DE60202066T2

DE60202066T2 - Doppelband-Diversitätsempfänger

Info

Publication number: DE60202066T2
Application number: DE2002602066
Authority: DE
Inventors: Thomas Stichelbout
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: EP1398887A1; DE60202066D1; EP1398887B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Empfänger in einem Telekommunikationssystem, und dort speziell auf den Diversity-Empfang von Funksignalen.
Hintergrund der Erfindung
Bei den modernen Funkkommunikationssystemen wie etwa beim GSM (Global System for Mobile communications) oder beim UMTS (Universal Mobile Telephony System) ist die Entwicklung unterschiedlicher Dienste bis heute äußerst schnell verlaufen. Die Nutzer bekommen Bild- und Tondaten, Multimediadienste und so weiter, und alle solchen Datenübertragungen verbrauchen Kapazitäten der Luftschnittstelle. Da außerdem die Anzahl der Mobilfunknutzer inzwischen extrem stark gewachsen ist, sind die Netz- und Ausrüstungsentwickler gezwungen worden, neue Lösungen für die ständige Notwendigkeit zu finden, die Übertragungskapazitäten zu steigern. Zu den verfügbaren Lösungen zum Steigern der Übertragungskapazität gehören verschiedene Multiplexverfahren (Frequenz-, Zeit- oder Codemultiplex) zum Vergrößern der möglichen Anzahl von gleichzeitigen Nutzern von Funkkanälen, außerdem das Verkleinern der Zellengrößen und das Nutzen von mehr Frequenzbändern.
Die Netzressourcen sollten effizient genutzt werden; die meisten Teilnehmer bevorzugen es, eine gute Netzabdeckung auch bei Reisen im Ausland zu haben, wo abweichende Funkfrequenzen oder Modulationsverfahren verwendet werden. Beispielsweise ist ein in Europa übliches GSM 900-Gerät in den USA nicht verwendbar, doch funktioniert dort ein GSM 1900-Gerät möglicherweise in den Netzen einiger Betreiber, falls der Betreiber des Heimatnetzes des reisenden Teilnehmers mit diesen fremden Betreibern ein Roaming-Abkommen hat. Aus diesem Grund gibt es bereits Dual- und sogar Tri-Band-Mobiltelefone auf dem Markt; eines der am weitesten verbreiteten ist ein Dual-Band-Mobiltelefon mit GSM 900- und GSM 1800-Fähigkeit. Die GSM-Kanalcodierung ist in beiden Bändern ähnlich, doch wird normalerweise für die zweite Frequenz eine weitere Antenne benötigt. Auf dem Markt gibt es auch Modelle, die Codemultiplex-(CDMA)- und GSM-Fähigkeiten haben, und mit der Entwicklung von UMTS-Telefonen sollen auch Geräte für WCDMA (Wide-Band-CDMA) mit GSM-Fähigkeiten auf den Markt kommen.
Unterschiedliche Frequenzbänder und unterschiedliche Multiplexverfahren machen unterschiedliche Verarbeitungsweisen des Empfangssignals erforderlich. Unterschiedliche Frequenzen erfordern unterschiedliche Demodulationsfrequenzen; und falls das Codierungsverfahren unterschiedlich ist, muss der Empfänger auch wissen, wie er das Empfangssignal zu decodieren hat. Deshalb besitzen die modernen Dual- oder Tri-Band-Empfänger einen separaten Empfangsteil für jedes Frequenzband.
Zwei bereits aus den Patentschriften EP 1 164 719 A1 und WO 94/11819 bekannte Lösungen zielen auf ein Mobiltelefon ab, das in zwei Frequenzbändern arbeitet. Darüber hinaus nutzen die in den angegebenen Schriften aufgezeigten Lösungen im Empfänger außerdem den Raum-Diversity-Effekt aus, weil es entscheidend wichtig ist, dass der Empfänger auch Signale geringerer Güte (beispielsweise verursacht durch Abschattung oder Mehrwegeausbreitung) empfangen kann. Der Grundgedanke bei der Raum-Diversity beruht auf der Tatsache, dass wahrscheinlich eine von mehreren, dasselbe Signal empfangenden Antennen dieses Signal weniger gestört empfängt; in einigen Fällen wird das Empfangssignal aus zwei empfangenen Signalen zusammengesetzt, in anderen Fällen wählt man lediglich das bessere der beiden Signale aus.
Die Patentschrift '819 beschreibt ein Diversity-Empfangs-System für das PCS (Personal Cordless System). In diesem System gibt es grob gesehen zwei Arten von Nutzern; die eine Nutzergruppe ändert ihren Standort fast nicht (Fußgänger, als technisch Niederrangige [low-tier] bezeichnet), wogegen die andere Gruppe sich bewegt (als technisch Hochrangige [high-tier] bezeichnet). Das benutzte Frequenzband ist das normale PCS-Frequenzband; der Raum-Diversity-Empfangsteil wird für die sich schnell bewegenden Stationen benutzt; deshalb besitzt die Mobilstation zwei Antennen für ein (1) Frequenzband. Die vorgeschlagene Lösung hilft nicht beim Konstruieren eines Dual-Band-Empfängers, der einen beispielsweise auf den WCDMA- und GSM-Bändern arbeitenden Diversity-Funktions-Empfänger enthält, weil die unterschiedlichen Codierungsverfahren und Antennenformen erhebliche weitere Probleme aufwerfen.
Die Patentschrift '719 konzentriert sich hauptsächlich auf die Wahl zwischen den beiden Empfangswegen als Frage der Wahl der höchsten Signalstärke. Bei dem Wahlverfahren wird besonderes Gewicht auf den Aspekt des Berechnens der Reflexionen gelegt. Die durch die Schwundbedingungen, das heißt durch die Umgebung, verursachten Reflexionen werden zusammengefasst, um einen stabilen Kommunikationsweg zu bekommen. Zum einen ist es nicht sicher, ob dieses Verfahren allein eine für den Zweck des Diversity-Empfangs ausreichend hohe Signalgüte liefern kann. Zum anderen hilft eine Lösung gemäß der Patenschrift '719 nicht beim Konstruieren eines einfachen und kostengünstigen Empfängers, weil die Diversity-Funktion in den Empfangsschaltungen auf der Ebene des Funkfrequenzsignals durchgeführt wird, was das System komplizierter und teurer macht.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, zu einer Lösung zu kommen, mit der es möglich ist, ein System und ein Verfahren zu schaffen, die eine kostengünstige und einfache Multi-Band-Empfangsvorrichtung mit der Fähigkeit zum Ausnutzen des Empfänger-Diversity-Effekts verfügbar machen.
Überblick über die Erfindung
Das beschriebene und weitere Ziele der Erfindung lassen sich mit einem Verfahren und einem System erreichen, das einem beliebigen der unabhängigen Patentansprüche entspricht.
Eine Diversity-Empfänger-Anordnung, die auf mindestens zwei Frequenzbändern arbeiten kann, umfasst i) einen ersten und einen zweiten Eingang für ein erstes und ein zweites Signal von einer ersten und einer zweiten Antenne, wobei die erste und die zweite Antenne ungefähr auf ein erstes bzw. ein zweites Frequenzband abgestimmt werden; ii) ein erstes, für den Empfang des ersten Signals des ersten Frequenzbandes optimiertes Empfängersystem; iii) ein zweites, für den Empfang des zweiten Signals des zweiten Frequenzbandes optimiertes Empfängersystem, umfassend 1) einen Vorverstärker, 2) ein Bandfilter, 3) einen Frequenzumsetzer (d. h. einen Mischer), welcher ein drittes, von einem auf eine Frequenz im zweiten Frequenzband abgestimmten Oszillator kommendes Signal nutzt und 4) einen Verstärker; und iv) Mittel zum Ersetzen des dritten Signals vom Oszillator durch ein viertes, im ersten Frequenzband liegendes Signal zwecks Bildung eines Signals vom zweiten Empfängersystem, bestimmt für Empfänger-Diversity-Zwecke. Einerseits verbessert eine solche Empfängervorrichtung die Leistung des Entzerrers, weil dann für andere Systeme reservierte Empfangswege genutzt werden können. Andererseits verstärkt sie den Grad der Mehrfachnutzung im Gerät, so dass dieses kleiner wird und seine Komplexität und Herstellungskosten sinken.
Ein Diversity-Empfangs-Verfahren umfasst folgende Schritte: i) Empfangen eines ersten und eines zweiten Signals von einer ersten und einer zweiten Antenne, die ungefähr auf das erste und zweite Frequenzband abgestimmt sind, ii) Weiterleiten des ersten Signals an ein erstes, für den Empfang des ersten Frequenzbandes optimiertes Empfängersystem; iii) Weiterleiten des zweiten Signals an ein zweites, für den Empfang des zweiten Frequenzbandes optimiertes Empfängersystem, wobei das zweite Signal 1) vorverstärkt, 2) bandpass-gefiltert, 3) durch Mischen mit einem von einem Oszillator gelieferten dritten Signal frequenzumgesetzt, und 4) verstärkt wird. Bei dem Verfahren wird das dritte, von dem Oszillator kommende Signal durch ein viertes, im ersten Frequenzband liegendes Signal ersetzt, um ein fünftes Signal vom zweiten Empfängersystem zu bekommen, bestimmt für Empfänger-Diversity-Zwecke. Einerseits verbessert ein solches Empfängersystem die Leistung des Entzerrers, weil dann für andere Systeme reservierte Empfangswege genutzt werden können. Andererseits verstärkt es den Grad der Mehrfachnutzung im Gerät, so dass dieses kleiner wird und seine Komplexität und Herstellungskosten sinken.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden durch die Verwendung eines Kompensationsfilters zum Entzerren des Signals vom zweiten Empfängersystem die Wirkungen derjenigen Verzerrungen verringert, welche durch nicht optimale Eigenschaften von Vorverstärker-Bandbreite, Eingangsmodul und Filter im Empfangsweg verursacht werden. Diese Tatsache wiederum hilft dabei, das System für eine Mehrfachnutzung des bereits vorhandenen Empfangsweges von Dual- oder Multi-Band-Mobiltelefonen zu konzipieren, weil die andernfalls niedrige Signalgüte verbessert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Komplexität eines Mobiltelefons oder einer Mobilfunkbasisstation dadurch verringert werden, dass man asymmetrische Empfängersysteme in deren Diversity-Empfänger-Anordnung einsetzt. Eine solche Anordnung eröffnet die Möglichkeit, die Vorteile des Diversity-Empfangs sogar ohne mehrere, für den Empfang im selben Band optimierte Antennen und Empfängersysteme zu nutzen.
Infolgedessen kann gegebenenfalls nicht nur die Baugröße der Ausrüstungen verringert werden, sondern auch die Anzahl teurer Einzelteile in diesen Ausrüstungen, verglichen mit Ausrüstungen ohne Mehrfachnutzung von Empfangswegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann gegebenenfalls der Nutzungskomfort eines Mobiltelefons oder einer Mobilfunkbasisstation dadurch erhöht werden, dass man das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Anordnung zum Empfangen von UMTS- oder WCDMA-Signalen benutzt, weil die im Vergleich zu den erwarteten Empfangseigenschaften eines normalen UMTS- oder WCDMA-Mobiltelefons höhere Übertragungsgüte Fehler und somit Verzerrungen der Sprachsignale reduziert und außerdem die Datenübertragungseigenschaften durch eine verringerte Bitfehlerrate verbessert.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsformen detaillierter und unter Bezug auf die in den beigefügten 1 bis 5 gezeigten Beispiele beschrieben.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Diversity-Empfänger-Anordnung.
2 zeigt, wie ein von der zweiten Antenne empfangenes UMTS-Signal im zweiten Empfängersystem verarbeitet wird, um ein zum Weiterleiten an den Diversity-Empfänger bestimmtes Signal zu bekommen.
3 zeigt, wie ein normal von der zweiten Antenne empfangenes Signal verarbeitet wird, um ein zum Weiterleiten an den GSM-Empfänger bestimmtes Signal zu bekommen.
4 zeigt ein Blockschaltbild der Signalwege für eine Steuerschaltung, die zum Realisieren der Erfindung verwendet werden.
5A zeigt eine Tabelle mit Angaben über die Stellungen der Systemschalter, wenn die Empfängeranordnung sich im GSM 1800-Modus befindet.
5B zeigt eine Tabelle mit Angaben über die Stellungen der Systemschalter, wenn die Empfängeranordnung als UMTS-Diversity-Empfänger benutzt wird.
Gleiche Bezugssymbole beziehen sich in allen Abbildungen auf ähnliche Elemente.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Diversity-Empfänger-Anordnung. Das von der Antenne 1001 empfangene Signal S01 wird zu einem Eingangsmodul 1002 geleitet. Nach Verarbeitung des Signals im Eingangsmodul gelangt das verarbeitete Signal S02 zu einem Hochpassfilter 1003b. Die Empfänger/Transceiver-Systeme in modernen Mobiltelefonen enthalten normalerweise ein Tiefpassfilter 1003a für den Transceiver und ein Hochpassfilter 1003b für den Empfänger um durch das gesendete TX-Signal im empfangenen RX-Signal verursachte Verzerrungen zu vermindern. Das hochpassgefilterte Signal S03 wird auf den Eingang 1008a des ersten Empfängersystems 100, vorzugsweise ein UMTS-Empfängersystem, geführt.
Das erste Empfängersystem 100 verarbeitet das Eingangssignal S03 und liefert die Ausgangssignale S04a und S04b, welche mit einem Zwischenfrequenzsignal eines UMTS-Signals korrespondieren. Das Ausgangssignal S04a bzw. S04b des ersten Empfängersystems 100 wird zu dem Eingang 1500a bzw. 1500c einer Signalweiche 1500 geführt. Die Signalweiche 1500 liefert die Ausgangssignale Sa und Sb.
Die Weiche 1500 enthält Blöcke, die Vorverarbeitungsfunktionen durchführen (wie etwa Synchronisierung und Soft-Decision) sowie Diversity-Ablösefunktionen. Die Signale S04a und S04b sind zwar mit zwei unterschiedlichen Bezugssymbolen gekennzeichnet, sie korrespondieren aber mit den In-Phase-(I)- und Quadratur-(Q)-Komponenten desselben komplexen Signals. Dasselbe gilt für die vom zweiten Empfängersystem 110 gelieferten Ausgangssignale S16a und S16b. Auf die korrespondierenden I/Q-Signalpaare (S04a, S04b) und (S16a, S16b) wendet die Weiche 1500 die oben beschriebenen Verarbeitungsoperationen an, als deren Ergebnis die Ausgangssignale Sa und Sb geliefert werden, welche wiederum ein korrespondierendes I/Q-Signalpaar bilden.
Das erste Empfängersystem 100 enthält einen rauscharmen Vorverstärker 1008, welcher das Signal S03 mit einem konstanten Faktor zu einem verstärkten Signal S031 verstärkt. Das Signal S031 wird im Bandfilter 1009 bandpassgefiltert. Das bandpassgefilterte Signal S032 gelangt dann zu einem Frequenzumsetzer 1010. Der Frequenzumsetzer 1010 enthält einen Eingang für ein Signal von einem lokalen Oszillator 1011 sowie einen Mischer. Der lokale Oszillator 1011 ist auf die Mitte der gewünschten Trägerfrequenz im UMTS-Frequenzband abgestimmt. Der Frequenzumsetzer 1010 liefert die Ausgangssignale S04a2 und S04b2, die anschließend in den Tiefpassfiltern 1020 und 1030 tiefpassgefiltert werden. Die tiefpassgefilterten Signale S04a1 und S04b1 werden dann in den Verstärkern 1021 und 1031 verstärkt. Die verstärkten Signale S04a und S04b werden danach den zugehörigen Eingängen 1500a und 1500c der Weiche 1500 zugeführt.
2 zeigt, wie das zweite Empfängersystem für den Empfang eines Signals, vorzugsweise eines UMTS-Signals, gestaltet werden kann, um ein zweites Signal S16a, S16b zu bilden, das zu dem Diversity-Empfänger 1500 geführt werden kann.
von einer Antenne 1101 werden Funkwellen aufgefangen, die ein UMTS-Signal transportieren. Das Signal S11 von der Antenne 1101 wird auf das Eingangsmodul 1102 geführt. Das vom Eingangsmodul 1102 verarbeitete Signal S12 gelangt anschließend zu den Bandfiltern 1103b, 1104b und 1105b. Die unterschiedlichen Bandfilter sind dafür ausgelegt, das jeweils richtige Frequenzband des Signals S12 auswählen zu können. Vorzugsweise korrespondiert das Bandfilter 1103b mit dem GSM 1900-Band, das Bandfilter 1104b mit dem GSM 1800-Band und das dritte Bandfilter 1105b beispielsweise mit dem UTRA TDD-Frequenzband. Grundsätzlich können die GSM-Bänder GSM-Signale transportieren, wogegen das UTRA TDD-Band UMTS-Signale transportiert.
Die Empfangsfrequenzbänder für GSM1800, GSM1900 und UMTS sind folgende: 1805 bis 1880 MHz für GSM 1800, 1930 bis 1990 MHz für GSM 1900, und 1900 bis 1920 MHz für UTRA TDD. Die im Band übertragenen Informationen werden im Falle der GSM-Bänder weiter in Kanäle geringerer Bandbreite unterteilt, wobei jeder Kanal 200 kHz breit ist. Die Trägerfrequenz jedes Kanals liegt in seiner Mitte.
Das Signal S12 wird im Bandfilter 1105b bandpassgefiltert. Das Ausgangssignal S13 des Bandfilters 1105b wird anschließend einem zweiten Empfängersystem 110 zugeführt.
Um das zu benutzende Bandfilter korrekt auszuwählen, besitzt das System einen Schalter SW1, der mit einem Anschluss T1d des zweiten Empfängersystems verbunden ist. Die Stellung des Schalters SW1 wird von einer Steuerschaltung CC bestimmt; der Schalter kann in Stellungen gebracht werden, in denen er eine Verbindung zu den Anschlüssen T1a, T1b oder T1c herstellt. Der Anschluss T1a korrespondiert zu dem Bandfilter 1103b, der Anschluss T1b zu dem Bandfilter 1104b und der Anschluss T1c zu dem Bandfilter 1105b. Weil das System jetzt ein UMTS-Signal empfängt, hat die Steuerschaltung den Schalter SW1 dazu gebracht, die Anschlüsse T1d und T1c zu verbinden.
Die Arbeitsweise des zweiten Empfängersystems 110 wird nun genauer betrachtet. Zuerst wird das Eingangssignal S13 in einem rauscharmen Vorverstärker 1108 zu einem verstärkten Signal S131 verarbeitet. Das verstärkte Signal wird anschließend im Bandfilter 1109 bandpassgefiltert, dieses Filter liefert dann ein Bandpasssignal S132. Das Signal S132 wird zu einem Frequenzumsetzer 1110 geführt, der es in ein Zwischenfrequenzsignal umsetzt. Der Frequenzumsetzer besitzt einen Eingang für das Signal S1011 von einem lokalen Oszillator 1011, welcher auf die Mitte der Trägerfrequenz des betreffenden UMTS-Frequenzbands abgestimmt ist.
Der lokale Oszillator 1011 erzeugt ein Signal S1011, welches dem Frequenzumsetzer 1110 zugeführt wird. Mithilfe des Signals S1011 erzeugt der Mischer des Frequenzumsetzers 1110 die Zwischenfrequenzsignale S14a2 und S14b2. Diese Zwischenfrequenzsignale S14a2 und S14b2 werden danach in den zugehörigen Verstärkern 1121 und 1131 verstärkt.
Das zweite Empfängersystem 110 ist vorteilhafterweise ein GSM-Empfängersystem, insofern als es einen normalen, von vielen GSM-Geräteherstellern benutzten GSM-Chipsatz enthält. Wenn das zweite Empfängersystem zum Empfangen eines Nicht-GSM-Signals benutzt wird, muss es etwas modifiziert werden.
Der lokale Oszillator 1111, wie er normalerweise zum Erzeugen des beim Umsetzen des empfangenen und verstärkten GSM-Signals in ein Zwischenfrequenzsignal benötigten Signals verwendet wird, kann nicht zum Umsetzen eines UMTS-Signal mit anderer Mittenfrequenz in ein Zwischenfrequenzsignal verwendet werden, statt dessen muss ein lokaler Oszillator 1011 verwendet werden, welcher das Signal S1011 passender Frequenz erzeugt. Hauptgrund dafür ist, dass die bei GSM benutzten Frequenzbänder und die für die bei WCDMA benutzten nicht gleich sind. Dies bedeutet, dass sich auch die Mittenfrequenz des Frequenzbands ändert und dass das auf die Mittenfrequenz des GSM-Frequenzbands abgestimmte Signal S1111 des lokalen Oszillators 1111 nicht verwendet werden kann.
Die verstärkten Signale S14a und S14b werden an den Anschlüssen T3a und T4a des zweiten Empfängersystems 110 ausgegeben. Von dort werden diese Signale zu den Eingangsanschlüssen T3c und T4c des jeweiligen Tiefpassfilters 1120 bzw. 1130 weitergeführt.
Wenn das Signal ein GSM-Signal ist, wird es weder zu einem UMTS-System noch zu der Weiche 1500 geleitet. Zu diesem Zweck sind die Schalter SW3 und SW4 hinzugefügt. Der von der Steuerschaltung CC gesteuerte Schalter SW3 wählt, zu welchem Anschluss welchen Systems das von dem Ausgangsanschluss T3a kommende Signal weitergeleitet wird. Im GSM-Modus werden die Anschlüsse T3a und T3b miteinander verbunden, im UMTS-Modus jedoch statt dessen die Anschlüsse T3a und T3c. In ähnlicher Weise bestimmt der Schalter SW4 den Weg des von dem Anschluss T4a kommenden Ausgangssignals. Im GSM-Modus werden die Anschlüsse T4a und T4b miteinander verbunden, im UMTS-Modus dagegen die Anschlüsse T4a und T4c.
Die tiefpassgefilterten Signale S15a und S15b gelangen zu einem Kompensationsfilter 120a und 120b. Das Kompensationsfilter ist dafür ausgelegt, die Signale S15a und S15b hinsichtlich derjenigen Verzerrungen zu entzerren, welche sie beim Durchlaufen des zweiten Empfängersystems 110, des Eingangsmoduls 1102 und der Antenne 1102 erleiden. Beispielsweise kann das zweite Empfängersystem 110 ein für den Empfang des UMTS-Signals nicht optimal geeignetes Bandfilter 1109 enthalten. Dieses Bandfilter erzeugt von sich aus Verzerrungen der Signale S15a und S15b. Weil diese Verzerrungen beseitigt werden müssen, müssen die Signale S15a und S15b entzerrt werden, was in dem Kompensationsfilter oder Entzerrer 120a bzw. 120b geschieht. Die entzerrten Signale S16a und S16b werden anschließend zu den Anschlüssen 1500c und 1500d des Weichenmittels 1500 geführt.
Durch Verwenden zweier Antennen 1001 und 1101 für UMTS-Signale erhöht sich die Güte der zwecks Nachrichten-Wiedergewinnung (message recovery) und Basisbandverstärkung zum Demodulator geleiteten Zwischenfrequenzsignale (IF) SA und SB, wenn der Raum-Diversity-Effekt ausgenutzt wird. Dies wiederum bedeutet, dass die Schritte der Nachrichten-Wiedergewinnung und der Basisbandverstärkung besser gelingen, was als solches schon die Leistung des Viterbi-Decoders weiter erhöht, weil die Güte der Signale Sa und Sb nach einem Zusammenfassungsschritt höher ist als die der ursprünglichen Signale 1500a und 1500b. Hauptursache dafür ist, dass jetzt zwei Empfangswege genutzt werden können. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass der zweite Empfangsweg anfänglich derselbe wie der für das GSM-Band benutzte ist. Folglich wird keine platzraubende oder teure Empfängerausrüstung benötigt und das Mobiltelefon kann verkleinert werden.
3 zeigt, wie das zweite Empfängersystem 110 zum Empfangen von GSM-Signalen genutzt wird. Die Antenne 1001 empfängt Funkwellen, die in der Antenne ein elektrisches Signal S11 induzieren. Das Signal S11 gelangt zu einem Eingangsstufensystem 1102. von dem Eingangsstufensystem 1102 wird das Signal S12 weiter zu den Bandfiltern 1103b, 1104b und 1105b geführt. Die Bandfilter 1103b und 1105b sind schattiert dargestellt, weil hier angenommen wird, dass das empfangene Signal ein GSM 1800-Signal ist. Folglich wird das Signal S12 nun vom Ausgangsanschluss T1b des Bandfilters 1104b zum Eingangsanschluss T1d des zweiten Empfängersystems 1010 geleitet. Um das Signal vom Ausgangsanschluss des passenden Bandfilters zu bekommen, muss der Schalter SW1 in die Stellung gebracht werden, in der die Anschlüsse T1b und T1d miteinander verbunden sind. Um den Schalter SW1 in diese Stellung umzuschalten, gibt die Steuerschaltung CC einen Umschaltbefehl an ihn.
Die Arbeitsweise des zweiten Empfängersystems 110 ist bereits oben erläutert worden. Allerdings wird – weil das empfangene Signal nun ein GSM 1800-Signal ist – der Schalter SW2 so umgeschaltet, dass er den Ausgangsanschluss T2a des lokalen Oszillators 1111 mit dem Eingangsanschluss T2c des Frequenzumsetzers 1110 verbindet. Der lokale Oszillator 1111 erzeugt ein Signal S1111 mit einer in der Mitte des empfangenen GSM 1800-Bandes liegenden Frequenz. Dieses Signal wird benutzt, um aus dem Signal S132 ein Zwischenfrequenzsignal S14a2, S14b2 zu erzeugen.
Eine weiterer Unterschied ist, dass der Schalter 3 und der Schalter 4 sich in der Stellung befinden müssen, die das GSM-Signal-System benötigt. Deshalb verbindet der Schalter 3 die Anschlüsse T3a und T3b und der Schalter SW4 den Anschluss T4a mit dem Anschluss T4b. Die Blöcke 1120, 1130, 120a und 120b sind jetzt schattiert, weil ihnen kein Signal zugeführt wird.
4 illustriert die Arbeitsweise der Steuerschaltung CC. Die Steuerschaltung CC wird vorzugsweise von einem Prozessor gesteuert. Derselbe Prozessor steuert den GSM-Block und den UMTS-Block des Mobiltelefons. Der GSM-Block und der UMTS-Block enthalten Befehle zum Kommunizieren mit dem im Mobiltelefon sitzenden Sender und Empfänger. Deshalb weiß der Prozessor auch, in welchem Modus sich das Mobiltelefon befindet. Mit anderen Worten, der Prozessor weiß, ob sich das Mobiltelefon im GSM 1900-Modus, im GSM 1800-Modus oder im UMTS-Modus befindet, und falls sich das Mobiltelefon im UMTS-Block befindet, weiß der Prozessor damit auch, welche Art Multiplex und welches Frequenzband benutzt wird. Der Prozessor ist so programmiert, dass er der Steuerschaltung CC vorgibt, wie sie die Stellungen der Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 steuern soll. Dieselbe Steuerschaltung kann zum Wählen der richtigen Frequenz in den lokalen Oszillatoren 1011 und 1111 benutzt werden.
5A zeigt die Stellungen der Schalter SW1 bis SW4, wenn sich das Mobiltelefon im GSM 1800-Modus befindet. SW1 verbindet die Anschlüsse T1b und T1d miteinander, SW2 die Anschlüsse T2a und T2c, SW3 die Anschlüsse T3a und T3b und SW4 die Anschlüsse T4a und T4b.
5B zeigt die Stellungen der Schalter SW1 bis SW4, wenn sich das Mobiltelefon im UMTS-Modus befindet. SW1 verbindet die Anschlüsse T1c und T1d miteinander, SW2 die Anschlüsse T2b und T2c, SW3 die Anschlüsse T3a und T3c und SW4 die Anschlüsse T4a und T4c.
Der erste lokale Oszillator 1111 und der zweite lokale Oszillator 1011 können auch zusammen ein einziger Block sein, d. h. dass diese beiden Oszillatoren unter Benutzung eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) realisiert werden. Dies erfordert eine etwas größere Bandbreite des im lokalen Oszillator eingesetzten VCO, verglichen mit den früheren VCO-Lösungen. In diesem Fall kann der Schalter SW2 so konstruiert sein, dass er nicht steuert, welcher lokale Oszillator benutzt wird, sondern dass er die dem lokalen Oszillator zugeführte Spannung wählt, um darüber die richtige Spannung zu wählen. Natürlich kann eine Spannungsquelle verwendet werden, deren Ausgangsspannung von der Steuerschaltung CC gesteuert wird.
Insbesondere kann die Erfindung für jedes Dual- oder Tri-Band-Mobiltelefon genutzt werden, welches Mittel besitzt, um zwei nahe genug zueinander liegende Bänder zu empfangen, so wie beispielsweise UMTS-fähige PCS- oder DCS-Mobiltelefone. Wenn ein Dual-Band-System mindestens zwei Antennen und zwei Chipsätze in den Empfangswegen besitzt, ist die Erfindung nutzbar.
Zusammengefasst, besitzt ein System gemäß einer (1) Ausführungsform des vorliegenden Systems einen auf mindestens zwei Frequenzbändern arbeitsfähigen Empfänger, welcher einen ersten und einen zweiten Eingang für von einer ersten und einer zweiten Antenne kommende Signale hat, wobei diese Antennen ungefähr auf ein erstes bzw. zweites Frequenzband abgestimmt sind. Das System besitzt außerdem ein zum Empfangen des ersten Frequenzbandes optimiertes erstes Empfängersystem sowie ein zum Empfangen des zweiten Frequenzbandes optimiertes zweites Empfängersystem.
Das zweite Empfängersystem umfasst einen Verstärker, ein Bandfilter und einen Frequenzumsetzer, wobei dieser Frequenzumsetzer einen lokalen Oszillator und einen Mischer enthält. Der lokale Oszillator ist ungefähr auf die Mitte des zweiten Frequenzbandes abgestimmt, so dass der Mischer ein Zwischenfrequenzsignal erzeugen kann. Darüber hinaus umfasst das zweite Empfängersystem optional einen Verstärker zum Verstärken des erzeugten Zwischenfrequenzsignals.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das System außerdem einen zweiten lokalen Oszillator zum Erzeugen eines auf der Mittenfrequenz des ersten Bandes liegenden Signals, welches beim Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals im zweiten Empfängersystem benötigt wird.
Außerdem enthält das System ein Kompensationsfilter, ausgelegt zum Entzerren des vom zweiten Empfängersystem kommenden Signals hinsichtlich derjenigen Verzerrungen, die das zweite Signal durch die Eigenschaften der zweiten Antenne im Bereich der Frequenz des ersten Signals und/oder durch das zweite Empfängersystem erleidet. Außerdem umfasst das System Weichenmittel zum Zusammenfassen der von dem ersten Empfängersystem und dem Kompensationsfilter kommenden Signale, wodurch ein Kombinationssignal erzeugt wird, vorzugsweise unter Verwendung einer Diversity-Ablösevorrichtung. Dies ermöglicht es dem System, einen der beiden Empfangswege zu wählen, wenn die Leistung einer der Antennen schlechter als die der anderen Antenne ist.
Das System kann einen zwischen der zweiten Antenne und dem zweiten Empfänger sitzenden Schalter zum Auswählen eines für das empfangene Signal zu benutzenden Bandfilters sowie mindestens zwei entsprechende Filter enthalten. Der Ausgang des zweiten Empfängersystems kann mit einem Schalter verbunden sein, um das Signal entweder zu dem Weichenmittel oder zu dem für das Signal des zweiten Frequenzbandes benutzten Signalweg weiterzuleiten. Auf diese Weise können beide Signalwege gleichzeitig genutzt werden. Durch das Kompensationsfilter werden die Eigenschaften des zweiten Empfängersystems zusätzlich verbessert.
Das Empfängersystem eignet sich besonders für Mobiltelefone mit Multi-Band-Fähigkeiten, beispielsweise mit Fähigkeiten zum Arbeiten im TDMA-, CDMA- oder WCDMA-Band. Auf diese Weise kann die UMTS-Empfangsleistung eines dualmode-fähigen GSM/UMTS-Mobiltelefons verbessert werden. In ähnlicher Weise kann die GSM-Empfangsleistung verbessert werden, verglichen mit der reinen GSM-Empfangsleistung, und zwar beispielsweise in Gebieten ohne UMTS-Abdeckung.
Die Erfindung wurde hier zwar unter Bezug auf GSM- und UMTS-Kommunikationssysteme beschrieben, doch ist dies in keiner weise als Einschränkung gemeint, sondern der Geltungsbereich der Erfindung ist im Geiste der beigefügten Ansprüche zu verstehen. Ein Fachmann könnte beispielsweise nur einen kleinen Teil des GSM-Chipsatzes mehrfach ausnutzen wollen. Der Signalweg könnte sich deshalb von dem oben beschriebenen Signalweg unterscheiden, aber die Prinzipien des Diversity-Empfangs in Verbindung mit einer zumindest teilweisen Mehrfachnutzung des Empfangswegs sollen als durch die Patenansprüche abgedeckt gelten.

Claims

Eine Diversity-Empfänger-Anordnung, die in mindestens zwei Frequenzbändern arbeiten kann und Folgendes umfasst: – Einen ersten und einen zweiten Eingang (1008a, T1d) für ein erstes und ein zweites Signal (S03, S13) von einer ersten und einer zweiten Antenne (1001, 1101), wobei die erste und die zweite Antenne (1001, 1101) ungefähr auf ein erstes bzw. zweites Frequenzband abgestimmt sind; – ein erstes Empfängersystem (100), optimiert für das Empfangen des ersten Signals (S03) des ersten Frequenzbandes; und – ein zweites Empfängersystem (110), optimiert für das Empfangen des zweiten Signals (S13) des zweiten Frequenzbandes, wobei das zweite Empfängersystem (110) umfasst i) einen Vorverstärker (1108), ii) ein Bandfilter (1109) und iii) einen Frequenzumsetzer (d. h. einen Mischer) (1110), welcher ein drittes, von einer auf eine im zweiten Frequenzband liegende Frequenz abgestimmten Oszillator-Vorrichtung (1011, 1111) kommendes Signal (S1111) nutzt, und 4) einen Verstärker (1121, 1131); und – Mittel zum Ersetzen des dritten Signals (S1111) von der Oszillator-Vorrichtung (1011, 1111) durch ein viertes, im ersten Frequenzband liegendes Signal (S1011) zwecks Bildung eines Signals (S16a, S16b) vom zweiten Empfängersystem (110), bestimmt für Empfänger-Diversity-Zwecke.
Eine Diversity-Empfänger-Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Ersetzen des dritten Signals (S1111) von der Oszillator-Vorrichtung (1011, 1111) einen Schalter (SW2) umfasst, welcher zum Wählen zwischen dem dritten, von einem ersten Oszillator (1011) kommenden Signal (S1011) und dem vierten, von einem zweiten Oszillator (1111) der besagten Oszillator-Vorrichtung kommenden Signal (S1111) dient.
Eine Diversity-Empfänger-Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Ersetzen des dritten Signals (S1111) von dem Oszillator (1011, 1111) einen spannungsgesteuerten Oszillator (1011, 1111) umfasst.
Eine Diversity-Empfänger-Anordnung gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend ein für das erste Frequenzband optimiertes Bandfilter (1009) im ersten Empfängersystem (100) sowie ein für das zweite Frequenzband optimiertes Bandfilter (1109) im zweiten Empfängersystem (110).
Eine Diversity-Empfänger-Anordnung gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend: ein Kompensationsfilter (120a, 120b), dafür ausgelegt, ein fünftes Signal (S15a, S15b) vom zweiten Empfängersystem (110) hinsichtlich derjenigen Verzerrungen zu entzerren, welches dieses fünfte Signal (S15a, S15b) durch die Eigenschaften der zweiten Antenne (1101) im Bereich der Frequenz des ersten Signals und/oder durch das zweite Empfängersystem erleidet, so dass ein entzerrtes sechstes Signal (S16a, S16b) entsteht.
Eine Diversity-Empfänger-Anordnung gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Vorverstärker (1008) im ersten Empfängersystem (100) und der Vorverstärker (1108) im zweiten Empfängersystem (110) Breitband-Vorverstärker sind.
Eine Diversity-Empfänger-Anordnung gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche; wobei das System zusätzlich Mittel (1500) zum Zusammenfassen eines siebenten Signals (S04a, S04b) vom ersten Empfängersystem (100) und eines achten Signals (S16a, S16b) vom zweiten Empfängersystem enthält und wobei sich das siebente und das achte Signal voneinander unterscheiden.
Eine Diversity-Empfänger-Anordnung gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Empfängersystem (100) und das zweite Empfängersystem (110) der Diversity-Empfänger-Anordnung asymmetrisch sind.
Ein Diversity-Empfangs-Verfahren, folgende Schritte umfassend – Empfangen eines ersten und eines zweiten Signals (S03, S13) von einer ersten und einer zweiten Antenne (1001, 1101), wobei diese Antennen (1001, 1101) ungefähr auf das erste und das zweite Frequenzband abgestimmt sind; – Weiterleiten des ersten Signals (S03) an ein zum Empfangen des ersten Frequenzbandes optimiertes erstes Empfängersystem (100); – Weiterleiten des zweiten Signals (S13) an ein zum Empfangen des zweiten Frequenzbandes optimiertes zweites Empfängersystem (110), wobei das zweite Signal (S13) i) vorverstärkt, ii) bandpassgefiltert und iii) frequenzumgesetzt wird, indem das zweite Signal (S13) mit einem dritten, von einer Oszillator-Vorrichtung (1011, 1111) kommenden Signal (S1111) gemischt wird, und iv) verstärkt wird; und – wobei das dritte, von der Oszillator-Vorrichtung (1011, 1111) kommende Signal (S1111) durch ein viertes, im ersten Frequenzband liegendes Signal (S1011) ersetzt wird, um ein fünftes Signal (S16a, S16b) vom zweiten Empfängersystem (110) zu bekommen, bestimmt für Empfänger-Diversity-Zwecke.
Ein Diversity-Empfangs-Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Ersetzen des dritten Signals (S1111) unter Verwendung eines Schalters (SW2) zum Wählen zwischen dem dritten und dem vierten Signal (S1011 und S1111) von zwei Oszillatoren (1011, 1111) der besagten Oszillator-Vorrichtung erfolgt.
Ein Diversity-Empfangs-Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Ersetzen des dritten Signals (S1111) mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators (1011, 1111) durchgeführt wird.
Ein Diversity-Empfangs-Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11, zusätzlich den Schritt umfassend, ein sechstes Signal (S15a, S15b) des zweiten Empfängersystems (110) hinsichtlich derjenigen Verzerrungen zu kompensieren, welche das sechste Signal (S15a, S15b) bei den Schritten des Empfangens und/oder des Verstärkens und/oder des Bandfilterns erleidet, so dass das fünfte Signal (S16a, S16b) entsteht.
Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 12, zusätzlich den Schritt umfassend, ein siebentes Signal (S04a, S04b) vom ersten Empfängersystem (100) und das fünfte Signal (S16a, S16b) vom zweiten Empfängersystem (110) zusammenzufassen, um ein kombiniertes Signal (Sa, Sb) zu bilden, wobei sich das siebente Signal (S04a, S04b) und das fünfte Signal (S16a, S16b) voneinander unterscheiden.
Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 13, wobei ein im ersten Empfängersystem (100) durchgeführter Bandpassfilterungs-Schritt und der im zweiten Empfängersystem durchgeführte Bandpassfilterungs-Schritt asymmetrisch sind.
Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 13, wobei das erste Frequenzband ein UMTS-Band und das zweite Frequenzband ein GSM-Band ist.
Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 13, wobei das erste Frequenzband ein GSM-Band und das zweite Frequenzband ein UMTS-Band ist.
Ein Mobiltelefon, umfassend eine Anordnung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8.
Ein Mobiltelefon, konstruiert zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 16.