DE602004009555T2

DE602004009555T2 - Frequenz-Selektive Vorrichtung und Verfahren dafür zu Empfang/Übertragung von Kommunikationssignalen in einer drahtlosen Miltiband-Vorrichtung

Info

Publication number: DE602004009555T2
Application number: DE602004009555T
Authority: DE
Inventors: Tim San Diego FORRESTER; Allen San Diego TRAN
Original assignee: Kyocera Wireless Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: EP1614185A1; ES2293312T3; JP4484871B2; JP2007525857A; US20040209590A1; DE602004009555D1; ATE376263T1; EP1614185B1; WO2004095623A1; US7376440B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationsvorrichtungen, die dazu ausgelegt sind, während ihres Betriebes eine Mehrzahl von Kommunikationsbändern zu benutzen, insbesondere GPS-fähige Multiband-Drahtloskommunikationsvorrichtungen.
Hintergrund der Erfindung
Ein herkömmliches Handgerät-Global-Positionsbestimmungssystem („Global Positioning System" (GPS)) stellt Positionsinformation, die den Ort der GPS-Vorrichtung betrifft, bereit, indem von einem GPS-System GPS-Bandsignale empfangen und verarbeitet werden. Obwohl derartige Positionsinformation äußerst nützlich sein kann, ist es nicht immer bequem, eine herkömmliche GPS-Vorrichtung mit sich herum zu tragen. Insbesondere muss der Benutzer auch ein oder mehrere andere tragbare Vorrichtungen mit sich herum tragen, wie beispielsweise einen Laptop, einen drahtlosen Handapparat, einen Minicomputer (PDA) bzw. andere tragbare Vorrichtungen, die Benutzer heutzutage benötigen. Damit ist es wünschenswert, in eine dieser anderen portablen Vorrichtungen GPS-Positionsbestimmungsfunktionalität zu integrieren.
Leider hat sich die Integration von GPS-Technologie in andere tragbare Vorrichtungen als schwierig herausgestellt. Beispielsweise wurden drei Verfahren eingesetzt, um drahtlose Handapparate mit GPS-Funktionalität auszustatten, jedoch haben sich diese im Betrieb als unzureichend herausgestellt.
Das erste Verfahren fügt einem Drahtlos-Handapparat GPS-Funktionalität hinzu, indem für den GPS-Empfang eine eigene Antenne vorgesehen wird. Da die Drahtlos-Netzwerkantenne nicht modifiziert wird, wird die Qualität der Netzwerkkommunikation nicht nachteilig beeinflusst. Jedoch ist, da mobile Handapparate für Drahtlosnetzwerke sehr viel kleiner geworden sind, weniger Platz innerhalb des Handapparats dafür vorhanden, um eine eigene, kundenspezifische GPS-Antenne unterzubringen. Weiterhin hat eine innerhalb eines Handapparatgehäuses untergebrachte GPS-Antenne typischerweise gewisse Empfangsprobleme zu Folge. Beispielsweise kann durch das elektromagnetische Abschirmen innerhalb des Handapparatgehäuses und durch das Handapparatgehäuse selbst ein schlechter Empfang resultieren. Eine Änderung der elektromagnetischen Abschirmung, um die GPS-Antenne unterzubringen, kann ein grundlegendes Redesign und Testen des Handapparats zur Folge haben. Auch das Hinzufügen einer eigenen Antenne und einer entsprechenden Schaltung bewirkt eine Verteuerung sowie Designkomplikationen des Handapparats.
Das zweite Verfahren besteht darin, GPS-Funktionalität in einen Drahtloshandapparat zu integrieren, indem die vorhandene Netzwerkantenne des Drahtloshandapparats dazu ausgelegt wird, in adäquater Art und Weise ein GPS-Bandsignal zu empfangen. Beispielsweise kann eine typische duale Bandantenne eingesetzt werden, die ein PCS-Signal bei 1900 MHz und ein Mobilfunksignal bei 800 MHz empfängt. Es ist daher möglich, die existierende Dualbandantenne zum Empfang eines GPS-Signals bei ungefähr 1575 MHz auszulegen. Jedoch wird das GPS-Signal bei einer für die Dualbandantenne nicht-resonanten Frequenz ausgestrahlt, so dass das erhaltene GPS-Signal nicht mehr optimal wäre, was eine Verschlechterung der Signalübertragung zur Folge hat. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass bekannte Dualbandantennensysteme nicht dazu fähig sind, ein GPS-Signal ausreichender Stärke und Qualität zu empfangen, um einen Drahtloshandapparat mit solider GPS-Positionsbestimmungsfunktionalität auszustatten.
Eine dritte Möglichkeit besteht darin, einen Drahtloshandapparat mittels einer Dreibandantenne mit GPS-Funktionalität auszustatten. Eine Dreibandantenne ist beispielsweise dazu ausgelegt, um Mobilfunkfrequenzen, PCS-Frequenzen und GPS-Frequenzen zu empfangen. Jedoch haben die Einschränkungen hinsichtlich des Antennendesigns zur Folge, dass eine derartige Antenne normalerweise einen Kompromiss darstellt bezüglich der Mobilfunkperformance oder PCS-Performance, oder beidem. Die Verwendung einer Dreibandantenne bedeutet weiterhin wesentliche Extrakosten für die Antenne. Dokument EP 1 283 599 A1 offenbart eine Dreibandantenne, die kaskadierte Diplexer verwendet. Dokument EP 0 959 567 A1 offenbart einen Diplexer, der für eine Multibandantenne eingesetzt werden kann. Dokument EP 0 747 988 A1 offenbart eine Hochfrequenzverbundkomponente, die für eine Multibandantenne eingesetzt werden kann. In diesem Zusammenhang seien auch die Dokumente US 5,815,804 (offenbart eine Dualbandfilternetzwerk) und US 2003/0025635 A1 (offenbart ein GPS-Empfängermodul) erwähnt.
Kurzfassung der Erfindung
Durch die Erfindung können viele Nachteile herkömmlicher Systeme und Verfahren zum Bereitstellen einer GPS-fähigen Antenne in einer Drahtloskommunikationsvorrichtung, wie beispielsweise einem Drahtloshandapparat, überwunden werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Drahtloskommunikationseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 bereitgestellt. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung weist ein GPS-Schaltmodul auf, das mit einer herkömmlichen Kommunikationsantenne und einer entsprechender Schaltung gekoppelt ist. Das GPS-Schaltmodul ist dazu ausgelegt, die Kommunikationsantenne selektiv mit der GPS-Anpassungsschaltung zu verbinden. In dieser Anordnung stellt die GPS-Anpassungsschaltung die Impedanz bei ungefähr 1575 MHz ein, um die Kommunikationsantenne besser auf die GPS-Schaltung in der Drahtlosvorrichtung abzustimmen. Somit ist eine optimale Übertragung von Antennensignalenergie zum GPS-Empfänger gewährleistet.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figur in beispielhafter Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Drahtloskommunikationssystems gemäß der Erfindung;
2A ausgewählte Komponenten einer beispielhaften Ausführungsform einer Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß der Erfindung;
2B ausgewählte Komponenten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der in 2A gezeigten Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß der Erfindung;
3A einer Darstellung eines Frequenzgangs eines Diplexers, der in die in 2A und 2B gezeigten Drahtloskommunikationsvorrichtungen integriert werden kann, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
3B eine Darstellung eines Frequenzgangs des in 3A gezeigten Diplexers gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
4 ausgewählte Komponenten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der in 2A gezeigten Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß der Erfindung;
5 eine Darstellung eines Frequenzgangs eines Triplexers, der in die Drahtloskommunikationsvorrichtung von 4 integriert werden kann, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Anpassungsnetzwerks, das in die in 2A gezeigte Drahtloskommunikationsvorrichtung integriert werden kann;
7 ein Beispiel einer herkömmlichen Schalterschaltung, die in die in 2A gezeigte Drahtloskommunikationsvorrichtung integriert werden kann;
8 zeigt ausgewählte Komponenten einer weiteren Ausführungsform der in 2A gezeigten Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß der Erfindung;
9 ausgewählte Komponenten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der in 2A gezeigten Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß der Erfindung;
10 ausgewählte Komponenten einer beispielhaften Ausführungsform einer Drahtloskommunikationsvorrichtung, die einen Triplexer aufweist, gemäß der Erfindung;
11 ausgewählte Komponenten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der in 10 gezeigten Drahtloskommunikationsvorrichtung;
12 zeigt ausgewählte Komponenten einer beispielhaften Ausführungsform einer Drahtloskommunikationsvorrichtung, die einen N-Plexer enthält, gemäß der Erfindung;
13 zeigt ausgewählte Komponenten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der in 12 gezeigten Drahtloskommunikationsvorrichtung;
14 eine Darstellung eines Graphen der Verstärkungs- und Rauschzahl für einen Verstärker, der in das in 13 dargestellte Drahtloskommunikationsgerät integriert werden kann;
15 ausgewählte Komponenten einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der in 12 dargestellten Drahtloskommunikationsvorrichtung; und
16 ausgewählte Komponenten einer beispielhaften Ausführungsform einer Drahtloskommunikationsvorrichtung, die einen einzigen Multiport-Spiegelfrequenzfilter in Übereinstimmung mit der Erfindung aufweist.
In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Drahtloskommunikationssystems, das eine Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 gemäß der Erfindung aufweist. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 kann beispielsweise ein Drahtloshandapparat, ein Autotelefon, ein schnurloses Telefon, ein Laptop oder ein anderes Rechensystem mit einem Drahtlosmodem, einem Mobilfunkempfänger oder einem PDA mit Drahtloskommunikationsfähigkeit sein. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 kann digitale Technik oder Analogtechnik oder eine Kombination hiervon nutzen. Es sei daher nochmals erwähnt, dass die im Folgenden beschriebenen Systeme und Verfahren nicht auf einen bestimmten Typ einer Drahtloskommunikationsvorrichtung beschränkt sind.
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 weist eine Antenne 110 auf. Die Antenne 110 ist dazu ausgelegt, Drahtloskommunikationssignale zu übertragen und empfangen. In 1 befindet sich die Antenne 110 in einer Zwei-Wege-Kommunikation mit einer Basisstation 120. Die Basisstation 120 kann beispielsweise eine aus einer Vielzahl von Basisstationen 120 in einem Drahtloskommunikationsnetzwerk sein. Die Antenne 110 befindet sich weiterhin mindestens in einer Ein-Weg-Kommunikation mit wenigstens einem GPS-Satelliten, beispielsweise dem GPS-Satellit 130. Der GPS-Satellit 130 kann beispielsweise einer aus einer Mehrzahl von GPS-Satelliten in einer Konstellation von GPS-Satelliten sein.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 ein Drahtloshandapparat mit einer Antenne 110, die dazu ausgelegt ist, Drahtloskommunikationssignale zu empfangen und zu übertragen unter Verwendung wenigstens zweier Kommunikationsbänder. Die zwei Bänder können beispielsweise ein Mobilfunkband, ein Band bei ungefähr 800 MHz, und das PCS-Band, ein Band bei ungefähr 1900 MHz, beinhalten. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Antenne 110 eine herkömmliche Dualbandantenne, die dazu ausgelegt ist, Drahtlossignale sowohl innerhalb des PCS-Bands als auch innerhalb des Mobilfunkbands zu übertragen und empfangen. Es sei erwähnt, dass mehr oder weniger Kommunikationsbänder zum Einsatz kommen können, indem eine geeignete Auswahl aus bekannten Antennen und entsprechenden Schaltungen getroffen wird. Beispielsweise kann die Drahtloskommunikationseinrichtung 100 so ausgelegt sein, dass lediglich das PCS-Band zum Einsatz kommt, oder kann so ausgelegt sein, dass unter Verwendung von drei oder mehreren Kommunikationsbändern empfangen und übertragen wird. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass weltweit viele Kommunikationsbänder benutzt werden, und dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren nicht auf bestimmte Kommunikationsbänder oder Kommunikationsbändersätze beschränkt sind.
Die Antenne 110 kann eine herkömmliche Antenne sein, beispielsweise eine Standard-Dualbandantenne. Die Antenne der Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 ist jedoch dazu ausgelegt, zuverlässig Positionsbestimmungssignale zu empfangen, beispielsweise ein GPS-Signal von dem Satelliten 130. Entsprechend hierzu kann die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 auf einfache und bequeme Art und Weise mit GPS-Positionsbestimmungsfunktionalität ausgestattet werden.
2A zeigt eine Schaltung zum Empfangen eins GPS-Signals unter Verwendung einer herkömmlichen Kommunikationsantenne 110 in einer Drahtloskommunikationsvorrichtung 100. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 kann beispielsweise eine Antenne 110, einen Diplexer 140, ein erstes Band, beispielsweise ein Mobilfunkband, einen Duplexer 150, ein zweites Band, beispielsweise ein PCS-Band, einen Duplexer 160, ein GPS-Schaltmodul 170 sowie ein GPS-Modul 175 aufweisen. Alternativ kann anstelle des Diplexers 140 ein Zwei-Wege-Schalter (wie in 9 gezeigt ist) verwendet werden. Wie in 2A gezeigt ist, kann das Schaltmodul 170 beispielsweise einen Schalter 165 beinhalten. Das GPS-Modul 175 kann beispielsweise ein Impedanzanpassungsmodul 180 aufweisen, das an einen rauscharmen GPS-Verstärker („Low Noise Amplifier” (LNA)) 190 gekoppelt sein. Es sei erwähnt, dass die in 2A dargestellte Schaltung nur zur Erklärung dient und dass zusätzliche bekannte Schaltung hinzugefügt werden muss, um eine funktionierende Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 zu erhalten.
Wie in 2A gezeigt ist, ist die Antenne 110 mit einem Diplexer 140 gekoppelt. Der Diplexer 140 ist mit einem ersten Bandduplexer 150 gekoppelt. Der Diplexer 140 ist auch mit einem Schaltmodul 170 gekoppelt. Das Schaltmodul 170 ist seinerseits mit einem zweiten Band Duplexer 160 gekoppelt. Das Schaltmodul 170 ist auch mit dem GPS-Modul 175 gekoppelt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Schaltmodul 170 mit einem Impedanzanpassungsmodul 180 innerhalb des GPS-Moduls 175 gekoppelt, das seinerseits mit dem GPS-LNA 190 gekoppelt ist.
Obwohl nicht gezeigt, kann auch hier die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 zusätzliche Komponenten beinhalten. Beispielsweise kann ein GPS-Signalprozessor mit dem GPS-LNA 190 gekoppelt sein. Weiterhin können Sender und/oder Empfänger mit den Duplexern 150 und 160 gekoppelt sein. Derartige zusätzliche Komponenten sind bekannt und werden hier im Detail nicht näher beschrieben.
Ein Diplexer wird typischerweise dazu verwendet, um Kommunikationssignale, die einem bestimmten Kommunikationsband oder bestimmten Kommunikationsbändern zugehörig sind, zu leiten. Beispielsweise separiert der Diplexer 140 ein von der Antenne 110 empfangenes Signal in einen PCS-Pfad oder einen Mobilfunkpfad. 3A veranschaulicht einen beispielhaften zusammengesetzten (Gesamt-)Frequenzgang 200 für einen beispielhaften Diplexer 140. Der Frequenzgang 200 weist eine Tiefpassfiltercharakteristik 210 eines Tiefpassfilters, der in dem Diplexer 140 enthalten ist, und eine Hochpassfiltercharakteristik 220 eines Hochpassfilters, der in dem Diplexer 140 enthalten ist, auf. Die Tiefpassfiltercharakteristik 210 wird mit einer Abschneidefrequenz von ungefähr 1000 MHz veranschaulicht und ist so ausgelegt, dass das Mobilfunkband durchgelassen wird. Die Hochpassfiltercharakteristik 220 ist bei einer Abschneidefrequenz von ungefähr 1600 MHz veranschaulicht und so ausgelegt, dass das PCS-Band durchgelassen wird. Es ist zu erwähnen, dass die Abschneidefrequenzen eingestellt werden können, um den Anforderungen bestimmter Applikationen zu genügen, und dass für andere Kommunikationsbänder andere Abschneidefrequenzen gewählt werden können. Die Hochpassfiltercharakteristik 220 kann auch so ausgelegt sein, dass bei einem akzeptierbaren Grad von Abschwächung ein Signal in dem GPS-Band durchgelassen wird.
Während des Betriebs empfängt die Antenne 110 Drahtloskommunikationssignale in Mehrfachdrahtloskommunikationsbändern, beispielsweise den Mobilfunkbändern und den PCS-Bändern. Der Diplexer 140 spaltet die Drahtloskommunikationssignale in ein erstes Signal und in ein zweites Signal. Das erste Signal wird durch den Tiefpassfilter des Diplexers 140 gefiltert, und dann dem ersten Band-Duplexer 150 zugeführt. Das zweite Signal wird von dem Hochpassfilter des Diplexers 140 gefiltert und dann dem Schaltmodul 170 zugeführt. Der erste Band-Duplexer 150 kann dazu ausgelegt sein, dass erste Signal beispielsweise einem Mobilfunkempfänger (nicht gezeigt) zuzuführen. Zusätzlich verhindert der Tiefpassfilter, dass Hochfrequenzbandsignale zum ersten Band-Duplexer 150 hindurch gelassen werden. Der Hochpassfilter des Diplexers 140 lässt das zweite Signal über das Schaltmodul 170 zu dem zweiten Band-Duplexer 160 passieren.
Wenn die empfangenen Drahtloskommunikationssignale auch beispielsweise GPS-Bandsignale enthalten, lässt der Hochpassfilter mit wenig Abschwächung die GPS-Bandsignale zum GPS-Modul 175 über das Schaltmodul 170 hindurch. Wenn eine herkömmliche Antenne 110 verwendet wird, wird die Abschwächung teilweise dadurch verursacht, da die Antenne 110 nicht für das GPS-Band optimiert ist. In dem GPS-Modul 175 stellt das Impedanzanpassungsmodul 118 eine Impedanzanpassung bereit, die auf das GPS-Band zugeschnitten ist. Die von dem Schaltmodul 170 empfangenen GPS-Signale können dann durch den GPS-LNA 190 empfangen werden, bevor diese von herkömmlicher GPS-Schaltung (nicht gezeigt) verarbeitet werden.
Der Hochpassfilter des Diplexers 140 blockiert auch Niedrigfrequenzbandsignale. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 operiert in einer Ausführungsform mit dem Schaltmodul 170, um den Diplexer 140 mit dem Duplexer 160 zu koppeln. Zu einem bestimmten Zeitpunkt oder Zeitintervall kann es jedoch wünschenswert sein, Positionsinformation zu erhalten. Beispielsweise kann Positionsinformation (Ortungsinformation) nützlich sein, wenn ein Benutzer eine Notrufnummer wählt. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 kann auch in einer Applikation zum Einsatz kommen, beispielsweise eine Abbildungsapplikation, in der die Position in regelmäßigen Abständen benötigt wird. In einem weiteren Beispiel kann ein Benutzer eine Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 dazu instruieren, Positionsinformation zu erlangen. Es sei erwähnt, dass es viele Applikationen für eine Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 gibt, in denen Positionsinformation nützlich ist.
Wenn Positionsinformation benötigt wird, kann das Schaltmodul 170 durch eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) geschaltet werden, um die Antenne 110 mit dem GPS-Modul 175 zu koppeln. Ist dies erfolgt, so kann ein GPS-Bandsignal bei ungefähr 1575 MHz von der Antenne 110 empfangen und an das GPS-Modul 175 übertragen werden. Da die Antenne 110 beispielsweise eine Dualbandantenne ist, die so eingestellt ist, dass diese Signale bei ungefähr 800 MHz und ungefähr 1900 MHz empfängt, erfolgt keine Abstimmung bezüglich des GPS-Signals von ungefähr 1575 MHz. Dementsprechend weist das Anpassungsmodul 180 eine Anpassungsschaltung auf, um die Impedanz zwischen dem GPS-Modul 175 und der Antenne 110 besser anzupassen, wenn dieses ein GPS-Signal empfängt. Auf diese Art und Weise kann ein Hochqualitäts-GPS-Signal empfangen und an den GPS-LNA 190 weitergeleitet werden.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der in dem Diplexer 140 vorhandene zusammengesetzte Frequenzgang 200 so angepasst werden, dass das GPS-Band mit geringerer Abschwächung durchgelassen wird. Somit kann die Hochpassfiltercharakteristik 220 modifiziert werden, indem die Abschneidefrequenz von beispielsweise ungefähr 1600 MHz zu beispielsweise ungefähr 1400 MHz verschoben wird, wie durch die angepasste Charakteristik 230 in 3A angedeutet wird. Die angepasste Charakteristik 230 kann auch andere abweichende Parameter, wie beispielsweise einen anderen Abschwächungsabfall 235, aufweisen. Konsequenterweise wird das GPS-Band durch die angepasste Hochpassfiltercharakteristik 230 sogar weniger abgeschwächt als durch die Hochpassfiltercharakteristik 220. Insbesondere wird durch das Verringern der Abschneidefrequenz von ungefähr 1600 MHz (wie in einem gewöhnlichen Mobilfunk-/PCS-Diplexer) bis ungefähr 1400 MHz das GPS-Band bei ungefähr 1575 MHz durch den Diplexer 140 weniger abgeschwächt; beispielsweise kann sich die Abschwächung von ungefähr –1,3 dB bis ungefähr –0,3 dB ändern.
2B zeigt Beispielkomponenten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Drahtloskommunikationsvorrichtung 100, die dazu ausgelegt ist, ein GPS-Signal zu empfangen unter Verwendung einer herkömmlichen Antenne 110. Die Komponenten sind auf eine ähnliche Art und Weise angeordnet wie die in 2A, mit der Ausnahme, dass der Diplexer 140 ein von der Antenne 110 empfangenes Signal in einen PCS-Pfad und einen Mobilfunk-GPS-Pfad aufspaltet. Entsprechend hierzu befindet sich das Schaltmodul 170 im Mobilfunk-/GPS-Pfad. Ein weiteres Beispiel eines Frequenzgangs 220 des Diplexers 140 ist in 3B gezeigt. In diesem Beispiel erstreckt sich die Tiefpassfiltercharakteristik 210 des Tiefpassfilters des Diplexers 140 zu höheren Frequenzen, um das GPS-Band bei ungefähr 1575 MHz zu umfassen. Entsprechend hierzu lässt der Tiefpassfilter des Diplexers 140 die GPS-Bandsignale oder die GPS-Bandsignale mit geringer Abschwächung zum Mobilfunk-/GPS-Pfad hindurch passieren.
4 veranschaulicht Beispielkomponenten einer weiteren Ausführungsform einer Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 gemäß der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren. In der in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann eine Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 eine Antenne 110, einen ersten Band-Duplexer 150, einen zweiten Duplexer 160, ein GPS-Modul 175 sowie einen Triplexer 240 beinhalten. Der Triplexer 240 koppelt die Antenne 110 mit einem ersten Bandduplexer 150, einem zweiten Bandduplexer 160 und einem GPS-Modul 175.
5 zeigt einen beispielhafte Frequenzgang 200 für den Triplexer 240 mit einer Niedrigpassfiltercharakteristik 210 eines Niedrigpassfilters, einer Hochpassfiltercharakteristik 220 eines Hochpassfilters, und einer Bandpassfiltercharakteristik 250 eines Bandpassfilters, allesamt in dem Triplexer 240 enthalten. Die Niedrigpassfiltercharakteristik 210 ist mit einer Abschneidefrequenz von beispielsweise 1000 MHz dargestellt und dazu ausgelegt, beispielsweise das Mobilfunkband hindurchzulassen. Die Hochpassfiltercharakteristik 220 ist mit einer Abschneidefrequenz von beispielsweise ungefähr 1600 MHz dargestellt und dazu ausgelegt, beispielsweise das PCS-Band hindurchzulassen. Die Bandpassfiltercharakteristik 250 ist um ungefähr 1575 MHz herum zentriert und dazu ausgelegt, beispielsweise das GPS-Band hindurchzulassen. In Abhängigkeit der Implementierung können die Charakteristika 210, 220 und 250 überlappen. Des Weiteren können andere Filtercharakteristika, die für diese oder andere drahtlose Kommunikationsbänder ausgelegt sind, je nach Anforderung einer bestimmten Implementierung innerhalb des Triplexers 240 enthalten sein.
Im Betrieb werden von der Antenne 110 Drahtlos-Kommunikationssignale empfangen. Der Triplexer 240 teilt die empfangenen Drahtloskommunikationssignale in ein erstes Signal, ein zweites Signal sowie ein drittes Signal. Wenn das Drahtloskommunikationssignal beispielsweise Mobilfunkband-Kommunikationssignale beinhaltet, lässt der Tiefpassfilter des Triplexers 240 Mobilfunkbandkommunikationssignale hindurch zum ersten Bandduplexer 150. Zusätzlich kann der Niedrigpassfilter dazu ausgelegt sein, zu verhindern, dass Bandsignale mit höherer Frequenz zum ersten Bandduplexer 150 gelangen. Wenn das Drahtloskommunikationssignal beispielsweise PCS-Bandkommunikationssignale beinhaltet, lässt der Hochpassfilter die PCS-Bandkommunikationssignale zum zweiten Bandduplexer 160 passieren. Zusätzlich kann der Hochpassfilter dazu ausgelegt sein, zu verhindern, dass ein Niedrigfrequenzband zum zweiten Bandduplexer 160 gelangt. Wenn das Drahtloskommunikationssignal beispielsweise GPS-Bandsignale beinhaltet, lässt der Bandpassfilter die GPS-Bandsignale zum GPS-Modul 175 gelangen.
Das GPS-Modul 175 kann ein Impedanzanpassungsmodul 180 aufweisen, das dazu ausgelegt ist, dass empfangene GPS-Signal anzupassen. Das GPS-Signal wird dann durch den GPS-LNA 190 verstärkt, bevor es durch herkömmliche GPS-Schaltung (nicht gezeigt) verarbeitet wird. Zusätzlich kann der Bandpassfilter dazu ausgelegt sein, Frequenzbänder mit höherer oder niedriger Frequenz davon abzuhalten, zum GPS-Modul 175 zu gelangen.
8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Drahtloskommunikationsvorrichtung 100, in der anstelle des Triplexers 240 ein Schaltmodul 260 zum Einsatz kommt. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist eine Antenne 110 mit dem ersten Bandduplexer 150, einem zweiten Bandduplexer 160 sowie einem GPS-Modul 175 über das Schaltmodul 260 gekoppelt. Das Schaltmodul 260 kann beispielsweise einen Drei-Wege-Schalter 270 beinhalten. Das Schaltmodul 260 kann mittels eines Hauptcontrollers (nicht gezeigt) der Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 gesteuert werden, beispielsweise einem Mobilstationsmodem (MSM).
Damit kann beispielsweise ein Mobilfunkbandsignal geschaltet werden, indem das Modul 260 zum ersten Bandduplexer 150 geschaltet wird; ein PCS-Bandsignal kann zum zweiten Bandduplexer 160 geschalten werden, und ein GPS-Signal kann zum GPS-Modul 175 geschalten werden. Die Mobilfunkkommunikationsschaltung sowie die PCS-Kommunikationsschaltung können beispielsweise bandoptimierte Signalanpassungsschaltungen zur Verwendung mit dem jeweiligen Band beinhalten.
9 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Drahtloskommunikationsvorrichtung 100, die in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Systemen und Verfahren ausgestaltet ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 dazu ausgelegt, ein GPS-Signal oder ein Kommunikationsbandsignal, beispielsweise ein Mobilfunkbandsignal oder ein PCS-Bandsignal, zu empfangen. Die Antenne 110 ist mit dem GPS- Modul 175 und mit dem Kommunikationsbandduplexer 290 über ein Schaltmodul 260 verbunden. Das Schaltmodul 260 kann beispielsweise einen Zwei-Wege-Schalter 280 beinhalten. Das Schaltmodul 260 kann mittels eines Hauptcontrollers (nicht gezeigt) der Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 gesteuert werden, beispielsweise einen Prozessor, beispielsweise ein Mobilfunkgerät-Modem MSM. Das Schaltmodul 260 schaltet das von der Antenne 110 empfangene Signal auf den geeigneten Ausgang. Damit können beispielsweise empfangene Mobilfunkbandsignale zum Kommunikationsbandduplexer 290 geschaltet werden. Alternativ kann ein GPS-Signal zum GPS-Modul 175 geschaltet werden. Die Kommunikationsbandschaltung kann beispielsweise eine band-optimierte Signalanpassungsschaltung zur Verwendung mit den Kommunikationsbändern enthalten.
Es sei erwähnt, dass das Anpassungsmodul 180 oder andere Anpassungsschaltung implementiert werden kann unter Verwendung einer großen Vielzahl Anschaltungen. 6 zeigt eine derartige Implementierung einer Anpassungsschaltung. In 6 ist ein Eingang zum Anpassungsmodul 180 mit einer ersten Induktivität L₁ gekoppelt. Die Induktivität L₁ ist mit dem Ausgang des Anpassungsmoduls 180 über eine zweite Induktivität L₂ gekoppelt. Die Induktivität L₁ ist auch mit einem Spannungspotential V₁, beispielsweise eine elektrische oder Chassis-Erdung, über einen Kondensator C₁ gekoppelt. Derartige Anpassungsschaltungen sind bekannt. Das Anpassungsmodul 180 kann andere Typen von Anpassungsschaltungen sowie deren Dualbandäquivalente umfassen. Derartige Anpassungsschaltungen können beispielsweise auch passive Elemente beinhalten.
Es sei erwähnt, dass das Schaltungsmodul 170 in unterschiedlichen Schaltungsanordnungen implementiert sein kann. 7 zeigt eine derartige Anordnung eines Schaltmoduls 170 in Übereinstimmung mit hier beschriebenen Systemen und Verfahren. Ein Eingang des Schaltmoduls 170 ist mit einem ersten Kondensator C₂ gekoppelt. Der Kondensator C₂ ist mit einem Spannungspotential V₂, beispielsweise einer Batterie-Versorgungsspannung, über eine erste Induktivität L3 gekoppelt. Der Kondensator C₂ ist auch mit anderen Ausgangszweigen gekoppelt. In einem ersten Ausgangszweig ist der Kondensator C₂ mit einer ersten Diode D₁ gekoppelt. Die Diode D₁ ist mit dem ersten Ausgangszweig über einen zweiten Kondensator C₃ gekoppelt. Die Diode D₁ ist auch mit dem ersten Steuersignal über eine zweite Induktivität L₄ gekoppelt. In einem zweiten Zweig der Schaltung ist der Kondensator C₂ mit einer zweiten Diode D₂ gekoppelt. Die Diode D₂ ist mit dem zweiten Ausgangszweig über einen dritten Kondensator C₄ gekoppelt. Die Diode D₂ ist auch mit einem zweiten Steuersignal über eine dritte Induktivität L₅ gekoppelt.
Kurz gesagt stellen das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal gewünschte Potentialunterschiede über den Dioden D1 und D2 bereit, was die Dioden D1 und D2 entweder ein- oder ausschaltet, d. h. in etwa ein geschlossener Schaltkreis oder ein offener Schaltkreis. Das Schaltmodul 170 kann auch andere Variationen und Beispiele von Umschaltschaltung aufweisen.
Bezug nehmend auf 4 ist deutlich, dass die Verwendung eines Triplexers 240 die Anzahl von Komponenten in dem Empfangspfad um ein oder mehrere der Signale, die von der Antenne 110 empfangen werden, reduziert. Dies ist deshalb der Fall, weil die Verwendung des Triplexers 240 einen Schalter, wie beispielsweise das Schaltmodul 170, überflüssig macht. Das Reduzieren der Anzahl von Komponenten reduziert die Schaltungsflächenanforderungen, und verringert die Materialkosten der Drahtloskommunikationseinrichtung 100. Das Weglassen des Schaltmoduls 170 verringert auch die Eingangsverluste des Empfangspfads, was die Empfindlichkeit erhöht und die Performanz der Drahtloskommunikationseinrichtung 100 verbessert.
Eine Möglichkeit, einen Triplexer 240 in einer Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 zu implementieren, ist in 10 gezeigt. Hier ist die Antenne 110 mit einem herkömmlichen Diplexer, wie beispielsweise den Diplexer 140, gekoppelt. Zusätzlich ist jedoch die Antenne 110 auch mit einem Filter 300 gekoppelt, der dazu ausgelegt ist, als Bandpassfilter für Signale eines GPS-Bands zu agieren. Mit anderen Worten, Bezug nehmend auf 5 kann der Diplexer in 10 dazu ausgelegt sein, Niedrigpassfiltercharakteristika 210 und Hochpassfiltercharakteristika 220 aufzuweisen, während der Filter 300 dazu ausgelegt sein kann, um Bandpassfiltercharakteristika 250 aufzuweisen.
Gewöhnlicherweise werden Induktivität- und Kondensatorkomponenten (L/Cs) dazu verwendet, Filter mit gewünschten Charakteristika zu konstruieren, wie die in 6. Damit kann der Filter 300 ein L/C-Filter aufweisen, das dazu ausgelegt ist, Bandpassfiltercharakteristika 250 bereitzustellen. Alternativ können derartige Filter implementiert werden unter Verwendung von Surface-Acoustic-Wave(SAW)-Vorrichtungen. In einer SAW-Vorrichtung werden elektrische Signale in mechanische Wellen umgewandelt, die auf der Oberfläche der Vorrichtung entlang wandern, und dann zurück in elektrische Signale gewandelt. Damit kann der Filter 300 auch einen SAW-Filter aufweisen. In ähnlicher Art und Weise kann der Diplexer 140 aus L/C-Filtern oder SAW-Filtern aufgebaut sein.
Der Triplexer 240 kann damit, wie in 11 gezeigt ist, als Triplexer beschrieben werden, der drei Filter aufweist, die dazu ausgelegt sind, bei drei unterschiedlichen Frequenzbändern zu agieren. Wie in 11 gezeigt ist, kann der Triplexer 240 einen Filter 320 aufweisen, der dazu ausgelegt ist, bei einem Hochfrequenzband zu operieren, beispielsweise dem PCS-Band. Der Filter 320 kann mit einem PCS-Bandduplexer 350 gekoppelt sein. Der Triplexer 240 kann auch einen Filter 330 aufweisen, der dazu ausgelegt ist, bei einem Mittelfrequenzband zu operieren, beispielsweise dem GPS-Frequenzband. Der Filter 330 kann deshalb mit der GPS-Empfangsschaltung 360 gekoppelt sein. Der Triplexer 240 kann auch einen Filter 340 enthalten, der dazu ausgelegt ist, bei einem Niedrigfrequenzband zu operieren, wie beispielsweise dem Mobilfunkband. Der Filter 340 kann deshalb mit einem Mobilfunkbandduplexer 370 gekoppelt sein.
Es sollte nochmals erwähnt werden, dass der Triplexer 240 dazu ausgelegt sein kann, neben den PCS-, GPS-, und Mobilfunk-Frequenzbändern auch in anderen Frequenzbändern zu arbeiten. Weiterhin kann die Frequenz, die von einem bestimmten Frequenzband abgedeckt wird, beispielsweise dem PCS- und dem Mobilfunk-Band, variieren in Abhängigkeit des Lands oder des Kontinents, in dem die Vorrichtung betrieben wird. Damit kann der Triplexer 240 allgemein beschrieben werden als Triplexer, der ein Hochfrequenzfilter 320, ein Mittelfrequenzfilter 330 sowie ein Niedrigfrequenzfilter 340 aufweist.
Von dem Standpunkt der Schaltungsfläche aus gesehen kann es vorteilhaft sein, dass die Filter 320, 330 und 340 L/Cs benutzen; jedoch könnte es sein, dass L/Cs andere Frequenzbandsignale nicht ausreichend isolieren oder abwehren. Beispielsweise liegt in den Vereinigten Staaten das PCS-Durchlassband im hohen 1800 MHz-Gebiet. Das GPS-Empfangsband liegt bei ungefähr 1575 MHz, und das Mobilfunkempfangsband liegt in der 800 MHz-Gegend. Das Mobilfunkempfangsband ist ausreichend beabstandet hinsichtlich der Frequenz des PCS- und GPS-Bands, so dass Isolation in diesem Zusammenhang keine Probleme aufwirft. Jedoch sind sich das PCS- und GPS-Empfangsband relativ nahe, womit mehr Augenmerk auf die Isolation gelegt werden muss. Wenn die Isolation nicht ausreicht, kann ein Teil der Energie in einem empfangenen GPS-Signal mittels des PCS-Filters 320 geshunted (abgeleitet) werden, womit die PCS-Empfänger und GPS-Empfänger unempfindlich gemacht werden. Umgekehrt kann ein Teil eines empfangenen PCS-Signals mittels des GPS-Filters 330 geshunted werden, womit beide Empfänger unempfindlich gemacht werden. Damit ist es wichtig, wenn L/Cs für die Filter 320 und 330 verwendet werden, sicherzustellen, dass der resultierende Qualitäts(Q)-Faktor ausreichend hoch ist, um eine adäquate Isolation zwischen den beiden Empfängern zu gewährleisten.
In dieser Hinsicht kann es tatsächlich besser sein, SAW-Filter für einen oder beide Filter 320, 330 zu verwenden, da SAW-Filter typischerweise höhere Qualitäten aufweisen und für eine bessere Isolation sorgen. SAW-Filter sind jedoch relativ groß, verglichen mit einfachen L/C-Filterkomponenten. Damit muss für jede bestimmte Implementierung, jedes Schaltungsgebiet und Isolierung individuell entschieden werden, ob für die Filter 320, 330 und 340 L/Cs oder SAWs zum Einsatz kommen sollen. Beispielsweise kann aufgrund eines größeren Bedarfs für eine Isolation zwischen einem GPS-Filter 330 und einem PCS-Filter 320 ein SAW-Filter für den Filter 330 verwendet werden. Da das Mobilfunkband von den PCS- und GPS-Bändern ausreichend beabstandet ist, kann jedoch ein Niedrigqualitäts-L/C-Filter für den Filter 340 verwendet werden. In Abhängigkeit der Anwendung kann dann ein SAW- oder L/C-Filter für den Filter 320 verwendet werden. Damit kann wenigstens einer der Filter 320, 330 und 340 ein L/C-Filter, und wenigstens ein Filter kann ein SAW-Filter sein, in Abhängigkeit der individuellen Anforderungen für eine bestimmte Implementierung.
Vorzugsweise sollte es jedoch nicht nötig sein, in dem Design der Filter 320, 330 und 340 Größe gegen Isolierung abzuwägen. Glücklicherweise kann eine neue Vorrichtung, die als Film-Bulk-Acoustic-Resonator (FBAR) bezeichnet wird, dazu verwendet werden, um Hochqualitätsfilter mit sehr kleinen Abessungen zu realisieren. Ähnlich zu SAW-Vorrichtungen wandeln FBAR-Vorrichtungen elektrische Signale in mechanische Wellen um, die durch das Filtermaterial hindurchgehen und dann an einen geeigneten Ausgang in elektrische Signale zurückverwandelt werden. Im Gegensatz zu SAW-Filtern gehen die mechanischen Wellen jedoch durch den Körper des Materials, und nicht einfach über die Oberfläche. Dies erlaubt ein besseres Power-Handling und einen Betrieb bei Frequenzen von 7,5 GHz. Des Weiteren können FBAR-Vorrichtungen extrem klein ausgestaltet werden.
Damit ist in einer Ausführungsform des Triplexers 240 jeder Filter 320, 330 und 340 ein FBAR-Filter. In anderen Ausführungsformen sind nicht alle Filter 320, 330 und 340 FBAR-Filter, was abhängig ist von den Anforderungen einer bestimmten Implementierung.
Dementsprechend erlaubt der Triplexer 240, dass eine einzelne Antenne 110 für drei unterschiedliche Frequenzbänder eingesetzt wird, was beispielsweise eine separate GPS-Antenne überflüssig macht. Das Eliminieren via Extraantenne reduziert die Kosten der Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 und macht die kosmetischen und praktischen Nachteile einer zweiten Antenne in der Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 überflüssig. Weiterhin reduziert die Verwendung des Triplexers 240 im Gegensatz zu einem Diplexer 140 und einem oder mehreren Schaltmodulen 170 auch die Kosten, erfordert weniger Platz auf der Schaltung und verringert Eingangsverluste für einen oder mehrere Empfänger, die in der Drahtloskommunikationsvorrichtung 100 integriert sind. Weiterhin ermöglicht die Verwendung von FBAR-Material eine gute Integration der Filter 320, 330 und 340, in Triplexer 240 enthalten, wobei Hochqualitätsfilter-Vorrichtungen bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Duplexer 350 und 370 (siehe 11) auch mit Filtern 320, 330 und 340 integriert, um etwas auszubilden, was als N-Plexer bezeichnet werden kann. Ein derartiger N-Plexer 404 ist in 12 dargestellt, in der ein logisches Blockdiagramm gezeigt ist, das Beispielkomponenten einer Drahtloskommunikationsvorrichtung 400 zeigt. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 400 weist eine Antenne 402 auf, die dazu ausgelegt ist, Signale in einer Mehrzahl von Kommunikationsbändern hindurch zu lassen und zu empfangen. Die Antenne 402 ist mit einem N-Plexer 404 gekoppelt, der eine Mehrzahl von Filtern 406 bis 414 aufweist.
Beispielsweise kann die Antenne 402 dazu ausgelegt sein, PCS- und Mobilfunksignale zu übertragen und empfangen, d. h. die Vorrichtung 400 kann für den Dualband-Betrieb ausgelegt sein. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 400 kann auch für den GPS-Betrieb ausgelegt sein, in dem Filter 406 bis 414 in drei Kommunikationsports gruppiert sind. Ein Kommunikationsport 428 kann als PCS-Kommunikationsport ausgelegt sein und die Filter 406 und 408 umfassen. Der Filter 406 kann entsprechend dazu ausgelegt sein, PCS-Übertragungssignale über die Übertragungssignalleitung 416 von einem PCS-Transceiver (nicht gezeigt) zu übertragen, der auch in der Drahtloskommunikationsvorrichtung 400 vorgesehen ist. Die PCS-übertragungssignale werden dann zur Antenne 402 zur Übertragung weitergeleitet. Der Filter 408 kann andererseits dazu ausgelegt sein, PCS-Empfangssignale von der Antenne 402 zu empfangen und diese über die Empfangssignalleitung 418 an den PCS-Transceiver (nicht gezeigt) weiterzuleiten.
Die Filter 406 und 408 können als Bandpassfilter ausgelegt sein, die jeweils Signale innerhalb der PCS-Übertragungs- und Empfangsbänder weiterleiten. Zusätzlich können die Filter 406 und 408 dazu ausgelegt sein, um eine Isolation zwischen den PCS-Übertragungs- und Empfangspfaden 416 und 418 bereitzustellen, so dass diese nicht miteinander interferieren und von Signalen in anderen Kommunikationsbändern, beispielsweise den GPS- und Mobilfunkbändern isoliert sind.
Ähnlich hierzu kann ein Mobilfunkkommunikationsport 430 Filter 412 und 414 aufweisen. Die Filter 412 und 414 können damit dazu ausgelegt sein, über jeweilige Signalpfade 424 und 426 Übertragungs- und Empfangs-Mobilfunksignale zwischen der Antenne 402 und einem Mobilfunk-Transceiver (nicht gezeigt) durchzulassen. Des Weiteren können die Filter 412 und 414 dazu ausgelegt sein, eine Isolation relativ zu Signalen bereitzustellen, die außerhalb der Übertragungs- und Empfangs-Mobilfunkbandbreiten liegen.
Der Filter 410 kann dazu ausgelegt sein, GPS-Empfangssignale, die von der Antenne 402 erhalten werden, zur GPS-Empfangsschaltung 422 über dem Empfangssignalpfad 420 weiterzuleiten. Der Filter 410 kann auch dazu ausgelegt sein, eine Isolation gegenüber Signalen bereitzustellen, die außerhalb der GPS-Empfangsbandbreite liegen.
Dementsprechend kann der N-Plexer 404 dazu ausgelegt sein, die Kombination von Triplexer 240 und Duplexern 350 und 370 zu ersetzen. Dies reduziert nicht nur die Anzahl benötigter Komponenten, sondern reduziert auch die Eingangsverluste der verschiedenen Übertragungs- und Empfangssignalpfade. Natürlich kann der N-Plexer 404 auch für andere Kommunikationsbänder ausgelegt sein. Weiterhin können ein vierter, fünfter, etc. Signalport dem N-Plexer 404 zugefügt werden, wenn dies von einer bestimmten Drahtloskommunikationsvorrichtung 400 gefordert wird. Damit sollte der N-Plexer 404 als nicht beschränkend angesehen werden bezüglich einer Anzahl von Kommunikationsports, oder bezüglich von Implementierungen, die bestimmte Kommunikationsbänder involvieren.
Wie im Zusammenhang mit dem Triplexer 240 beschrieben wurde, können die Filter 406 bis 414 L/Cs- oder SAW-Vorrichtungen aufweisen, je nach Anforderungen einer bestimmten Applikation. Von einem Standpunkt des Schaltungs-Platzbedarf aus gesehen sind L/Cs-Vorrichtungen SAW-Vorrichtungen vorzuziehen, jedoch stellen SAW-Vorrichtungen typischerweise eine bessere Isolation und höhere Qualität zur Verfügung. Jedoch können FBAR-Vorrichtungen für jede der Filtervorrichtungen 406 bis 414 benutzt werden. Dies ist deshalb so, da FBAR eine hohe Isolierung, eine hohe Qualität und kleine Abmessungen bedeuten, was es nicht nur einfacher macht, den N-Plexer 404 zu implementieren, sondern es auch einfacher macht, den N-Plexer 404 bei Bedarf mit zusätzlichen Kommunikationsports zu versehen.
In 13 ist ersichtlich, dass das Verwenden eines N-Plexers 504 in einer Drahtloskommunikationsvorrichtung 500, die beispielsweise für die Dualbandkommunikation und den GPS-Betrieb ausgelegt ist, die Anzahl der Komponenten zwischen der Antenne 502 und den Empfangsschaltungen 512, 514 und 516 reduziert. Damit werden sowohl die Eingangsverluste als auch die Anzahl der Komponenten reduziert. Weiterhin kann der benötigte Platz der Schaltung reduziert werden, wenn der N-Plexer 504 aus FBAR-Material hergestellt ist.
In 13 sind die Empfangspfade 506, 508 und 510 für drei in dem N-Plexer 504 integrierte Kommunikationsports dargestellt. Damit kann der Empfangspfad 506 ein PCS-Empfangspfad, der Empfangspfad 508 ein GPS-Empfangspfad, und der Empfangspfad 510 ein Mobilfunkempfangspfad sein. Der Empfangspfad 506 wird dann mit einem Verstärker 512 gekoppelt, der einen Teil eines PCS-Empfängers aufweist, der sich in der Drahtloskommunikationsvorrichtung 500 befindet. Ähnlich hierzu werden die Empfangspfade 508 und 510 mit Verstärkern 514 und 516 gekoppelt, die jeweils einen Teil eines GPS-Empfängers und eines Mobilfunkempfängers, die in der Drahtloskommunikationsvorrichtung 500 vorgesehen sind, aufweisen.
Die Verstärker 512, 514 und 516 sind im Allgemeinen LNAs. LNAs sind Schlüsselkomponenten in Radioempfängern, da diese empfangenen Signale, die typischerweise einen niedrigen Energiepegel aufweisen, in einen Pegel umwandeln, der dazu ausreichend ist, um ein weiteres Prozessieren zu ermöglichen, ohne zusätzliches Rauschen zu verursachen, dass die Niedrigenergieempfangssignale maskieren oder stören könnte. In einer herkömmlichen Drahtloskommunikationsvorrichtung weist jeder Empfangspfad einen entsprechenden LNA auf, der für optimale Performance über ein Frequenzband ausgelegt ist, das mit dem speziellen Empfangspfad korrespondiert. Da jedoch die Diplexer, Schalter, und Duplexer auf eine einzelne Vorrichtung 504 reduziert werden können, würde es vorteilhaft sein, einen einzelnen LNA für zwei oder mehrere Empfangspfade zu nutzen, insbesondere wenn die mit den Empfangspfaden assoziierten Kommunikationsbänder nahe beieinander liegen, wie beispielsweise PCS- und GPS-Bänder.
Um die beste Rauschzahl (Noise Figure (NF)) für einen herkömmlichen LNA zu erhalten, ist es oftmals am besten, eine Abschlussimpedanz von ungefähr 90 Ohm bereitzustellen. Leider liegt der Ausgang der meisten Filtervorrichtungen, die mit einem LNA verbunden sind, bei 50 Ohm. Dies betrifft die meisten herkömmlichen Diplexer und Duplexer sowie die meisten Ausführungsformen des Triplexers 240 und des N-Plexers 504. Das Bereitstellen einer 50-Ohm-Impedanz anstelle einer 90-Ohm-Impedanz verringert die LNA-Eingangsqualität und verbreitet das LNA-Durchlassband. Dies kann unter Verwendung der in 14 dargestellten Kurven verdeutlicht werden. In 14 zeigt die Kurve 630 die Verstärkungskurve für einen LNA, wenn die Eingangsimpedanz 90 Ohm ist. Damit ist die Verstärkung in Dezibel (dB) gegen die Frequenz in Hertz (Hz) aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass der LNA ein relativ enges Durchlassband aufweist, das bei ungefähr 1,5 GHz in dem in 14 gezeigtem Beispiel zentriert ist. Die Kurve 632 zeigt die entsprechende NF, die relativ gut über dem Durchlassband ist.
Wenn jedoch eine 50-Ohm-Eingangsimpedanz benutzt wird, wird die Verstärkungskurve 636 und die NF 634 erhalten. Wie zu sehen ist, wird das Durchlassband für die Kurve 636 verbreitet, jedoch die Verstärkung um das Durchlassband reduziert. Die NF 634 ist weiterhin in gewisser Weise um das Durchlassband degradiert. Glücklicherweise kann, selbst wenn die niedrigere Verstärkung und die degradierte NF in Betracht gezogen werden, das breitere Durchlassband dazu ausgenutzt werden, einen einzelnen LNA für mehr als einen Empfangspfad zu nutzen, insbesondere wenn die entsprechenden Empfangsbandbreiten nahe beieinander liegen.
In 15 sind beispielsweise ein PCS-Empfangspfad 706 und ein GPS-Empfangspfad 708 über einen einzigen Empfangssignalpfad 710 mit einem einzigen LNA 714 in der Drahtloskommunikationsvorrichtung 700 verbunden. Wie oben erläutert wurde, beträgt die Impedanz des Signalpfads 710 50 Ohm. Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 700 kann beispielsweise auch einen Mobilfunkempfangspfad 712 aufweisen, der einem LNA 716 gegenüberliegt. Jeder Empfangspfad 706, 708 und 712 kann beispielsweise einen Teil eines entsprechenden Kommunikationsports in einem N-Plexer 704 aufweisen oder darstellen, der wiederum der Antenne 702 gegenüberliegt.
Da die Impedanz des Signalpfads 710 50 Ohm sein kann, kann ein breiteres Durchlassband für den LNA 714 erhalten werden, das beispielsweise breit genug ist, um sowohl beim GPS-Empfangsband als auch beim PCS-Empfangsband verwendet zu werden. Damit kann beispielsweise durch die einfache Verwendung eines 50-Ohm-Abschlusses der LNA 714 für den Dualbetrieb von sowohl PCS-Signalen als auch GPS-Signalen ausgelegt sein. Ferner können die Verluste in der Verstärkung und der degradierten NF in jedem Empfangsband ausgeglichen werden, indem die Eingangsverluste (Einfügungsdämpfung) verringert werden, beispielsweise unter Verwendung des N-Plexers 704. Entsprechend hierzu kann ein LNA 714 mit einem Durchlassband, das um das PCS-Empfangsband zentriert ist, sowohl für PCS-Signale als auch GPS-Signale verwendet werden. Alternativ kann ein LNA 714 mit einem Durchlassband, welches beim GPS-Empfangsband zentriert ist, für beide Signale verwendet werden, oder es kann ein LNA 714 mit einem Durchlassband, das irgendwo zwischen dem GPS-Empfangsband und dem PCS-Empfangsband oder nahe einem der Bänder liegt, verwendet werden.
Das Wiederverwenden eines einzigen LNAs ist nicht auf das Wiederverwenden des LNAs für lediglich zwei Empfangspfade beschränkt. Beispielsweise kann ein LNA, der bei 1,5 GHz zentriert ist, und der ein Durchlassband aufweist, wie beispielsweise durch Kurve 634 in 14 dargestellt, für PCS-Signale, GPS-Signale und Mobilfunksignale verwendet werden. Damit kann, wie in 16 gezeigt ist, eine Drahtloskommunikationsvorrichtung 800 eine Antenne 802 aufweisen, die dazu ausgelegt ist, Signale in einer Mehrzahl von Kommunikationsbändern zu übertragen und zu empfangen, einen N-Plexer 804 aufweisen, der eine Mehrzahl von Kommunikationsports aufweist, und einen einzelnen LNA 806 aufweisen, der dazu ausgelegt ist, empfangene Signale für zwei oder mehrere der Kommunikationsbänder zu verstärken.
Wenn beispielsweise die Antenne 802 dazu ausgelegt ist, um PCS-, GPS- und Mobilfunksignale zu empfangen, dann kann der N-Plexer 804 einen PCS-, GPS- und Mobilfunk-Kommunikationsport aufweisen. Der LNA 806 kann dann dazu benutzt werden, empfangene PCS-, GPS- und Mobilfunksignale zu verstärken. Weiterhin kann, da der N-Plexer 804 verwendet wird, der die Eingangsverluste reduziert, die niedrige Verstärkung und die degradierte NF, die aus der Verwendung des einzelnen LNA 806 resultieren, ausgeglichen werden. Das Zentrum des Durchlassbands des LNAs 806 kann auch eingestellt werden, falls dies erforderlich ist, die Verstärkung für ein bestimmtes Band zu erhöhen, beispielsweise die Zentrumsfrequenz kann heruntergeschoben werden, um mehr Verstärkung im Mobilfunkband zu erhalten, wenn dies von einer bestimmten Applikation gefordert wird.
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung 800 kann auch einen Spiegelfrequenzfilter 808 aufweisen. In einem herkömmlichen Empfänger folgt ein Spiegelfrequenzfilter typischerweise dem LNA. Der Spiegelfrequenzfilter ist dazu ausgelegt, um unter anderen das Rauschen und die Antwort in dem Spiegelband so zu reduzieren, dass die Rauschantwort nicht mit dem Empfang eines empfangenen Signals interferiert. Damit wäre in einer Drahtloskommunikationsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Signale in einer Mehrzahl von Kommunikationsbändern zu empfangen, ein diskreter Spiegelfrequenzfilter für jedes Kommunikationsband erforderlich. Um jedoch die Anzahl von Komponenten zu reduzieren, kann ein einzelner Spiegelfrequenzfilter 808 dazu ausgelegt sein, um Signale für jedes Kommunikationsband zu filtern, die durch die Drahtloskommunikationsvorrichtung 800 empfangen wurden.
Damit kann beispielsweise der Spiegelfrequenzfilter 808 drei Signalports aufweisen: einen zum Filtern von PCS-Signalen, einen zum Filtern von GPS-Signalen, und einen zum Filtern von Mobilfunksignalen. Jeder Signalport weist vorzugsweise eine FBAR-Filtervorrichtung auf, kann jedoch Filter aufweisen, die L/Cs und/oder SAW-Vorrichtungen benutzen, wie dies beim N-Plexer 804 der Fall ist.
Entsprechend hierzu kann durch das Implementieren der oben beschriebenen Systeme und Verfahren eine Drahtloskommunikationsvorrichtung 800, die dazu ausgelegt ist, Signale in einer Mehrzahl von Kommunikationsbändern zu empfangen, eine einzelne Antenne 802, einen einzelnen N-Plexer 804, einen einzelnen LNA 806, und einen einzelnen Spiegelfrequenzfilter 808 aufweisen. Alternativ kann eine teilweise Integration in N-Plexer, LNA und/oder Spiegelfrequenzfilterstufen gemäß den Systemen und Verfahren, die vorangehend beschrieben wurden, erfolgen, um die Anzahl der Komponenten, die Schaltungsgebietanforderungen und Kosten zu reduzieren. Damit kann beispielsweise eine Dualband-fähige, GPS-fähige Drahtloskommunikationsvorrichtung sehr klein und günstig ausgeführt werden. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren sind nicht auf bestimmte Implementierungen beschränkt oder nicht auf bestimmte Kommunikationsbänder beschränkt.
Damit sollte deutlich geworden sein, dass in den Schutzbereich der Erfindung zusätzlich zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen und Implementierungen viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen fallen.

Claims

Drahtloskommunikationsvorrichtung (800), mit: einer Antenne (802); einem rauscharmen Verstärker „LNA" (806) mit einer LNA-Eingangsimpedanz; und einem Einzelgerät-N-Plexer (804), der zwischen die Antenne und den LNA geschaltet ist, wobei der Einzelgerät-N-Plexer eine Ausgangsimpedanz aufweist, die geringer ist als die LNA-Eingangsimpedanz, um eine Eingangsqualität zu verringern, und um eine Betriebsbandbreite des LNAs zu verbreitern, wobei der Einzelgerät-N-Plexer aufweist: einen ersten Kommunikationsport (428), mit: einem ersten Durchlassfilter (406), der dazu ausgelegt ist, erste Bandsignale von einer ersten Durchlasssignalleitung (416) direkt zur Antenne zu leiten; und einem ersten Empfangsfilter (408), der dazu ausgelegt ist, erste Bandsignale von der Antenne direkt zu einer ersten Empfangssignalleitung (418), die mit dem LNA (806) verbunden ist, zu leiten; einen zweiten Kommunikationsport, mit: einem zweiten Empfangsfilter (410), der dazu ausgelegt ist, GPS-Signale von der Antenne direkt zu einer GPS-Signalleitung (420) zu leiten, die mit dem LNA (806) verbunden ist; und einen dritten Kommunikationsport (430), mit: einem dritten Durchlassfilter (412), der dazu ausgelegt ist, dritte Bandsignale von einer dritten Durchlasssignalleitung (424) direkt zur Antenne zu leiten; und einem dritten Empfangsfilter (414), der dazu ausgelegt ist, dritte Bandsignale von der Antenne direkt zu einer dritten Empfangssignalleitung (426) zu leiten, die mit dem LNA (806) verbunden ist.
Drahtloskommunikationsvorrichtung (800) nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Filter des N-Plexers aus Film-Bulk-Acoustic-Resonator-(FBAR)Material hergestellt ist.
Drahtloskommunikationsvorrichtung (800) nach Anspruch 1, wobei das erste Band einem PCS-Frequenzband in einem 1800 MHz-Bereich entspricht.
Drahtloskommunikationsvorrichtung (800) nach Anspruch 1, wobei das dritte Band einem Mobilfunk-Frequenzband in einem 800 MHz-Bereich entspricht.
Drahtloskommunikationsvorrichtung (800) nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsimpedanz des Einzelgerät-N-Plexers ungefähr 50 Ohm, und die LNA-Eingangs-Impedanz ungefähr 90 Ohm beträgt.