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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf mobile Kommunikation und insbesondere auf eine Anordnung
zur Mobilkommunikation mit größerer Sendeleistungseffizienz,
und auf einen Frontend- und Übertragungsteil
zur Verwendung bei einer derartigen Anordnung.
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Mobile Kommunikationssysteme verlassen sich
typischerweise auf Funkfrequenzübertragungen, die
unter Verwendung von Antennen gesendet und empfangen werden. Herkömmliche
Mobiltelephone benutzen eine Peitschenantenne für Empfangs- und Sendefunktionen
auf Teilungsbasis. Die Empfangs- und Sendeschaltungen sind vorgesehen
zum Schaffen der Empfangs- sowie der Sendefunktionen über dieselbe
Antenne mit Hilfe eines Duplexers oder eines Schalters. Andere bekannte
Entwürfe
benutzen separate (zugeordnete) Patch-Antennen zum Empfangen und
Senden von Signalen.
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Diese typischen Antennenanordnungen
von Mobiltelephonen umfassen einen Sendeleistungsverstärker, der
immer eingeschaltet ist (ausgenommen in der Bereitschafts-Mode)
und mit einem großen
Bereich von Sendeleistungspegeln arbeitet, gesteuert von der Infrastruktur
von Mobiltelephon-Netzwerken. Ein Sendeleistungsverstärker hat
typischerweise eine maximale Leistungseffizienz auf dem maximalen
Sendeleistungs-Ausgangspegel.
Auf entsprechende Weise bedeutet ein Funktionieren auf Sendeleistungspegeln
unterhalb dem Maximum eine geringe Effizienz für den Leistungsverstärker.
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Vorgeschlagene Anregungen zum Lösung des
Effizienzproblems umfassen das Implementieren von Schaltern oder
Linearisierungstechniken. Linearisierungstechniken umfassen das
Anwenden nicht linearer Verstärkung,
was leistungseffizienter ist wonach ein lineares Schema angewandt
wird. Solche Techniken bringen hohe Implementierungskosten für die Übertragungsschaltung
mit sich. Deswegen gibt es ein Bedürfnis nach einer tragbaren
Kommunikationsanordnung, die eine hohe Leistungseffizienz liefert
ohne hohe Kosten für
die Übertragungsschaltung.
Weniger verwendete Leistung ist erwünscht, was in mobilen Telephonsystemen
beispielsweise die Sprechzeit steigert.
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In dem Dokument
JP 09 023 176A , PAJ Heft 1997,
Nr. 5, 30. Mai 1997 ist eine Diversity-Anordnung beschrieben mit
einem Sende-Antennenselektionsschalter der einen Leistungsverstärker aus
eine Anzahl Leistungsverstärker
selektiert, und zwar auf Basis eines Steuersignals.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Leistungseffizienz für eine mobile
Kommunikationsanordnung zu schaffen.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Kommunikationsanordnung geschaffen mit einer
Abzweigungsanordnung, die einen Eingang für zu übertragende Signale, und einen
ersten und einen zweiten Ausgang aufweist, eine erste Sendeantenne,
die mit dem ersten Ausgang der Abzweigungsanordnung gekoppelt ist,
zum Übertragen
von Signalen mit einer Leistung unterhalb eines Schwellenwertes,
einen Leistungsverstärker,
der mit dem zweiten Ausgang der Abzweigungsanordnung gekoppelt ist,
zum Schaffen von Verstärkung
für zu übertragende
Signale, und eine zweite Sendeantenne, die mit einem Ausgang des
Leistungsverstärkers verbunden
ist, wobei der Leistungsverstärker
derart gesteuert wird, dass der Leistungsverstärker abgeschaltet wird für die Übertragung
von Signalen mit einer Leistung unterhalb des Schwellenwertes und
eingeschaltet wird zum Verstärken
von Signalen, die mit einer Leistung über dem Schwellenwert übertragen werden
sollen.
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Die Verwendung einer Abzweigungsanordnung
und zweier Sendeantennen bietet die Möglichkeit, einen Sendeleistungsverstärker Abzuschalten, wenn
das mobile Telephon auf Signalpegeln sendet, die der maximalen Ausgangsleistung
weniger der Netto-Verstärkung des
Sendeleistungsverstärkers entspricht,
oder auf niedrigeren Signalpegeln. Auf vorteilhafte Weise basieren
bei einer bevorzugten Ausführungsform
die zwei oder mehr Sendezweige auf verschiedenen Leistungsausgangsbereichen. Dies
kann zu einem geringeren Stromverbrauch für Batterien und zu einer längeren Sprechzeit
für mobile Telephone
führen.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Sendeteil geschaffen für eine mobile Kommunikationsanordnung
mit einer Abzweigungsanordnung mit einem Eingang für zu übertragende
Signale und mit einem ersten und einem zweiten Ausgang, mit Mitteln
zum Koppeln einer ersten Antenne mit dem ersten Ausgang der Abzweigungsanordnung,
mit einem Leistungsverstärker,
der mit dem zweiten Ausgang der Abzweigungsanordnung gekoppelt ist,
und mit Mitteln zum Koppeln einer zweiten Antenne mit einem Ausgang
des Leistungsverstärkers
und mit Mitteln zum Einschalten des Leistungsverstärkers zum Übertragen
von Signalen bei einem Pegel über
einem Schwellenwert und zum Abschalten zum Übertragen von Signalen bei
einem Pegel unterhalb eines Schwellenwertes.
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Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird ein Frontend für
eine mobile Kommunikationsanordnung geschaffen, die den Übertragungsteil,
wie oben definiert, und einen Empfangsteil umfasst, wobei der Empfangsteil
eine Mischstufe aufweist, Mittel zur Kopplung einer Empfängerantenne
mit der Mischstufe, und einen Ortsoszillator zum Liefern von Signalen
zum Abwärtsmischen
empfangener Signale und zum Aufwärtsmischen
von Signalen zur Übertragung.
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Bei alternativen Ausführungsformen
kann die erste und die zweite Antenne eine Patch-Antenne, eine eingebettete
Antenne oder eine Antenne eines anderen Typs sein. Die Abzweigungsanordnung kann
einen Schalter oder einen Splitter umfassen. Die Kommunikationsanordnung
kann ein mobiles Telephon, einen Zweiweg-Pager, einen PDA (personal digital
Assistant) oder eine andere Sendeanordnung umfassen. Das mobile
Telephon kann ein CDMA-Telephon (code division multiple access)
umfassen mit einem Übertragungsleistungsbereich
von etwa 80 dB. Der Leistungsverstärker kann eine Verstärkung von
30 dB schaffen und der Schwellenwert liegt um etwa 30 dB unter dem
größten Übertragungswert
des Übertragungsleistungsbereichs.
Der Leistungsverstärker
kann eine Verstärkung
G liefern und der Schwellenwert ist kleiner als der größte Übertragungswert
des Übertragungsleistungsbereichs
weniger G. Zum Abtasten eines Leistungspegels der empfangenen Signale
kann ein Leistungssensor vorgesehen sein, der auch ein Steuersignal
liefert zum Einschalten des Leistungsverstärkers, wenn die abgetastete
Leistung unterhalb eines Wertes liegt und zum Abschalten des Leistungsverstärkers, wenn
die abgetastete Leistung über
dem Wert liegt. Der Übertragungsteil
kann weiterhin einen Koppler umfassen, vorgesehen zum Abtasten eines
Leistungspegels an einem Ausgang des Leistungsverstärkers zum
Abschalten des Leistungsverstärkers,
wenn die abgetastete Leistung unterhalb eines Wertes liegt und zum
Abschalten des Leistungsverstärkers,
wenn die abgetastete Leistung über
dem Wert liegt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Frontend-Architektur einer Ausführungsform
eines Kommunikationsanordnung mit zwei Übertragungs-Patch-Antennen,
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2 ein
Blockschaltbild einer Frontend-Architektur einer anderen Ausführungsform
der Kommunikationsanordnung mit zwei Übertragungs-Patch-Antennen
und mit einem Leistungssensor zum Ein- und Abschalten eines Leistungsverstärkers,
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3 ein
Blockschaltbild einer Frontend-Architektur einer weiteren Ausführungsform
der Kommunikationsanordnung mit zwei Übertragungs-Patch-Antennen
und mit einem Koppler zum Abtasten eines Leistungspegels an einem
Ausgang des Leistungsverstärkers
und zum Ein- und Abschalten des Leistungsverstärkers, und
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4 eine
schaubildliche Darstellung eines Mobiltelephons mit zwei Übertragungs-Patch-Antennen
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Nachstehend wird detailliert eingegangen auf
die Zeichnung, in der gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen
angegeben sind, wobei 1 eine
tragbare Kommunikationsanordnung 100 zeigt. Die Anordnung 100 kann
ein Mobiltelephon sein, ein drahtloses Modem, einen PDA, einen Zweiweg-Pager
oder eine andere digitale oder analoge drahtlose Transceiver-Anordnung. 1 zeigt die Frontend-Architektur
der Anordnung 100 zum Übertragen
und Empfangen von Kommunikationssignalen von einem drahtlosen Netzwerk
oder von einer anderen Kommunikationsanordnung.
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Die Anordnung 100 umfasst
einen Empfangsteil 102. Der Empfangsteil umfasst eine Antenne 104 zum
Empfangen von Signalen. Die Antenne 104 kann eine Patch-Antenne, eine eingebettete
Antenne oder jede beliebige andere nützliche Antenne umfassen. Die
empfangenen Signale können
Signale umfassen, die über
ein drahtloses Netzwerk oder unmittelbar von anderen Übertragungsanordnungen ausgestrahlt
werden. In einer Ausführungsform
werden Signale von einem Mobiltelephon empfangen und die empfangenen
Signale umfassen HF-Trägersignale.
Ein Verstärker 106 verstärkt die
empfangenen Signale. Der Verstärker 106 umfasst
einen rauscharmen Verstärker,
der die erforderliche Verstärkung
der empfangenen Signale mit einem geringen Rauschwert liefert.
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Ein Bandpassfilter 108 filtert
das verstärkte Signal.
Das Bandpassfilter 108 lässt betreffende Signalbänder durch,
während
andere Signale gesperrt werden. Der Ausgang des Bandpassfilters 108 wird von
der Mischstufe 110 mit einem Signal von dem Ortsoszillator 112 gemischt
zum Ausliefern eines ZF-Signals an der Leitung 114 zu einem
Backend der Anordnung 100. Die Mischstufe 110 mischt
das Eingangssignal zum Erzeugen eines Signals innerhalb eines gewünschten
Frequenzbereichs. Der Ortsoszillator 112 ist einstellbar
zum Liefern von Signalen eines gewünschten Frequenzbereichs (Abstimmen).
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Die Leitung 114 ist mit
dem Backend der Anordnung 100 verbunden, welche die empfangenen Signale
verarbeitet zum Herleiten von Information oder Daten von dem empfangenen
Signal.
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Ein Sendeteil 120 des Frontends
der Anordnung 100 umfasst eine Leitung 130 zum Empfangen von
ZF-Signalen zur Übertragung.
In einer Ausführungsform
sind die ZF-Signale I/Q-versetzt (In-Phase-Quadratur). Andere Modulationsmethoden
können
aber angewandt werden. Ein Filter 129 kann benutzt werden
zum Bereinigen der Signale. Das ZF-Signal ist durch einen leistungsgesteuerten
oder einen verstärkungsgesteuerten
Verstärker 132 einstellbar zum
Liefern einer ausreichenden Amplitude zu dem ZF-Signal zum Mischen
mit den Signalen von dem Ortsoszillator 112. Die Mischstufe 111 mischt
die ZF-Signale aufwärts zu HF-Signalen
in einem bestimmten Übertragungsfrequenzbereich.
Das ZF-Signal wird mit dem Ortsoszilatorsignal gemischt zum Schaffen
einwandfreier Übertragungsfrquenzen.
Die gemischten Signale werden wieder durch einen variablen verstärkungsgesteuerten
Verstärker 134 eingestellt,
der auch als variable Leistungsverstärker-Treiberstufe bezeichnet wird.
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Die Leistungsverstärker-Treiberstufe 134 liefert
Signale zu einem Bandpassfilter 138, der benutzt wird zum
Entfernen unerwünschter
Frequenzbänder aus
dem zu übertragenden
HF-Signal. Der Übertragungsteil 120 des
Frontends der Anordnung 100 umfasst zwei Zweige 121 und 122.
Auf vorteilhafte Weise implementiert die Anordnung 100 nach
der vorliegenden Erfindung zwei Sendeantennen 126 und 128 durch
Spaltung des übertragenen
Signals hinter dem Bandpassfilter 138. Die Sendeantennen 126 und 128 können beispielsweise
eine Patch-Antenne, eine eingebettete Antenne oder eine nützliche
Antenne eines anderen Typs sein. Jeder Zweig 121 oder 122 bedient
einen Teil des verfügbaren
Sendeleistungsbereichs. In einer besonders nützlichen Ausführungsform
wird der Leistungsbereich zwischen Zweigen 121 und 122 derart
aufgeteilt, dass die Patch-Antenne 126 immer eingeschaltet
ist und den niedrigen Leistungsbereich mit Sendeleistung bedient.
Folglich kann die Antenne 128 abgeschaltet werden und kann wieder
eingeschaltet werden, wenn der höhere
Teil des Sendeleistungsbereichs benutzt wird.
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Die Antennen 126 und 128 werden
von einem Splitter aufgeteilt oder durch einen durch den Block 140 angegebenen
Schalter geschaltet. In einer Ausführungsform umfasst der Schalter 140 einen SPDT-Schalter
(single pole double throw). Wenn die Sendeleistung hoch sein soll
(über einem
Schwellenwert), wird der Leistungsverstärker 136 akti viert
zum Schaffen einer Übertragung
von der Patch-Antenne 128 aus. Sonst wird die Patch-Antenne 126 verwendet.
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In einem Beispiel nach der vorliegenden
Erfindung wird für
die Anordnung 100 ein Mobiltelephon verwendet und insbesondere
ein CDMA-Telephon. Ein CDMA-Telephon
kann einen Sendeleistungssteuerbereich von etwa 80 dB haben. Dies
ergibt wieder einen Arbeitsbereich von etwa 50 dB, wobei sich der
Leistungsverstärker 136 in
einem AUS-Zustand befindet, weil der Leistungsverstärker 136 in
diesem Beispiel eine Verstärkung
von etwa 30 dB hat. Der Zweig 122 mit dem leistungsverstärker 136 und
der Patch-Antenne 128 arbeitet
nur auf hohen Ausgangssignalpegeln beispielsweise von –4 bis +26 dBm.
Der andere Zweig 121 mit der Patch-Antenne 126 ist
immer eingeschaltet und arbeitet dementsprechend von –54 bis –4 dBm.
Wenn die Anordnung 100 maximal betrieben wird oder innerhalb
von etwa 30 dB unterhalb des maximalen Übertragungsausgangs, werden
die beiden Zweige 121 und 122 eingesetzt.
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Dadurch, dass ein Doppel-Patch-Antennensystem
geschaffen wird, wie dies anhand der 1 beschrieben
worden ist, wird für
tragbare Kommunikationsanordnungen Leistung gespart. Dadurch, dass
der Verstärker 136 in
Perioden von Übertragungen
geringer Leistung abgeschaltet wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung
eine wesentliche Leistungseinsparung. So kann beispielsweise Sprechzeit bis
um etwa 40% oder mehr gesteigert werden. Dies reduziert Batterieverbrauch
und ermöglicht
eine längere
Lebensdauer batteriebetriebener Anordnungen, wodurch die Lebensdauer
der Batterie verlängert wird
und die Anzahl Batteriewechsel reduziert wird.
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In 2 ist
ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Der Leistungsverstärker 136 kann entsprechend
der empfangenen Signalleistung ein- und abgeschaltet werden. Wenn
ein Signal von einer Antenne 103 empfangen wird, die beispielsweise
eine Patch-Antenne oder eine eingebettete Antenne sein kann, wird
ein Leistungssensor 160 verwendet um die Leistung des Signals
zu ermitteln. Wenn die Leistung des Signals unter einem vorbestimmten
Wert liegt, beispielsweise 0 bis –4 dBm, liefert der Leistungssensor 160 ein
Freigabesignal EN zu dem Leistungsverstärker 136. Das Freigabesignal
schaltet den Leistungsverstärker 136 ein
zum Schaffen einer Übertragung
hoher Leistung über
die Antenne 128. Sonst wird der Leistungsverstärker 136 gesperrt (DIS)
und die Übertragung
erfolgt über
die Antenne 126. Der Leistungssensor 160 kann
eine spezielle Einheit sein oder mit der Anordnung 101 versehen, wie
beispiels weise ein mobiles Telephon. Es kann auch eine andere Art
und Weise der Steuerung des Leistungsverstärkers 136 angewandt
werden. So kann beispielsweise der Leistungsverstärker 136 durch
den Benutzer von Hand oder durch eine Programmanordnung ein- oder
abgeschaltet werden. Bei wieder anderen Ausführungsformen ist erwogen, dass
die Verstärkung
des Leistungsverstärkers 136 eingestellt
werden kann unter Verwendung eines Rückkopplungs- oder eines Steuersignals,
dies nebst der Möglichkeit
ein- und abgeschaltet zu werden. In 3 zeigt
ein Blockschaltbild eine weitere Ausführungsform nach der vorliegenden
Erfindung. Der Leistungsverstärker 136 kann
entsprechend der empfangenen Signalleistung ein- und abgeschaltet werden.
Signale werden von der Empfangsantenne 104 empfangen, die
beispielsweise eine Patch-Antenne oder eine eingebettete Antenne
sein kann. Ein Koppler 137 wird benutzt zum Abschalten
des Leistungsverstärkers,
wenn die Leistung des Signals unter einem vorbestimmten Wert liegt,
beispielsweise 0 bis –4
dBm, wodurch der Leistungsverstärker 136 gesperrt
wird, wodurch die Übertragung über die
Antenne 126 läuft.
Sonst schaltet der Koppler 137 den Leistungsverstärker 136 ein
um über
die Antenne 128 eine Übertragung
hoher Leistung zu schaffen. Die Übertragungsleistung
wird auf Basis der Leistung der empfangenen Signale ermittelt. Der
Koppler 137 tastet den Leistungspegel der zu übertragenden
Signale ab und schaltet den Verstärker 136 auf entsprechende
Weise ein oder ab. Es ist ebenfalls erwogen, dass die Verstärkung des
Leistungsverstärkers 136 unter Verwendung
eines Rückkopplungs-
oder eines Steuersignals nebst der Fähigkeit ein- und abgeschaltet zu
werden, eingestellt werden kann.
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In 4 ist
eine schaubildliche Darstellung einer Transceiver-Anordnung 200 nach
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Transceiver 200, wie
ein Mobiltelephon, ist nach der vorliegenden Erfindung mit zwei
oder mehr Sende-Patch-Antennen 202 und 204 versehen.
Die erste Sende-Patch-Antenne 202 ist immer eingeschaltet
zum Übertragen von
Signalen mit niedrigem Pegel, beispielsweise von –54 bis –4 dBm.
Ein Leistungsverstärker
(siehe 1) ist mit der
zweiten Sendeantenne 204 verbunden und kann eine Verstärkung von
etwa 30 dB umfassen. Der Leistungsverstärker wird nur zum Übertragen
von Signalen hoher Leistung eingeschaltet, beispielsweise von –4 bis +26
dBm. Eine Empfangs-Patch-Antenne 206 ist ebenfalls eingeschlossen.
Patch-Antennen werden vorzugsweise unter einer Kunststoffplatte
oder einer Abdeckung vorgesehen. Die Leistungsanordnung 200 wird
mit einer Batterie 208 versehen.
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Obschon obenstehend bevorzugte Ausführungsformen
für Mobiltelephone
mit einer größeren Sendeeffizienz
beschrieben worden sind, wobei zwei oder mehr Sende-Patch-Antennen verwendet
werden (was als erläuternd
und nicht als begrenzend betrachtet werden soll), sei es bemerkt,
dass der Fachmann im Rahmen des Obenstehenden Abwandlungen und Variationen
bedenken kann. So kann beispielsweise der Sendeteil des Frontends
mehrere Antennen enthalten, aufgeteilt in eine Anzahl Bereiche zum Übertragen
von HF-Signalen.
Dabei dürfte es
einleuchten, dass in den speziellen Ausführungsformen der vorliegenden
beschriebenen Erfindung Änderungen
durchgeführt
werden können,
die im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, wie dies in den
beiliegenden Patentansprüchen
beschrieben worden ist.
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Text in der
Zeichnung
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1
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- Zu Backend
- Von Backend
- EIN/AUS Steuerung
-
2
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- Antenne
- Senderantenne
- Senderantenne
- Spalter oder Schalter
- Leistungssensor
- Leistungsverstärker
-
3
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- Empfängerantenne
- Empfängerantenne
- Spalter oder Schalter
- Leistungsverstärker
- Koppler