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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Aufbau eines Funk-Transceivers.
Insbesondere betrifft die Erfindung den Aufbau eines Hochfrequenzteils
und eines Zwischenfrequenzteils eines Funk-Transceivers sowie die
Auswahl von Frequenzen, gemäß der es
möglich
ist, eine Vorrichtung auszuführen,
die auf wirtschaftliche Weise in zwei Frequenzbändern betrieben werden kann.
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Zusätzlich zu
den vorliegenden Zellenfunksystemen werden neue Systeme gebaut,
bei denen sich das Frequenzband üblicherweise
von dem in dem alten System verwendeten unterscheidet und die mindestens teilweise
in demselben Bereich mit den alten Systemen funktionieren. Des Weiteren
werden Zellenfunksysteme, die in verschiedenen Frequenzbändern betrieben
werden, bereits in verschiedenen Teilen der Welt verwendet. Aus
Sicht des Benutzers wäre
es vorteilhaft, wenn ein einzelnes Endgerät (wie zum Beispiel ein Mobiltelefon)
in mehreren Systemen mit unterschiedlichen Frequenzbändern entsprechend
der Auswahl des Benutzers oder eines von dem Netzwerk erteilten
Befehls betrieben werden könnte.
Wichtige Kombinationen von zwei Systemen und Frequenzbändern sind
GSM und DCS1800 (Globales System für mobile Telekommunikation;
digitales Kommunikationssystem mit 1800 Megahertz). Eine Form des
DCS 1800 wird auch PCN (Personal Communications Network – personenbezogenes
Kommunikationsnetz) genannt; in der vorliegenden Patentanmeldung
wird DCS 1800 kurz DCS genannt. Das Übertragungsfrequenzband für ein GSM-Endgerät liegt bei
890–915
MHz und das Empfangsfrequenzband bei 935–960 MHz. Das jeweilige Übertragungsfrequenzband
für DCS
liegt bei 1710–1785
MHz, und das Empfangsfrequenzband liegt bei 1805–1880 MHz. Bei GSM liegt die
Bandbreite oder der Bereich der Übertragungs-
und Empfangsfrequenzbänder bei
25 MHz beziehungsweise bei 75 MHz bei DCS; das Duplex-Intervall
beträgt
45 MHz bei GSM beziehungsweise 95 MHz bei DCS.
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Der
einfachste Weg, um einen Funk-Transceiver mit zwei Frequenzbändern auszuführen, besteht
darin, sämtliche
Funk- und Zwischenfrequenzteile zwischen der Antenne und der Basisband-Schnittstelle
zu verdoppeln. Diese Lösung
ist jedoch verhältnismäßig teuer
und platzaufwendig. Eine natürliche
Richtung, um eine wirtschaftlichere Lösung zu finden, besteht darin
zu versuchen, so viele gemeinsame Zwischenfrequenzteile wie möglich in
beiden Systemen zu verwenden.
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Die
finnische Patentanmeldung Nr. 941862 (Nokia Mobile Phones Ltd.)
und die entsprechende EP-Patentanmeldung, die unter der Nummer EP-0
678 974 veröffentlicht
wurde, offenbaren einen Funk-Transceiver gemäß 1, der in
zwei Frequenzbändern
funktioniert. Hier wird das Empfangsfrequenzsignal FRX1 oder FRX2
zunächst
mit einer ersten Zwischenfrequenz IF1 unter Verwendung der ersten
Mischfrequenz LO1 in einem Mischer 4 und dann mit einer
zweiten Zwischenfrequenz IF2 unter Verwendung einer zweiten Mischfrequenz
LO2 in einem Mischer 6 gemischt. Zusätzlich wird eine dritte Mischfrequenz
LO3 in dem Demodulator 12 verwendet, um das Signal zu demodulieren.
Die erste und die zweite Zwischenfrequenz bleiben unverändert, ungeachtet
des Frequenzbandes, in dem sie jeweils funktionieren. Eine andere
erste Mischfrequenz wird gemäß dem Frequenzband,
in dem der Funk-Transceiver funktioniert, erzeugt. Das Gerät weist
zwei getrennte UHF (Ultra High Frequency-Ultrahohe Frequenz)-Frequenzsynthesizer 13 und 30 für die Erzeugung
verschiedener erster Mischfrequenzen auf. Die Abkürzung VCO
in der Figur steht für
Voltage Controlled Oscillator (spannungsgesteuerter Oszillator).
Ein gemeinsamer Phasenregelkreis (PLL) 15 wird verwendet,
um die VCO-Frequenzen
einzustellen. Ab dem ersten Zwischenfrequenzmischer 4 aufwärts können dieselben
Teile in dem Empfänger
verwendet werden, und es ist zum Beispiel nicht notwendig, die zweite
Mischfrequenz LO2 bei der Übertragung
von einem Frequenzband zu einem anderen zu verändern. Ein gemeinsamer Modulator 21 wird
zur Übertragung
des Signals verwendet, für
welches die notwendige Modulationsfrequenz erreicht wird, indem
die zweite Mischfrequenz LO2 durch eine Ganzzahl N im Teiler 33 geteilt
wird; des Weiteren wird ein Mischer 20 verwendet, zu dem
die erste Mischfrequenz LO1 als Mischfrequenz geleitet wird. Die
Funkfrequenz eines zu übertragenden
Signals FTX1 oder FTX2 wird dadurch festgelegt, welcher der VCOs 13, 30 verwendet
wird, um die Mischfrequenz zu erzeugen. Aufgrund der beiden UHF-VCOs 13 und 30 erfordert
diese Geräteart
verhältnismäßig viel
Strom, sie weist einen breiten Aufbau auf, sie bereitet Probleme
bei dem Layout-Design, und sie ist teuer herzustellen.
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Die
veröffentlichte
europäische
Anmeldung Nr.
EP 0 653 851 offenbart
einen Funk-Transceiver mit zwei Frequenzbändern gemäß
2, der nur
einen UHF-Frequenzsynthesizer
31 enthält. Die
von ihm erzeugte erste Mischfrequenz LO1 wird derart ausgewählt, dass
sie sich auf halbem Wege zwischen den beiden Frequenzbändern befindet,
in denen das Gerät
betrieben werden soll. Die Veröffentlichung
stellt ein Beispiel dar, bei dem das obere Frequenzband bei 1710–1900 MHz
liegt und das Unterband bei 890–960
MHz liegt, so dass die erste Mischfrequenz LO1 zwischen 1290 und
1500 MHz schwankt und die erste Zwischenfrequenz IF1 400 MHz beträgt. Folglich
wird bei dem Mischen auf die erste Zwischenfrequenz die untere LO-Einspeisung
für das erste
(höhere)
Frequenzband verwendet, und die obere LO-Einspeisung wird für das zweite
(niedrigere) Frequenzband verwendet. Zu den Problemen in Verbindung
mit dieser Lösung
zählt jedoch
der verhältnismäßig große Abstimmungsbereich,
der für
den Frequenzsynthesizer erforderlich ist (mindestens 15% der Mittelfrequenz
des Frequenzsynthesizers) und der Frequenzsprung, der bei diesem
TDD (Time Division Duplexing–Zeitgetrenntlageverfahren)
in Betracht kommt, bei dem verschiedene Frequenzen für Empfang
und Übertragung
verwendet werden. Ein besonderes Merkmal von
2 ist die
Verwendung desselben Mischers
30 sowohl bei der Übertragung
als auch beim Empfang. Die Schalter
32 und
33 werden
verwendet, um den Empfang und die Übertragung voneinander zu trennen,
und der Schalter
32 wird zusätzlich verwendet, um das Frequenzband
auszuwählen.
Block
40 enthält
Zwischenfrequenzteile, einschließlich z.B. des zweiten Zwischenmischers,
und Block
41 enthält
die üblichen
Teile zur Demodulation, Dekodierung und Digital-Analog-Umsetzung.
Block
43 enthält
die für
die Übertragung
erforderliche A/D-Umsetzung
und die Kodierung, und Block
42 enthält die für die Übertragung erforderliche Modulation.
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Eine
als Stand der Technik bekannte Veröffentlichung
EP 0 780 993 ist bekannt, eine Lösung zu
offenbaren, die eine Art eines getrennten Vorrechners vorsieht,
um Signale, die auf einem höheren
Betriebsfrequenzband empfangen werden, auf eine Empfangsfrequenz
eines niedrigeren Betriebsfrequenzbandes umzuwandeln und eine Übertragungsfrequenz
des niedrigeren Betriebsfrequenzbandes als Zwischenfrequenz vor der
Umwandlung auf ein übertragenes
Signal auf dem höheren
Betriebsfrequenzband zu verwenden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Aufbau für einen
Funk-Transceiver mit zwei Frequenzbändern einzuführen, der
klein und wirtschaftlich herzustellen ist und der geeignet ist für die Verwendung
in dem Fall, dass das Zeitmultiplexverfahren in mindestens einem
der beiden Frequenzbänder
verwendet wird.
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Diese
Aufgaben werden erfüllt,
indem die Misch- und die Zwischenfrequenz derart ausgewählt werden,
dass die erste Mischfrequenz des Empfängers in einem Funksystem des
ersten Frequenzbandes von der entsprechenden Frequenz der zweiten
Frequenz durch ein einfaches Rechenverfahren abgeleitet werden kann.
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Der
Funk-Transceiver gemäß der Erfindung
soll für
den Empfang und die Übertragung
von Funksignalen in zwei Frequenzbändern verwendet werden, und
er beinhaltet einen ersten Signaleingang für den Empfang von Funksignalen
in dem ersten Frequenzband und einen zweiten Signaleingang für den Empfang
von Funksignalen in dem zweiten Frequenzband. Der Funk-Transceiver
gemäß der Erfindung
ist gekennzeichnet durch die Merkmale, die in dem kennzeichnenden
Teil des Nebenanspruchs, der auf einen Funk-Transceiver gerichtet
ist, genannt sind.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Verarbeitung von
Signalen, das gekennzeichnet ist durch die Merkmale, die in dem
kennzeichnenden Teil des Nebenanspruchs, der auf ein Verfahren gerichtet ist,
genannt sind.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls ein Endgerät eines Zellenfunksystems,
das gekennzeichnet ist durch die Merkmale, die in dem kennzeichnenden
Teil des Nebenanspruchs, der auf ein Endgerät gerichtet ist, genannt sind.
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In
einem Funk-Transceiver-Gerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein UHF-Frequenzsynthesizer zur Erzeugung der ersten
Mischfrequenz vorgesehen, wobei die Frequenz des Synthesizers auf
eine bekannte Art und Weise innerhalb eines bestimmten Abstimmungsbereichs
einstellbar ist. Die einschränkenden
Werte für
den Abstimmungsbereich werden derart ausgewählt, dass der Empfänger durch
die Einstellung der ersten Mischfrequenz auf eine bekannte Art und
Weise auf sämtliche
Frequenzen eingestellt werden kann, die in einem ersten Funksystem
verwendet werden. Ein Block, der einen bestimmten einfachen Vorgang
ausführt,
wie zum Beispiel die Teilung oder Vervielfachung der Frequenz, kann
mit dem UHF-Frequenzsynthesizer
in Reihe geschaltet werden. Der Vorgang wird derart ausgewählt, dass
zum Einstellen des Empfängers
auf Frequenzen, die in einem zweiten Funksystem verwendet werden,
wenn die durch den UHF-Frequenzsynthesizer
erzeugte Schwingung durch den Block geleitet wird, durch die Reihenschaltung
des UHF-Frequenzsynthesizers und
des Blocks sämtliche
Frequenzen erzeugt werden können,
die von dem zweiten Funksystem gefordert werden, ohne dass die Frequenz
des UHF-Frequenzsynthesizers
wesentlich außerhalb
des Abstimmungsbereichs eingestellt werden muss.
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Das
empfangene Signal gemäß dem Funksystem
mit höherer
Frequenz wird noch ein zweites Mal auf eine bestimmte niedrigere
Frequenz gemischt, bevor die Signalpfade der verschiedenen Systeme
zusammengeführt
werden. Wenn der Funk-Transceiver ein Signal gemäß dem Funksystem mit höherer Frequenz
empfängt,
führt er
drei Abwärtsmischungen
zwischen Empfang und Demodulation aus. Ein Signal gemäß dem Funksystem
mit niedriger Frequenz wird nur zweimal zwischen Empfang und Demodulation
abwärts
gemischt. Die Signalfrequenz des Funksystems mit höherer Frequenz
ist nach der zweiten Abwärtsmischung
die gleiche wie die Signalfrequenz des Funksystems mit niedriger
Frequenz nach der ersten Abwärtsmischung.
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Die
Erfindung wird als Nächstes
ausführlicher
beschrieben mit Bezug auf die vorteilhaften beispielhaften Ausführungsformen
und die beigefügten
Zeichnungen, auf denen:
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1 einen
nach dem Stand der Technik bekannten Funk-Transceiver darstellt;
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2 einen
weiteren, nach dem Stand der Technik bekannten Funk-Transceiver
darstellt;
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3 den
Aufbau eines Funk-Transceivers darstellt;
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4 einen
weiteren Aufbau eines Funk-Transceivers darstellt;
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5 einen
dritten Aufbau eines Funk-Transceivers darstellt;
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6a einen
Funk-Transceiver gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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6b einen
weiteren Funk-Transceiver gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt; und
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7 die
Art und Weise beschreibt, in der die Erfindung auf ein Mobiltelefon
angewandt wird.
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In
Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung des Standes der Technik
wurde Bezug genommen auf 1 und 2, während in
der folgenden Beschreibung der Erfindung und ihrer vorteilhaften
Ausführungsformen
hauptsächlich
auf 3–7 Bezug
genommen wird. Dieselben Bezugszeichen werden verwendet, um ähnliche
Teile in den Figuren zu bezeichnen. 3, 4 und 5 veranschaulichen
den Aufbau von Funk-Transceivern, der dazu beiträgt, den Aufbau des Funk-Transceivers
gemäß der Erfindung
in 6a und 6b richtig
zu verstehen.
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3 stellt
einen Funk-Transceiver 100 dar, der in einer Forschung,
die zu der vorliegenden Erfindung führte, entwickelt wurde. Das
empfangene DCS-Signal wird zu dem Schaltkreis in der Figur entlang
Linie 101 geführt
und das empfangene GSM-Signal entlang Linie 102. Beide
Signale wandern durch ihre eigenen Bandpassfilter 103, 104 zu
ihren eigenen Mischern 105, 106, in denen sie
auf die erste Zwischenfrequenz IF1 gemischt werden. Da die erste
Zwischenfrequenz immer gleich ist, ungeachtet der Frequenz des empfangenen Signals,
können
die Signalpfade im Wahlschalter 107 zusammengeführt werden,
von wo aus der gemeinsame Signalpfad zu dem Mischer 109 über den
Bandpassfilter 108 wandert. In dem Mischer wird das Signal
auf die zweite Zwischenfrequenz IF2 gemischt. Dann folgt dort das
Filtern 110 und die automatische Verstärkungsregelung 111 vor
dem Mischer 112, in dem das Signal auf die dritte Zwischenfrequenz
IF3 gemischt wird. Im Signalpfad befinden sich noch der Filter 113 und
der Verstärker 114 vor
der Verbindung 115, die zu dem Demodulator (nicht dargestellt)
und darüber
zu einem Basisfrequenzteil (nicht dargestellt) führt.
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Ein
Aufbau eines Funkempfängers,
die auf drei Zwischenfrequenzmischungen beruht, ist zum Beispiel aus
der Veröffentlichung
der europäischen
Anmeldung Nr.
EP 0 655 844 bekannt,
die einen derartigen Funk-Transceiver des DCS-Systems offenbart.
Der in der Veröffentlichung
beschriebene Transceiver funktioniert jedoch nur in dem DCS-System,
d.h. in einem Frequenzband.
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Die
Senderkette aus 3 empfängt das entlang der I- und Q-Verbindungen 116 und 117 zu übertragende
Signal. Der IQ-Modulator des Senders beinhaltet Tiefpassfilter 118 und 119 sowie
Mischer 120 und 121, hinter denen die I- und Q-Signale
zusammentreffen und über
den Verstärker 122 und
den Bandpassfilter 123 zu dem Wahlschalter 124 geleitet
werden. Die Stellung des Schalters 124 legt fest, ob das
Signal auf der GSM- oder der DCS-Frequenz übertragen wird; die alternativen
Signalpfade, die den verschiedenen Systemen entsprechen, enthalten
Mischer 125 und 126 sowie Pufferverstärker 127 und 128.
Das zu übertragende
Signal wird über
die Bandpassfilter 129 und 130 zu den Sendeleistungsverstärkern (nicht
dargestellt) und weiter über die
Verbindungen 131 und 132 zu einer Antenne (nicht
dargestellt) geführt.
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Die
erste Mischfrequenz LO1 wird in dem UHF-Frequenzsynthesizer 133 erzeugt,
der kurz UHF-VCO (Ultra High Frequency Voltage Controlled Oscillatorspannungsgesteuerter
Oscillator mit Ultrahochfrequenz) genannt wird. Er empfängt sein
Steuerungssignal über
den Tiefpassfilter 134 von der Steuerungslogik 135. Entsprechend
empfängt
der VHF-Frequenzsynthesizer 136 (VHF-VCO, Very High Frequency
Voltage Controlled Oscillator – spannungsgesteuerter
Oszillator mit sehr hoher Frequenz) sein Steuerungssignal über den Tiefpassfilter 137 von
der Steuerungslogik 135. Die erste Mischfrequenz LO1 wird über die
Verstärker 138 und 139 zu
den Mischern 105 und 106 und über die Verstärker 140 und 141 zu
den Mischern 125 und 126 geleitet. Die zweite
Mischfrequenz LO2 wird über
den Verstärker 142 zu
dem Mischer 109 und über
den Frequenzvervielfacher 143 und den Teiler 144 zu
den Mischern 120 und 121 als zwei Versionen mit
differentieller Phase geleitet. Zusätzlich wird eine dritte Mischfrequenz
LO3 durch den Frequenzteiler 145 aus der zweiten Mischfrequenz
LO2 erzeugt; diese Frequenz wird über den Verstärker 146 zu
dem Mischer 112 geleitet. Die Steuerungslogik 135 empfängt die
Bezugsfrequenz von einem Kristalloszillator 147 und das
Steuerungssignal von der Verbindung 148.
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In
dem Aufbau aus 3 muss die erste Mischfrequenz
LO1 zwischen den Frequenzbändern
der verschiedenen Systeme liegen. Außerdem werden durch die Verwendung
eines gemeinsamen Filters 108 auf der ersten Zwischenfrequenz
und durch die Bedingung, den UHF-VCO-Abstimmungsbereich mäßig zu halten,
für die
erste Zwischenfrequenz IF1 ungefähre
Grenzen 400 MHz < IF1 < 490 MHz gesetzt.
Die Vereinbarkeit mit bekannten GSM-Demodulatoren erfordert des
weiteren, dass die dritte Zwischenfrequenz IF3 13 MHz beträgt. Der
Teiler 145 kann zum Beispiel eine Viertelung ausführen, so
dass ein Gleichungspaar für
die folgenden Empfängerkettenfrequenzen
aufgestellt werden kann: IF2 – L03
= +13 MHz
IF1 – 4 × L03 = ±IF2 (1)
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Für die Frequenzen
IF2 und LO3 werden bestimmte Ober- und Untergrenzen erhalten, indem
in dem Gleichungspaar wiederum die Grenzwerte IF 1 = 400 MHz und
IF1 = 490 MHz ersetzt werden und indem jede Auswahlkombination der
Vorzeichen auf der rechten Seite der Gleichungen getrennt verarbeitet
wird. Außerdem
kann der von dem UHF-VCO geforderte Abstimmungsbereich berechnet
werden, indem der Frequenzsprung zwischen Empfangs- und Übertragungsbedingungen
berücksichtigt
wird. In der in 3 gezeigten Architektur wird
der Frequenzsprung RX_TX erzielt, indem die Differenz zwischen der
Modulationsfrequenz und der ersten Zwischenfrequenz, zuzüglich oder
abzüglich
des Duplex-Intervalls, berechnet wird, d.h. bei GSM RX_TX
= IF1 – 4 × L03 +
45 MHzund bei DCS RX_TX = 4 × L03 – IF1 +
95 MHz
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Eine Übersicht über die
Ergebnisse ist in der folgenden Tabelle dargestellt. Die Spalte
ganz links zeigt die Auswahl der Vorzeichen auf der rechten Seite
der Gleichungen (1), und die nächste
Spalte zeigt die Auswahl der Grenzwerte IF1 = 400 MHz und IF1 =
490 MHz.
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Die
vier obersten Zeilen in der Tabelle zeigen, dass, falls eine Lösung des
Gleichungspaares (1) ausgewählt
wird, bei der das Vorzeichen von IF2 negativ ist, der von dem UHR-VCO
geforderte Abstimmungsbereich so groß wird, dass es schwierig ist,
ihn mit einem Bauteil auszuführen;
in der Praxis werden zwei UHF-VCOs benötigt. Auch in anderen Fällen beträgt der Abstimmungsbereich
mehr als 10% der Mittelfrequenz des UHF-VCO. Außerdem ist der Frequenzsprung
bei der Frequenz, die vom UHF-VCO zwischen der Übertragungs- und der Empfangstätigkeit
erzeugt wird, von Nachteil, da er den Wechsel von Übertragung
zu Empfang und umgekehrt verlangsamt. Insbesondere bei einem sogenannten
Mehrzeitschlitz-System, bei dem verschiedene Zeitintervalle in dem
Rahmen für
eine Vorrichtung reserviert werden können, kommt der Nachteil des
Frequenzsprunges zum Tragen. Es wäre vorteilhaft, wenn der Frequenzsprung
nicht notwendig wäre, wenn
der Betrieb gemäß mindestens
einem der Systeme (in diesem Fall GSM oder DCS) erfolgt. Weitere Nachteile
des Aufbaus in 3 sind eine verhältnismäßig große Frequenz
des VHF-VCO (unter Berücksichtigung
der Tatsache, dass die besagte Frequenz in dem Verdoppler 143 noch
verdoppelt werden muss) und bestimmte Störfrequenzen: In vielen Fällen fungiert
eine bestimmte DCS-Übertragungsfrequenz
als Bildfrequenz auf dem GSM-Empfangsband, und eine zweite harmonische
Frequenz einer bestimmten unerwünschten
empfangenen Frequenz f_spur kann ein Störsignal auf der ersten Zwischenfrequenz
gemäß der Formel
2 × f_spur – LO1 =
IF1 verursachen.
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Der
absolute Wert des Unterschieds zwischen der Bildfrequenz und der
Mischfrequenz ist genauso groß wie
der absolute Wert der Differenz zwischen der gewünschten Frequenz und der Mischfrequenz,
so dass der Empfang und das Mischen der Bildfrequenz zu demselben
Mischergebnis führen
wie der Empfang und das Mischen der gewünschten Frequenz. Je näher die
gewünschte
Frequenz und die Mischfrequenz beieinander liegen, desto näher liegen
auch die gewünschte
Frequenz und die Bildfrequenz beieinander und ein umso scharfkantigerer
Filter wird benötigt,
um die Bildfrequenz herauszufiltern. Filter, die einen scharfkantigen
Frequenzgang aufweisen, sind verhältnismäßig groß und teuer, so dass es für die Aufgabe
der Erfindung vorteilhafter wäre,
einen Bildfrequenzfilter mit möglichst
runden Kanten zu verwenden.
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Die
Berücksichtigung
von Störfrequenzen
in Verbindung mit Frequenzauswahlen für Funk-Transceiver wurde in
mehreren, als Stand der Technik bekannten Veröffentlichungen vernachlässigt. Vorteile
aufgrund Einsparungen bei der Größe, dem
Preis und der Leistung, die erzielt werden durch die Verwendung
gemeinsamer Bauteile in Systemen mit verschiedenen Frequenzbändern können verloren
gehen, wenn gefordert wird, Störsignale,
die durch Vereinfachungen bei dem Gerät, zum Beispiel durch zusätzliches
Filtern in anderen Teilen des Funk-Transceivers, entstehen, abzuschwächen, oder
wenn es notwendig ist, besondere Bauteile nur zur Beseitigung von
Störungen
zu verwenden.
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4 zeigt
einen zweiten Aufbau eines Funk-Transceivers 200, der sich
von dem Aufbau aus 3 in der Auswahl und der Erzeugung
von Mischfrequenzen unterscheidet. Aufgrund verschiedener Mischfrequenzen
werden auch die erste und die zweite Zwischenfrequenz während des
Empfangs anders als die aus 3. Die erste
Zwischenfrequenz IF1 beträgt
443 MHz, die zweite Zwischenfrequenz IF2 beträgt 228 MHz, und die dritte
Zwischenfrequenz IF3 beträgt
13 MHz. Bei der Empfangskette, die bei den Verbindungen 101 und 102 beginnt
und bei Verbindung 115 endet, liegt der wesentliche Unterschied
im Vergleich zu 3 in dem unterschiedlichen Frequenzgang
der Zwischenfrequenzfilter 108' und 110' des Bandpasstyps (entsprechend den
Filtern 108 und 110 in 3). In einer
Sendekette, die bei den Verbindungen 116 und 117 beginnt
und bei den Verbindungen 131 und 132 endet, wurde
der Bandpassfilter 123 aus 3 durch
Parallelfilter 203 und 204 ersetzt, die hinter
den Wahlschalter 124 angeordnet wurden, weil die Frequenz
hinter dem IQ-Modulator jetzt bei GSM und DCS unterschiedlich ist.
Der UHF-VCO 205 wird auf die gleiche Art und Weise wie
in 3 angeordnet, aber die von ihm erzeugten Frequenzen
sind unterschiedlich. Er wird über
den Tiefpassfilter 134 von der Steuerungslogik 206 gesteuert.
Der VHF-VCO 207 ist in derselben Art und Weise in Bezug
auf die Steuerungslogik wie in 3 angeordnet,
aber er funktioniert auf einer unterschiedlichen Frequenz. Die Frequenz
von 430 MHz, die vom VHF-VCO 207 erzeugt wird, wird in
dem Teiler 208 halbiert, und die auf diese Weise erhaltene
Frequenz von 215 MHz fungiert sowohl als zweite als auch als dritte
Mischfrequenz, d.h. sie wird über
den Verstärker 142 zu
dem Mischer 109 und über
den Verstärker 146 zu
dem Mischer 112 geleitet.
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In
dem Aufbau in 4 werden die Frequenzen, die
vom IQ-Modulator der Sendekette gefordert werden, von der Frequenz
430 MHz, die von dem VHF-VCO 207 erzeugt wird, erzeugt,
die zu dem Mischer mit Spiegelfrequenzunterdrückung 209 geleitet
wird, umfassend zwei Phasenschieber 210 und 211 mit
90 Grad, zwei Mischer 212 und 213 sowie Wahlschalter 214 und 215.
Die Mischfrequenz wird von dem Kristalloszillatoren 216 mit
26 MHz entweder mit einem Verdoppler 217 (bei GSM) oder
einem Verdreifacher 218 (bei DCS) abgeleitet. Die Auswahl erfolgt
durch die Verwendung von Wahlschaltern 219 und 220,
die gleichzeitig mit den anderen GSM-DCS-Wahlschaltern, die Bestandteil des Aufbaus
sind, funktionieren. Die Frequenz, die von Block 209 erzeugt
wird, beträgt
482 MHz bei GSM und 352 MHz bei DCS, und phasenverschobene Versionen werden
im Verdoppler 221 und dem 1:2-Teiler 222 gebildet,
die dann zu den Mischern 120 und 121 des IQ-Modulators
geleitet werden.
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In 4 beträgt der Abstimmungsbereich
des UHF-VCO 205 1358–1437
MHz, d.h. 5,7% der Mittelfrequenz, und der Frequenzsprung zwischen Übertragung
und Empfang ist gering (6 MHz bei GSM und 4 MHz bei DCS). Der Aufbau
beinhaltet jedoch immer noch einige Nachteile. Bei der Erzeugung
von Mischfrequenzen besteht ein Bedarf nach Bauteilen, die schwierig
auszuführen
sind – zum
Beispiel der Verdreifacher 218 –, was wiederum leicht zu unerwünschten
Mischergebnissen führt.
Auf bestimmten GSM-Kanälen stört die Bildfrequenz,
die bei der GSM-Übertragung
erzeugt wird, das DCS-Empfangsband, und eine unterwünschte empfangene
Frequenz f_spur mit 922,8 MHz verursacht Störungen auf der Zwischenfrequenz
gemäß der Formel
2 × f_spur – LO1 =
IF1. Des Weiteren ist die Frequenz des VHF-VCO verhältnismäßig groß, in Anbetracht
der Tatsache, dass sie in einem Frequenzverdoppler 221 noch
verdoppelt werden muss.
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Vorstehend
wurde die Tatsache berücksichtigt,
dass eine unerwünschte
empfangene Frequenz f_spur – und
zwar ihre zweite harmonische Frequenz 2 × f_spur – Störungen auf der ersten Zwischenfrequenz
verursachen kann. Eine Randbedingung kann festgelegt werden, gemäß der die
Frequenz f_spur, die die Gleichung 2 × f_spur – LO1 = IF1 ausführt, niedriger
als 915 MHz oder höher
als 980 MHz sein muss. Die Grenzen werden derart bestimmt, dass
der Frequenzgang des Funkfrequenzfilters (Bezugszeichen 104 in
den Figuren) des GSM-Empfängers
bereits einen beträchtlichen
Grad der Abschwächung
außerhalb
des Frequenzbandes von 915 MHz–980
MHz aufweist. Unter Berücksichtigung
der zuvor gezeigten Werte der Mischfrequenz LO1 erhält man folgende
Bedingungen für
die erste Zwischenfrequenz F1: IF1 < 435
MHz oder
IF1 > 512.5
MHz (2)
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Von
diesen kommt nur die zuerst genannte Bedingung in Frage, da die
letztere zu einem unzweckmäßig hohen
Wert für
IF1 führen
würde.
Daher kann der Wert 435 MHz als Obergrenze für IF1 angesehen werden, und
eine Art Untergrenze erhält
man mindestens aus der Klausel, gemäß der IF1 mindestens doppelt
so groß sein
muss wie das Empfangsband von DCS, das 75 MHZ beträgt. In der
Praxis legt der Frequenzgang der Funkfrequenzfilter die Untergrenze
für IF1
bei etwa 190–200
MHz fest. Außerdem
können
einige Bedingungen gestellt werden unter Berücksichtigung der Mischfrequenz
F_mod, die dem IQ-Modulator
zugeführt werden
muss, und anderen Mischfrequenzen und dem Frequenzsprung zwischen Übertragung
und Empfang in dem UHF-VCO. Da die Lösung aus 3 nicht
erfordert, dass die Vorrichtung nur einen UHF-VCO aufweist, können die
Bedingungen wie folgt aufgestellt werden: IF2 – L03
= +13 MHz
IF1 – 4 × L03 = ±IF2
F_mod
= N × L03;
N = 2 oder N = 4
F_mod = IF1 + 45 MHz (3)
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Die
dritte Bedingung bedeutet, dass es möglich sein muss, die Mischfrequenz,
die dem IQ-Modulator zuzuführen
ist, durch einen einfachen Vervielfachungs- oder Teilungsvorgang
zu erzeugen, und die vierte Bedingung beinhaltet, dass der UHF-VCO
keinen Frequenzsprung zwischen GSM-Übertragung und -Empfang aufweist.
Es gibt viele Lösungen
für die
durch die Bedingungen (3) gebildeten Gleichungsgruppe, aber am ehesten
durchführbar
jedoch ist L03 = 58 MHz, F_mod = 232 MHz, IF1 = 187 MHz, so dass
bei DCS F_mod = 116 MHz. 5 zeigt ein Funkgerät 300,
das auf einer derartigen Frequenzlösung beruht.
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In 5 ähnelt die
Empfangskette, die bei den Verbindungen 101 und 102 beginnt
und bei Verbindung 115 endet, derjenigen in 3,
mit Ausnahme des Frequenzganges der Bandpassfilter 108'' und 110''.
Die Sendekette, die bei den Verbindungen 116 und 117 beginnt
und bei den Verbindungen 131 und 132 endet, ähnelt derjenigen
in 4, mit Ausnahme des Frequenzganges der Bandpassfilter 203' und 204'. Für die Erzeugung
der ersten Mischfrequenz LO1 weist das Gerät zwei UHF-VCOs 303 und 304 auf,
die beide wiederum für
die Verwendung durch die Wahlschalter 305 und 306 ausgewählt werden.
Steuerungssignale kommen über die
Tiefpassfilter 307 und 308 von der Steuerungslogik 309.
Die Zuführung
der Mischfrequenz LO1 zu bestimmten Mischern in der Sende- und Empfangskette
erfolgt auf dieselbe Art und weise wie oben beschrieben.
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Der
VHF-VCO 310 erzeugt eine Frequenz von 464 MHz, die über den
Teiler 311 und den Verstärker 142 zu dem Mischer 109 geleitet
wird. Das Signal mit 232 MHz, das in dem Teiler 311 erzeugt
wird, wird des Weiteren über
den Teiler 312 und den Verstärker 146 zu dem Mischer 112 geleitet
und zu dem zweiten Eingang des Wahlschalters 313. Der Wahlschalter 313 wird
verwendet, um ein Signal mit 464 MHz oder 232 MHz für den Teiler 314,
der die phasenverschobenen Signalversionen für die Mischer 120 und 121 des
IQ-Modulators erzeugt, auszuwählen.
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Der
bedeutendste Nachteil des Aufbaus in 5 liegt
darin, dass er zwei UHF-VCOs 303 und 304 erfordert,
wodurch sich die Herstellungskosten und der Energieverbrauch erhöhen. Außerdem liegen
einige unerwünschte
Frequenzen, wie die f_spur und die Mischergebnisse, die sich daraus
ergeben, so nahe bei den gewünschten
Frequenzen, dass sehr strenge Qualitätsanforderungen an die Mischer
und Filter in der Empfangskette festgelegt werden müssen.
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6a zeigt
einen Funk-Transceiver 400 gemäß der Erfindung, der sowohl
in GSM- als auch in DCS-Systemen verwendet werden soll. Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die in diesen Funksystemen verwendete Ausrüstung beschränkt, aber
sie kann für
die Verwendung in einem Transceiver in einem beliebigen Funksystem
oder -systemen mit zwei Frequenzbändern gemäß den später beschriebenen Bedingungen
verallgemeinert werden. Ein Signal des DCS-Systems wird über die
Verbindung 101 zu einem Gerät gemäß 6a geleitet
und ein Signal des GSM-Systems über
die Verbindung 102 in derselben Art und Weise wie in als
Stand der Technik bekannten Vorrichtungen. Die Funkfrequenzfilter 103 und 104 können auch
den oben beschriebenen ähneln.
Im Mischer 401 wird ein vom DCS-System empfangenes Signal
auf die erste DCS-Zwischenfrequenz
gemischt, indem eine Mischfrequenz verwendet wird, deren Erzeugung
später
beschrieben werden wird. Auf ähnliche
Art und Weise wird ein empfangenes Signal des GSM-System im Mischer 402 auf
die erste GSM- Zwischenfrequenz
gemischt, indem dieselbe Mischfrequenz verwendet wird. In den Funksystemnormen
ist nicht festgelegt, welche Zwischenfrequenzen verwendet werden
müssen;
hier werden die Begriffe DCS-Zwischenfrequenz und GSM-Zwischenfrequenz
der Klarheit halber verwendet, weil die in den Mischern 401 und 402 erzeugten
Zwischenfrequenzen nicht gleich sind.
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Das
vom Mischer 401 empfangene Signal wird in einem Bandpassfilter 403 gefiltert
und dann im Mischer 404 auf eine zweite DCS-Zwischenfrequenz
gemischt, wobei eine Mischfrequenz verwendet wird, deren Erzeugung
später
beschrieben werden wird. Die zweite DCS-Zwischenfrequenz ist im
Wesentlichen gleich mit der ersten GSM-Zwischenfrequenz, weshalb beide in der
Figur mit IF2 gekennzeichnet sind. Der Wahlschalter 405 wird
verwendet, um auszuwählen,
welches Systemsignal weiter vom Filter 406 geleitet wird
und von dort durch die automatische Verstärkungsregelung 407 zum
Mischer 408, in dem die Mischung auf eine dritte Zwischenfrequenz,
am vorteilhaftesten auf eine Frequenz von 13 MHz, erfolgt. Für das GSM-Signal
ist dies nur die zweite Zwischenfrequenz, aber um Verwirrungen zu
vermeiden, wird das vom Mischer 408 erbrachte Ergebnis
die dritte Zwischenfrequenz genannt, ungeachtet dessen, ob das Signal
ursprünglich
gemäß dem DCS-
oder dem GSM-System empfangen wurde. Es wird über den Filter 113 und
den Verstärker 114 zu der
Verbindung 115 geleitet und weiter zu dem Demodulator,
der als solcher bekannt sein wird und der in der Figur nicht beschrieben
wird.
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In
der Sendekette werden die I- und Q-Signale, die über die Verbindungen 116 und 117 kommen, durch
die Filter 118 und 119 zu den Mischern 409 und 410 geleitet;
die Erzeugung der Mischfrequenz, die zu den Mischern gelangt, wird
später
erörtert.
Die Mischergebnisse werden zusammengeführt und zu dem Verstärker 411 und
später
entweder zu dem DCS-Filter 413 oder dem GSM-Filter 414 geleitet,
je nach der Anordnung auf dem Wahlschalter 412. Das gefilterte
Signal wird in dem Mischer 415 (DCS) oder 416 (GSM)
auf die Übertragungsfrequenz
gemischt und über
den Pufferverstärker 127 und
den Filter 129 (DCS) oder den Pufferverstärker 128 und
den Filter 130 (GSM) zur Verbindung 131 (DCS)
oder 132 (GSM) geleitet, von wo aus es weiter zu einem
Leistungsverstärker
(nicht dargestellt) und über
einen möglichen
Antennenschalter und/oder Duplexfilter (nicht dargestellt) zu einer
Antenne (nicht dargestellt) geleitet werden kann.
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Der
UHF-VCO 417, der sein Steuerungssignal über den Tiefpassfilter 418 von
der Steuerungslogik 419 erhält, wird verwendet, um die
Mischfrequenzen, die in den Mischern 401, 402, 415 und 416 verwendet werden,
zu erzeugen; der Eingang des UHF-VCO weist eine Rückkopplung
zu der Steuerungslogik auf in derselben Art und Weise wie in als
Stand der Technik bekannten Lösungen.
Die Frequenz des durch den UHF-VCO 417 erzeugten Signals
kann, falls erforderlich, verändert
werden, indem ein Frequenzvervielfacher 420 verwendet wird,
indem er mit dem UHF-VCO 417 mit Hilfe der Schalter 421 und 422 in
Serie geschaltet wird. Befinden sich die Schalter 421 und 422 in
der ersten Stellung, wird die von dem UHF-VCO erzeugte Mischfrequenz
direkt zu den Verstärkern 423, 424, 425 und 426 und
weiter zu den jeweiligen Mischern 401, 402, 415 und 416 geleitet;
in der zweiten Stellung der Schalter 421 und 422 wird
die von dem UHF-VCO 417 erzeugte Mischfrequenz über den
Frequenzvervielfacher 420 zu den Verstärkern geleitet. Der in der
Figur dargestellte Frequenzvervielfacher 420 ist ein Verdoppler.
Außer
der Tatsache, dass die Frequenz des von dem UHF-VCO 417 erzeugten
Signals mit dem Frequenzvervielfacher 420 verändert werden
kann, weist der UHF-VCO 420 selbstverständlich auch einen Abstimmungsbereich
auf, innerhalb dessen Grenzen die von ihm erzeugte Frequenz durch
Steuerungssignale, die die Steuerungslogik 419 ausgibt,
eingestellt werden kann.
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Der
VHF-VCO 427, der sein Steuerungssignal über den Tiefpassfilter 428 von
der Steuerungslogik 419 erhält, wird verwendet, um die
Mischfrequenzen, die in den Mischern 404, 408, 409 und 410 verwendet werden,
zu erzeugen; sein Ausgang weist ebenfalls eine Rückkopplung zu der Steuerungslogik
auf in derselben Art und Weise wie in als Stand der Technik bekannten
Lösungen
und in derselben Art und Weise wie von dem UHF-VCO. Ein Block, der
die Frequenz mit einem einfachen Vorgang verändert, kann auch für die Verwendung
in Serie mit dem VHF-VCO 427 angeschlossen werden. In 6a ist
der besagte Block ein Frequenzteiler 429, der mit Hilfe
der Schalter 430 und 431 in Betrieb geschaltet
werden kann. Je nach der Stellung der Schalter 430 und 431 wird
die von dem VHF-VCO
erzeugte Frequenz entweder als solche oder über den Frequenzteiler 429 zu
den Frequenzteilern 432, 434 und 436 geleitet.
Der erste von ihnen (432) erzeugt eine Mischfrequenz, die über den
Verstärker 433 zu
dem Mischer 404 geleitet wird, der zweite (434)
erzeugt eine Mischfrequenz, die über
den Verstärker 435 zu
dem Mischer 408 geleitet wird, und der dritte (436)
erzeugt zwei phasenverschobene Frequenzen, d.h. sogenannte I- und
Q-Mischfrequenzen,
die zu den Mischern 409 und 410 des IQ-Modulators in der
Sendekette geleitet werden.
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Die
Funktionsweise des Funk-Transceivers 400 in 6a wird
durch die folgende Anmerkung veranschaulicht. Die zweite Bedingung,
die oben in der Gleichungsgruppe (3) dargelegt ist, beruhte auf
der Tatsache, dass in einem in 3 dargestellten
Funk-Transceiver die Summe aus oder die Differenz zwischen der ersten
Zwischenfrequenz IF1 und der zweiten Zwischenfrequenz IF2 gleich
vier Mal die Mischfrequenz LO3 ist. Versuchshalber kann die besagte
zweite Bedingung auf die folgende Form abgeändert werden: IF1 – 2 × L03 = ±IF2 (4)
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In
der Forschung, die zu der Erfindung geführt hat, wurden mehrere Lösungen für die Gleichungsgruppe
(3) entdeckt, bei der die zweite Bedingung durch die Bedingung (4)
ersetzt wurde. Von diesen Lösungen
ist mindestens L03 = 58 MHz, F_mod = 232 MHz, IF1 = 187 MHz, d.h.
dieselbe Lösung
wie oben, durchführbar. Es
kann jedoch festgestellt werden, dass, falls die erste Zwischenfrequenz
IF1 bei GSM nicht berücksichtigt wird
und die Modulationsfrequenz F_mod halbiert wird, der Frequenzplan
im wesentlichen derselbe ist wie bei dem Einband-GSM, d.h. in einem
herkömmlichen
Endgerät
eines Funksystems mit einem Frequenzband. In diesem Fall liegt ein
bewährter
und entdeckter Abstimmungsbereich des UHF-VCO bei 1006–1031 MHz. Entsprechend liegt
der Abstimmungsbereich des UHF-VCO, der durch die Funktionsweise
gemäß DCS erforderlich
ist, unter Berücksichtigung
der Lösung
der oben dargestellten Gleichungsgruppe, bei 1942–2067 MHz. Werden
diese letzteren Grenzen des Abstimmungsbereichs des UHF-VCO halbiert,
erreicht man ein Frequenzband von 971–1033,5 MHz, das den gesamten
UHF-VCO-Abstimmungsbereich 1006–1031
MHz, der oben in Verbindung mit GSM erwähnt wurde, umfasst. In einem
Funk-Transceiver mit zwei Frequenzbändern ist es also möglich, einen
UHF-VCO zu verwenden, dessen Abstimmungsbereich entweder bei 971–1033,5 MHz
oder bei 1942–2067
MHz liegt. Im ersten Fall werden die Mischfrequenzen, die vom GSM
benötigt
und vom UHF-VCO erzeugt werden, direkt vom UHF-VCO entnommen, und
die Mischfrequenzen, die vom DCS benötigt und vom UHF-VCO erzeugt
werden, werden mit Hilfe eines Frequenz-Vervielfachers (Verdopplers) erzeugt.
Im letzteren Fall werden die Mischfrequenzen, die vom DCS benötigt und
vom UHF-VCO erzeugt werden, direkt vom UHF-VCO entnommen, und die
Mischfrequenzen, die vom GSM benötigt
und vom UHF-VCO erzeugt werden, werden mit Hilfe eines Frequenzteilers
(Halbierungsvorrichtung) erzeugt.
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Die
Funktionsweise des Funk-Transceivers aus 6a wird
als nächstes
beschrieben. Falls das Gerät für die Übertragung
und den Empfang gemäß dem GSM-System
verwendet werden soll, werden die Schalter 405 und 412 in
ihre unteren Stellungen geschaltet, so dass das Signal, das vom
Mischer 402 in der Empfangskette erzeugt wird, zum Filter 406 gelenkt
wird, und in der Sendekette wird das Signal, das vom Verstärker 411 erzeugt
wird, zum Filter 414 gelenkt. Die Schalter 421 und 422 werden
in ihre oberen Stellungen geschaltet, so dass die Mischfrequenz
von 464 MHz, die vom UHF-VCO 417 erzeugt wird, direkt zu
den Verstärkern 424 und 426 geleitet
wird, ohne dass sie den Verdoppler 420 durchläuft. Auf ähnliche
Weise werden die Schalter 430 und 430 in ihre
oberen Stellungen geschaltet, so dass die Mischfrequenz von 464
MHz, die vom VHF-VCO erzeugt wird, zum Frequenzteiler 429 gelenkt
wird, in dem ihre Frequenz halbiert wird. Das auf diese Weise erzeugte
Signal von 232 MHz wird weiter zum Frequenzteiler 436 geleitet,
der es halbiert. Somit beträgt
die Mischfrequenz des Mischers 408 58 MHz, und die Mischfrequenz
der Mischer 409 und 410 beträgt 116 MHz (die Signale mit
116 MHz, die zu den Mischern 409 und 410 geleitet
werden, weisen einen gegenseitigen Phasenunterschied von 90 Grad
auf).
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Bezugnahmen
auf die obere und die untere Stellung der Schalter beziehen sich
natürlich
nur auf die grafischen Symbole des Blockdiagramms in der Figur,
und sie beschränken
in keiner Weise die Ausführung der
betreffenden Schalter in einem Funkgerät in der Praxis.
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Da
der Funk-Transceiver aus 6a nicht
gleichzeitig gemäß dem GSM-
und dem DCS-System funktionieren kann, ist es vorteilhaft, um elektrische
Energie zu sparen, sämtliche
Betriebs- und Steuerspannungen in den nicht benötigten Blöcken abzuschalten. Anders gesagt
werden während
des GSM-Betriebs sämtliche Blöcke, die
bei dem DCS-Betrieb verwendet werden, abgeschaltet und umgekehrt.
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Bei
dem GSM-System liegen die Trägerfrequenzen,
die vom Endgerät
empfangen werden, bei 200 kHz-Intervallen von 935 MHz bis 960 MHz,
und die Trägerfrequenzen,
die vom Endgerät übertragen
werden, liegen bei 200 kHz-Intervallen
von 890 MHz bis 915 MHz. Das Duplex-Intervall beträgt 45 MHz,
d.h. ein Endgerät,
das eine Trägerfrequenz
von N MHz empfängt, überträgt auf einer
Trägerfrequenz
von N-45 MHz. Die Abstimmung des Endgeräts auf bestimmte Trägerfrequenzen
erfolgt auf bekannte Art und Weise, indem die Mischfrequenz, die
vom UHF-VCO erzeugt und bei dem ersten Abwärtsmischen der Empfangskette
und bei dem letzten Aufwärtsmischen
der Sendekette verwendet wird, auf geeignete Art und Weise eingestellt
wird.
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Funktioniert
der Funk-Transceiver aus 6a als
ein GSM-Endgerät,
das zum Beispiel auf der Frequenz 947,4 MHz empfängt, wird der UHF-VCO derart
eingestellt, dass er eine Mischfrequenz von 1018,4 MHz erzeugt.
Der Mischer 402 erzeugt eine Zwischenfrequenz von 1018,4
MHz – 947,4
MHz = 71 MHz, die in dem Mischer 408 weiter abwärts gemischt
wird auf die Frequenz von 71 MHz – 58 MHz = 13 MHz. In der Sendekette beträgt die Frequenz
eines modulierten Signals, das vom IQ-Modulator erzeugt wird, 116
MHz, und sie wird im Mischer 416 auf die Frequenz 1018,4
MHz – 116
MHz = 902,4 MHz gemischt, die die gewünschte Trägerfrequenz für die Übertragung
(947,4 MHz – 45
MHz = 902,4 MHz) ist. Mit einem ähnlichen
Berechnungsverfahren ist es einfach zu gewährleisten, dass die Anordnung
aus 6a auf allen GSM-Frequenzen funktioniert.
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Falls
der Funk-Transceiver aus 6a für die Übertragung
und den Empfang gemäß dem DCS-System
verwendet werden soll, werden die Schalter 405 und 412 in
ihre oberen Stellungen geschaltet, so dass in der Empfangskette
das Signal, das vom Mischer 404 erzeugt wird, zum Filter 406 geleitet
wird, und in der Sendekette wird das Signal, das vom Verstärker 411 ausgegeben
wird, zum Filter 413 geleitet. Die Schalter 421 und 422 werden
in ihre unteren Stellungen geschaltet, so dass die Mischfrequenz,
die vom UHF-VCO 417 erzeugt wird, über den Verdoppler 420 zu
den Verstärkern 423 und 425 geleitet
wird. Die Stellung der Schalter 430 und 431 wechselt
zwischen Übertragung
und Empfang, wenn sie gemäß dem DCS
funktionieren. Während
des DCS-Empfangs (RX) werden die Schalter 430 und 430 in
ihre oberen Stellungen geschaltet, so dass die Mischfrequenz von
464 MHz, die vom VHF-VCO erzeugt wird, über den Frequenzteiler 429 zum
Frequenzteiler 432 geleitet wird, der sie halbiert, und
zum Frequenzteiler 434, der sie viertelt. Im Mischer 404 beträgt die Mischfrequenz
dann 116 MHz, und im Mischer 408 beträgt die Mischfrequenz 58 MHz.
Während
der DCS-Übertragung
(DCS TX) werden die Schalter 430 und 431 in ihre
unteren Stellungen geschaltet, so dass die Mischfrequenz von 464
MHz zum Frequenzteiler 436 geleitet wird, der sie halbiert,
ohne dass sie den Teiler 429 durchlaufen.
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Im
DCS-System liegen die Trägerfrequenzen,
die vom Endgerät
empfangen werden, zwischen 1805 und 1880 MHz, und die Trägerfrequenzen,
die vom Endgerät übertragen
werden, liegen zwischen 1710 und 1785 MHz. Das Duplex-Intervall beträgt 95 MHz.
Falls der Funk-Transceiver aus 6a als
ein DCS-Endgerät arbeitet,
das zum Beispiel auf der Frequenz 1830 MHz empfängt, wird der UHF-VCO derart
eingestellt, dass er eine Mischfrequenz von 1008,5 MHz erzeugt,
die mit einem Frequenz-Vervielfacher 420 auf eine Frequenz von
2017 MHz verdoppelt wird. Der Mischer 401 erzeugt eine
erste Zwischenfrequenz von 2017 MHz – 1830 MHz = 187 MHz, die im
Mischer 404 auf eine zweite Zwischenfrequenz von 187 MHz – 116 MHz
= 71 MHz abwärts
gemischt wird und weiter im Mischer 408 auf eine Frequenz
von 71 MHz – 58
MHz = 13 MHz. In der Sendekette beträgt die Frequenz eines modulierten
Signals, das vom IQ-Modulator
erzeugt wird, 232 MHz, weil während
der Zeit der Übertragung
der Teiler 429 durch Verwendung der Schalter 430 und 431 umgangen wurde;
die IQ-Frequenzen, die sich in einer gegenseitigen Phasenverschiebung
von 90 Grad befinden, werden in dem Teiler 436 von der
VHF-VCO-Frequenz
von 464 MHz, die zu ihm geleitet wurde, erzeugt. Während der Zeit
der DCS-Übertragung
wurde die UHF-VCO-Frequenz
mit der Höhe
des Frequenzsprunges (25 MHz) nach unten verändert, so dass die Mischfrequenz
2 × (1008,5
MHz – 25
MHz) = 1967 MHz für
den Mischer 415 über den
Verdoppler 420 und den Verstärker 425 erreicht
wird. Das Signal wird im Mischer 415 auf die Frequenz von
1967 MHz – 232
MHz = 1735 MHz aufwärts
gemischt, die die für
die Übertragung
gewünschte
Trägerfrequenz
(1830 MHz – 95
MHz = 1735 MHz) ist. Mit einem ähnlichen
Berechnungsverfahren ist es einfach sicherzustellen, dass die Anordnung
aus 6a auf allen DCS-Frequenzen funktioniert.
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In 6a steuert
die Steuerungslogik 419 den Betrieb des UHF-VCO 417 und
des VHF-VCO 427 auf bekannte Art und Weise (vgl. Steuerungslogik 135, 206 und 309 in 3-5).
Für den
Teil des VHF-VCO 427 prüft
die Steuerungslogik 419, dass seine Frequenz innerhalb
bestimmter Toleranzen bei 464 MHz bleibt. Als Antwort auf Befehle über die
Steuerungsverbindung 437 stellt die Steuerungslogik 419 die
Frequenz des UHF-VCO auf einen Wert ein, der für jeden Zeitpunkt geeignet
ist. Befehle über
die Steuerungsverbindung 419 werden am vorteilhaftesten
von einem bestimmten Mikroprozessor (auf den Figuren nicht dargestellt)
erteilt, der den Betrieb des Funk-Transceivers steuert, und sie
beruhen auf den Zuordnungen von Trägerfrequenzen, die von dem
Funksystem an das Endgerät
der Basisstation übermittelt
werden, sowie auf der für
das Funksystem geltenden zeitlichen Abstimmung. Die von dem Kristalloszillatoren 438 ausgegebene
Frequenz fungiert als feste Bezugsfrequenz für die Steuerungslogik 419 auf
eine an sich bekannte Art und Weise.
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Die
technische Ausführung
sämtlicher
Blöcke,
die in 6a dargestellt sind, ist bekannt; ähnliche
Blöcke
sind in 1 und 2 zu sehen
in Verbindung mit der Beschreibung des Standes der Technik. Einem Fachmann
ist es an sich bekannt, wie die Filter, Verstärker, Mischer und andere Teile
aus 6a hergestellt werden, so dass sie optimal genau
auf den in 6a dargestellten Frequenzen
funktionieren. Der größte Teil der
Anordnung aus 6a kann gegebenenfalls als ein
integrierter Schaltkreis gefertigt werden, so dass er möglichst
wenig Platz in dem fertig bearbeiteten Funkgerät beansprucht und seine Herstellung
auf wirksame Art und Weise automatisiert werden kann.
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6b zeigt
eine Abwandlung 450 des Funk-Transceivers aus 6a.
Hier beträgt
der Abstimmungsbereich des UHF-VCOs 451 1942–2067 MHz,
und der verdoppelnde Frequenzvervielfacher 420 und die
Schalter 421 und 422 aus 6a wurden
durch einen Frequenzteiler 452 und die Schalter 453 und 454 ersetzt.
Zum Erzeugen und Empfangen der Funkübertragungen nach dem DCS-System
wird die von dem UHF-VCO 451 ausgegebene Frequenz als solche über die
Verstärker 455 und 456 zu
den Mischern 457 und 458 geleitet. Bei dem Betrieb
nach dem GSM-System wird die von dem UHF-VCO 451 ausgegebene
Frequenz zu dem Frequenzteiler 452 geleitet, der die Halbierung
durchführt.
Die entstehende Frequenz wird über
die Verstärker 459 und 460 zu
den Mischern 461 und 462 geleitet. Die Blöcke 451–462 und
die Steuerungslogik 463 ähneln grundsätzlich den
oben beschriebenen, aber sie wurden angepasst, um optimal auf Frequenzen
zu arbeiten, die in der Ausführungsform
von 6b verwendet werden. Die anderen Blöcke können denen
aus 6a ähneln.
Da in der Ausführungsform
aus 6b die Frequenz des UHF-VCO 451 als Mischfrequenz
im DCS-Betrieb ohne die Verdopplung gemäß der Ausführungsform aus 6a verwendet
wird, ist der Frequenzsprung zwischen dem DCS-Empfang und der DCS-Übertragung zweifach, verglichen
mit 6a, d.h. 50 MHz.
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7 zeigt
eine beispielhafte Anordnung des Geräts 400/450 aus 6a oder 6b in
einem Mobiltelefon. Das Mobiltelefon 500 aus der Figur
umfasst eine Antenne 501 und einen Schalter 502,
der mit der Antenne verbunden ist, wobei der Schalter verwendet
wird, um entweder den GSM- oder den DCS-Betrieb zu wählen. Die
Stellung des Schalters 502 wird am vorteilhaftesten durch
einen Mikroprozessor, der den Betrieb des Mobiltelefons steuert,
ausgewählt.
Das Mobiltelefon 500 umfasst zwei Duplexfilter 503 und 503,
in denen das Signal auf der Empfangsfrequenz, das von der Antenne 501 empfangen
wird, zu den Eingangsverbindungen 101 und 102 der
Empfangskette in dem Gerät 400/450 geleitet
wird, und das Signal, das von den Ausgangsverbindungen 131 und 132 der
Sendekette in dem Gerät 400/450 ausgeht,
wird zu der Antenne 501 geleitet. Senderendverstärker sind
in 7 nicht aufgeführt,
aber sie werden am vorteilhaftesten zwischen den Ausgangsverbindungen 131 und 132 und
den Filtern 503 und 504 angeordnet. Der Block 505,
der mit der Ausgangsverbindung 115 der Empfangskette verbunden
ist, umfasst herkömmliche
Demodulations- und Dekodiervorgänge,
mit denen das Signal, das auf die Frequenz von 13 MHz gemischt und
von dem Gerät 400/450 ausgegeben
wird, zu einem analogen Audiosignal umgewandelt wird, das zu dem
Lautsprecher 506 geleitet wird, sowie zu Datensignalen,
die zu dem Steuerblock 507 geleitet werden. Block 508,
der mit den Eingangsverbindungen 116 und 117 in
der Sendekette verbunden ist, umfasst herkömmliche Kodierungs- und sonstige
Vorgänge,
mit denen das analoge Audiosignal, das von dem Mikrofon 509 erzeugt
wird, und die Datensignale, die von dem Steuerblock 507 zugeführt werden,
in digitale I- und Q-Bitfolgen umgewandelt werden. Außerdem umfasst
das Mobiltelefon 500 Speicherteile 510, eine Tastatur 511,
eine Anzeige 512 und eine Leistungsquelle 513.
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Das
Mobiltelefon 500 kann als Endgerät für zwei verschiedene Zellenfunksysteme
verwendet werden, was bedeutet, dass es entweder mit einer Basisstation 514 des
GSM-Systems oder mit einer Basisstation 515 des DCS-Systems in Funkverbindung
stehen kann. Der Steuerblock 507, der üblicherweise ein Mikroprozessor
ist, ordnet die elektrisch steuerbaren Schalter, die in dem Mobiltelefon 500 enthalten
sind, in einer Anordnung an, die dem ausgewählten Funkzellensystem entspricht,
und steuert auch sonst den Betrieb des Mobiltelefons, das durch
das Programm, das in dem Speicher 510 gespeichert ist,
durch Tastaturbefehle, die der Benutzer eingibt, und durch Systembefehle,
die über
die Basisstationen übertragen
werden, gesteuert wird. Die Basisstationen 514 und 515 können die
Informationen der Mobilstation über
die zu einem festgelegten Zeitpunkt verwendeten Frequenzbänder und über die
Lastsituation der verschiedenen Systeme senden. Das GSM-System oder
das DCS-System können
zum Beispiel über
die Basisstationen 514, 515 einem doppeltwirkenden
Mobiltelefon 500 einen Befehl senden, das Frequenzband
(und das System) zu wechseln, wenn die Leistungen des anderen System
in der besagten geografischen Region nicht verfügbar sind oder wenn das andere
System eine größere Datenübertragungskapazität oder sonst
ein besseres Leistungsniveau bieten kann.
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Damit
eine Basisstation des Zellenfunksystems dem Endgerät einen
Befehl zum Wechseln des Frequenzbandes übermitteln kann, muss das Zellenfunksystem
Informationen darüber
enthalten, welche anderen Frequenzbänder in derselben geografischen
Region verfügbar
sind. Die bekannten Basisstationen der Zellenfunksysteme können die
bekannten Informationen der Endgeräte, zum Beispiel über die
in den benachbarten Zellen verwendete BCCH-Frequenz (Broadcast Control
CHannel), übermitteln,
so dass die Erfindung nur erfordert, dass das Zellenfunksystem zusätzlich mit
einer Speicherausrüstung
zum Speichern der Informationen über
die anderen Frequenzbänder
ausgestattet ist. Außerdem
muss eine bestimmte Nachricht auf einer Protokollschicht in dem
System festgelegt werden, die die Basisstation senden kann und die
die doppeltwirkenden Endgeräte
als ein Befehl zum Wechseln des Frequenzbandes auslegen können.
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Für einen
Fachmann ist es offensichtlich, dass die beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung beispielhaft sind und dass sie keinesfalls die Erfindung
oder den durch die beigefügten
Ansprüche
festgelegten Schutzumfang einschränken sollen. Auch wenn die
Funktionsweise eines Mobiltelefons gemäß der Erfindung oben nur in
Verbindung mit dem GSM- und dem DCS-System beschrieben wurde, so
ist die Erfindung auch auf andere Arten von Funk-Transceivern mit
zwei Funksystemen anwendbar. Voraussetzung ist, dass die Frequenzen,
die von den verschiedenen Funksystemen verwendet werden, sich ausreichend
voneinander unterscheiden, so dass die erste Abwärtsmischfrequenz des Empfängers und
die letzte Aufwärtsmischfrequenz
des Senders bei einem Betrieb gemäß einem anderen System durch
einen einfachen Vorgang aus den Frequenzen erzeugt werden können, die
als die erste Abwärtsmischfrequenz
des Empfängers
und die letzte Aufwärtsmischfrequenz
des Senders bei dem Betrieb gemäß dem ersten
System verwendet werden. Gemäß der Erfindung
ist es nicht erforderlich, dass die beiden Frequenzbänder in
der Beschreibung ausdrücklich
Frequenzbänder
von zwei verschiedenen Datenübertragungssystemen
sind, sondern die Erfindung ist auch für die Verwendung in einem einzelnen
System (zum Beispiel UMTS-System, Universal Mobile Telecommunications
System) geeignet, in dem es mehrere Frequenzbänder für Empfang und Übertragung
gibt. Die Erfindung ist auch für
ein System geeignet, in dem Empfang und Übertragung gemäß dem TDD
(Time Division Duplex – Zeitgetrenntlageverfahren)
in demselben Frequenzband ohne Duplex-Intervall erfolgen.
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Des
Weiteren ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten
Ausführungsformen
beschränkt,
soweit die gegenseitige Anordnung der Bauteile betroffen ist. Eine
Ausführungsform
kann zum Beispiel dargestellt werden, in der die Mischer, die in
dem höheren
Frequenzband zum Erzeugen der zweiten Zwischenfrequenz aus dem empfangenen
Signal verwendet werden, in Bezug auf die Ausführungsformen aus 6a und 6b den
Platz tauschen. In diesem Fall würde
das empfangene Signal des höheren
Frequenzbandes abwärts
gemischt werden, indem zunächst
die Mischfrequenz LO2 verwendet wird und dann die Mischfrequenz
LO1 verwendet wird, so dass dieselbe zweite Zwischenfrequenz IF2
nach geeigneten Filtervorgängen
wie oben erreicht werden würde.
