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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorsehen eines
oszillierenden Signals an eine Last. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Vorrichtung zum Vorsehen eines oszillierenden Signals an eine
Last, während
welchen die Vorrichtung in einem eingeschwungenen Modus und in einem
reduzierten Leistungsmodus betreibbar ist.
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Hintergrund
der Erfindung
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Mobile
Kommunikationstransceiver, zum Beispiel ein mobiles Telefon, weisen
im Allgemeinen einen Einfrequenzsynthesizer auf, welcher als ein
lokaler Oszillator für
sowohl die Sende- wie auch die Empfangsseiten des Transceivers dient.
Solche Frequenzsynthesizer weisen typischerweise eine oder mehrere
Phasen verriegelte Schleifen (PLLs = phase locked loops) auf, welche
programmiert werden können,
um sie auf eine spezifische Frequenz zu verriegeln.
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In
einem Dualstandardtelefon, zum Beispiel eines, welches dazu in der
Lage ist, sowohl in einer WCDMA Umgebung (wide band code division
multiple access) und einer GSM Umgebung (global standard for mobile
communication) zu arbeiten, ist es wahrscheinlich, dass zwei separate
Hochfrequenz (HF) Abschnitte benötigt
werden. Konventionellen Designprozeduren folgend würde jeder
HF Abschnitt einen jeweiligen Frequenzsynthesizer enthalten und es
würde benötigt werden,
dass die zwei HF Abschnitte in naher Nachbarschaft zueinander betrieben
werden.
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Der
Frequenzsynthesizer von einem HF Abschnitt wird eine mögliche Quelle
von HF Interferenz für
den anderen HF Abschnitt sein, und gleichermaßen wird der andere HF Abschnitt
eine mögliche Quelle
von Interferenz für
den anderen Abschnitt sein. Ein Verfahren, die Verteilung von gegenseitiger Interferenz
zu verringern, ist, jede PLL auszuschalten, wenn sie nicht verwendet
wird. Leider benötigt
es Zeit, bis der Synthesizer bis zu dem eingeschwun genen Betriebsmodus
zurückkehrt
und deshalb gibt es eine Verzögerung
zwischen dem Wiederanschalten des Synthesizers und seiner Bereitschaft,
zu arbeiten. Diese Zeitverzögerung
kann für
den Betrieb des Dualstandardtelefons schädlich sein.
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Ein
Verfahren zum Verringern des Leistungsverbrauchs der PLL mit reduzierter
Zeitverzögerung zum
Zurückkehren
zu ihrem eingeschwungenen Modus ist in der internationalen Patentanmeldung WO00/04633
offenbart. Diese offenbart einen spannungsgesteuerten Oszillator
mit einem Leistungssteuerungsschaltkreis zum Schalten des Oszillators zwischen
einem Modus normalen Leistungsverbrauchs und einem Modus reduziertem
Leistungsverbrauchs. Der Oszillator enthält einen LC Schwingkreis und
einen Signalverstärkerschaltkreis
(Collpitt-Konfiguration).
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Der
Strom durch den Signalverstärkerschaltkreis
wird durch die Spannung bei dem Steuerungsterminal (die Basis) eines
verstärkenden
NPN Transistors in dem Signalverstärkungsschaltkreis gesteuert.
Der Schaltkreis, welcher den Oszillator auf verringerten Leistungsverbrauch
schaltet, weist einen Schalttransistor und einen Widerstand auf,
welche die Spannung bei dem Steuerungsterminal des verstärkenden
Transistors verändern.
Die Spannungsveränderung
verringert den Strom durch den verstärkenden Transistor und verringert
dadurch den Leistungsverbrauch des Oszillators, während der
Betrieb aufrecht erhalten wird. Der Oszillator, während er
in dem Modus reduzierten Leistungsverbrauchs ist, verbraucht ungefähr die Hälfte der
Leistung, welche in dem Modus normalen Leistungsverbrauchs verbraucht
wird, und ist dazu in der Lage, genügend Rückkopplungsleistung zu einer
PLL einschließlich des
spannungsgesteuerten Oszillators zu liefern, um die PLL verriegelt
zu halten. Der Oszillator verlängert die
Batterielebensdauer eines Telefons, ohne die Geschwindigkeit der
PLL im Betrieb zu verschlechtern.
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In
einem Dualstandardtelefon ist es nicht unüblich, einen Pausenbetrieb
in einem Standard (zum Beispiel WCDMA) zu haben, während Messungen des
Systems in dem anderen Standard (zum Beispiel GSM) gemacht werden.
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Wenn
diese Pause im Betrieb zu lang ist, kann die Unterbrechung für den Benutzer
wahrnehmbar werden. Dies ist schlechthin unerwünscht, weil die Qualität des Dienstes
verringert wird. In der Tat, wenn die Pause zu lang ist, kann dies
dazu führen, dass
das Telefon von dem ursprünglichen
Dienst abgetrennt wird. Unter diesen Umständen wird der ökonomische
Wert eines Mehrstandardtelefons entscheidend verringert.
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Zusätzlich ist
der Leistungsverbrauch in mobilen Kommunikationstransceivern ein
fortlaufendes Anliegen für
Designer und Entwickler. Verringerungen im Leistungsverbrauch tragen
direkt zur Nützlichkeit
von mobilen Telefonen bei.
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Die
Erfindung wurde in Anbetracht der oben diskutierten Probleme und
Absichten, die betreffenden Probleme zu adressieren, gemacht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Vorsehen eines oszillierenden Signals
an eine Last vorgesehen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
Eine
phasenverriegelte Schleife (PLL = phase locked loop), welche eine
Rückkopplungsschleife
einschließlich
eines Phasendetektors aufweist;
ein Dämpfungsglied zwischen der Last
und der Rückkopplungschleife;
ein
Leistungssteuerungsmittel zum Manipulieren der Oszillationssignalleistung;
einen
Isolator zum Isolieren der Rückkopplungschleife
von der Last; und
ein Modusauswahlelement, welches mit dem
Leistungssteuerungsmittel und dem Isolator zum Steuern des Leistungssteuerungsmittels
und dem Isolator derart verbunden ist, dass in einem Modus gleich bleibender
Leistung Oszillationsleistung zu der Last und zu dem Dämpfungselement
geliefert wird, und in einem reduzierten Leistungsmodus Leistung
durch den Isolator von der Last zu der Rückkopplungsschleife durch Umgehen
des Dämpfungsglieds
derart isoliert wird, dass die Phasenverriegelung aufrecht erhalten
wird, wenn die Oszillationsleistung verringert wird.
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Die
Erfindung sieht auch ein Verfahren des Betreibens einer phasenverriegelten
Schleife (PLL) zum Liefern eines oszillierenden Signals an eine
Last vor, wobei die PLL Folgendes aufweist:
Eine Rückkopplungsschleife
einschließlich
eines Phasendetektors;
ein Dämpfungsglied zwischen der Last
und der Rückkopplungsschleife;
ein
Leistungssteuerungsmittel zum Manipulieren von Oszillationssignalleistung;
einen
Isolator zum Isolieren der Rückkopplungsschleife
von der Last; und
ein Modusauswahlelement, welches mit dem
Leistungssteuerungsmittel und dem Isolator verbunden ist, wobei
das Verfahren Folgendes aufweist:
Steuern der Leistungssteuerungsmittel
und des Isolators derart, dass in einem Modus gleich bleibender Leistung
Oszillationsleistung zu der Last und dem Dämpfungsglied geliefert wird,
und dass in einem reduzierten Leistungsmodus Leistung durch den
Isolator von der Last zu der Rückkopplungsschleife
durch Umgehen des Dämpfungsglieds
derart isoliert wird, dass die Phasenverriegelung aufrecht erhalten
wird, wenn die Oszillationsleistung verringert wird.
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Die
oberen und weitere Merkmale der Erfindung sind insbesondere in den
angefügten
Ansprüchen
dargelegt und werden zusammen mit ihren Vorteilen klarer werden
von der Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels
der Erfindung, welches mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Teils eines Funkfrequenzabschnitts eines
Dualstandardtelefons mit zwei phasenverriegelten Schleifen;
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches eine phasenverriegelte Schleife zeigt,
welche in einem ersten Leistungsmodus oder einem eingeschwungenen
Modus und einem zweiten reduzierten Leistungsmodus zeigt;
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3A ist
ein schematisches Diagramm einer möglichen Implementierung der
phasenverriegelten Schleife von 2;
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3B ist
ein schematisches Diagramm einer anderen möglichen Implementierung einer
phasenverriegelten Schleife von 2; und
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4 ist
ein Zeitdiagramm einer möglichen Implementierung
von zwei phasenverriegelten Schleifen, welche in dem Funk- bzw.
Hochfrequenzabschnitt von 1 verwendet
werden.
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Detaillierte
Beschreibungt der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Unter
Bezugnahme nun auf 1 der beigefügten Zeichnungen ist ein Teil
eines Hochfrequenz (HF) Abschnitts 99 eines Dualstandardtelefons
gezeigt. Zum Zweck des Beispiels wird es angenommen, dass das Dualstandardtelefon
zum Betrieb in der GSM Umgebung (global standard for mobile communication)
und in der WCDMA Umgebung (wide band code division multiple access)
in der Lage ist. Es sei natürlich
verstanden, dass die folgende Vorrichtung und das Verfahren ebenso
gut auf andere Standards und Umgebungen angewandt werden können, und
deshalb nicht auf GSM und/oder WCDMA eingeschränkt sind.
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Das
Steuerelement 100 steuert eine erste phasenverriegelte
Schleife (PLL) 110 und eine zweite PLL 120. Die
erste PLL 110 liefert Oszillationsleistung für die GSM
Umgebung und die zweite PLL 120 liefert Oszillationsleistung
für die
WCDMA Umgebung. Es ist bevorzugt, dazu in der Lage zu sein, die erste
PLL 110 auszuschalten, während die zweite PLL 120 in
Betrieb ist, und die zweite PLL 120 auszuschalten, während die
erste PLL 110 in Betrieb ist. Dies ist so, weil das Ausschalten
der PLLs vorteilhafterweise HF Interferenz zwischen den zwei Betriebsumgebungen
verringert und den Leistungsverbrauch des Telefons verringert. Jedoch
benötigt
es Zeit, die PLL zurück
von einem kompletten Abschalten, oder Herunterfahren, zu bringen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 der beigefügten Zeichnungen ist die PLL 200 gezeigt,
welche in einem eingeschwungenen Leistungsmodus und in einem reduzierten
Leistungsmodus betreibbar ist. In dem reduzierten Leistungsmodus
ist die PLL 200 nicht vollständig abgeschaltet, sondern
fährt damit fort,
eine Phasenverriegelung aufrecht zu erhalten, welche ermöglicht,
dass die PLL 200 schnell auf volle Leistung zurückgebracht
werden kann.
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Zu
diesem Zweck enthält
die PLL 200 eine Rückkopplungschleife.
Die PLL 200 enthält
auch einen Spannungsgesteuerten Oszillator (VCO = voltage controlled
oscillator) 210, welcher Oszillationsleistung für den Betrieb
der PLL 200 liefert, und ein Modusauswahlelement 220,
welches mit einem Leistungssteuerelement 230 und einem
Isolator 240 verbunden ist. Das Leistungssteuerelement 230 wird
betrieben, um die Ausgabe von Oszillationsleistung 250 von
der PLL zu steuern und ist hier durch einen separaten Block repräsentiert.
Der Isolator 240 ist angeordnet, um die Oszillationsleistung 250,
welche zu dem Phasendetektor 260 geliefert wird, wenn die
PLL in dem reduzierten Leistungsmodus betrieben wird, zu isolieren.
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In
dem eingeschwungenen Modus steuert das Modusauswahlelement 220 das
Leistungssteuerungselement 230 derart, dass die volle Oszillationsleistung 250 zu
der Last 270 geliefert wird. Ein Dämpfungsglied 280 teilt
einen Teil des Signals (repräsentiert
durch den Oszillationsleistungsblock 250) ab, und liefert
diesen Teil zu dem Phasendetektor 260, so dass Phasenverriegelung
aufrechterhalten wird.
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In
dem reduzierten Leistungsmodus wird es angenommen, dass die Last 270 entfernt
wurde, aufgrund von Telefonbetriebsbedarfen. Das Leistungsauswahlelement 220 steuert
das Leistungssteuerelement 230, um die Oszillationsleistung
der Signalausgabe von der PLL 200 (repräsentiert durch den Block 250)
zu reduzieren. In Koordination mit der Reduktion in der Oszillationsleistung
steuert das Modusauswahlelement 220 den Isolator 240 derart,
dass die reduzierte Oszillationsleistung 350 zu dem Phasendetektor 260 geliefert
wird, ausreichend, um Phasenverriegelung aufrecht zu erhalten.
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Alternativ
kann die Last 270 verringert werden, anstelle sie zu entfernen.
Ein Isolator 240 kann ein variables Dämpfungsglied sein. Das Modusauswahlelement 220 steuert
den Isolator 240, um die Abschwächung von der Last 270 und
dem Phasendetektor 260 zu verändern. In dem reduzierten Leistungsmodus
wird die Oszillationsleistung 250 auf einen Pegel reduziert,
welcher ausreichend ist, um Phasenverriegelung aufrecht zu erhalten,
während ebenfalls
ausreichende Leistung zu der reduzierten Last 270 geliefert
wird, wie benötigt
wird für
den korrekten Betrieb des Telefons. Die Verringerung in der Oszillationsleistung
führt zu
einer Verringerung in HF Interferenz zwischen den zwei Betriebsumgebungen und
eine Verringerung in der Leistung, welche durch das Telefon verbraucht
wird. Ferner kann die PLL länger
bei reduzierter Leistung gelassen werden. Und weil die PLL schnell
angeschaltet werden kann, kann auch die Zeit bei reduzierter Leistung
ausgeweitet werden.
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Obwohl
sie für
die detaillierte Beschreibung dieser Implementierung der PLL 200 nicht
benötigt werden,
würde in
der Praxis die PLL 200 auch andere Komponenten wie einen
Referenzoszillator 201, einen Schleifenfilter 202 und
einen Teiler 203 enthalten. Diese Komponenten sind in 2 in
schattierten Blöcken
gezeigt. Der Referenzoszillator 201 liefert ein Referenzsignal
zu dem Phasendetektor 260. Der Teiler 202 ist
vor dem Phasendetektor 260 in dem Pfad zwischen der Oszillationsleistung 250 und
dem Phasendetektor 260 verbunden. Das Teilerverhältnis des
Teilers 202 wird der Multiplikand für den Referenzoszillator 201.
Der Schleifenfilter würde
zwischen der Ausgabe des Phasendetektors 260 und dem VCO 210 sein.
Vc 290 ist die Rückkopplungsteuerung
für den
VCO 210.
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Eine
detaillierte Implementierung der PLL ist in 3a der
beigefügten
Zeichnungen gezeigt. Wie in 3a gezeigt
ist wird das Leistungssteuerelement 230 als eine Energiequelle 230a repräsentiert. Das
Modusauswahlelement 220 ist mit der Energiequelle 230a und
dem Isolator 240 auf eine ähnliche Art und Weise verbunden,
wie vorher mit Bezug auf 2 der Zeichnungen beschrieben
wurde. Die Energiequelle 230a ist innerhalb des VCO 210 enthalten.
Der Isolator 240 ist auch mit der Oszillationsleistung 250 des
VCO 210 verbunden. In dem eingeschwungenen Modus steuert
das Modusauswahlelement 220 die Energiequelle 230a derart,
dass hohe Oszillationsleistung 250 durch den VCO 210 zu
der Last 270 geliefert wird. Das Dämpfungsglied 280 teilt einen
Teil der Oszillationsleistung 250, welche zu der Last geliefert
wird, heraus, und liefert diesen Teil zu dem Phasendetektor 260,
um Phasenverriegelung aufrecht zu erhalten.
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In
dem reduzierten Leistungsmodus wird es angenommen, dass die Last 270 entfernt
wurde aufgrund von Telefonbetriebsbedarfen. Das Modusauswahlelement 220 steuert
die Energiequelle 230a derart, dass Oszillationsleistung
von dem VCO 210 reduziert wird. Zur gleichen Zeit steuert
das Modusauswahlelement 220 den Isolator 240,
um die reduzierte Oszillationsleistung 250 von der Last
zu dem Phasendetektor 260 zu isolieren. Die Steuerungsspannung
Vc 290 liefert Rückkopplung
von dem Phasendetektor 260 zu dem VCO 210, um
Phasenverriegelung aufrecht zu erhalten.
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Eine
Alternative zur Verwendung der Energiequelle 230a zum Manipulieren
der Oszillationsleistung 250 ist in 3b der
beigefügten
Zeichnungen gezeigt. Ein Transistor 207, ein Widerstand 204 und
ein Widerstand 205 kooperieren, um eine schaltbare Spannungsquelle
zu bilden, welche zusammen mit dem VCO 210 arbeitet, um
die Oszillationsleistung 250 zu reduzieren. Für den eingeschwungenen Zustand
ist die Spannungsquelle durch das Modusauswahlelement 220 auf
AUS ausgewählt.
Wenn sie auf AUS ausgewählt
ist, interagiert die schaltbare Spannungsquelle nicht mit dem Betrieb
des VCO 210. Dies ermöglicht,
dass der VCO 210 derart betrieben wird, dass hohe Leistung
zu der Last 270 geliefert wird. Das Dämpfungsglied 280 teilt
einen Teil der Leistung, welche durch den VCO 210 geliefert wird,
ab, und liefert diesen Teil zu dem Phasendetektor 260.
Die Leistung, welche zu dem Phasendetektor 260 geliefert
wird, ist ausreichend, um Phasenverriegelung in dem PLL aufrecht
zu erhalten.
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Für den reduzierten
Leistungsmodus wird die schaltbare Spannungsquelle durch das Modusauswahlelement 220 auf
EIN ausgewählt,
durch Verbinden des Widerstands 205 zu Masse. Dies spannt bzw.
biased den Transistor 207 derart vor, dass der Strom durch
den Widerstand 204 fließt. Das Resultat ist eine Verringerung
in dem Strom bei dem Kollektor des Transistors 206. Diese
Verringerung in dem Strom bei dem Kollektor des Transistors 206 (mit
einer korrespondierenden Verringerung in der DC Spannungsvorspannung
bzw. DC Voltage Bias) reduziert die Leistungsausgabe von dem VCO.
Zur gleichen Zeit verursacht das Modusauswahlelement 220,
dass der Isolator 240 den Phasendetektor von der Leistungsausgabe
von dem VCO 210 isoliert.
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Es
wird Situationen geben, wenn ein Dualstandardtelefon zwischen dem
Betrieb unter Verwendung der unterschiedlichen Standards schalten muss.
Damit dies effizient passiert, muss das Telefon mit Betriebsinformation
für beide
Systeme, in welchen das Telefon betreibbar ist, aktualisiert bleiben, auch
wenn der Teil des Telefons, welches mit einem der Systeme kommuniziert,
im Standby Zustand ist.
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Zum
Beispiel verwendet ein Dualstandardtelefon einen ersten Standard
zum Kommunizieren von Daten und Sprache über ein erstes System. Daten- und
Sprachkommunikation mit einem zweiten System ist zu dieser Zeit
nicht gewünscht.
Jedoch gibt es eine Möglichkeit,
dass ein Benutzer sich in ein Gebiet bewegen wird, wo fortgesetzte
Daten- und Sprachkommunikation über
das zweite System durchgeführt werden
muss, aufgrund von zum Beispiel Abdeckeinschränkungen betreffend dem ersten
System. Ein Übergang
von der Verwendung des ersten Systems zu dem zweiten System wird
von dem Benutzer unbemerkt auftreten, wenn das zweite System schnell durch
das Telefon akquiriert werden kann, um Daten- und Sprachkommunikation
mit dem zweiten System zu beginnen.
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Um
dies zu tun, muss das Dualstandardtelefon frische Betriebsinformation
betreffend des zweiten Systems haben. Um frische Betriebsinformationen
für das
zweite System zu haben, muss das Dualstandardtelefon reguläre Steuerungskommunikation mit
dem zweiten System aufbauen. Das Dualstandardtelefon muss deshalb
Zeit lassen für
Steuerungskommunikation mit dem zweiten System, während das
Telefon Daten und Sprache über
das erste System kommuniziert. Eine Technik, um dies auszuführen, ist
das Vorsehen von Sendelücken
in der Sendung von Daten und Sprache unter Verwendung von Kompressionstechniken.
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Eine
Sendelücke
muss klein sein oder der Benutzer nimmt unterbrochenen Dienst wahr.
Die Zeit, welche benötigt
wird, um eine PLL anzuschalten und zu stabilisieren, nimmt einen
wesentlichen Teil einer Lücke
ein. Deshalb wird es erkannt werden, dass die oben beschriebene
PLL 200 (welche sich schnell anschaltet und stabilisiert,
weil sie die Verriegelung in dem niedrigen Leistungsmodus aufrecht
erhält)
gut geeignet zur Verwendung in einem Dualstandardstelefon ist.
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In 4 der
beigefügten
Zeichnungen gibt es ein Zeitdiagramm, welches illustriert, wie eine Kompressionstechnik
verwendet werden kann in einem Dualstandardtelefon. Die Zeichnung
zeigt auch, wie PLLs 110 und 120, welche Charakteristika ähnlich zu
denjenigen der ähnlichen
PLL 200 haben, in einem Dualstandardtelefon funktionieren
können.
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Ein
Rahmen 400 repräsentiert
einen typischen Datenrahmen mit geschlitzten Daten. Er ist ohne
Lücken
in der Übertragung
von Daten strukturiert. Ohne Lücken
könnte
ein Dualstandardtelefon nur mit einem ersten System kommunizieren
und würde
nicht die Möglichkeit
haben, Betriebsinformation über
das zweite System zu erhalten.
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Bei
der Position 410 sind komprimierte Daten gezeigt. Eine
Sendelücke 420 in
der Datensendung eines Dualstandardtelefons unter Verwendung eines ersten
Systems wird erzeugt. Wie gezeigt ist wird die Leistung auf jeder
Seite der Lücke
erhöht.
Für diese Beschreibung
wird es angenommen, dass das erste System GSM ist. Die Sendelücke 420 kann
nun durch das Dualstandardtelefon verwendet werden, um Steuerungskommunikation
mit einem zweiten System aufzubauen. Für diese Beschreibung wird es angenommen,
dass das zweite System WCDMA ist.
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Die
Dauer der Sendelücke 420 ist
die Zeitperiode D. Bei dem Beginn der Sendelücke 420 wird die PLL 110 (siehe 1),
welche mit dem GSM System assoziiert ist, in den reduzierten Leistungsmodus
gestellt. Zur gleichen Zeit wird die PLL 120 (siehe 1),
welche mit WCDMA assoziiert ist, angeschaltet oder aus ihrem reduzierten
Leistungsmodus herausgenommen. Für
diese Illustration wird es angenommen, dass die Anschaltzeitperiode
größer ist
als die Abschaltzeitperiode für
jede der PLLs. Mit dieser Annahme ist deshalb der benutzbare Teil
der Sendelücke
(b) auf die PLL Anschaltzeiten und nicht die Abschaltzeiten eingeschränkt. Die
Zeitdauer zum Anschalten der PLL 120 ist durch die Zeitperiode
(a) repräsentiert.
Während
der Zeitdauer (b) hat das zweite System, welches mit der PLL 120 assoziiert
ist, die Möglichkeit,
Steuerungskommunikation mit WCDMA System aufzubauen. Die Zeitdauer
(c) ist die Zeit, welche die PLL 110 benötigt, um
sich wieder einzuschalten. Deshalb wird das Minimieren der Einschaltzeit
von jeder PLL, (a) und (c), den benutzbaren Teil der Sendelücke 420,
(b), maximieren.
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Nachdem
nun die Erfindung mit Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde wird es verstanden werden, dass das fragliche Ausführungsbeispiel
nur exemplarisch ist und dass Modifikationen und Variationen, wie
sie den Fachmann erscheinen werden, gemacht werden können, ohne
Abweichung von dem Umfang der Erfindung gemäß den angefügten Ansprüchen und Äquivalenten davon.