DE60208555T2 - System für eine gps-fähige antenne - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Globales-Positionierungs-System (GPS) -befähigten Antenne.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine herkömmliche handgehaltene Globales-Positionierungs-System (GPS) -Vorrichtung stellt Positions-Informationen über die Position der GPS-Vorrichtung bereit, indem es von einem GPS-System, das Satelliten und Basisstationen aufweist, GPS-Band-Signale empfängt und verarbeitet. Obwohl solch eine Positionsinformation ziemlich nützlich sein kann, ist es nicht praktisch, eine herkömmliche GPS-Vorrichtung zusammen mit einer Vielzahl mobiler, drahtloser Kommunikations-Vorrichtungen, wie beispielsweise Laptops, Mobil-Telefone, PDAs oder andere mobile Vorrichtungen, von denen Nutzer nun abhängig sind, umher zu tragen. Es ist daher wünschenswert, dass eine GPS-Positionierungs-Funktionalität in eine andere Vorrichtung, beispielsweise einen drahtlosen Mobil-Apparat, eingefügt wird.
  • Die Integration von GPS-Technologie in andere mobile, drahtlose Kommunikations-Vorrichtungen, wie beispielsweise Zellular- oder Persönlicher-Kommunikations-Service- (PKS) Telefone, hat sich leider als schwierig erwiesen. Insbesondere wurden drei Alternativen für das Hinzufügen von GPS-Fähigkeit zu einer drahtlosen Vorrichtung oder zu einem drahtlosen Apparat identifiziert, wurden jedoch als nicht befriedigend bei der Verwendung erachtet.
  • Eine erste Wahl, GPS-Fähigkeit in einen drahtlosen Apparat hinzuzufügen, ist das Hinzufügen einer separaten Antenne für GPS-Empfang. Da die drahtlose Netzwerk-Antenne nicht modifiziert wird, wird die Netzwerk-Kommunikations-Qualität nicht ungünstig beeinträchtigt. Da jedoch Mobil-Apparate für drahtlose Netzwerke sehr viel kleiner geworden sind, ist weniger Platz in dem Apparate-Gehäuse verfügbar, um eine separate, kundenspezifische GPS-Antenne unterzubringen. Außerdem leidet eine in dem Apparate-Gehäuse angeordnete GPS-Antenne typischerweise unter einer Anzahl von Empfangsproblemen. Beispielsweise kann von der elektromagnetischen Abschirmung innerhalb des Apparate-Gehäuses und von dem Apparate-Gehäuse selbst ein schlechter Empfang verursacht werden. Das Einstellen der elektromagnetischen Abschirmung zum Unterbringen der GPS-Antenne kann eine substantielle Umgestaltung und Testen des Apparats verursachen. Sogar die Hand des Nutzers des drahtlosen Apparats kann dem Empfang mittels der internen GPS-Antenne zu schaffen machen, da der Nutzer das Apparate-Gehäuse greift. Das Hinzufügen einer separaten Antenne und ihres zugehörigen Schaltkreises zu dem drahtlosen Apparat kann auch Kosten und Gestaltungs-Komplexität hinzufügen.
  • Eine zweite Wahl, GPS-Fähigkeit einem drahtlosen Apparat hinzuzufügen, ist das dazu Zwingen der existierenden Netzwerk-Antenne in dem drahtlosen Apparat, adäquat ein GPS-Band-Signal zu empfangen. Beispielsweise kann eine typische Zweiband-Antenne (Dual-Band-Antenne) derart entworfen werden, dass sie ein PKS-Signal bei ungefähr 1.900 MHz und ein zelluläres Signal bei ungefähr 800 MHz empfängt. Es kann daher möglich sein, dass die existierende Zweiband-Antenne fähig sein kann, ein GPS-Signal bei ungefähr 1.575 MHz zu empfangen. Das GPS-Signal liegt jedoch bei einer nicht- resonanten Frequenz der Zweiband-Antenne, so dass das empfangene GPS-Signal kleiner als optimal sein würde, was in einer erniedrigten Signal-Übertragung resultiert. Bekannte Zweiband-Antennen-Systeme sind in dieser Beziehung nicht fähig, ein GPS-Signal ohne ausreichende Stärke und Qualität zu empfangen, um in einem drahtlosen Apparat eine stabile GPS-Positionierungs-Funktionalität zu implementieren.
  • Eine dritte Wahl, GPS-Fähigkeit einem drahtlosen Apparat hinzuzufügen, ist das Verwenden einer Dreiband-Antenne. Eine Dreiband-Antenne ist zum Empfangen von, beispielsweise, der zellulären, der PKS- und der GPS-Frequenz eingerichtet. Obwohl es solch eine Antenne ermöglicht, das GPS-Signal zu empfangen, weist solch eine Antenne auf Grund der Beschränkungen des Antennen-Designs üblicherweise entweder die Zellular- oder PKS-Fähigkeit oder beide auf. Das Verwenden einer Dreiband-Antenne fügt der Antenne auch wesentlich Extra-Kosten hinzu.
  • Daher existiert eine Notwendigkeit, eine GPS-Positionierungs-Funktionalität in einen drahtlosen Mobil-Apparat in einer stabilen, ökonomischen Weise einzufügen. Darüber hinaus wäre es wünschenswert, dass die GPS-Positionierungs-Funktionalität in einer bequemen, ästhetisch zufrieden stellenden Weise bereitgestellt wird.
  • Kombinierte GPS- und breitbandige Mobiltelefon-Endgeräte und -Verfahren werden in US 6,097,974 offenbart, wobei drahtlose Mobil-Endgeräte einen GPS-Hochfrequenz- (HF) -Empfänger und einen breitbandigen Mobiltelefon-HF-Empfänger mit einer Bandbreite, die mindestens halb so breit wie die GPS-HF-Signal-Chip-Frequenz ist, enthalten. Die drahtlosen Mobil-Endgeräte enthalten auch einen Gemeinschafts- Zwischenfrequenz- (IF = intermediate frequency) -Abschnitt, der sowohl auf den GPS-HF-Empfänger als auch auf den breitbandigen Mobiltelefon-HF-Empfänger reagiert.
  • WO 97/37401 A offenbart eine Funkverbindungs-Vorrichtung mit einer gemeinsamen Antenne, die über einen Diplexer an einen Kommunikationsband-Empfänger und einen GPS-Empfänger angeschlossen ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Erfindung mildert in hohem Maße die Nachteile herkömmlicher Systeme zum Bereitstellen einer Globales-Positionierungs-System (GPS) -befähigten Antenne in einer drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung.
  • Diese Erfindung stellt ein System zum Bereitstellen einer GPS-befähigten Antenne für eine drahtlose Kommunikations-Vorrichtung, beispielsweise einem drahtlosen Apparat, mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 14 beschrieben. Insbesondere weist das System zum Bereitstellen einer GPS-befähigten Antenne gemäß dieser Erfindung auf: eine Antenne, einen an die Antenne angeschlossenen Diplexer zum Aufteilen einer Mehrzahl von ersten Band-Signalen auf einen ersten Anschluss und eine Mehrzahl von zweiten Band-Signalen auf einen zweiten Anschluss, einen an den ersten Anschluss des Diplexers angeschlossenen ersten Kommunikationsband-Duplexer, wobei das Schaltmodul eingerichtet ist zum selektiven Koppeln der Mehrzahl von zweiten Band-Signalen an einen ersten Schalter-Ausgang und an einen zweiten Schalter-Anschluss, einen an den zweiten Anschluss des Schaltmoduls angeschlossenen zweiten Kommunikationsband-Duplexer und ein an den ersten Schalter- Anschluss des Schaltmoduls angeschlossenes Globales-Positionierungs-System (GPS) -Modul, wobei das GPS-Modul einen Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis aufweist, der eingerichtet ist zum Anpassen der Impedanz an ungefähr eine GPS-Signal-Frequenz. In dieser Ausgestaltung stellt der Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis die Impedanz auf ungefähr 1,575 MHz ein, um die Kommunikations-Antenne besser an den GPS-Schaltkreis in der drahtlosen Vorrichtung anzupassen, wodurch ein optimaler Transfer von Antennen-Signalenergie an den GPS-Empfänger sichergestellt wird.
  • Vorteilhafterweise befähigt diese Erfindung eine existierende Antenne in einer drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung dazu, derart eingerichtet zu werden, dass sie zuverlässig GPS-Band-Signale empfängt. Das Verwenden der existierenden Kommunikations-Antenne zum Bereitstellen eines GPS-Signals ist eine Kosten-effektive und -effiziente Möglichkeit, GPS-Positionierungs-Funktionalität in einer drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung bereitzustellen. Darüber hinaus bleibt die Telefon-Ästhetik unbeeinflusst, da keine separate GPS-Antenne benötigt wird. Das Anpassen einer existierenden Antenne gibt innerhalb der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung Platz frei, der andernfalls für eine separate und interne GPS-Antenne hätte reserviert werden müssen. Da die existierende Antenne aus der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung hervorsteht, profitiert diese Erfindung zusätzlich von verbessertem Empfang der GPS-Band-Signale.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung dieser Erfindung zusammen mit den beigefügten Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche Komponenten bezeichnen, verstanden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Darstellung, die eine beispielhafte Ausführungsform eines drahtlosen Kommunikations-Systems gemäß dieser Erfindung illustriert;
  • 2A zeigt ausgewählte Komponenten einer beispielhaften Ausführungsform der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung gemäß dieser Erfindung;
  • 2B zeigt ausgewählte Komponenten einer anderen beispielhaften Ausführungsform der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung gemäß dieser Erfindung;
  • 3A ist ein Diagramm eines Frequenzgangs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung;
  • 3B ist ein Diagramm eines Frequenzgangs gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung;
  • 4 zeigt einige Komponenten einer anderen beispielhaften Ausführungsform der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung dieser Erfindung;
  • 5 ist ein Diagramm eines Frequenzgangs gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung;
  • 6 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Anpassungs-Netzwerks;
  • 7 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Schalt-Schaltkreises;
  • 8 zeigt einige Komponenten einer anderen beispielhaften Ausführungsform der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung dieser Erfindung; und
  • 9 zeigt einige Komponenten noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung dieser Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 1 illustriert eine beispielhafte Ausführungsform eines drahtlosen Kommunikations-Systems mit einer drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung 100 gemäß dieser Erfindung. Die drahtlose Kommunikations-Vorrichtung 100 kann beispielsweise aufweisen: eine mobile drahtlose Kommunikations-Vorrichtung, ein Mobil-Telefon, ein Auto-Telefon, ein Zellular- oder Persönliche-Kommunikations-Services- (PKS) -Telefon, ein kabelloses Telefon, einen Laptop-Computer oder eine andere Rechen-Vorrichtung mit einem drahtlosen Modem, einen Personenruf-Empfänger oder einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA). Die drahtlose Vorrichtung 100 kann digital oder analog oder irgendeine Kombination davon sein. Diese Erfindung berücksichtigt sogar andere Formen von dem Fachmann bekannten drahtlosen Kommunikations-Vorrichtungen.
  • Die drahtlose Kommunikations-Vorrichtung 100 weist eine Antenne 110 auf. Die Antenne 110 ist zum Aussenden und Empfangen von drahtlosen Kommunikations-Signalen strukturiert. In 1 befindet sich die Antenne 110 in bidirektionaler Kommunikation mit einer Basisstation 120. Die Basisstation 120 kann beispielsweise eine aus einer Mehrzahl von Basisstationen 120 in einem drahtlosen Kommunikations-Netzwerk sein. Die Antenne 110 befindet sich mindestens in unidirektionaler Kommunikation mit einem oder mehreren Satelliten, wie beispielsweise Satellit 130. Der Satellit 130 kann beispielsweise einer aus einer Mehrzahl von Satelliten sein, wie beispielsweise bei einer Konstellation aus Globales-Positionierungs-System (GPS) -Satelliten und deren Bodenstationen.
  • In einem besonderen Beispiel ist die drahtlose Kommunikations-Vorrichtung 100 ein drahtloser Mobil-Apparat, dessen Antenne 110 derart eingerichtet ist, dass sie beispielsweise drahtlose Kommunikations-Signale auf mindestens zwei verschiedenen Kommunikationsbändern empfängt und aussendet. Die zwei Bänder können beispielsweise das Zellular-Band, ein Band bei ungefähr 800 MHz, und das PKS-Band, ein Band bei ungefähr 1.900 MHz, aufweisen. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Antenne 110 eine existierende Zweiband-Antenne, die eingerichtet ist zum Empfangen und Aussenden von drahtlosen Signalen in sowohl dem PKS-Band als auch dem Zellular-Band. Es wird darauf hingewiesen, dass mehr oder weniger Kommunikationsbänder mittels geeigneter Auswahl bekannter Antennen und zugehöriger Schaltkreise untergebracht sein können. Beispielsweise kann die drahtlose Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass sie lediglich das PKS-Band verwendet, oder kann eingerichtet sein zum Empfangen und Aussenden in drei oder mehr Kommunikationsbändern. Diese Erfindung berücksichtigt auch das verwenden anderer, dem Fachmann gekannter drahtloser Kommunikationsbänder.
  • Die Antenne 110 an der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung 100 ist eingerichtet zum stabilen (d.h. robusten) Empfangen von Positionierungs-Signalen, beispielsweise ein GPS-Signal des Satelliten 130. Vorteilhafterweise kann die Antenne 110 eine bekannte, herkömmliche Antenne sein, beispielsweise eine Standard-Zweiband-Antenne. Auf diese Weise kann einer drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung GPS-Positionierungs-Funktionalität ökonomisch und bequem hinzugefügt werden.
  • 2A stellt eine Schaltung zum stabilen Empfangen eines GPS-Signals unter Verwendung einer herkömmlichen Kommunikations-Antenne 110 dar. Die drahtlose Kommunikations-Vorrichtung 100 kann beispielsweise aufweisen: die Antenne 110, eine Diplexer 140, einen ersten Band- (z.B. Zellular-Band) Duplexer 150, einen zweiten Band- (z.B. PKS-Band) Duplexer 160, ein GPS-Schaltmodul 170 und ein GPS-Modul 175. Als Alternative zu dem Diplexer 140 kann ein Zweiwege-Schalter (wie in 9 dargestellt) verwendet werden. Wie in 2A dargestellt, kann das Schaltmodul 170 beispielsweise einen Schalter 165 aufweisen. Das GPS-Modul 175 kann beispielsweise ein an einen GPS-geräuscharmen Verstärker (LNA low noise amplifier) 190 angeschlossenes Impedanz-Anpassungs-Modul 180 aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass die in 2A dargestellte Schaltung der Erklärung dient und dass zusätzliche bereits bekannte Schaltkreis-Komponenten hinzugefügt werden müssen, um eine funktionierende Kommunikations-Vorrichtung zu bauen.
  • Wie in 2A dargestellt, ist die Antenne 110 an den Diplexer 140 angeschlossen. Der Diplexer 140 ist an den ersten Band-Duplexer 150 angeschlossen. Der Diplexer 140 ist darüber hinaus an das Schaltmodul 170 angeschlossen. Das Schaltmodul 170 ist außerdem an das GPS-Modul 175 angeschlossen. In einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung ist das Schaltmodul 170 an das Impedanz-Anpassungs-Modul 180 angeschlossen, welches seinerseits an den GPS-LNA 190 angeschlossen ist.
  • Obwohl nicht dargestellt, berücksichtigt diese Erfindung, dass zusätzliche Komponenten in der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung 100 enthalten sein können. Beispielsweise kann ein GPS-Signal-Prozessor an dem GPS-LNA 190 angeschlossen sein. Ein einem anderen Beispiel können Sender und/oder Empfänger an die Duplexer 150, 160 angeschlossen sein. Solche zusätzlichen Komponenten sind dem Fachmann wohl bekannt und werden daher hier nicht weiter im Detail beschrieben.
  • Typischerweise wird ein Diplexer dazu verwendet, Kommunikations-Signale in Reaktion auf spezielle, verwendete Kommunikationsbänder auszurichten. Beispielsweise separiert der Diplexer 140 ein von der Antenne 110 empfangenes Signal in einen PKS-Pfad oder einen Zellular-Pfad. 3A stellt einen beispielhaften zusammengesetzten Frequenzgang 200 für den Diplexer 140 dar. Der Frequenzgang 200 weist eine Tiefpass-Filter-Charakteristik 210 eines Tiefpass-Filters und eine Hochpass-Filter-Charakteristik 220 eines Hochpass-Filters des Diplexers 140 auf. Die Tiefpass-Filter-Charakteristik 210 ist mit einer Abschneide-Frequenz von ungefähr 1.000 MHz dargestellt und ist zum Durchlassen des Zellular-Bands eingerichtet. Die Hochpass-Filter-Charakteristik 220 ist mit einer Abschneide-Frequenz von ungefähr 1.600 MHz dargestellt und ist zum Durchlassen des PKS-Bands eingerichtet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Abschneide-Frequenzen zum Anpassen an spezielle Anwendungen eingestellt werden können und dass andere Abschneide-Frequenzen für andere Kommunikationsbänder ausgewählt werden können. Die Hochpass-Filter-Charakteristik 220 ist, mit einem gewissen akzeptablen Dämpfungsgrad, zum Durchlassen eines Signals in dem GPS-Band eingerichtet.
  • Während des Betriebs wird ein drahtloses Kommunikations-Signal aus mindestens einem drahtlosen Kommunikationsband von der Antenne 110 empfangen. Der Diplexer 140 teilt das drahtlose Kommunikations-Signal in mindestens ein erstes Signal und ein zweites Signal auf. Das erste Signal wird von dem Tiefpass-Filter des Diplexers 140 gefiltert und dann in den ersten Band-Duplexer 150 eingekoppelt. Das zweite Signal wird von dem Hochpass-Filter des Diplexers 140 gefiltert und dann in das Schaltmodul 170 eingekoppelt.
  • Wenn in einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung das drahtlose Kommunikations-Signal beispielsweise Zellular-Band-Kommunikations-Signale aufweist, dann lässt der Tiefpass-Filter die Zellular-Band-Kommunikations-Signale zu dem ersten Band-Duplexer 150 hindurch. Der erste Band-Duplexer 150 kann dann das ankommende Zellular-Band-Kommunikations-Signal beispielsweise in einen Zellular-Empfänger (nicht dargestellt) einkoppeln. Außerdem blockiert der Tiefpass-Filter höhere Frequenz-Bänder am Passieren zu dem ersten Band-Duplexer 150.
  • Wenn das drahtlose Kommunikations-Signal beispielsweise PKS-Band-Kommunikations-Signale aufweist, dann lässt der Hochpass-Filter des Diplexers 140 die PKS-Band-Kommunikations-Signale über das Schaltmodul 170 zu dem zweiten Band-Duplexer 160 hindurch. Wenn das drahtlose Kommunikations-Signal beispielsweise GPS-Band-Signale aufweist, dann lässt der Hochpass-Filter die GPS-Band-Signale mit einem geringen Betrag an Dämpfung über das Schaltmodul 170 zu dem GPS-Modul 175 hindurch. Die Dämpfung wird in einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung zum Teil dadurch verursacht, dass die Antenne 110 eine existierende Zweiband-Antenne ist, die ursprünglich nicht für das GPS-Band optimiert war.
  • Das Impedanz-Anpassungs-Modul 180 in dem GPS-Modul 175 stellt eine Impedanz-Anpassung bereit, die auf das GPS-Band abgestimmt ist. Das GPS-Signal wird dann in dem GPS-LNA 190 verstärkt, bevor es mittels einer herkömmlichen GPS-Schaltung (nicht dargestellt) verarbeitet wird. Der Hochpass-Filter blockiert auch kleinere Frequenz-Bänder.
  • Die drahtlose Kommunikations-Vorrichtung arbeitet normalerweise mit dem Schaltmodul 170, das den Diplexer 140 an den Duplexer 160 anschließt. Zu ausgewählten Zeiten oder Intervallen kann es jedoch wünschenswert sein, Positionierungs-Information zu erhalten. Beispielsweise kann eine Positions-Information nützlich sein, wenn ein Nutzer eine Notfall-Rufnummer wählt. Die drahtlose Vorrichtung kann auch eine Anwendung ablaufen lassen, beispielsweise eine Abbildungs-Anwendung, bei der die Positions-Information periodisch benötigt wird. In einem anderen Beispiel kann ein Nutzer die drahtlose Vorrichtung instruieren, sich Positionierungs-Information zu beschaffen. Es wird darauf hingewiesen, dass viele Anwendungen für eine drahtlose Kommunikations-Vorrichtung existieren, bei denen Positionierungs-Information nützlich ist.
  • Wenn eine Position benötigt werden könnte, wird das Schaltmodul 170 mittels eines Steuerschaltkreises (nicht dargestellt) geschaltet, damit es die Antenne 110 mit dem GPS-Modul 175 verbindet. Wenn auf diese Weise konfiguriert, wird von der Antenne ein GPS-Band-Signal bei ungefähr 1.575 MHz empfangen und an das GPS-Modul 175 übertragen. Da die Antenne 110 beispielsweise eine Zweiband-Antenne ist, die auf Empfang bei ungefähr 800 MHz und bei ungefähr 1.900 MHz abgestimmt ist, ist das GPS-Signal bei ungefähr 1.575 MHz unangepasst. Folglich weist das Anpassungs-Modul 180 eine Anpassungs-Schaltung, um die Impedanz zwischen dem GPS-Modul 175 und der Antenne 110 genauer anzupassen. Auf diese Weise kann ein hoch-qualitatives GPS-Signal von dem GPS-LNA 190 stabil empfangen werden.
  • Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung kann der in dem Diplexer 140 vorhandene zusammengesetzte Frequenzgang 200 derart eingerichtet sein, dass das GPS-Band mit geringer Abschwächung durchgelassen wird. Daher kann die Hochpass-Filter-Charakteristik 220 mittels Verschiebens der Abschneide-Frequenz von beispielsweise ungefähr 1.600 MHz auf beispielsweise ungefähr 1.400 MHz modifiziert werden, wie mittels der abgeänderten Charakteristik 230 in 3A dargestellt. Die abgeänderte Charakteristik 230 kann auch andere abweichende Parameter aufweisen, beispielsweise eine abweichende Abschwächungs-Kurve 235. Im Ergebnis wird das GPS-Band eben weniger von der angepassten Hochpass-Filter-Charakteristik 230 als von der Hochpass-Filter-Charakteristik 220 abgeschwächt. Als ein beispielhaftes Ergebnis des Erniedrigens der Abschneide-Frequenz von ungefähr 1.600 MHz (wie in einem normalen Zellular-/PKS-Diplexer) auf ungefähr 1.400 MHz wird das GPS-Band bei ungefähr 1.575 MHz von dem Diplexer 140 von ungefähr –1,3 dB auf ungefähr –0,3 dB weniger abgeschwächt.
  • 2B stellt ein anderes Beispiel einer Schaltung zum stabilen Empfangen eines GPS-Signals unter Verwendung einer herkömmlichen Kommunikations-Antenne 110 dar. Die Schaltung ist ähnlich zu der in 2A dargestellten, außer dass der Diplexer 140 ein von der Antenne 110 empfangenes Signal in einen PKS-Pfad oder einen Zellular-/GPS-Pfad separiert. Dementsprechend befindet sich das Schaltmodul 170 in dem Zellular-/GPS-Pfad. Ein anderes Beispiel eines Frequenzgangs 220 des Diplexers 140 ist in 3B dargestellt. In diesem Beispiel erstreckt sich die Tiefpass-Filter-Charakteristik 210 des Tiefpass-Filters des Diplexers 140 zu höheren Frequenzen, um das GPS-Band bei ungefähr 1.575 MHz zu enthalten. Folglich lässt der Tiefpass-Filter des Diplexers 140 die GPS-Band-Signale hindurch oder lässt die GPS-Band-Signale mit einem kleinen Betrag an Dämpfung in den Zellular-/GPS-Pfad hindurch.
  • 4 zeigt ausgewählte Komponenten einer anderen beispielhaften Ausführungsform der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung 100 gemäß dieser Erfindung. Die drahtlose Kommunikations-Vorrichtung 100 kann beispielsweise die Antenne 110, den ersten Band-Duplexer 150, den zweiten Band-Duplexer 160, das GPS-Modul 175 und einen Triplexer 240 aufweisen. Der Triplexer 240 koppelt die Antenne 110 an den ersten Band-Duplexer 150, den zweiten Band-Duplexer 160 und das GPS-Modul 175.
  • Ein beispielhafter Frequenzgang 200 für den Triplexer 240 ist in 5 dargestellt, welcher eine Tiefpass-Filter-Charakteristik 210 eines Tiefpass-Filters, eine Hochpass-Filter-Charakteristik 220 eines Hochpass-Filters und eine Bandpass-Filter-Charakteristik 250 eines Bandpass-Filters des Triplexers 240 aufweist. Die Tiefpass-Filter-Charakteristik 210 ist mit einer Abschneide-Frequenz von beispielsweise ungefähr 1.000 MHz dargestellt und ist eingerichtet zum Durchlassen von beispielsweise dem Zellular-Band. Die Hochpass-Filter-Charakteristik 220 ist mit einer Abschneide-Frequenz von beispielsweise ungefähr 1.600 MHz dargestellt und ist eingerichtet zum Durchlassen von beispielsweise dem PKS-Band. Die Bandpass-Filter-Charakteristik 250 ist beispielsweise bei ungefähr 1.575 MHz zentriert und ist eingerichtet zum Durchlassen von beispielsweise dem GPS-Band. Die Charakteristiken 210, 220, 250 können überlappen, müssen aber nicht überlappen. Diese Erfindung berücksichtigt auch das Verwenden anderer Filter-Charakteristiken, die für diese und andere drahtlose Kommunikationsbänder eingerichtet sind.
  • Während des Betriebs wird von der Antenne 110 ein drahtloses Kommunikations-Signal von mindestens einem drahtlosen Kommunikationsband empfangen. Der Triplexer 240 teilt das drahtlose Kommunikations-Signal in mindestens ein erstes Signal, ein zweites Signal und ein drittes Signal auf. Das erste Signal wird mittels des Tiefpass-Filters des Triplexers 240 gefiltert und dann in den ersten Band-Duplexer 150 eingekoppelt. Das zweite Signal wird mittels des Hochpass-Filters des Triplexers 240 gefiltert und dann in den zweiten Band-Duplexer 160 eingekoppelt. Das dritte Signal wird mittels des Bandpass-Filters des Triplexers 240 gefiltert und dann in das GPS-Modul 175 eingekoppelt. Dieser Einkoppel-Mechanismus kann auch die Impedanz-Transformation für eine optimale Leistung aufweisen.
  • Wenn das drahtlose Kommunikations-Signal in einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung beispielsweise Zellular-Band-Kommunikations-Signale aufweist, dann lässt der Tiefpass-Filter des Triplexers 240 die Zellular-Band-Kommunikations-Signale an den ersten Band-Duplexer 150 durch. Zusätzlich blockiert der Tiefpass-Filter höhere Frequenz-Bänder am hindurch Passieren zu dem ersten Band-Duplexer 150.
  • Wenn das drahtlose Kommunikations-Signal beispielsweise PKS-Band-Kommunikations-Signale aufweist, dann lässt der Hochpass-Filter die PKS-Band-Kommunikations-Signale zu dem zweiten Band-Duplexer 160 durch. Zusätzlich blockiert der Hochpass-Filter niedrigere Frequenz-Bänder am hindurch Passieren zu dem zweiten Band-Duplexer 160.
  • Wenn das drahtlose Kommunikations-Signal beispielsweise GPS-Band-Signale aufweist, dann lässt der Bandpass-Filter die GPS-Band-Signale zu dem GPS-Modul 175 durch. In dem GPS-Modul 175 stellt in einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung das Impedanz-Anpassungs-Modul 180 eine Impedanz-Anpassung bereit, die auf das GPS-Band angepasst ist. Das GPS-Signal wird dann in dem GPS-LNA 190 verstärkt, bevor es von einer herkömmlichen GPS-Schaltung verarbeitet wird. Zusätzlich blockiert der Bandpass-Filter höhere und niedrigere Frequenz-Bänder am hindurch Passieren zu dem GPS-Modul 175.
  • 8 stellt eine andere beispielhafte Ausführungsform dieser Erfindung dar, bei der ein Schaltmodul 260 an Stelle des Triplexers 240 verwendet wird. Die Antenne 110 ist über das Schaltmodul 260 an den ersten Band-Duplexer 150, den zweiten Band-Duplexer 160 und das GPS-Modul 175 angeschlossen. Das Schaltmodul 260 kann beispielsweise ein Dreiwege-Schalter 270 sein. Das Schaltmodul 260 kann mittels einer Hauptsteuerung (nicht dargestellt) der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung 100, beispielsweise einem Prozessor (z.B. ein Modem eines Mobiltelefons), gesteuert werden. Das Schaltmodul 260 schaltet das über die Antenne 110 empfangene Signal. Daher kann beispielsweise ein Zellular-Band-Signal an den ersten Band-Duplexer 150 geschaltet werden, ein PKS-Band-Signal kann an den zweiten Band-Duplexer 160 geschaltet werden, oder ein GPS-Signal kann an das GPS-Modul 175 geschaltet werden. Die Zellular-Kommunikations-Schaltung und die PKS-Kommunikations-Schaltung können beispielsweise eine Band-optimierte Signal-Anpassungs-Schaltung zum Verwenden mit dem jeweiligen Band aufweisen.
  • 9 stellt noch eine andere beispielhafte Ausführungsform der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung 100 dieser Erfindung dar. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist die drahtlose Kommunikations-Vorrichtung 100 eingerichtet zum Empfangen eines GPS-Signals oder eines Kommunikationsband-Signals (z.B. ein Zellular-Band-Signal oder ein PKS-Band-Signal). Die Antenne 110 ist über das Schaltmodul 260 an das GPS-Modul 175 und den Kommunikationsband-Duplexer 290 angeschlossen. Das Schaltmodul 260 kann beispielsweise einen Zweiwege-Schalter 280 aufweisen. Das Schaltmodul 260 kann mittels einer Hauptsteuerung (nicht dargestellt) der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung 100, beispielsweise einem Prozessor (z.B. ein Modem eines Mobiltelefons), gesteuert werden. Das Schaltmodul 260 schaltet das von der Antenne 110 empfangene Signal. Wenn die drahtlose Kommunikations-Vorrichtung 100 beispielsweise ein zelluläres Telefon ist, dann kann daher das Zellular-Band-Signal zu dem Kommunikationsband-Duplexer 290 geschaltet werden oder ein GPS-Signal kann zu dem GPS-Modul 175 geschaltet werden. Die Kommunikationsband-Schaltung kann beispielsweise eine Bandoptimierte Signal-Anpassungs-Schaltung zum Verwenden mit dem Kommunikationsband aufweisen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Anpassungs-Modul 180 oder eine andere Anpassungs-Schaltung unter Verwendung einer großen Auswahl von Schaltungen implementiert sein kann. 6 zeigt solch eine Variante, die eine Anpassungs-Schaltung implementiert. In 6 ist ein Eingang des Anpassungs-Moduls 180 an einen ersten Induktor L1 angeschlossen. Der erste Induktor L1 ist über einen zweiten Induktor L2 an den Ausgang des Anpassungs-Moduls 180 angeschlossen. Der erste Induktor L1 ist außerdem über einen Kondensator C1 an ein Spannungs-Potential V1 (z.B. elektrische oder Gehäuse-Masse) gekoppelt.
  • Solche Anpassungs-Schaltungen sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt. Das Anpassungs-Modul 180 kann andere Möglichkeiten für Anpassungs-Schaltungen und deren zweifachen Äquivalente aufweisen. Solche Anpassungs-Schaltungen können beispielsweise auch passive Elemente und/oder aktive Elemente aufweisen, wie dem Fachmann bekannt ist.
  • Es wird auch darauf hingewiesen, dass das Schaltmodul 170 in verschiedenen Schaltungs-Anordnungen implementiert sein kann. 7 zeigt eine solche Anordnung des Schaltmoduls 170 gemäß dieser Erfindung. Ein Eingang des Schaltmoduls 170 ist an einen ersten Kondensator C2 angeschlossen. Der erste Kondensator C2 ist über eine erste Induktivität L3 an ein Spannungs-Potential V2 (z.B. Batterie-Versorgungs-Spannung) angeschlossen. Der erste Kondensator C2 ist auch an zwei Ausgangs-Zweige angeschlossen. In einem ersten Zweig der Schaltung ist der erste Kondensator C2 an eine erste Diode D1 angeschlossen. Die erste Diode D1 ist über einen zweiten Kondensator C3 an den ersten Ausgang angeschlossen. Die erste Diode D1 ist außerdem über einen zweiten Induktor L4 an ein erstes Steuer-Signal angeschlossen. In einem zweiten Zweig der Schaltung ist der erste Kondensator C2 an eine zweite Diode D2 angeschlossen. Die zweite Diode D2 ist über einen dritten Kondensator C4 an den zweiten Ausgang angeschlossen. Die zweite Diode D2 ist außerdem über einen dritten Induktor L5 an ein zweites Steuer-Signal angeschlossen. Kurz gesagt, das erste Steuer-Signal und das zweite Steuer-Signal stellen gewünschte Potential-Differenzen über die Dioden D1, D2 hinweg bereit, die die jeweilige Diode D1, D2 entweder einschalten oder ausschalten (d.h., ungefähr eine Kurzschluss-Schaltung oder ungefähr eine offene Schaltung). Das Schaltmodul 170 kann andere Möglichkeiten und Beispiele von dem Fachmann bekannten Schalt-Schaltkreisen implementieren.
  • Daher ist es klar, dass ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen einer GPS-befähigten Antenne bereitgestellt werden. Ein Fachmann wird bemerken, dass diese Erfindung durch andere als die bevorzugten Ausführungsformen, die in dieser Beschreibung zum Zwecke der Erklärung und nicht zur Beschränkung präsentiert wurden, ausgeführt werden kann, und diese Erfindung wird lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche beschränkt. Es wird angemerkt, dass Äquivalente zu den in dieser Beschreibung diskutierten speziellen Ausführungsformen diese Erfindung ebenfalls ausführen.

Claims (14)

  1. System zum Bereitstellen einer GPS-befähigten drahtlosen Kommunikations-Vorrichtung, aufweisend: eine Antenne (110); einen an die Antenne (110) angeschlossenen Diplexer (160) zum Separieren einer Mehrzahl von ersten Band-Signalen auf einen ersten Anschluss und einer Mehrzahl von zweiten Band-Signalen auf einen zweiten Anschluss; das System gekennzeichnet durch einen an den ersten Anschluss des Diplexer (140) angeschlossenen ersten Kommunikationsband-Duplexer (150); ein an den zweiten Anschluss des Diplexer (140) angeschlossenes Schaltmodul (170), wobei das Schaltmodul (170) eingerichtet ist zum selektiven Koppeln der Mehrzahl von zweiten Band-Signalen auf einen ersten Schalter-Ausgang und auf einen zweiten Schalter-Anschluss; einen an den zweiten Anschluss des Schaltmoduls (170) angeschlossenen zweiten Kommunikationsband-Duplexer (160); und ein an den ersten Schalter-Ausgang des Schaltmoduls (170) angeschlossenes Globales-Positionierungs-System (GPS) -Modul (175), wobei das GPS-Modul (175) einen Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis (180) aufweist, welcher eingerichtet ist zum Anpassen der Impedanz an ungefähr eine GPS-Signal-Frequenz.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von ersten Band-Signalen Unterband-Signale mit niedrigeren Frequenzen als die Mehrzahl von zweiten Band-Signalen sind und wobei die Mehrzahl von zweiten Band-Signalen Hochband-Signale sind, welche ein GPS-Band und mindestens ein anderes drahtloses Kommunikationsband aufweisen.
  3. System gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von ersten Band-Signalen Hochband-Signale mit höheren Frequenzen als die Mehrzahl von zweiten Band-Signalen sind und wobei die Mehrzahl von zweiten Band-Signalen Unterband-Signale sind, welche ein GPS-Band und mindestens ein anderes drahtloses Kommunikationsband aufweisen.
  4. System gemäß Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von ersten Band-Signalen ein Zellular-Band mit einer Mittenfrequenz von ungefähr 800 MHz aufweist und wobei die Mehrzahl von zweiten Band-Signalen ein Persönlicher-Kommunikations-Service- (PKS) Band mit einer Mittenfrequenz von ungefähr 1.900 MHz und die GPS-Signal-Frequenz bei ungefähr 1.575 MHz aufweist.
  5. System gemäß Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von zweiten Band-Signalen ein Zellular-Band mit einer Mittenfrequenz von ungefähr 800 MHz und die GPS-Signal-Frequenz bei ungefähr 1.575 MHz aufweist und wobei die Mehrzahl von ersten Band-Signalen ein Persönlicher-Kommunikations-Service- (PKS) Band mit einer Mittenfrequenz von ungefähr 1.900 MHz aufweist.
  6. System gemäß Anspruch 1, wobei das GPS-Modul (175) einen an den ersten Schalter-Ausgang angeschlossenen Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis (180) aufweist, der Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis (180) zum Anpassen einer Impedanz an ungefähr eine GPS-Signal-Frequenz.
  7. System gemäß Anspruch 6, wobei das GPS-Modul (175) außerdem einen GPS-geräuscharmen Verstärker (190) aufweist.
  8. System gemäß Anspruch 6, wobei der Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis (180) Abstimmung für das GPS-Band bereitstellt.
  9. System gemäß Anspruch 1, wobei das GPS-Modul (175) einen Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis (180) und einen GPS-rauscharmen Verstärker (190) aufweist, wobei der Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis (180) an das Schaltmodul (170) gekoppelt ist und der GPS-rauscharme Verstärker (190) an den Impedanz-Anpassungs-Schaltkreis (180) gekoppelt ist.
  10. System gemäß Anspruch 1, wobei das Schaltmodul (170) einen bidirektionalen Schalter aufweist.
  11. System gemäß Anspruch 2, wobei der Diplexer (140) eine Tiefpass-Filtercharakteristik (210) mit einer Grenzfrequenz von ungefähr 1.000 MHz aufweist, welche eingerichtet ist zum Durchlassen der Mehrzahl von ein erstes drahtloses Kommunikationsband aufweisenden ersten Band-Signalen.
  12. System gemäß Anspruch 11, wobei der Diplexer (140) eine Hochpass-Filtercharakteristik (220) mit einer Grenzfrequenz von ungefähr 1.600 MHz aufweist, welche eingerichtet ist zum Durchlassen des mindestens einen anderen drahtlosen Kommunikationsbands und der GPS-Signal-Frequenz.
  13. System gemäß Anspruch 3, wobei der Diplexer (140) eine Tiefpass-Filtercharakteristik (210) mit einer Grenzfrequenz von ungefähr 1.600 MHz aufweist, welche eingerichtet ist zum Durchlassen der Mehrzahl von ein zweites drahtloses Kommunikationsband und das GPS-Band aufweisenden zweiten Band-Signalen.
  14. System gemäß Anspruch 13, wobei der Diplexer (140) eine Hochpass-Filtercharakteristik (220) mit einer Grenzfrequenz von ungefähr 1.800 MHz aufweist, welche eingerichtet ist zum Durchlassen des mindestens einen anderen drahtlosen Kommunikationsbands.
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