzweig a wird da
durch bewirkt, daß die Steuerverbindung zwischen der Detektorschaltung 2 und den
HF-Umschaltern 3, 7 infolge des Überschreitens des für die Detektorschaltung 2 vorgege
benen Schwellwertes das entsprechende Setzen der HF-Umschalter 3, 7 veranlaßt. Gleich
zeitig wird über zwischen der Detektorschaltung 2 und den Verstärkern 6, 4, 13 bestehen
de Steuerverbindungen der Sendeverstärker 6 des Zweiges a zugeschaltet, während beide
Empfangsverstärker abgeschaltet werden. Der Sendeverstärker des anderen Frequenz
zweiges bleibt wegen des Fehlens eines entsprechenden Sendesignals an der Detektorschal
tung 9 abgeschaltet. Für den Fall, daß der Frequenzbandweiche 1 über das HF-Kabel 17
ein Sendesignal im GSM1800-Band zugeleitet wird, stellen sich entsprechend umgekehrte
Verhältnisse ein. Das gleichzeitige Abschalten beider Empfangsverstärker 4, 13 im Sende
betrieb ist im Hinblick darauf bedeutsam, daß anderenfalls durch die Empfangsverstärker
4, 13 unerwünschte Oberwellen erzeugt werden können, welche den auf 'Senden' geschal
teten Frequenzzweig a bzw. b ungünstig beeinflussen. Dabei gilt es zu berücksichtigen,
daß der Signalweg des gerade nicht sendenden Zweiges, a bzw. b durch den Schaltzu
stand der zugehörigen HF-Umschalter 3, 7 bzw. 10, 14 über den Empfangsverstärker 4
bzw. 13 geleitet ist. Insbesondere beim Aussenden eines GSM900-Signals könnten in
dem Empfangsverstärker 13, sofern dieser zugeschaltet bliebe, Oberwellen erzeugt
werden, die durch die Frequenzbandweiche 1 nicht gedämpft werden können. Diese
Oberwellen würden dann in ungünstiger Weise die Signale des sendenden GSM-Zweiges a
überlagern.
Die weitere Ansteuerung der HF-Umschalter 3, 7 bzw. 10, 14 und Verstärker 4, 6, 11, 13
geschieht bei weiterhin fortbestehender Gesprächs- oder Datenverbindung zwischen der
Mobilfunkstation und einer Basisstation in Adaption an den GSM-Standard zeitschlitz
gesteuert. Dabei ist der Sendeverstärker 6 oder 11 des gewählten Bandes jeweils für die
Dauer eines Zeitschlitzes (ca. 577 µs) zugeschaltet während die übrigen Verstärker,
insbesondere auch durch die zwischen ihnen und der Detektionsschaltung 2 bzw. 9 des
sendeaktiven Zweiges a bzw. b bestehende Steuerverbindung, abgeschaltet sind. An
schließend folgen 7 Zeitschlitze gleicher Länge in denen die Schaltungsanordnung auf
Empfang geschaltet ist. Entsprechend schalten die HF-Umschalter 3, 7 bzw. 10, 14 des
aktiven Frequenzzweiges a bzw. b dessen Signalweg zurück auf den Empfangsverstärker
4 bzw. 13. Gleichzeitig werden die Empfangsverstärker 4, 13 beider Zweige a, b zu- bzw.
eingeschaltet, während beide Sendeverstärker 6, 11 den abgeschalteten Zustand ein
nehmen. Erst mit dem Eintritt in den nächsten Sendezeitschlitz wird der Signalweg des aus
gewählten Frequenzzweiges a oder b wieder über dessen Sendeverstärker 6 oder 11 gelei
tet und der entsprechende Verstärker 6 oder 11 zugeschaltet. Dabei läßt die Schaltungs
anordnung einen Bandwechsel gegenüber dem im vorhergehenden Sendezeitschlitz gewähl
ten Band zu.
Liste der Verwendeten Bezugszeichen
1
Frequenzbandweiche
2
Detektorschaltung
3
HF-Umschalter
4
Empfangsverstärker
5
ODER-Glied
6
Sendeverstärker
7
HF-Umschalter
8
Frequenzbandweiche
9
Detektorschaltung
10
HF-Umschalter
11
Sendeverstärker
12
ODER-Glied
13
Empfangsverstärker
14
HF-Umschalter
15
Anschluß für Mobilfunkstation
16
Anschluß für Antenne
17
HF-Kabel