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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen schaltbaren Breitbandempfänger für einen
Mehrbandempfänger.
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Wenngleich
auf ein beliebiges digitales Mobilfunksystem anwendbar, werden die
vorliegende Erfindung und ihre zugrundeliegenden Probleme unter
besonderer Bezugnahme auf GSM-MobilfUnksysteme erörtert.
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Im
allgemeinen ist GSM als ein internationaler digitaler Zellulardienst
ausgelegt. Ursprünglich war
das 900-MHz-Band für
GSM-Dienste reserviert, wobei das Frequenzband von 890 bis 915 MHz
für die
Aufwärtsstrecke
und das Frequenzband von 935 bis 960 MHz für die Abwärtsstrecke reserviert ist,
d.h. für
das Senden von Daten von einer Basisstation zu einer Mobilstation.
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Seit
GSM zuerst 1992 den kommerziellen Dienst aufgenommen hat, wurde
es für
den Betrieb bei 1800 MHz für
die Personal Communications Networks PCN in Europa und bei 1900
MHz für
das Personal Communications System PCS in den Vereinigten Staaten
adaptiert. Dementsprechend existieren drei auf drei verschiedenen
Empfangsfrequenzbändern
arbeitende GSM-Hauptsysteme. Deshalb muß eine Mobilstation, die eine
Breitbandempfängereingangsstufe
enthält,
zwischen den verschiedenen Empfangsfrequenzbändern schalten können, um
in verschiedenen Bereichen mit verschiedenen GSM-Normen arbeiten
zu können.
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1 zeigt
eine herkömmliche
Empfängereingangsstufe
für das
Schalten zwischen mehreren Empfangsfrequenzbändern RX1 bis RXn unter Verwendung eines
Schaltmittels SW, das auf seiner Eingangsseite mit einer Antenne
A verbunden ist. Das Schaltmittel SW dieser herkömmlichen Empfängereingangsstufe
umfaßt
mehrere Schalter S1 bis Sn, wobei die Anzahl dieser Schalter der
Anzahl der Empfangsfrequenzbänder
RX1 bis RXn entspricht. Jeder der Schalter S1 bis Sn ist an einen
schmalbandigen LNA angeschlossen, der das empfangene Signal innerhalb
des vorbestimmten Empfangsfrequenzbands über ein entsprechendes Bandpaßfilter
BP11 bis BP1n verstärkt.
Jeder der mehreren rauscharmen Schmalbandverstärker LNA1 bis LNAn ist auf
seiner Ausgangsseite mit Bandpaßfiltern
BP1 bis BPn verbunden, die alle Signale außerhalb des entsprechenden
Empfangsfrequenzbands unterdrücken.
Jedes der gefilterten Ausgangssignale wird mit einem entsprechenden
lokal erzeugten Mischsignal LO1 bis LOn von einem Frequenzsynthesizer
durch Multiplikation innerhalb einer assoziierten Mischstufe M1
bis Mn gemischt und an ein weiteres schmalbandiges Bandpaßfilter
BP mit einer Bandpaßfrequenzkennlinie
weitergegeben zum Durchlassen nur des Signals, das eine Frequenz
in dem Bereich des gewählten physikalischen
Kanals aufweist. Dementsprechend beträgt in einem GSM-System die Bandbreite
des schmalen Bandpaßfilters
BP etwa 200 kHz.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfaßt eine herkömmliche
Empfängereingangsstufe
mehrere rauscharme Verstärker
LNA1 bis LNAn und mehrere Mischstufen M1 bis Mn, wobei der Anzahl
der rauscharmen Verstärker
und der Mischstufen der Anzahl verschiedener Empfangsfrequenzbänder entspricht, die
von der Mobilstation empfangen werden müssen. Beispielsweise müssen innerhalb
einer Mobilstation, die für
den Empfang eines Rundsendesignals in den Abwärtsstreckenfrequenzbändern von
GSM 900, GSM 1800 und GSM 1900 ausgelegt ist, drei verschiedene
rauscharme Verstärker
und drei verschiedene Mischstufen eingesetzt werden. Dies hat den Nachteil,
daß viele
Komponenten innerhalb einer Mobilstation integriert werden müssen, wodurch
ihre Gesamtproduktionskosten erhöht
und eine weitere Miniaturisierung erschwert werden.
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Es
wird deshalb gewünscht,
eine Breitbandempfängereingangsstufe
für einen
Mehrbandempfänger
bereitzustellen, die in der Lage ist, zwischen mehreren Empfangsfrequenzbändern zu
schalten, aber eine kleinste Anzahl verschiedener Komponenten verwendet,
wodurch die Produktionskosten gesenkt und eine Miniaturisierung
des Mobiltelefons erleichtert werden.
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Aus
EP 0 856 952 A2 ist
eine schaltbare Breitbandempfängereingangsstufe
für einen
Mehrbandempfänger
bekannt. Rundesendesignale innerhalb mehrerer Empfangsfrequenzbänder, die
in Kanäle
aufgeteilt sind, werden von der Antenne weitergeleitet und zu mehreren
Filtern verzweigt. Die Ausgänge
aller Filter sind mit einem Schalter zum Auswählen eines der gefilterten
Signalbänder
verbunden. Steuermittel für
die Auswahl der Schalter und des gewünschten Frequenzbands sind
vorgesehen. Das Ausgangssignal des ausgewählten Schalters wird dann verstärkt und
zu einem Zwischenfrequenzband gemischt. Im Gegensatz zu dem Empfänger von
1 sind
nur ein Schalter und eine Verstärkungsstufe
erforderlich.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt eine schaltbare Breitbandempfängereingangsstufe für einen
Mehrbandempfänger
mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
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Insbesondere
umfaßt
die schaltbare Breitbandempfängereingangsstufe
für einen
Mehrbandempfänger
gemäß der vorliegenden
Erfindung:
ein Rundsendesignalempfangsmittel zum Empfangen
von Rundsendesignalen innerhalb mehrerer Empfangsfrequenz bänder, wobei
jedes Frequenzband in mehrere Kanäle unterteilt ist,
einen
an das Rundsendesignalempfangsmittel angeschlossenen rauscharmen
Breitbandverstärker
zum Verstärken
der rundgesendeten Signale aller Empfangsfrequenzbänder, der
ein verstärktes
Ausgangssignal ausgibt, das zu mehreren Schaltern eines Schaltmittels
verzweigt wird, wobei die Anzahl der Schalter der Anzahl von Empfangsfrequenzbändern entspricht,
mehrere Filter, die jeweils an einen der Schalter angeschlossen
sind, wobei jedes Filter eine Bandpaßfilterungskennlinie aufweist
zum Durchlassen aller Signale innerhalb eines assoziierten Empfangsfrequenzbands,
ein
an die Ausgangsseite jedes Filters angeschlossenes Mischmittel,
das das gefilterte Signal mit einem lokal erzeugten Mischsignal
von einem Frequenzsynthesizer mischt, um ein Zwischenfrequenzsignal
zu erzeugen, und ein Steuermittel, das an das Schaltmittel ein erstes
Steuersignal ausgibt zum Einschalten eines der Schalter, wobei eines
der mehreren Empfangsfrequenzbänder
ausgewählt
ist, und das ein zweites Steuersignal an den Frequenzsynthesizer
ausgibt, um ein dem ausgewählten
Empfangsfrequenzband entsprechendes Mischsignal zu erzeugen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Mischmittel ein Image-Reject-Mixer
[Mischer mit Spiegelfrequenzunterdrückung].
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Dies
hat den besonderen Vorteil, daß die
Anforderungen bezüglich
der Filter nicht so hoch sind, d.h., daß die Unterdrückung oder
Dämpfung
unerwünschter
Signalkomponenten insbesondere bei der von den Filtern ausgeführten Spiegelfrequenz
nicht so hoch zu sein braucht wie im Fall der Verwendung eines normalen
Mischmittels. Dementsprechend können
eine geringere Anzahl von in Reihe geschalteten Filtern oder einfachere
Filter verwendet werden, wodurch die Produktionskosten weiter reduziert und
die Miniaturisierung des Mobiltelefons erleichtert wird.
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Die
Grundidee der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung eines
rauscharmen Breitbandverstärkers,
der die Rundsendesignale aller gewünschten Empfangsfrequenzbänder verstärkt und in
dem Substituieren der mehreren Mischstufen innerhalb einer herkömmlichen
Empfängereingangsstufe
durch nur eine Mischstufe.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
aufgeführt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
auf der Ausgangsseite des Mischmittels ein ZF-Filter mit einer Filterungskennlinie
zum Durchlassen aller Signale innerhalb eines schmalen Frequenzbandes
um eine vorbestimmte Zwischenfrequenz herum vorgesehen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
die Breitbandempfängereingangsstufe
ein weiteres Schaltmittel mit mehreren Schaltern, die jeweils an
die Ausgangsseite eines Filters angeschlossen sind, wobei das Schaltmittel
auf der Eingangsseite des Mischmittels vorgesehen ist, um Wechselwirkungen
zwischen den Filtern zu blockieren.
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Die
Bereitstellung eines derartigen weiteren Schaltmittels hat den besonderen
Vorteil, daß Wechselwirkungen
zwischen den verschiedenen Filtern, die durch die direkte Verbindung
verursacht werden, unterdrückt
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Mischstufe ein Image-Reject-Mixer, bei dem auf der Eingangsseite
das empfangene Signal zu einem ersten Signalzweig und einem zweiten Signalzweig
verzweigt wird, die jeweils eine normale Mischstufe umfassen, wobei
das Eingangssignal in dem ersten Signalzweig mit dem lokal erzeugten Mischsignal
gemischt wird, das von einem ersten Phasenverschiebungsmittel phasenverschoben
wird, um ein erstes Mischproduktsignal zu erzeugen, das wiederum
von einem zweiten Phasenverschiebungsmittel phasenverschoben wird,
und wobei das Eingangssignal in dem zweiten Signalzweig direkt mit dem
lokal erzeugten Mischsignal gemischt wird, um ein zweites Mischproduktsignal
zu erzeugen, das auf der Ausgangsseite des Image-Reject-Mixers zu
dem phasenverschobenen ersten Mischproduktsignal addiert wird, um
das Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
führt das
erste und zweite Phasenverschiebungsmittel des Image-Reject-Mixers
jeweils eine Phasenverschiebung von 90° durch.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Schaltmittel eine Hochleistungsantennen-MMIC [microwave
monolithic integrated circuit] mit mehreren Empfangsports und einer
Schaltgeschwindigkeit von etwa 100 ns.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Empfangsfrequenzbänder
Abwärtsstreckenfrequenzbänder eines
GSM-Telekommunikationssystems.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Breitbandempfängereingangsstufe in
der Lage, drei verschiedene Frequenzbänder zu empfangen, wobei das
erste Empfangsfrequenzband das Abwärtsstreckenfrequenzband von
GSM 900, das zweite Empfangsfrequenzband das Abwärtsstreckenfrequenzband von
GSM 1800 und das dritte Empfangsfrequenzband das Abwärtsstreckenfrequenzband
von GSM 1900 ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das ZF-Filter ein schmales Frequenzdurchlaßband von 200 kHz entsprechend
einer Frequenzbreite eines physikalischen GSM-Kanals auf.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
detektiert das Steuermittel automatisch, auf welchem Empfangsfrequenzband
Daten von einer sendenden Basisstation rundgesendet werden, und
erzeugt das erste Steuersignal derart, daß dieses Empfangsfrequenzband
ausgewählt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Filter aus einer Gruppe ausgewählt bestehend aus AOW-(akustische
Oberflächenwellen)-Filtern
und dielektrischen Filtern. Im Prinzip sind alle Arten von Filtern
möglich,
wie etwa Helical-Filter, Mehrschichtfilter usw.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
verstärkt
der rauscharme Breitbandverstärker
das empfangene Rundsendesignal innerhalb eines breiten Frequenzbands,
das mehr als eines der gewünschten
mehreren Empfangsfrequenzbänder enthält.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
enthält
das breite Frequenzband des rauscharmen Breitbandverstärkers die
Abwärtsstreckenfrequenzbänder von
GSM 900, GSM 1800 und GSM 1900.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
liegt das breitbandige Frequenzband im Bereich zwischen 100 MHz
und 2000 MHz.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden die lokal erzeugten Mischsignale derart gewählt, das
die Frequenzdifferenz zwischen den Mischsignalen minimal ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals, das von dem Mischmittel
ausgegeben wird, 400 MHz.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden die Signalrauschkomponenten bei der Spiegelfrequenz unterdrückt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
deckt der rauscharme Verstärker
nur zwei oder mehr Frequenzbänder
ab.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden mindestens einige der Schalter durch Anpassungsschaltungen
ersetzt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden mehr schmalbandige Filter zum Filtern von einem oder mehreren
der Frequenzbänder
vorgesehen anstelle eines Filters, das das ganze Empfangsband abdeckt,
bevorzugt wird GSM 1800 in zwei Filter unterteilt, wobei das erste
das Band von 1805 bis 1845 MHz abdeckt und das zweite das Band von
1845 bis 1880 MHz abdeckt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein
eingehenderes Verständnis
der vorliegenden Erfindung ergibt sich durch die folgende ausführliche
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen davon in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer herkömmlichen
Empfängereingangsstufe,
die mehrere rauscharme Verstärker
und mehrere Mischstufen umfaßt;
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2 ein
Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
einer schaltbaren Breitbandempfängereingangsstufe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform
einer schaltbaren Breitbandempfängereingangsstufe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4A–4C ein
Diagramm, das die Spektralpegel der verschiedenen GSM-Systeme zeigt;
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5 ein
Blockdiagramm eines in einer bevorzugten Ausführungsform der schaltbaren
Breitbandempfängereingangsstufe
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendeten Image-Reject-Mixers;
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6 eine
Tabelle zur Erläuterung
der verschiedenen GSM-Systeme;
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7 ein
Diagramm, das den Spektralpegel eines GSM 900 zeigt, um die durch
Rauschsignale bei einer Spiegelfrequenz verursachten Probleme zu erläutern;
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8 die
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wie in 2 dargestellt
zum Veranschaulichen der Signalpegel an verschiedenen Meßpunkten
A bis E und
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9 ein
Beispiel für
Signalpegel an den Meßpunkten
A bis E in 8 im Vergleich mit einer Ausführungsform
unter Verwendung einer normalen Mischstufe und unter Verwendung
eines Image-Reject-Mixers.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
der schaltbaren Breitbandempfängereingangsstufe
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine Antenne 1 wird verwendet, um von einer
Basisstation aus rundgesendete Rundsendesignale zu empfangen. Das Rundsendesignalempfangsmittel 1 ist
an einen rauscharmen Breitbandverstärker 2 angeschlossen. Der
rauscharme Breitbandverstärker 2 verstärkt die empfangenen
Rundsendesignale aller gewünschten Empfangsfrequenzbänder.
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Bei
der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die schaltbare
Breitbandempfängereingangsstufe des
Mobiltelefons auf drei Empfangsfrequenzbänder ausgelegt, d.h. die Abwärtsstreckenfrequenzbänder der
drei verschiedenen GSM-Normen, und zwar: 935 bis 960 MHz für GSM 900,
1805 bis 1880 für
GSM 1800 und 1930 bis 1990 MHz für
GSM 1900. Dementsprechend verstärkt
der rauscharme Breitbandverstärker 2 gemäß der vorliegenden Erfimdung
jedes Signal innerhalb eines bevorzugt von 900 MHz bis 2000 MHz
reichenden breiten Frequenzbandes. Das empfangene Rundsendesignal
wird von dem rauscharmen Breitbandverstärker 2 mit einem Verstärkungsfaktor
von z.B. 15 bis 20 dB verstärkt.
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Das
verstärkte
Empfangssignal wird am Knoten 3 in drei verschiedene Eingangsleitungen 4, 5, 6 verzweigt,
die an Eingangsports 7, 8, 9 des Schaltmittels 10 angeschlossen
sind, das mindestens drei verschiedene Schalter 11, 12, 13 umfaßt. Die
Schalter 11, 12, 13 können als Reaktion auf ein Steuersignal,
das von einer Steuereinheit 14 über eine Steuerleitung 15 an
das Schaltmittel 10 ausgegeben wird, unabhängig voneinander
geschaltet werden. Die Schalter 11, 12, 13 verbinden
die Eingangsports 7, 8 bzw. 9 mit Ausgangsports 16, 17, 18 des Schaltmittels 10.
Die Ausgangsports 16, 17, 18 des Schaltmittels 10 sind
jeweils über
Leitungen 19, 20, 21 mit Filterungseinrichtungen 22, 23, 24 verbunden. Die
Filter 22, 23, 24 sind Bandpaßfilter
und weisen eine Filterungskennlinie zum Durchlassen von Signalen
innerhalb des vorbestimmten Empfangsfrequenzbandes auf.
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Bandpaßfilter 22 z.B.
weist eine Filterungskennlinie zum Durchlassen von Signalen innerhalb eines
Abwärtsstreckenempfangsfrequenzbandes von
GSM 900 auf, d.h. 935 bis 960 MHz, Bandpaßfilter 23 weist die
Filterungskennlinie zum Durchlassen von Signalen in dem Abwärtsstreckenempfangsfrequenzband
von GSM 1800 auf, d.h. 1805 bis 1880 MHz, und Bandpaßfilter 24 weist
eine Filterungskennlinie zum Durchlassen von Signalen in dem Abwärtsstreckenempfangsfrequenzband
von GSM 1900 auf, d.h. 1930 bis 1990 MHz. Bei bevorzugten Ausführungsformen
sind die Bandpaßfilter 22, 23, 24 AOW-(akustische
Oberflächenwellen)-Filter
oder dielektrische Filter. Die von den Bandpaßfiltern 22, 23, 24 gefilterten
Signale werden über
Leitungen 25, 26, 27 an einen gemeinsamen
Knoten 28 ausgegeben und von dort über Leitung 29 an
den Eingang eines Mischmittels 30, das das gefilterte Signal
mit einem von einem Frequenzsynthesizer 31 über Leitung 32 empfangenen
lokal erzeugten Mischsignal mischt. Der Frequenzsynthesizer wird
von der Steuereinheit 14 über eine Steuerleitung 33 gesteuert
und erzeugt verschiedene lokale Schwingungsfrequenzen zum Mischen
mit dem gefilterten Signal gemäß einem
von der Steuereinheit 14 gesendeten Steuersignal.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform detektiert
die Steuereinheit 14 automatisch, auf welchem Empfangsfrequenzband
Daten von einer sendenden Basisstation an die Mobilstation rundgesendet
werden, die die Breitbandempfängereingangsstufe
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
und ein erstes und zweites Steuersignal erzeugt, wobei das erste
Steuersignal an das Schaltmittel 10 über die Steuerleitung 15 gesendet
wird und das zweite Steuersignal an den Frequenzsynthesizer 31 über die Steuerleitung 33 gesendet
wird.
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Das
erste Steuersignal steuert das Schaltmittel 10 derart,
daß der
Schalter, der dem detektierten GSM-Empfangsfrequenzband entspricht, eingeschaltet
wird und die übrigen
Schalter ausgeschaltet werden. Wenn beispielsweise die Steuereinheit 14 ein
detektierendes Signal empfängt,
das anzeigt, daß die
Rundsendesignale innerhalb des Abwärtsstreckenempfangsfrequenzbandes
von GSM 900 rundgesendet werden, d.h. 935 bis 960 MHz, wird Schalter 11 des
Schaltmittels 10 eingeschaltet, wodurch Leitung 4 und
Leitung 19 verbunden werden, wohingegen die Schalter 12, 13 des
Schaltermittels 10 ausgeschaltet werden, wodurch die Leitungen 5, 20 und Leitungen 6, 21 unterbrochen
werden. Das empfangene Rundsendesignal wird dementsprechend von dem
Bandpaßfilter 22 gefiltert
und erreicht die Mischstufe 30 über Leitungen 25, 29.
Die Steuereinheit 14 erzeugt weiterhin ein zweites Steuersignal,
das bewirkt, daß der
Frequenzsynthesizer 31 eine lokale Schwingung innerhalb
des lokalen Schwingungsfrequenzbereichs von GSM 900 erzeugt, d.h.
1335 bis 1360 MHz entsprechend dem ausgewählten Rundsendekanal mit jeweils
einer Kanalbreite von 200 kHz. Das zweite Steuersignal, das der
Frequenzsynthesizer 31 über
Leitung 33 von der Steuereinheit 14 empfängt, enthält Informationen
bezüglich
des aus den 124 Rundsendekanälen
von GSM 900 gewählten
Kanals, und der Frequenzsynthesizer erzeugt die entsprechende lokale
Schwingungsfrequenz und liefert dieses Mischsignal an die Mischstufe 30.
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Die
Mischstufe 30 mischt das über Leitung 29 eingegebene
gefilterte Rundsendesignal mit dem von dem Frequenzsynthesizer 31 über Leitung 32 gelieferten
lokal erzeugten Mischsignal durch Multiplizieren beider Signale.
Die Multiplikation der beiden Signale mit Hilfe der Mischstufe 30 im
Zeitbereich entspricht einer Faltung der Signale im Frequenzbereich.
Dementsprechend erzeugt das Mischmittel 30 ein Ausgangssignal
bei einer vorbestimmten Zwischenfrequenz ZF, die beispielsweise
400 MHz betragen kann. Das erzeugte Mischsignal wird von dem Mischmittel 30 über Leitung 34 an
ein ZF-Filter 35 ausgegeben, das ein schmales Frequenzdurchlaßband von
200 kHz entsprechend der Frequenzbreite eines physikalischen GSM-Datenkanals
aufweist. Von dem ZF-Filter 35 wird
das Signal über
Leitung 36 zur weiteren Verarbeitung innerhalb des Mobiltelefons
ausgegeben.
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer Breitbandempfängereingangsstufe
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform
ist ein weiteres Schaltmittel 37 ähnlich dem Schaltmittel 10 vorgesehen.
Das zweite Schaltmittel 37 umfaßt mindestens drei verschiedene Schalter 38, 39, 40,
die über
eine Steuerleitung 41, die das Schaltmittel 37 mit
der Steuereinheit 14 verbindet, unabhängig voneinander gesteuert
werden. Schaltmittel 10, 37 werden von der Steuereinheit 14 über Steuerleitungen 15, 41 derart
gesteuert, daß die Schalter 11, 38,
die Schalter 12, 39 und die Schalter 13, 40,
in Reihe mit einem entsprechenden Bandpaßfilter 22, 23, 24 geschaltet,
immer zur gleichen Zeit geschaltet werden. Wenn beispielsweise Schalter 11 des
Schaltmittels 10 geschlossen wird, wird auch Schalter 38 des
Schaltmittels 37 geschlossen. Die Funktion des zweiten
Schaltmittels 37 besteht darin, daß die verschiedenen Filter 22, 23, 24 auch
auf ihrer jeweiligen Ausgangsseite vollständig voneinander getrennt sind,
wodurch irgendwelche Wechselwirkungen zwischen den Filtern, die
die Filterkennlinien eines der Bandpaßfilter beeinflussen könnten, blockiert
werden.
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4 zeigt die verschiedenen Spektralpegel für die drei
verschiedenen GSM-Systeme.
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4A zeigt
einen Spektralpegel für
GSM 900. Ein empfangenes Rundsendesignal mit einer Frequenz RX1
innerhalb des Empfangsfrequenzbands für GSM 900, das 935 bis 960
MHz beträgt, könnte mit
einer unteren lokalen Schwingungsfrequenz LO11 oder einer oberen
lokalen Schwingungsfrequenz LO12 durch Multiplikation gemischt werden, um
ein gemischtes Ausgangssignal mit einer Zwischenfrequenz ZF zu erzeugen.
Die Frequenzdifferenz zwischen den lokalen Schwingungsfrequenzen LO11
oder LO12 und der Empfangsfrequenz RX1 ist gleich der Zwischenfrequenz
ZF. Falls die Zwischenfrequenz als 400 MHz gewählt ist und das empfangene
Rundsendesignal bei einer Frequenz von 935 MHz übertragen wird, weist die untere
lokale Schwingungsfrequenz LO11 eine Frequenz von 535 MHz und die
obere lokale Schwingungsfrequenz LO12 eine Frequenz von 1335 MHz
auf. Zum Mischen des empfangenen Rundsendesignals bei einer Frequenz RX1
zu einem Mischproduktsignal bei einer Frequenz von ZF kann man entweder
die obere oder die untere Schwingungsfrequenz wählen.
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4B zeigt
den Spektralpegel für
GSM 1800 mit einer über
der Empfangsfrequenz RX1 von GSM 900 liegenden Empfangsfrequenz
RX2. Die Empfangsfrequenz RX2 liegt innerhalb des Empfangsfrequenzbandes
von GSM 1800, d.h. zwischen 1805 und 1880 MHz. Die Frequenzdifferenz
zwischen der unteren lokalen Schwingungsfrequenz LO21 und der Empfangsfrequenz
RX2 entspricht der Zwischenfrequenz ZF, z.B. 400 MHz. Wenn die Empfangsfrequenz
RX2 beispielsweise 1805 MHz für
den ersten Kanal innerhalb des Empfangsfrequenzbandes beträgt, weist
die untere lokale Schwingung LO21 eine Frequenz von 1405 MHz und
die obere lokale Schwingung eine Frequenz von 2205 MHz auf.
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4C zeigt
den Spektralpegel für
GSM 1900, wobei die Empfangsfrequenz RX3 innerhalb eines Frequenzbereichs
von 1930 bis 1990 MHz liegt. Wie bei 4A, 4B ist
die Frequenzdifferenz zwischen der lokalen Schwingungsfrequenz LO31,
LO32 und der Empfangsfrequenz RX3 gleich der Zwischenfrequenz von
z.B. 400 MHz.
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Bei
der Breitbandempfängereingangsstufe gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Zwischenfrequenz ZF in einem Frequenzbereich
von etwa 400 MHz gewählt,
was die Verwendung von lokalen Schwingungsfrequenzen für die verschiedenen GSM-Systeme
ermöglicht,
die sehr nahe beieinander liegen. Wie bereits oben erwähnt spielt
es für
das Mischen keine Rolle, ob man die obere oder die untere lokale
Schwingungsfrequenz wählt.
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Für GSM 900
wird als die lokale Schwingungsfrequenz die obere lokale Schwingungsfrequenz
LO12 gewählt,
während
für GSM
1800 und GSM 1900 als die lokale Schwingungsfrequenz die untere
lokale Schwingungsfrequenz LO21 bzw. LO31 gewählt wird. Wie aus den 4A bis 4C hervorgeht,
liegen LO12, LO21 und LO31 sehr nahe beieinander. Wenn beispielsweise
RX1 = 935 MHz, RX2 = 1805 MHz und RX3 = 1930 MHz, dann betragen
die entsprechenden lokalen Schwingungsfrequenzen 1335 MHz, 1405
MHz und 1530 MHz. Indem die Zwischenfrequenz bei etwa 400 MHz und
als die lokale Schwingungsfrequenz die obere oder untere lokale Schwingungsfrequenz
gewählt
wird, ist es möglich, lokale
Schwingungsfrequenzen für
die verschiedenen GSM-Normen zu erzielen, die sehr nahe beieinander
liegen.
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Dadurch
erhält
man einen großen
Vorteil bei der Erzeugung der lokalen Schwingungsfrequenz innerhalb
des Frequenzsynthesizers 31 der Breitbandempfängereingangsstufe
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Es ist viel leichter, verschiedene lokale Schwingungsfrequenzen
innerhalb eines schmalen Bandes als innerhalb eines breiten Frequenzbandes zu
erzeugen.
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Die
Mischstufe 30 der Breitbandempfängereingangsstufe gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in einer ersten Ausführungsform eine normale Mischstufe,
die die Eingangssignale multipliziert und ein Ausgangssignal erzeugt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Mischstufe 30 ein Image-Reject-Mixer, dessen Struktur
in 5 gezeigt ist. Der Image-Reject-Mixer 30 wie
in 5 gezeigt umfaßt einen Verzweigungsknoten 42 an
der Eingangsseite, der die Eingangssignalleitung 29 in
eine Leitung 43 und eine Leitung 44 verzweigt.
Die Eingangsleitung 32, durch die der Image-Reject-Mixer 30 das
lokale Schwingungsfrequenzsignal empfängt, ist an einem Verzweigungsknoten 45 in
eine Leitung 46 und eine Leitung 47 verzweigt.
Das von dem Frequenzsynthesizer 31 kommende und am Knoten 45 über Leitung 46 zu
einem ersten Phasenverschiebungsmittel 48 abgezweigte eingegebene
lokal erzeugte Mischsignal wird um 90° phasenverschoben und über Leitung 49 an
eine erste normale Mischstufe 50 geliefert. Andererseits
wird das von dem Frequenzsynthesizer 31 über Leitung 32 empfangene
Eingangsmischsignal am Knoten 45 über Leitung 47 ohne
Phasenverschiebung zu einer zweiten Mischstufe 51 abgezweigt.
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Die
erste Mischstufe ist über
Leitung 52 mit einem Tiefpaßfilter 53 verbunden,
das wiederum über
Leitung 54 mit einem zweiten Phasenverschiebungsmittel 55 verbunden
ist, das ein phasenverschobenes Signal auf Leitung 56 an
ein Summiermittel 58 ausgibt. Auf ähnliche Weise ist eine zweite Mischstufe 51 über Leitung 59 mit
einem Tiefpaßfilter 60 verbunden,
das wiederum über
Leitung 61 mit einem dritten Phasenverschiebungsmittel 62 verbunden
ist, das ein phasenverschobenes Signal über Leitung 63 an
das Summiermittel 58 ausgibt.
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Die
das Eingangssignal mit dem phasenverschobenen lokalen Schwingungsfrequenzsignal
von dem Frequenzsynthesizer multiplizierende erste Mischstufe 50 erzeugt
ein Quadraturmischstufenproduktsignal Q, während die zweite Mischstufe 51 ein phasengleiches
Mischstufenproduktsignal 2 erzeugt. Das Quadraturmischstufenproduktsignal
Q wird durch das zweite Phasenverschiebungsmittel 55 geliefert,
dessen Phasenverschiebung von der Steuereinheit je nachdem, ob GSM
900 oder GSM 1800/1900 gewählt
ist, als entweder 90° oder
0° gesteuert
wird. Das von der zweiten Mischstufe 51 erzeugte gleichphasige
Mischproduktsignal wird an eine dritte Phasenverschiebungseinrichtung 62 geliefert,
deren Phasenverschiebung je nachdem, ob GSM 900 oder GSM 1800/1900
gewählt
wird, von der Steuereinheit entweder als 0° oder 90° gewählt wird, wie aus der Tabelle
in 6 ersichtlich. Nach dem Summieren des gleichphasigen
und des Quadratursignals durch das Summiermittel 58 wird
das nach dem Durchgang durch den Image-Reject-Mixer 30 konstruktiv
verknüpfte
empfangene Signal in eine ZF-Frequenz umgesetzt.
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Die
in 6 gezeigte Tabelle zeigt die von den verschiedenen
GSN-Normen verwendeten Parameter. Wenn das Mobiltelefon auf den
GSM-900-Betriebsmodus mit einem Abwärtsstreckenempfangsfrequenzband
zwischen 935 und 960 MHz geschaltet wird, ist das gewählte lokale
Schwingungsfrequenzsignal die obere lokale Schwingungs frequenz innerhalb
eines Frequenzbereichs von 1335 bis 1360 MHz. Der Phasenschieber 62 des
in 5 gezeigten Image-Reject-Mixers 30 wird
von der Steuereinheit so eingestellt, daß er eine Phasenverschiebung
von 0° vornimmt,
wohingegen der Phasenschieber 55 des in 5 gezeigten
Image-Reject-Mixers von der Steuereinheit so eingestellt wird, daß er eine
Phasenverschiebung von 90° unter
Verwendung des unteren Seitenbands des Signals vornimmt.
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Falls
das Mobiltelefon auf den GSM-1800-Empfangsmodus mit einem Abwärtstreckenempfangsbandfrequenzbereich
von 1805 bis 1880 MHz geschaltet wird, wird die von dem Frequenzsynthesizer 31 erzeugte
gewählte
lokale Schwingungsfrequenz von der Steuereinheit 14 über Steuerleitung 33 als
die untere lokale Schwingungsfrequenz LO21 gesteuert, d.h. je nach
dem gewählten
Rundsendekanal zwischen 1405 und 1480 MHz. Der Phasenschieber 62 des
in 5 gezeigten Image-Reject-Mixers 30 wird
auf 90° eingestellt
und der Phasenschieber 55 auf 0°, und zwar von der Steuereinheit 14 über nicht
gezeigte Steuerleitungen. Es wird das obere Seitenband des Signals
verwendet.
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Falls
das Mobiltelefon auf den GSM-1900-Betriebsmodus mit einem von 1930
bis 1990 MHz reichenden Empfangsfrequenzband geschaltet wird, wird
als die lokale Schwingungsfrequenz die untere Schwingungsfrequenz
LO31 gewählt,
die im Frequenzbereich von 1530 MHz bis 1590 MHz liegt, und der
Phasenschieber 62 wird gleichzeitig gesteuert, eine Phasenverschiebung
von 90° vorzunehmen,
während
der Phasenschieber 55 gesteuert wird, eine Phasenverschiebung
von 0° vorzunehmen.
Wieder wird das obere Seitenband des Signals verwendet.
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7 veranschaulicht,
daß ein
unerwünschtes
Rauschsignal mit einer Frequenz bei der Spiegelfrequenz IM zu Problemen
führen
könnte,
wenn es nicht ausreichend unterdrückt wird. Die Spiegelfrequenz
ist die Frequenz, die die gleiche Frequenzdifferenz von der lokalen
Schwingungsfrequenz wie die Frequenz des empfangenen Signals aufweist.
In dem in 7 gezeigten Beispiel könnte die
Empfangsfrequenz 935 MHz betragen und die gewählte lokale Schwingungsfrequenz
LO12 beträgt
1335 MHz. Wenn bei einer Frequenz von 1735 MHz, die die Spiegelfrequenz
von RX1 bezüglich
LO12 ist, Rauschen auftritt, wird das Rauschsignal von der Mischstufe
auf die Zwischenfrequenz wie das empfangene Rundsendedatensignal
gefaltet. Rauschen mit einer Frequenz der Spiegelfrequenz IM wird
von der Mischstufe 30 dem Datensignal überlagert auf RX1 ausgegeben,
das ebenfalls auf die Zwischenfrequenz ZF abwärts umgesetzt wird. Dementsprechend
ist es sehr wichtig, jedes eine Frequenz bei der Spiegelfrequenz
IM umfassende Rauschsignal zu unterdrücken. In der Praxis ist es
wichtig, daß zwischen
dem auf RX1 empfangenen datenführenden Informationssignal
und dem unerwünschten
störenden
Rauschsignal mit einer Frequenz bei der Spiegelfrequenz IM, d.h.
1735 MHz in dem gezeigten Beispiel, eine Pegeldifferenz von mindestens
10 dB vorliegt.
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8 zeigt
die erste Ausführungsform
der Breitbandempfängereingangsstufe
für einen
Mehrbandempfänger
gemäß der vorliegenden
Erfindung wie in 2 gezeigt mit verschiedenen
Meßpunkten A
bis E, deren Signalpegel in der Tabelle von 9 gezeigt
sind.
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Wie
man aus 9 ersehen kann, weist das von
der Antenne 1 empfangene Rundsendesignal einen Pegel von –98 dBm
auf, während
das Rauschsignal viel stärker
ist und einen Pegel von –43
dBm aufweist. Falls eine normale Mischstufe 30 verwendet wird,
wird die Unterdrückung
des Rauschsignals bei der Spiegelfrequenz IM hauptsächlich durch
die Filter erreicht. Bei dem gezeigten Beispiel wird das empfangene
Rundsendesignal von dem rauscharmen Breitbandverstärker 2 mit
einem Verstärkungsfaktor von
20 dB auf einen Pegel von –78
dBm verstärkt.
In dem Bandpaßfrequenzbereich
wird das empfangene Rundsendesignal von einem der Filter 22, 23, 24 auf –83 dBm
und von der normalen Mischstufe 30 am Meßpunkt D
auf –80
dBm gedämpft.
Eine weitere Dämpfung
erfolgt durch das ZF-Filter 35 auf –85 dBm. Im Gegensatz dazu
wird auch das viel stärkere empfangene
Rauschsignal mit einem Pegel von –43 dBm von dem rauscharmen
Verstärker 2 auf –23 dBm
verstärkt,
aber am Meßpunkt
C um –80
dB auf einen Pegel von –93
dBm gedämpft,
am Meßpunkt
D auf –90
dBm angehoben und am Meßpunkt
E auf –95 dBm
gedämpft.
Auf diese Weise wird bei Verwendung einer normalen Mischstufe 30 die
erforderliche Pegeldifferenz von 10 dB hauptsächlich durch die starke Unterdrückung mit
Hilfe von Filterungseinrichtungen 22, 23, 24 erreicht.
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Wie
im unteren Teil der in 9 gezeigten Tabelle zu sehen
ist, ist die erforderliche, von den Filtern durchgeführte Dämpfung niedriger,
wenn anstelle einer normalen Mischstufe ein Image-Reject-Mixer verwendet
wird. Das empfangene Rundsendesignal mit einem Pegel von –98 dBm
wird auf –78
dBm verstärkt
und in dem Bandpaßfrequenzband
am Punkt C geringfügig
auf –83
dBm gedämpft
und von dem Image-Reject-Mixer 30 auf –80 dBm angehoben, während es
von dem ZF-Filter 35 auf –85 dBm gedämpft wird. Das unerwünschte empfangene Rauschsignal
bei der Spiegelfrequenz IM mit –43 dBm
an der Antenne wird von dem rauscharmen Verstärker 2 auf –23 dBm
verstärkt
und von den Filterungsmitteln am Meßpunkt C auf –73 dBm
gedämpft. Mit
Hilfe des Image-Reject-Mixers 30 wird das Rauschsignal
am Meßpunkt
D weiter auf –90
dBm und schließlich
von dem ZF-Filter 35 auf –95 dBm gedämpft.
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Wie
aus 9 ersichtlich, wird durch die Verwendung des Image-Reject-Mixers
auch die erforderliche Pegeldifferenz von 10 dB erreicht. Der Vorteil
bei der Verwendung des Image-Reject-Mixers anstelle der normalen
Mischstufe liegt in der Tatsache, daß die Anforderungen für die Filterungsmittel 22, 23, 24 viel
geringer sind. Während
in dem Fall, daß eine normale
Mischstufe verwendet wird, die Filterungsmittel eine Unterdrückung oder
Dämpfung
des unerwünschten
Rauschsignals von 80 dB erreichen müssen, erfordert der Einsatz
eines Image-Reject-Mixers nur eine Dämpfung mit Hilfe von Filterungsmitteln von
50 dB. Dementsprechend können
durch Verwendung eines Image-Reject-Mixers die Bandpaßfilter 22, 23, 24 eine
viel einfachere Struktur aufweisen, wodurch die Produktionskosten
reduziert und die Komplexität
des Mobiltelefons herabgesetzt wird.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung bezüglich
bevorzugter Ausführungsformen
davon beschrieben worden ist, versteht sich, daß viele Modifikationen vorgenommen
werden können,
ohne von dem Schutzbereich der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert
abzuweichen.