DE60034507T2

DE60034507T2 - Funksendeempfänger für das Senden und Empfang in mindestens zwei Frequenzbereichen

Info

Publication number: DE60034507T2
Application number: DE60034507T
Authority: DE
Inventors: Harri Kimppa
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: US6714765B1; FI991329A0; EP1796275B1; CN1156988C; JP2001024543A; FI991329A; EP1059734A3; FI112561B; EP1059734B1; EP1059734A2; DE60045453D1; DE60034507D1; CN1277495A; EP1796275A1; JP4484321B2

Description

Der Gegenstand der Erfindung ist ein Sendeempfänger zum Senden und Empfangen eines RF-Signals auf wenigstens zwei Arbeitsfrequenzbereichen.
Mobile Kommunikationssysteme entwickeln sich und breiten sich sehr schnell aus, und deshalb wurden oder werden Systeme vieler unterschiedlicher Standards in vielen Bereichen gebaut. Deshalb entstand ein Bedarf nach mobilen Stationen, die in mehr als einem System verwendet werden können. Als Beispiele können wir die digitalen Systeme vom GSM-Typ (Global System for Mobile Communication) erwähnen, die auf den Frequenzbereichen 900 MHz, 1800 MHz und 1900 MHz arbeiten, von denen das System mit den Frequenzen 1800 und 1900 MHz auch DCS und PCN-Systeme genannt werden. Diese Systeme arbeiten auf unterschiedlichen Frequenzbereichen, ansonsten aber sind ihre Spezifikationen nahe miteinander verwandt. Ein Problem beim Implementieren eines Senders/Empfängers oder Sendeempfängers ist, wie man das Bedürfnis nach getrennten Sender- und Empfängerschaltkreisen für alle Frequenzbereiche vermeidet.
Aus der Patentveröffentlichung EP 653851 ist eine Sendeempfängeranordnung bekannt, die einen lokalen Oszillator verwendet, der eine Frequenz hat, die zwischen dem niedrigeren Arbeitsfrequenzbereich und dem höheren Arbeitsfrequenzbereich ausgewählt ist, so dass dieselbe Zwischenfrequenz für das Arbeiten auf beiden Arbeitsfrequenzbereichen verwendet werden kann. Jedoch ist der Nachteil dieser Lösung, dass wegen der Zwischenfrequenzbereiche die Ausführungsform sehr kompliziert ist und die Herstellungskosten des Geräts wegen der hohen Anzahl an Komponenten hoch sind.
In einem Direct-Conversion-Empfänger oder in einem Nullzwischenfrequenz-Empfänger wird das Radiofrequenzsignal direkt auf das Basisband ohne eine Zwischenfrequenz transformiert. Weil keine Zwischenfrequenzphasen benötigt werden, benötigt der Empfänger nur wenige Komponenten, weshalb er eine vorteilhafte Lösung für viele Anwendungen, wie mobile Stationen, ist. Lösungen für praktische Ausführungsformen werden in genauerem Detail, d.h. in der Patentanmeldungsveröffentlichung EP 0 594 894 A1 beschrieben. Ein Beispiel eines Dualband-Direct-Conversion-Sendeempfängers ist in EP 0800283 offenbart.
1 zeigt ein bereits bekanntes Blockdiagramm eines Sendeempfängers einer Mobilstation, wobei der Empfänger ein sogenannter Direct-Conversation-Empfänger ist. Dort wird das von der Antenne empfangene RF-Signal mittels des Schalters 104 entweder mit dem DCS-Zweig oder dem GSM-Zweig des Schaltkreises verbunden. Wenn ein Signal des DCS-Frequenzbereiches empfangen wird, wird das empfangene Signal in den DCS-Zweig einem Bandpassfilter 106, einem LNA (Low Noise Amplifier) 108 und einem Bandpassfilter 110 zugeführt. Dann erzeugt der Block 112 aus diesem Signal Komponenten mit einer gegenseitigen 90-Grad-Phasenverschiebung. Die gleichphasige Komponente I und die Quadraturkomponente Q werden außerdem über die Schalter 114 und 134 den Mischern 116 und 136 zugeführt.
Das Mischsignal an die Mischer wird aus dem Synthesizer 140 erhalten, der eine Frequenz hat, die der empfangenen Trägerfrequenz entspricht, wobei die erhaltenen Mischergebnisse die gleichphasige Komponente und die Quadraturkomponente des komplexen Basisbandsignals sind. Das Basisbandsignal wird außerdem der AGC (Automatic Gain Control) 137 und dem Korrekturblock 138 für den Spannungsunterschied zugeführt. Dann wird das Signal in der Basisbandverarbeitungseinheit, Block 139, für das empfangene oder das RX-Signal weiterverarbeitet.
Wenn ein GSM-Signal empfangen wird, leitet der Schalter 104 das empfangene Signal an den GSM-Zweig, der dementsprechend in einer Reihenschaltung einen Bandpassfilter 126, einen geräuscharmen Verstärker 128 und einen Bandpassfilter 130 hat. Dann wird das Signal mit derselben Phase den Mischern 116 und 136 zugeführt. Nun wählen die Schalter 115 und 135 ein Signal aus dem Synthesizer als die Mischfrequenz aus, die eine Frequenz hat, die im Block 111 durch zwei geteilt wird. Im Block 111 werden zwei Signale mit einer gegenseitigen 90-Grad-Phasenverschiebung zu den Mischern 116, 136 gebildet. Folglich wird die von den Mischern benötigte 90-Grad-Phasenverschiebung nicht auf dem empfangenen Signal durchgeführt, sondern auf dem Mischsignal. Das komplexe Basisbandsignal von den Mischern wird der Verarbeitungseinheit 139 für das empfangene Basisband oder RX-Signal zugeführt.
Auf bekannte Weise umfasst der Synthesizer 140 einen PLL (Phase Locked Loop), welcher einen VCO (Voltage Control Oscillator) 141 umfasst, dessen Ausgangssignal von dem Verstärker 146 verstärkt wird, um das Ausgangssignal zu erzeugen. Die Frequenz des von dem Oszillator 141 bereitgestellten Signals wird durch einen ganzzahligen Wert Y in dem Teiler 142 geteilt, und das resultierende Signal wird dem Phasenvergleicher 143 zugeführt. Dementsprechend wird die Frequenz des Signals, das von dem Referenzoszillator erzeugt wurde, durch einen ganzzahligen Wert X in dem Teiler 144 geteilt und dem Phasenvergleicher 143 zugeführt. Der Phasenvergleicher gibt ein Signal aus, das proportional zur Phasendifferenz der beiden Eingangsignale ist, wobei das Ausgangssignal einem LPF (Low Pass Filter) 145 zugeführt wird, und das gefilterte Signal außerdem den spannungsgesteuerten Oscillator 141 steuern wird. Der oben beschriebene Phasenregelkreis arbeitet auf bekannte Weise, so dass die Ausgangsfrequenz des Synthesizers auf die Frequenz geregelt wird, die zum Phasenvergleicher aus dem Referenzfrequenz-Zweig kommt. Die Ausgangsfrequenz wird durch Ändern des Divisors Y gesteuert.
Im Senderteil wird das komplexe Basisbandsendesignal oder TX-Signal in der TX-signalverarbeitenden Einheit 160 verarbeitet, von wo die komplexen Komponenten des Signals an die Mischer 162 und 182 geleitet werden, wo das Trägerfrequenzsignal durch Mischen des Eingangssignals mit dem Mischsignal erzeugt wird. Falls die DCS-Frequenz beim Senden verwendet wird, wählen dann die Schalter 111 und 161 das Ausgangssignal des Synthesizers 140 als das Mischsignal aus. Das erhaltene DCS-Signal wird dem Bandpassfilter 168, dem Verstärker 170 und dem Bandpassfilter 172 zugeführt. Das erzeugte RF-Signal wird außerdem der Antenne 102 über den Schalter 180 zugeführt.
Falls das Senden auf dem GSM-Frequenzbereich stattfindet, wird das Mischsignal durch Teilen der Frequenz des Ausgangssignals durch zwei von dem Synthesizer 140 in dem Teiler 161 erzeugt, von wo zwei Mischsignale mit einer gegenseitigen 90-Grad-Phasenverschiebung für den ersten TX-Mischer 162 und den zweiten TX-Mischer 182 erhalten werden. Das Signal bei der Trägerfrequenz wird durch die Schalter 164 und 184 dem GSM-Zweig zugeführt, wo die phasengleiche Komponente und die Quadraturkomponente, die von den Mischern 162 und 182 erhalten wurden, addiert werden, Block 186. Dann gibt es Filterung und Verstärkung in Blöcken 188, 190 und 192. Das erzeugte RF-Signal wird der Antenne 102 durch den Schalter 180 zugeführt. Daher wird bei der GSM-Frequenz die 90-Grad-Phasenverschiebung auf dem Mischsignal gemacht und nicht auf dem Signal bei der Trägerfrequenz, das als ein Mischergebnis erhalten wurde.
Die oben erwähnten steuerbaren Blöcke empfangen ihre Steuerung aus einer Verarbeitungseinheit (nicht gezeigt in 1), die zum Beispiel einen Mikroprozessor und/oder einen DSP (Digital Signal Processor) enthalten kann. Außerdem umfasst eine Mobilstation eine Speichereinheit, die zu der Verarbeitungseinheit und dem Benutzerschnittstellenmittel gehört, welche eine Anzeige, eine Tastatur, ein Mikrophon und einen Lautsprecher umfassen, die nicht in 1 dargestellt sind.
Ein mit der in 1 gezeigten Lösung einhergehendes Problem ist, eine ausreichend genaue Phase zu erhalten. Die Genauigkeitserfordernisse auf der Phasendifferenz zwischen der I- und Q-Komponente ist in der Größenordnung von ein paar Graden. Auf der anderen Seite wird die Steuerung der Phasengenauigkeit durch die Arbeit auf den zwei Frequenzbereichen kompliziert, die weit voneinander entfernt sind. Da die Phasenverschiebung in herkömmlichen RC-Phasenverschiebern, d.h. von der Frequenz und der Temperatur der Komponente abhängt, ist es schwierig, eine ausreichend genaue Phase über dem gesamten Frequenzband und in allen Arbeitszuständen zu erhalten. Zusätzlich ist die Phasengenauigkeit des Synthesizers beim höheren Frequenzbereich niedriger, weil die Ausgangsfrequenz des VCO dieselbe wie die RX-/TX-Mischfrequenz ist.
Außerdem beobachten bekannte Sendeempfängeranordnungen nur den Betrieb auf zwei Frequenzbereichen. Da jedoch die Anzahl an Systemen, die auf verschiedenen Frequenzbereichen arbeiten, zunehmend ist, ist es wünschenswert, Sendeempfängergeräte bereitzustellen, die auch auf mehr als zwei Frequenzbereichen arbeiten. Zu diesem Zweck hat der Stand der Technik keine Lösungen vorgestellt.
Der Gegenstand der Erfindung ist es, eine einfache Lösung zu schaffen, einen Sendeempfänger zu implementieren, der auf wenigstens zwei Frequenzbereichen arbeitet, so dass die oben dargestellten Nachteile, die mit Lösungen aus dem Stand der Technik einhergehen, vermieden werden können.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Eine Idee der Erfindung ist es, einen Sendeempfänger zu verwenden, der auf der Direct-Conversation beruht, und wo die Mischfrequenz mit Hilfe desselben Synthesizers erzeugt wird, wenn auf verschiedenen Frequenzbereichen gearbeitet wird. Dies wird vorzugsweise so implementiert, dass, wenn auf Frequenzbereichen, die weit auseinander liegen, gearbeitet wird, das Ausgangssignal des Synthesizers mit unterschiedlichen Divisoren geteilt wird, um die Mischfrequenz zu erzeugen. Wenn auf Frequenzbereichen gearbeitet wird, die nahe beieinander sind, wird der Divisor, der in der Rückkopplung des Synthesizers verwendet wird, vorteilhafterweise geändert. Auf diese Weise ist es möglich, einen Sendeempfänger zu implementieren, der mehrere Arbeitsfrequenzbereiche hat, die nahe beieinander sind.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, in Verbindung mit der Teilung der Synthesizerfrequenz zwei Mischsignale mit einer gegenseitigen 90-Grad-Phasenverschiebung zu erzeugen, wobei keine RC-Phasenverschieber in der Signalleitung benötigt werden, und die erhaltene Phasengenauigkeit gut und unabhängig von der Frequenz ist.
Da der Synthesizer auf einer hohen Frequenz in der erfindungsgemäßen Lösung arbeitet, ist es möglich, eine höhere Frequenz in dem Phasenvergleicher zu verwenden und/oder einen Schleifenfilter, der auf einem breiten Band arbeitet, aufgrund dessen der Synthesizer eine kurze Einschwingzeit hat. Außerdem wird wegen der hohen Arbeitsfrequenz die Frequenzauflösung erhöht, wobei der Synthesizer auf Kanäle gesteuert werden kann, mit Frequenzen, die näher beieinander liegen. Ein Sendeempfänger gemäß der Erfindung kann außerdem als ein einfacher Sendeempfänger mit niedrigen Herstellungskosten implementiert werden, da die Schaltkreise leicht integriert werden können.
Ein Direct-Conversation-Sender/Empfänger, der auf wenigstens zwei verschiedenen Frequenzbereichen arbeitet, wobei der erste Frequenzbereich einen ersten Sendebereich und einen ersten Empfangsbereich umfasst, und wobei ein zweiter Frequenzbereich einen zweiten Sendebereich und einen zweiten Empfangsbereich umfasst, und wobei

– der Empfänger wenigstens einen RX-Mischer zum Mischen eines empfangenen Signals zu einem Basisbandsignal umfasst,
– der Sender wenigstens einen TX-Mischer zum Mischen eines Basisbandsignals zu einem Sendesignal bei einer Teilfrequenz umfasst,
– der Sender/Empfänger Synthesizermittel umfasst,
– mit dem Ausgang der Synthesizermittel ein erstes Frequenzteilungsmittel zum Erzeugen eines ersten gleichphasigen RX-Mischsignals und eines ersten 90-Grad-phasenverschobenen RX-Mischsignals für den RX-Mischer verbunden ist, um ein beim ersten Empfangsfrequenzbereich empfangenes Signal zu einem Basisbandsignal zu mischen, und
– mit dem Ausgang des Synthesizermittels ein zweites Frequenzteilungsmittel zum Erzeugen eines ersten gleichphasigen TX-Mischsignals und eines ersten 90-Grad-phasenverschobenen TX-Mischsignals für den TX-Mischer verbunden ist, um ein erstes Basisband-TX-Signal zu einem ersten TX-Signal bei der Trägerfrequenz im ersten Sendefrequenzbereich zu mischen, dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sender/Empfänger außerdem umfasst:
– ein drittes, mit dem Ausgang des Synthesizermittels verbundenes Frequenzteilungsmittel zum Erzeugen eines zweiten gleichphasigen RX-Mischsignals und eines zweiten 90-Grad-phasenverschobenen RX-Mischsignals aus dem Ausgangssignal des Synthesizermittels, um ein bei einem zweiten Empfangsbereich empfangenes Signal zu einem zweiten Basisband-RX-Mischsignal zu mischen, und
– ein viertes, mit dem Ausgang des Synthesizermittels verbundenes Frequenzteilungsmittel zum Erzeugen eines zweiten gleichphasigen TX-Mischsignals und eines zweiten 90-Grad-phasenverschobenen TX-Mischsignals aus dem Ausgangssignal des Synthesizermittels, um ein zweites Basisband-TX-Signal zu einem zweiten Signal bei der Trägerfrequenz auf dem zweiten Sendefrequenzbereich zu mischen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Die Erfindung wird im genaueren Detail untenstehend mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei 1 in einem Blockdiagramm einen Sendeempfänger auf der Grundlage der Direct-Conversation aus dem Stand der Technik zeigt, 2 in einem Blockdiagramm eine erfindungsgemäße Lösung zeigt, um einen Sendeempfänger zu implementieren, der auf wenigstens zwei Frequenzbereichen arbeitet, 3 in einem Schaltkreisdiagramm eine Lösung zum Erzeugen der unterschiedlich gephasten Signale des niedrigen Frequenzbereichs zeigt, 4 in einem Schaltkreisdiagramm eine weitere Lösung zum Erzeugen der unterschiedlich gephasten Signale des niedrigeren Frequenzbereiches zeigt, und 5 in einem Schaltkreisdiagramm eine Lösung zum Erzeugen der unterschiedlichen gephasten Signale des höheren Frequenzbereichs zeigt.
1 wurde schon in Verbindung mit der Beschreibung des Standes der Technik beschrieben. Unten beschreiben wir einen erfindungsgemäßen Sender/Empfänger mit Hilfe von 2. Schließlich beschreiben wir unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 mögliche Arten und Weisen, um die Erzeugung der unterschiedlich gephasten Signale in einem erfindungsgemäßen Sendeempfänger zu implementieren.
2 zeigt in einem Blockdiagramm einen erfindungsgemäßen Sendeempfänger. Der in 2 gezeigte Sendeempfänger arbeitet auf drei Frequenzbereichen. Diese sind das GSM 900 System, das auf dem 900 MHz Frequenzbereich arbeitet, das GSM 1800 System, das auf dem 1800 MHz Frequenzbereich arbeitet und das GSM 1900 System, das auf dem 1900 MHz Frequenzbereich arbeitet. Die Empfangs- und Sendefrequenzen eines Terminals, das in diesen Systemen verwendet wird, werden in der Tabelle unten dargestellt.
Der Empfänger von 2 hat zwei RF-Empfangszweige, von denen der erste auf dem 900 MHz Frequenzbereich und der zweite auf den Frequenzbereichen von 1800 MHz und 1900 MHz verwendet wird. Das von der Antenne 202 empfangene RF-Signal wird durch den Schalter 204 zum Empfangszweig gemäß dem zu empfangenden Frequenzbereich geleitet. Dann ist der Durchlassbereich der Bandpassfilter 226 und 230 im Empfangszweig des niedrigeren Frequenzbereichs ungefähr 925 – 960 MHz, und der Durchlassbereich der Bandpassfilter 202 und 210 im Empfangszweig des höheren Frequenzbereichs ist ungefähr 1805 – 1990 MHz. Dementsprechend ist der Durchlassbereich der Bandpassfilter 288 und 292 des Senders des niedrigeren Frequenzbereiches ungefähr 880 – 915 MHz, und der Durchlassbereich der Bandpassfilter 268 und 272 des Senders des höheren Frequenzbereichs ist ungefähr 1710 – 1910 MHz.
Beide Empfangszweige haben geräuscharme Verstärker 208 und 228 zwischen den Bandpassfiltern. Das gefilterte und verstärkte empfangene Signal bei der Trägerfrequenz des niedrigeren Frequenzbereichs wird mit derselben Phase den Mischern 236 und 233 zugeführt. Das gefilterte und verstärkte empfangene Signal bei der Trägerfrequenz des höheren Frequenzbereichs wird mit derselben Phase den Mischern 213 und 216 zugeführt. Somit sind die Trägerfrequenzteile vorteilhafterweise dieselben für beide höheren Frequenzbereiche.
Die Mischsignale des niedrigeren Frequenzbereichs werden aus dem Synthesizerausgangssignal durch Teilen durch vier in dem Teiler 231 erhalten. Der Teiler 231 erzeugt das gleichphasige Mischsignal RXM1I und das 90-Grad-phasenverschobene Mischsignal RXM1Q, das beim Mischen benötigt wird. Die Mischsignale der höheren Frequenzbereiche werden aus dem Synthesizerausgangssignal durch Teilen dieser Frequenz durch zwei in dem Teiler 211 erhalten. Der Teiler 211 erzeugt das gleichphasige Mischsignal RXM2I und das 90-Grad-phasenverschobene Mischsignal RXM2Q, das beim Mischen benötigt wird. Somit wird die 90-Grad-Phasenverschiebung, die beim Mischen benötigt wird, nicht auf dem empfangenen Signal sondern auf dem Mischsignal gemacht.
Das komplexe Basisbandsignal I-RX, Q-RX, das von den Mischern erhalten wird, wird außerdem dem AGC-Block (Automatic Gain Control) 237 und dem Korrekturblock 238 der Differenzspannung zugeführt. Dann wird das Signal in der Basisbandverarbeitungseinheit, Block 239, des empfangenen RX-Signals weiterverarbeitet.
Der Synthesizer 240 arbeitet wie folgt. Der Synthesizer umfasst einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO 241, und das Ausgangssignal des VCO wird durch den Verstärker 246 verstärkt, um das Ausgangssignal RXS, TXS zu erzeugen. Die Frequenz des Signals, das durch den Oszillator 241 zugeführt wird, wird durch P in dem Teilerblock 248 geteilt. Die Anzahl P ist vorzugsweise eine ganze Zahl, kann aber auch zum Beispiel ein Bruch sein. Das resultierende Signal wird dem Phasenvergleicher 243 zugeführt, wo die Phase des Signals mit der Phase des Signals verglichen wird, das vom Referenzoszillator 258 erzeugt wird. Wenn benötigt, kann die Frequenz des Referenzoszillatorausgangssignals auch vor dem Phasenvergleich geteilt werden, zum Beispiel mit einem gesteuerten Teiler. Der Phasenvergleicher erzeugt ein Signal, welches proportional zur Phasendifferenz der beiden Eingangssignale ist, wobei das Ausgangssignal dem Tiefpassfilter 245 zugeführt wird, und das gefilterte Signal steuert außerdem den spannungsgesteuerten Oszillator 241.
In dem Sendeteil wird das komplexe Basisbandsignal oder das TX-Signal in der Verarbeitungseinheit 260 für das TX-Signal erzeugt, welches die komplexen Signalkomponenten I-TX und Q-TX erzeugt. Das komplexe Signal wird den Mischern 262, 263 zugeführt, welche das Trägerfrequenzsignal der höheren Frequenzbereiche erzeugen, und den Mischern 282 und 283, welche das Trägerfrequenzsignal des niedrigeren Frequenzbereichs erzeugen.
Die Mischsignale des niedrigeren Frequenzbereichs werden aus dem Ausgangssignal des Synthesizers durch Teilen dieser Frequenz durch vier in dem Teiler 281 erhalten. Der Teiler erzeugt das gleichphasige Mischsignal TXM1I und das 90-Grad-phasenverschobene Mischsignal TXM1Q, das zum Mischen benötigt wird. Die Mischsignale der höheren Frequenzbereiche werden aus dem Ausgangssignal des Synthesizers durch Teilen dieser Frequenz durch zwei in dem Teiler 261 erhalten. Der Teiler 261 erzeugt das gleichphasige Mischsignal TXM2I und das 90-Grad-phasenverschobene Mischsignal TXM2Q, das beim Mischen benötigt wird. Somit wird die 90-Grad-Phasenverschiebung, die beim Mischen benötigt wird, nicht auf dem Sendesignal, sondern auf dem Mischsignal gemacht.
Wenn der niedrigere Frequenzbereich verwendet wird, werden die gleichphasige Komponente und die Quadraturkomponente, die aus den Mischern 262 und 263 erhalten wurden, im Block 286 addiert, und dann wird das Signal dem Bandpassfilter 288, Verstärker 290 und dem Bandpassfilter 292 zugeführt. Das erzeugte RF-Signal wird außerdem durch den Schalter 280 der Antenne 202 zum Senden zugeführt.
Die gleichphasige Komponente und die Quadraturkomponente, die aus den Mischern 262 und 263 der höheren Frequenzbereiche erhalten werden, werden in Block 266 addiert, und das Signal wird dem Bandpassfilter 268, Verstärker 270 und dem Bandpassfilter 272 zugeführt. Das erzeugte RF-Signal wird außerdem über den Schalter 280 der Antenne 202 zum Senden zugeführt. Somit sind die Trägerfrequenzabschnitte vorteilhafterweise für beide höheren Frequenzbereiche dieselben.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass die Mischsignale des Empfangens und des Sendens auch mit Hilfe desselben Frequenzteilers erzeugt werden können. Dann können die Ausgänge des Frequenzteilers mit unterschiedlichen Phasen verbunden werden entweder mit den RX-Mischern des Empfängers während des Empfangs oder mit den TX-Mischern des Senders während des Sendens, zum Beispiel mit Hilfe von steuerbaren Schaltern. Dann werden die Schalter mit einem Signal gesteuert, das in einem ersten Zustand während des Empfangszeitschlitzes ist und in einem zweiten Zustand während des Sendezeitschlitzes. Eine weitere Alternative ist, wenn man einen Teiler verwendet, die Signale weiterzuleiten, die man aus dem Teiler erhalten hat, an die Mischer sowohl des Senders als auch der Empfänger, während sowohl des Sendens als auch des Empfangs. Dann können die Signale zu den Mischern mit Hilfe eines Teilermittels, wie eines Leistungsteilers, verzweigt werden.
Außerdem muss darauf hingewiesen werden, dass es anstatt des gezeigten Teilers, der durch zwei/vier teilt, auch möglich ist, andere Teiler zum Erzeugen der RX- und TX-Mischfrequenzen aus dem vom Synthesizer erzeugten Signal zu verwenden. Deshalb könnte die Frequenzteilungsfunktion etwas anderes sein als die Teilung durch zwei/vier, abhängig z.B. von den verwendeten Arbeitsfrequenzbereichen und von der Frequenz des Ausgangssignals des Synthesizers.
Außerdem muss auch darauf hingewiesen werden, dass es für den niedrigeren und den höheren Frequenzbereich auch möglich ist, einen gemeinsamen Mischer zu verwenden, wobei das dem Mischer zugeführte Mischsignal zum Beispiel mit Schaltermitteln ausgewählt wird. Weitere Schaltermittel werden auch für die Auswahl der Signalverzweigung benötigt, die mit dem Mischer verbunden sind. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass die Anzahl von benötigten Mischern niedriger ist, aber auf der anderen Seite ist ein Nachteil, dass der von den Mischern benötigte Arbeitsfrequenzbereich breiter ist.
Die Wechselschalter 204, 205, 225 und 280 werden am geeignetsten durch ein Zwei-Stufen-Signal BC (Band-Steuerung) gesteuert. Auf der ersten Stufe des Steuersignals sind die Wechselschalter in einer Position, wo die Hochfrequenzschaltkreise der niedrigeren Frequenzbereiche verwendet werden, und auf der zweiten Stufe sind die Wechselschalter in einer Position, wo die Hochfrequenzschaltkreise der höheren Frequenzbereiche verwendet werden. Die Werte der ersten und zweiten Stufe des Steuersignals BC hängen d.h. von der Ausführungsform der Wechselschalter ab.
Anstatt der Wechselschalter 204, 205, 225 und 280 ist es auch möglich, irgendein anderes bekanntes Verfahren zum Leiten des Pfades des Hochfrequenzsignals anzuwenden. Die Wechselschalter können zum Beispiel durch Abgleichmittel ersetzt werden, die an sich bekannt sind, wobei, wenn der erste Frequenzbereich benutzt wird, die Hochfrequenzschaltkreise des zweiten Frequenzbereiches den Signalen des ersten Frequenzbereiches eine hohe Impedanz bieten. Dementsprechend bieten, wenn man den zweiten Frequenzbereich benutzt, die Hochfrequenzschaltkreise des ersten Frequenzbereichs den Signalen des zweiten Frequenzbereiches eine hohe Impedanz. Dann interferieren die Hochfrequenzschaltkreise der unterschiedlichen Frequenzbereiche nicht mit dem Betrieb des jeweils anderen.
Das Signal BC, das die Wechselschalter steuert, wird am geeignetsten im Verarbeitungsblock der Mobilstation (nicht in den Figuren gezeigt) erzeugt, welche vorteilhafterweise einen Prozessor, wie einen Mikroprozessor, umfasst. Der Verarbeitungsblock erzeugt das Signal zum Beispiel auf der Grundlage einer Systemwiederauswahlanweisung, die vom Benutzer über die Tastatur eingegeben wird. Die Systemwiederauswahl kann zum Beispiel menübasiert sein, wobei das gewünschte System dadurch ausgewählt wird, dass es aus einem in der Anzeige gezeigten Menü durch Drücken einer Taste genommen wird. Dann erzeugt der Verarbeitungsblock ein Steuersignal BC, welches dem ausgewählten System entspricht. Die Systemwiederauswahlanweisung kann auch über das mobile Kommunikationssystem kommen, wobei die Mobilstation Daten empfängt, die von einem anderen System gesendet werden. Die empfangenen Daten können eine Systemwiederauswahlanweisung enthalten, auf der Grundlage derer der Verarbeitungsblock das System verändert. Ein Steuerprogramm wird in einer Speichereinheit gesteuert, die zum Verarbeitungsblock gehört und einen EPROM- oder EEPROM-Speicher umfasst, wobei das Programm die empfangenen Daten überwacht, und wenn es eine Systemwiederauswahlanweisung in den Daten detektiert, führt es dem Verarbeitungsblock eine Anweisung zum Einstellen des Steuersignals BC auf einen Zustand gemäß der Wiederauswahlanweisung zu.
Außerdem erzeugt der Verarbeitungsblock ein Synthesizersteuersignal, mit dem ein Divisor, welcher der gegebenen Kanalfrequenz entspricht, dem Teiler des Frequenzsynthesizers 240 (2) gegeben wird. Dann erzeugt der Teiler 248 des Synthesizers aus der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators VCO, 258, eine Phasenvergleichsfrequenz für den Phasenvergleicher 243. Zum Beispiel ist im GSM-System der Kanalabstand 200 kHz, wobei 200 kHz als die Phasenvergleichsfrequenz verwendet wird, oder ein Vielfaches von 200 kHz, falls die VCO-Frequenz ein Vielfaches der RX/TX-Mischfrequenz ist.
Eine mögliche Art und Weise, die Signalverzweigung auszuwählen ist auch die Arbeitsspannungen von dem Zweig auszuschalten, der nicht verwendet wird. Dies kann sowohl im Sender als auch im Empfänger angewendet werden. Ein Vorteil dieser Alternative ist, dass sie nicht notwendigerweise irgendwelche tatsächlichen Auswahlschalter benötigt.
3 zeigt einen Phasenverschieber, der die Eingangsfrequenz durch vier teilt und der zum Erzeugen der Mischsignale der niedrigeren Frequenzbereiche in den Ausführungsformen der Blöcke 231 und 281 (2) verwendet werden kann. Der Schaltkreis umfasst zwei Teiler 301 und 302, welche durch vier teilen, wobei das Eingangssignal dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Teilers 301 und dem invertierenden Eingang des zweiten Teilers 302 zugeführt wird. Dies erzeugt auf bekannte Weise Ausgangssignale mit einer Frequenz, die ein Viertel der Eingangssignalfrequenz ist und die eine gegenseitige 90-Grad-Phasenverschiebung haben.
4 zeigt einen weiteren Phasenverschieber, der die Eingangsfrequenz durch vier teilt und der zum Erzeugen der Mischsignale der niedrigeren Frequenzbereiche in den Ausführungsformen der Blöcke 231 und 281 verwendet werden kann. Der Schaltkreis umfasst drei Teiler, von denen der erste Teiler 403 die Eingangssignalfrequenz durch zwei teilt. Der Ausgang des ersten Teilers 403 ist mit zwei Teilern 404 und 405 verbunden, wobei das Eingangssignal des ersten Teilers dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Teilers 404 und dem invertierenden Eingang des dritten Teilers 405 zugeführt wird. Dies erzeugt auf bekannte Weise Ausgangssignale mit einer Frequenz, die ein Viertel der Eingangssignalfrequenz ist und die eine gegenseitige 90-Grad-Phasenverschiebung haben.
5 zeigt einen Phasenverschieber, der die Eingangsfrequenz durch zwei teilt und der zum Erzeugen des Mischsignals der höheren Frequenzbereiche in den Ausführungsformen der Blöcke 211 und 261 verwendet werden kann. Der Schaltkreis umfasst zwei Teiler 501 und 502, wobei das Eingangssignal dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Teilers 501 und dem invertierenden Eingang des zweiten Teilers 502 zugeführt wird. Dies erzeugt auf bekannte Weise Ausgangssignale mit einer Frequenz, welche die Hälfte der Eingangssignalfrequenz ist und die eine gegenseitige 90-Grad-Phasenverschiebung haben.
Die Mischer 262 und 263 (die höheren Frequenzbereiche) oder die Mischer 282 und 283 (die niedrigeren Frequenzbereiche) des gleichphasigen Zweiges und des Quadraturzweiges werden als separate Mischer in dem in 2 gezeigten Blockdiagramm dargestellt, aber in der Praxis können sie auf demselben Schaltkreis integriert sein, wobei das Addieren von zwei GSM-Sendesignalen beim gemeinsamen Kollektorwiderstand eines vorher bekannten Mischers des Gilbert-Zelltyps gemacht werden kann, wobei der Kollektorwiderstand dann als der Addierer 266, 286 agiert.
Falls derselbe Mischer auf dem höheren und niedrigeren Frequenzbereich verwendet wird, ist es möglich, die Addition auch in einem Schalterschaltkreis durchzuführen, welcher das Signal nach den Mischern mit der Signalverzweigung des niedrigeren oder des höheren Frequenzbereiches verbindet. Ein vorteilhafter Weg ist es, die Schalter durch Verwenden paralleler Transistorphasen zu implementieren, wodurch die Auswahl der Signale zum Beispiel durch Verbinden der Arbeitsspannung mit dieser Transistorphase gemacht wird, durch welche das Signal passieren soll und durch Ausschalten der Arbeitsspannung aus dieser Phase, die offen verbunden sein soll. Diese selben Transistorphasen können zum Addieren der Signale verwendet werden.
Eine dritte Möglichkeit ist es, die Addition auf die in 2 gezeigte Art und Weise in einem separaten Addierer durchzuführen, der mit der Sendekette nach dem Mischer und den GSM-/DCS-Auswahlschaltern verbunden ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, eine sehr genaue 90-Grad-Phasenverschiebung zwischen den Mischsignalen zu haben, weil die Phasenverschiebung in den Teilerschaltkreisen 211, 231, 261 und 281 erzeugt wird.
Zusätzlich werden keine Phasenverschieber in den Empfangs- und Sendesignalzweigen benötigt.
Weil bei der erfindungsgemäßen Lösung der Synthesizer bei einer hohen Frequenz arbeitet, ist es auch möglich, einen Schleifenfilter zu verwenden, der auf einem breiten Band arbeitet, und deshalb die Einschwingzeit der Frequenz kurz sein wird. Außerdem ist es möglich, eine höhere Referenzfrequenz zu verwenden.
Der erfindungsgemäße Sendeempfänger kann auch als einfacher Sendeempfänger mit niedrigen Herstellungskosten realisiert werden, weil es leicht ist, die Schaltkreise zu integrieren. Da die Schaltkreise keine Zwischenfrequenzen verwenden, verursachen sie keine Zwischenfrequenzinterferenzen und sie werden auch nicht durch irgendwelche äußere Zwischenfrequenzinterferenz gestört. Deshalb ist der Bedarf nach Interferenzschutz des Gerätes minimal.
Oben stellten wir einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung vor. Das Erfindungsprinzip kann natürlich innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche verändert werden, was zum Beispiel die detaillierte Ausführungsform und das Gebiet der Anwendung betrifft. Insbesondere sollte darauf hingewiesen werden, dass es gut möglich ist, die erfindungsgemäße Lösung auch in anderen Kommunikationssystemen als in den oben erwähnten GSM und DCS/PCN-Systemen anzuwenden. Ebenso werden die dargestellten Arbeitsfrequenzen nur als Beispiele erwähnt, und die Ausführungsform der Erfindung ist in keiner Weise auf sie beschränkt.
Legende zu den Figuren
1

Baseband processing of the RX signal Basisband Verarbeitung des RX-Signals Voltage difference correction Spannungsunterschiedkorrektur Baseband processing of the TX signal Basisband-Verarbeitung des TX-Signals Reference oscillator Referenzoszillator Synthesiser control Synthesizersteuerung Selection of DCS/GSM Auswahl von DCS/GSM

2

Baseband processing of the RX signal Basisband Verarbeitung des RX-Signals Voltage difference correction Spannungsunterschiedkorrektur Baseband processing of the TX signal Basisband-Verarbeitung des TX-Signals Reference oscillator Referenzoszillator Synthesiser control Synthesizersteuerung Selection of frequency range Auswahl von Frequenzbereich

3

Input Eingang Output Ausgang

4

Input Eingang Output Ausgang

5

Input Eingang Output Ausgang

Claims

Direct-Conversation-Sender/Empfänger, der auf wenigstens zwei verschiedenen Frequenzbereichen arbeitet, wobei ein erster Frequenzbereich einen ersten Sendebereich und einen ersten Empfangsbereich umfasst, und wobei ein zweiter Frequenzbereich einen zweiten Sendebereich und einen zweiten Empfangsbereich umfasst, umfassend: einen Frequenzsynthesizer (240) zum Bereitstellen einer Referenzfrequenz ein erstes Teilungsmittel (111, 161, 231, 281, 301, 302, 403, 404, 405) zum Teilen der Referenzfrequenz, um erste Mischsignale zur Verwendung innerhalb des ersten Frequenzbereichs bereitzustellen; dadurch gekennzeichnet, dass der Direct-Conversation-Sender/Empfänger umfasst ein zweites Teilungsmittel (211, 261, 501, 502) zum Teilen der Referenzfrequenz, um zweite Mischsignale zur Verwendung innerhalb des zweiten Frequenzbereichs bereitzustellen, wobei die Referenzfrequenz höher ist als die der Arbeitsfrequenzbereiche, und das erste und zweite Teilungsmittel dazu ausgebildet sind, um gleichphasige und 90-Grad-phasenverschobene Mischsignale bereitzustellen.
Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß Anspruch 1, wobei die Teilungsmittel mehrere Teiler (211, 231, 248, 261, 281, 301, 302, 403, 404, 405, 501, 502) umfassen.
Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Frequenzsynthesizer einen Oszillator (141, 158, 241, 258) umfasst, und wobei die Frequenz des Oszillators höher als die der Arbeitsfrequenzbereiche ist.
Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß Anspruch 3, welcher weiter einen Teiler (211, 231, 248, 261, 281, 301, 302, 403, 404, 405, 501, 502) zum Reduzieren der Frequenz des Oszillators umfasst.
Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Frequenzbereich in der Größenordnung von 1800 bis 1900 MHz ist, wobei der zweite Frequenzbereich in der Größenordnung von 900 MHz ist, wobei die Referenzfrequenz in der Größenordnung von 3600 bis 3800 MHz ist, wobei das erste Teilungsmittel die Referenzfrequenz durch vier teilt, und wobei das zweite Teilungsmittel die Referenzfrequenz durch zwei teilt.
Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher weiter einen dritten Frequenzbereich und ein drittes Teilungsmittel zum Teilen der Referenzfrequenz umfasst, um zweite Mischsignale zur Verwendung mit dem dritten Frequenzbereich bereitzustellen.
Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der zum Senden und Empfangen von Signalen vom GSM-Typ geeignet ist.
Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der zum Senden und Empfangen von Signalen von Systemen der dritten Generation, wie Signale vom UMTS-Typ, geeignet ist.
Direct-Conversation-Sender/Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Empfänger wenigstens einen RX-Mischer zum Mischen eines empfangenen Signals zu einem Basisbandsignal umfasst, – der Sender wenigstens einen TX-Mischer zum Mischen eines Basisbandsignals zu einem Sendesignal bei einer Trägerfrequenz umfasst, – der Sender/Empfänger Synthesizermittel (240) umfasst, – mit dem Ausgang der Synthesizermittel ein erstes Frequenzteilungsmittel (281) zum Erzeugen eines ersten gleichphasigen RX-Mischsignals (RXM1I) und eines ersten 90-Grad-phasenverschobenen RX-Mischsignals (RXM1Q) für den RX-Mischer verbunden ist, um ein beim ersten Empfangsfrequenzbereich empfangenes Signal (RXC1) zu einem Basisbandsignal (RXB1) zu mischen, und – mit dem Ausgang des Synthesizermittels ein zweites Frequenzteilungsmittel (261) zum Erzeugen eines ersten gleichphasigen TX-Mischsignals (TXM1I) und eines ersten 90-Grad-phasenverschobenen TX-Mischsignals (TXM1Q) für den TX-Mischer (262, 263) verbunden ist, um ein erstes Basisband-TX-Signal zu einem ersten TX-Signal bei der Trägerfrequenz im ersten Sendefrequenzbereich zu mischen, – ein drittes, mit dem Ausgang des Synthesizermittels verbundenes Frequenzteilungsmittel (211) zum Erzeugen eines zweiten gleichphasigen RX-Mischsignals (RXM2I) und eines zweiten 90-Grad-phasenverschobenen RX-Mischsignals (RXM2Q) aus dem Ausgangssignal (RXS) des Synthesizermittels, um ein bei einem zweiten Empfangsfrequenzbereich empfangenes Signal zu einem zweiten Basisband-RX-Signal (RXB2) zu mischen, und – ein viertes, mit dem Ausgang des Synthesizermittels (261) verbundenes Frequenzteilungsmittel (261) zum Erzeugen eines zweiten gleichphasigen TX-Mischsignals (TXM2I) und eines zweiten 90-Grad-phasenverschobenen TX-Mischsignals (TXM2Q) aus dem Ausgangssignal (TXS) des Synthesizermittels, um ein zweites Basisband-TX-Signal (TXB2) zu einem zweiten Signal (TXC2) bei der Trägerfrequenz auf dem zweiten Sendefrequenzbereich zu mischen.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 9, wobei der Sender/Empfänger weiter umfasst: – einen ersten RX-Mischer (236) zum Erzeugen der gleichphasigen Komponente (I-RX1) des komplexen Basisbandsignals, – einen zweiten RX-Mischer (233) zum Erzeugen der Quadraturkomponente (Q-RX1) des komplexen Basisbandsignals, die auf dem ersten Empfangsfrequenzbereich arbeiten, und – einen ersten TX-Mischer (282) zum Mischen der gleichphasigen Komponente des komplexen Basisbandsignals zur Trägerfrequenz, und – einen zweiten TX-Mischer (283) zum Mischen der Quadraturkomponente des komplexen Basisbandsignals zur Trägerfrequenz, die auf dem ersten Sendefrequenzbereich arbeiten.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 10, wobei der Sender/Empfänger weiter einen ersten Addierer (286) zum Addieren der Trägerfrequenzsignalkomponenten auf dem ersten Sendefrequenzbereich umfasst.
Sender/Empfänger gemäß einem der Ansprüche 9-11, wobei der Sender/Empfänger weiter umfasst – einen dritten RX-Mischer (216) zum Erzeugen der gleichphasigen Komponente (I-RX1) des komplexen Basisbandsignals, – einen vierten RX-Mischer (213) zum Erzeugen der Quadraturkomponente (Q-RX1) des komplexen Basisbandsignals, die auf der zweiten Empfangsfrequenz arbeiten, und – einen vierten TX-Mischer (262) zum Mischen der gleichphasigen Komponente des komplexen Basisbandsignals zur Trägerfrequenz, und – einen vierten TX-Mischer (263) zum Mischen der Quadraturkomponente des komplexen Basisbandsignals zur Trägerfrequenz, die auf dem zweiten Sendefrequenzbereich arbeiten.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 10, wobei der Sender/Empfänger weiter einen zweiten Addierer (266) zum Addieren der Trägerfrequenzsignalkomponenten auf dem zweiten Sendefrequenzbereich umfasst.
Sender/Empfänger gemäß einem der Ansprüche 9-13, wobei das erste und zweite Frequenzteilungsmittel (231, 281) Teiler sind, die durch vier teilen, und das dritte und vierte Frequenzteilungsmittel (211, 216) Teiler sind, die durch zwei teilen.
Sender/Empfänger gemäß einem der Ansprüche 9-14, wobei das erste Frequenzteilungsmittel (231) und zweite Frequenzteilungsmittel (281) dasselbe Frequenzteilungsmittel sind, und das dritte Frequenzteilungsmittel (211) und vierte Frequenzteilungsmittel (261) dasselbe Frequenzteilungsmittel sind.
Sender/Empfänger gemäß einem der Ansprüche 9-15, welcher einen Synthesizer umfasst, wobei der Synthesizer umfasst: – einen gesteuerten Oszillator (241) zum Erzeugen eines Ausgabefrequenzsignals, – ein Frequenzteilungsmittel (248) des Synthesizers zum Teilen der vom Oszillator erzeugten Signalfrequenz, um die Ausgabefrequenz des Synthesizers so einzustellen, dass sie dem ausgewählten Frequenzkanal entspricht, – einen Phasenvergleicher (243) zum Erzeugen eines Steuersignals auf der Grundlage der Phasendifferenz des vom Frequenzteilungsmittel empfangenen Signals und dem vom Referenzoszillator abgeleiteten Signal, und – einen Schleifenfilter (245) zum Einstellen der Antwort des Phasenregelkreises.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 16, wobei der Sender/Empfänger einen dritten Empfangsfrequenzbereich umfasst, wobei der Synthesizer Mittel (248) zum Ändern der Ausgabefrequenz des Synthesizers umfasst, so dass sie dem zweiten und dritten Sendefrequenzbereich entspricht.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 17, wobei der Sender/Empfänger für den zweiten und dritten Empfangsbereich gemeinsame Verarbeitungsteile (206, 208, 210, 213, 216) für das Trägerfrequenzsignal umfasst.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 17, wobei er für den zweiten und dritten Sendefrequenzbereich gemeinsame signalverarbeitende Teile (262, 263, 266, 268, 270, 272) für das Trägerfrequenzsignal umfasst.
Verwendung des Senders/Empfängers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 in einem System vom GSM-Typ.
Verwendung des Senders/Empfängers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 in einem System der dritten Generation, wie einem System vom UMTS-Typ.