NO180136B

NO180136B - Mobile radio telephone

Info

Publication number: NO180136B
Application number: NO921151A
Authority: NO
Inventors: Philip Edwin Cornforth; Robert Owen Bristow; Hilary Jane Cross
Original assignee: Orbitel Mobile Communications
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1996-11-11
Also published as: NO921151D0; NO921151L; NO180136C

Abstract

Mobil radiotelefon innbefattende en bærbar enhet (1) og en forsterkerenhet (3). En koaksial kabel (25) er anordnet for å tilveiebringe en forbindelse mellom mellomfrekvenssignalene frembrakt av forsterkerenheten og radiofrakvenssignalene frembrakt i den bærbare enheten (1).Mobile radio telephone including a portable device (1) and an amplifier unit (3). A coaxial cable (25) is provided to provide a connection between the intermediate frequency signals generated by the amplifier unit and the radio frequency signals generated in the portable unit (1).

Description

Foreliggende oppfinnelse angår mobilradiotelefoner. Foreliggende oppfinnelse har spesielt, selv om ikke utelukkende, relevans til mobilradiotelefoner for bruk innenfor "Pan-europeisk" celleradionettverk, vanligvis henvist til som "Groupe Speciale Mobile" (GSM) system. The present invention relates to mobile radio telephones. The present invention has particular, although not exclusive, relevance to mobile radio telephones for use within the "Pan-European" cellular radio network, commonly referred to as the "Groupe Speciale Mobile" (GSM) system.

Mobile radiotelefoner må tilfredsstille konf1iktkravene med hensyn til kompakt størrelse, lang batterilevetid og høy sendeeffekt. For å tilfredsstille GSM-spesifikasjonene må dessuten mobilradiotelefonene passe i et antall bestemte klasser. Disse klassene forbinder sendeeffektmuligheten med dynamisk områdeytelse til mottakeren og således vil enhver økning i effekten for sending endre spesifikasjonen til mottakerens ytelse. Mobile radio telephones must satisfy the conflict requirements with regard to compact size, long battery life and high transmission power. In order to satisfy the GSM specifications, the mobile radio telephones must also fit into a certain number of classes. These classes relate the transmit power capability to the dynamic range performance of the receiver and thus any increase in transmit power will change the specification of the receiver's performance.

Fremstillere av mobile radiotelefoner for bruk innenfor GSM-systemet kan fremstille en rekke produkter som tilfredsstil-ler kravene til mobile radiotelefoner for bruk ved GSM-systemet. Ved de forskjellige typene kan det ene ekstreme være telefoner som har form av håndbærbare enheter som er konstruert for å være så små og lette som mulig, idet dette nødvendigvis er på bekostning av sendeeffekten og mottakerytelsen. Det andre ekstreme kan være telefoner som er montert i en bil hvor telefonen bruker bilbatteriet eller et stort uavhengig NICd-batteri for å gi høy sendeeffekt, idet dette resulterer i en stor enhet som er mindre bærbar. For å oppnå fordelene til disse to ekstremene kan en håndbærbar enhet være forbundet med en enhet kalt en effektforsterker, som er montert f.eks. i en bil. Manufacturers of mobile radio telephones for use within the GSM system can manufacture a number of products that satisfy the requirements for mobile radio telephones for use with the GSM system. Among the different types, the one extreme can be telephones that are in the form of hand-held units that are designed to be as small and light as possible, this being necessarily at the expense of the transmitting power and the receiving performance. The other extreme could be phones mounted in a car where the phone uses the car battery or a large independent NICd battery to provide high transmit power, resulting in a large unit that is less portable. To achieve the benefits of these two extremes, a handheld device can be connected to a device called a power amplifier, which is mounted e.g. in a car.

Dette muliggjør at den håndbærbare enheten har ytelsen til en telefon montert i en bil når den håndbærbare enheten er forbundet med forsterkerenheten. Det er imidlertid nødvendig å vite effekten til forsterkerenheten på mottakeren i den bærbare enheten for således å kunne måle nøyaktig størrelsen på det mottatte signalet. Ved kjente mobile radiotelefoner, f.eks. som vist i europeisk patentpublikasjon nr. 0 338 834, blir signalene rutet mellom sender/mottaker i den håndbærbare enheten og effektforsterkeren ved den endelige signalfrekven-sen. Den største ukjente ved forutsigelse av effekten til forsterkerenheten på mottakeren i den håndbærbare enheten er således lengden og følgelig tapet frembrakt i kabelen som forbinder den håndbærbare enheten og forsterkeren, gjennom hvilket radiofrekvenssignalene ved bærefrekvensen sendes. This enables the handheld unit to have the performance of a telephone mounted in a car when the handheld unit is connected to the amplifier unit. However, it is necessary to know the effect of the amplifier unit on the receiver in the portable unit in order to be able to accurately measure the size of the received signal. In the case of known mobile radio telephones, e.g. as shown in European Patent Publication No. 0 338 834, the signals are routed between the transmitter/receiver in the hand-held unit and the power amplifier at the final signal frequency. Thus, the greatest unknown in predicting the effect of the amplifier unit on the receiver in the hand-held unit is the length and consequently the loss introduced in the cable connecting the hand-held unit and the amplifier, through which the radio frequency signals at the carrier frequency are transmitted.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe mobile radiotelefoner innbefattende en mobil enhet og en forsterkerenhet, hvor ovenfornevnte ulemper minimaliseres. An object of the present invention is to provide mobile radio telephones including a mobile unit and an amplifier unit, where the above-mentioned disadvantages are minimized.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en mobil radiotelefon innbefattende en bærbar enhet og en forsterkerenhet, idet den bærbare enheten og forsterkerenheten hver er innrettet for å motta og sende signaler, innretning for å frembringe mellomfrekvenssignaler i den bærbare enheten fra signalet mottatt av den bærbare enheten, hvor telefonen er kjennetegnet ved at den innbefatter en innretning for å frembringe mellomfrekvenssignaler i forsterkerenheten fra signaler mottatt av forsterkerenheten og en innretning for å muliggjøre den bærbare enheten til å motta mellomfrekvenssignalene frembrakt av forsterkerenheten. According to the present invention, there is provided a mobile radio telephone including a portable unit and an amplifier unit, the portable unit and the amplifier unit each being arranged to receive and transmit signals, means for generating intermediate frequency signals in the portable unit from the signal received by the portable unit, wherein the telephone is characterized in that it includes a device for producing intermediate frequency signals in the amplifier unit from signals received by the amplifier unit and a device for enabling the portable unit to receive the intermediate frequency signals produced by the amplifier unit.

Ved en mobil radiotelefon i samsvar med foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebrakt at signaler blir sendt mellom forsterkerenheten og den bærbare enheten ved mellomfrekvenser som fører til minimalt tap i kabelen som forbinder de to enhetene. With a mobile radio telephone in accordance with the present invention, it is thus provided that signals are sent between the amplifier unit and the portable unit at intermediate frequencies which lead to minimal loss in the cable connecting the two units.

Den bærbare enheten innbefatter fortrinnsvis innretning for å frembringe signaler som kan bli anvendt av forsterkerenheten for å frembringe mellomfrekvenssignaler. The portable unit preferably includes means for generating signals which can be used by the amplifier unit to generate intermediate frequency signals.

Den mobile radiotelefonen innbefatter fortrinnsvis en mellomfrekvenssignalbehandlingsinnretning og en omkoblingsinnretning som tillater mellomfrekvenssignalbehandlingsinn-retningen å behandle mellomfrekvenser utledet fra signalet mottatt fra enten den bærbare enheten eller forsterkerenheten. Ved en mobil radiotelefon i samsvar med oppfinnelsen er det således minimalisert dublisering av kretsen i forsterkerenheten og den bærbare enheten som fører til at størrelsen kan reduseres og kostnader spares for telefonen. The mobile radiotelephone preferably includes an intermediate frequency signal processing device and a switching device which allows the intermediate frequency signal processing device to process intermediate frequencies derived from the signal received from either the portable unit or the amplifier unit. In the case of a mobile radio telephone in accordance with the invention, there is thus minimized duplication of the circuit in the amplifier unit and the portable unit, which means that the size can be reduced and costs are saved for the telephone.

En utførelsesform av en mobil radiotelefon i samsvar med foreliggende oppfinnelse skal nå bli beskrevet ved hjelp av et eksempel med henvisning til medfølgende tegning som viser et blokkdiagram av telefonen. An embodiment of a mobile radio telephone in accordance with the present invention will now be described by means of an example with reference to the accompanying drawing showing a block diagram of the telephone.

Den mobile radiotelefonen som skal bli beskrevet er ment for bruk ved GSM-systemet. Telefonen innbefatter en bærbar enhet med henvisningstallet 1 og en forsterkerenhet 3 anordnet f.eks. i en bil (ikke vist). Den bærbare enheten 1 er konstruert for å kunne opereres uavhengig, men inneholder komponenter som er i sin helhet av lavere ytelsesevne enn de i forsterkerenheten 3. The mobile radio telephone to be described is intended for use with the GSM system. The telephone includes a portable unit with the reference number 1 and an amplifier unit 3 arranged e.g. in a car (not shown). The portable unit 1 is designed to be operated independently, but contains components that are overall of lower performance than those in the amplifier unit 3.

Både den bærbare enheten 1 og forsterkerenheten 3 har respektive antenner 5,7. Mottakerenheten 1 og forsterkerenheten 3 har også respektive kombineringsinnretninger 9, 11 som reagerer på signaler mottatt av respektive antenner 5,7 og konstruert for å tillate bruk av en enkel antenne 5 eller 7 for både å sende og motta signaler. Kombineringsinnretningen 9 eller 11 er utført på en måte som vil være kjent for en fagmann innenfor mobilradiotelefoner med f.eks. en kombinasjon av filtere eller svitsjeelementer. Both the portable unit 1 and the amplifier unit 3 have respective antennas 5,7. The receiver unit 1 and the amplifier unit 3 also have respective combining devices 9, 11 which respond to signals received by respective antennas 5,7 and designed to allow the use of a single antenna 5 or 7 to both transmit and receive signals. The combination device 9 or 11 is designed in a way that will be known to a person skilled in mobile radio telephones with e.g. a combination of filters or switching elements.

Utgangene fra kombineringsinnretningen 9 og 11 er forbundet med respektive blandere 13 eller 15, et filter (ikke vist) er anordnet i respektive signalbaner mellom kombineringsinnretningen 9 eller 11 og blanderen 13 eller 15, om nødvendig. Blanderen 13 anordnet i den hånd-holdte enheten 1 er valgt for å tilfredsstille kravene til laveffektforbruk, kostnad og størrelse. Blanderen 15 som er anordnet i forsterkerenheten 3 er på den andre siden en høykvalitets-blander som gir de høye ytelsene spesifisert ved GSM-spesif ikasj onene når det anvendes en høyeffektsender. The outputs from the combiner 9 and 11 are connected to respective mixers 13 or 15, a filter (not shown) is arranged in respective signal paths between the combiner 9 or 11 and the mixer 13 or 15, if necessary. The mixer 13 arranged in the hand-held unit 1 has been chosen to satisfy the requirements for low power consumption, cost and size. The mixer 15 which is arranged in the amplifier unit 3 is, on the other hand, a high-quality mixer which provides the high performances specified by the GSM specifications when a high-power transmitter is used.

I den hånd-holdte bærbare enheten 1 er en inngang til blanderen 13 forbundet med en signalgenereringsinnretning 17 med en lokaloscillator og en radiofrekvens (RF) bærebølge-signalgenereringsinnretning. Utgangen til blanderen 13 er forbundet via en omkoblingsbryter 19 med mellomfrekvens-(MF) behandlingskretsen indikert som enheten 21, idet denne kretsen har kanalselektivitet og demoduleringsfunksjoner og representerer resten av mottakersignalbanen som er virksom for å utføre alle ytterligere behandlinger av signaler mottatt av antennene 5, 7. En tredje terminal til bryteren 19 er forbundet med en reaktiv kombineringsinnretning 23 som innbefatter et enkelt induktivt og kapasitivt nettverk, idet den reaktive kombineringsinnretningen 23 er forbundet via en koaksial kabel 25 med korresponderende reaktiv kombineringsinnretning 27 i forsterkerenheten 13, idet kombineringsinnretningen 27 er forbundet over to terminaler med blanderen 15 . In the handheld portable unit 1, an input to the mixer 13 is connected to a signal generating device 17 with a local oscillator and a radio frequency (RF) carrier wave signal generating device. The output of the mixer 13 is connected via a changeover switch 19 to the intermediate frequency (MF) processing circuit indicated as unit 21, this circuit having channel selectivity and demodulation functions and representing the rest of the receiver signal path which is operative to perform all further processing of signals received by the antennas 5, 7. A third terminal of the switch 19 is connected to a reactive combining device 23 which includes a single inductive and capacitive network, the reactive combining device 23 being connected via a coaxial cable 25 to the corresponding reactive combining device 27 in the amplifier unit 13, the combining device 27 being connected over two terminals with the mixer 15 .

Koaksialkabelen 25 er også virksom for å muliggjøre at signalene generert av lokaloscillatoren i signalgenereringsinnretningen 17 kan bli sendt til forsterkerenheten 3. Dette gjør det mulig for forsterkerenheten 3 å generere dens eget MF-signal fra RF-signalene mottatt av antennen 7. The coaxial cable 25 also functions to enable the signals generated by the local oscillator in the signal generating device 17 to be sent to the amplifier unit 3. This enables the amplifier unit 3 to generate its own MF signal from the RF signals received by the antenna 7.

De to enhetene 1,3 har respektive effektforsterkere 29, 31. Effektforsterkerne 29 i den håndbærbare enheten 1 er konstruert for å generere typisk 3 watts bærebølgesignal-effekt i pulser som er spesifisert ved GSM-spesifikasjonen, idet pulsgenereringen styres i den håndbårne enheten. Effektforsterkeren 31 i forsterkerenheten 3 er en høyeffekt-forsterker med en variabel effektstyring, idet forsterkeren 31 kan generere typisk 12 watts bærebølgesignaleffekt i pulser som spesifisert ved GSM-spesifikasjonen, idet genereringen av disse pulsene og effektnivået til effektforsterkeren 31 styres i den håndbærbare enheten 1 ved hjelp av en konvensjonell datalink. Forsterkeren 31 innbefatter båndpass og harmoniske filtere (ikke vist) for å kunne fjerne falske signaler. The two units 1,3 have respective power amplifiers 29, 31. The power amplifiers 29 in the hand-held unit 1 are designed to generate typically 3 watts of carrier wave signal power in pulses specified by the GSM specification, the pulse generation being controlled in the hand-held unit. The power amplifier 31 in the amplifier unit 3 is a high-power amplifier with a variable power control, since the amplifier 31 can generate typically 12 watts of carrier signal power in pulses as specified by the GSM specification, since the generation of these pulses and the power level of the power amplifier 31 is controlled in the hand-held unit 1 by using a conventional data link. The amplifier 31 includes bandpass and harmonic filters (not shown) in order to remove spurious signals.

Ved bruk av telefonen frembringer således blanderne 13, 15 respektive MF-signaler fra RF-signaler mottatt av antennene 5,7. Enheten 1 behandler enten sine egne MF-signaler eller MF-signaler generert av forsterkerenheten 3 avhengig av posisjonen til bryteren 19, idet signalene kommuniseres ved hjelp av kabelen 25. Da det ved GSM-systemet ikke er nødvendig med samtidig sending og mottakelse kan signalgenereringsinnretningen 17 bli anvendt for å generere både et RF-signal for bruk som sendt bærebølgesignal når antennene 5, 7 skal bli anvendt i transmisjonsmodus og en lokaloscillator når antennene 5, 7 skal bli anvendt i en mottakermodus. When using the telephone, the mixers 13, 15 thus produce respective MF signals from RF signals received by the antennas 5,7. The unit 1 processes either its own MF signals or MF signals generated by the amplifier unit 3 depending on the position of the switch 19, the signals being communicated by means of the cable 25. As simultaneous transmission and reception are not necessary in the GSM system, the signal generation device 17 be used to generate both an RF signal for use as a transmitted carrier wave signal when the antennas 5, 7 are to be used in transmission mode and a local oscillator when the antennas 5, 7 are to be used in a receiver mode.

Effektstyresystemet for effektforsterkeren 31 i forsterkerenheten 3 er konstruert til å kunne tolerere relativt store endringer i signalnivået til RF-bærebølgesignalene frembrakt av signalgenereringsinnretningen 17. Frekvensreaksjonen og kabeltapeffektene minimaliseres når telefonen anvendes i en sendemodus. Ettersom forsterkningsprofilen til forsterkerenheten 3 vil opprettholde et relativt høyt nivå til den bærbare enheten 1 når forsterkerenheten 9 opererer i mottakermodus og MF-behandlingsinnretningen 21 i den bærbare enheten 1 inneholder all nødvendig kanalfiltrering vil støy tatt opp på kabelen 25 bli minimalisert når telefonen er The power control system for the power amplifier 31 in the amplifier unit 3 is designed to be able to tolerate relatively large changes in the signal level of the RF carrier wave signals produced by the signal generation device 17. The frequency response and cable loss effects are minimized when the telephone is used in a transmit mode. As the gain profile of the amplifier unit 3 will maintain a relatively high level to the portable unit 1 when the amplifier unit 9 operates in receiver mode and the MF processing device 21 in the portable unit 1 contains all the necessary channel filtering, noise picked up on the cable 25 will be minimized when the telephone is

i anvendt i en mottakermodus. i used in a receiver mode.

Det skal bemerkes at mellomfrekvensene frembrakt av den bærbare enheten 1 og forsterkerenheten 3 er en dekade eller mer fra RF-f rekvensen, idet RF- og MF-signalene kan bli tillagt ved å anvende kun et enkelt induktivt element og et enkelt kapasitivt element i hver kombineringsinnretning 23, 27. Kvaliteten på komponentene i kombineringsinnretningen 23, 27 er ikke kritisk, og det er ikke nødvendig å definere verdien til komponentene. Mens slike enkle induktive og kapasitive nettverk har adekvat ytelse kan ytelsen bli forbedret ved hjelp av et deltanettverk ved hvilket respektive resistive elementer er forbundet over induktoren og kondensatoren til hver av kombineringsinnretningene 23, 27. En enkel trådforbindelse kan være anvendt for å forbinde forsterkerenheten 3 og den bærbare enheten 1, idet forsterkerenheten 3 omformer ytelsen til den bærbare enheten 1 til en mobil enhet med høyere ytelse. Dette muliggjør forbedret mottakning såvel som forbedret sendeutgangseffekt og passer med GSM-kravene for en mobil telefon i både den bærbare enheten og forsterkerenheten. Den bærbare enheten kan f.eks. være konstruert for således å passe med GSM klasse 4 kravene når enheten 1 anvendes uavhengig, mens, når den er forbundet med forsterkerenheten via kabelen 25 passer den med GSM klasse 1. Dublisering av funksjonen i forsterkerenheten 3 og den bærbare enheten 1 er minimalisert og det er således tilveiebrakt kostnadsbesparelser. Det skal bemerkes at en vanlig begrensende faktor i mottakerytelsen er inngangs-blanderen anvendt for å omforme RF-bærebølgesignalet til mellomfrekvens. Anbringelse av en høykvalitetsblander i forsterkerenheten 3 forbedrer således i høy grad ytelsen til telefonen. It should be noted that the intermediate frequencies produced by the portable unit 1 and the amplifier unit 3 are a decade or more from the RF frequency, since the RF and MF signals can be added by using only a single inductive element and a single capacitive element in each combining device 23, 27. The quality of the components in the combining device 23, 27 is not critical, and it is not necessary to define the value of the components. While such simple inductive and capacitive networks have adequate performance, the performance can be improved by means of a delta network in which respective resistive elements are connected across the inductor and capacitor of each of the combining devices 23, 27. A simple wire connection can be used to connect the amplifier unit 3 and the portable unit 1, the amplifier unit 3 transforming the performance of the portable unit 1 into a mobile unit with higher performance. This enables improved reception as well as improved transmit output power and fits with the GSM requirements for a mobile phone in both the portable unit and the amplifier unit. The portable device can e.g. be designed to thus fit with GSM class 4 requirements when the unit 1 is used independently, while, when connected to the amplifier unit via the cable 25, it fits with GSM class 1. Duplication of the function in the amplifier unit 3 and the portable unit 1 is minimized and the cost savings are thus provided. It should be noted that a common limiting factor in receiver performance is the input mixer used to convert the RF carrier signal to intermediate frequency. Placement of a high-quality mixer in the amplifier unit 3 thus greatly improves the performance of the telephone.

Det skal også bemerkes at telefonen kun krever en RF-kabel 25 som forbinder forsterkerenheten med den bærbare enheten 1. Variable lengder på kabelen 25 kan tillates uten at det er nødvendig med justering av kretsene i noen av enhetene 1, 3. Når signalet utledet fra signalene mottatt av antennene 5, 7 er kommunisert mellom enhetene 1, 3 ved mellomfrekvensene vil minimalt tap forekomme i kabelen 25. Lavsignalnivåer i kabelen 25 er dessuten anvendt, som således reduserer faren for interferens. Båndpassfiltrering ved begge endene til kabelen 25 vil redusere interferensopptak. Koaksialkabelen 25 kan også bli anvendt for 1ikestrømstransmisjon såvel som signaler ved RF og MF. Forsterkerenheten 3 kan således bli anvendt for å tilføre effekt til den bærbare enheten 1, f.eks. for således å opplade batterier (ikke vist) i den bærbare enheten 1. It should also be noted that the telephone only requires an RF cable 25 connecting the amplifier unit to the portable unit 1. Variable lengths of the cable 25 may be permitted without requiring adjustment of the circuitry in either unit 1, 3. When the signal derived from the signals received by the antennas 5, 7 are communicated between the units 1, 3 at the intermediate frequencies minimal loss will occur in the cable 25. Low signal levels in the cable 25 are also used, which thus reduces the risk of interference. Bandpass filtering at both ends of the cable 25 will reduce interference pickup. The coaxial cable 25 can also be used for direct current transmission as well as signals at RF and MF. The amplifier unit 3 can thus be used to add power to the portable unit 1, e.g. to thus charge batteries (not shown) in the portable unit 1.

Det skal bemerkes at mens RF-bærebølge og lokaloscillator-signalgenereringsinnretninger er vist i den bærbare enheten 1 kan disse alternativt eller ytterligere være anbrakt i forsterkerenheten 3. It should be noted that while RF carrier and local oscillator signal generation devices are shown in the portable unit 1 these may alternatively or additionally be housed in the amplifier unit 3.

Claims

1. Mobile radio telephone including a portable unit (1) and an amplifier unit (3), the portable unit (1) and the amplifier unit (3) being arranged for receiving and transmitting signals, a device (17) for generating intermediate frequency signals in the portable unit (1) from signals received by the portable unit, characterized by means (15, 17) for producing intermediate frequency signals in the amplifier unit (3) from signals received by the amplifier unit (3), and a means (25) for enabling the portable unit ( 1) to receive the intermediate frequency signals produced by the amplifier unit (3).

2. Mobile radio telephone according to claim 1, characterized in that the portable unit includes a device for generating the signals that are used by the amplifier unit (3) to generate intermediate frequency signals.

3. Mobile radio telephone according to any one of the preceding claims, characterized in that the portable unit (1) and the amplifier unit (3) include reactive combining devices (23, 27) operative to receive signals from the respective second unit (1 or 3).

4. Mobile radio telephone according to claim 3, characterized in that each reactive combination device (23;

27) consists of a single capacitive and a single inductive element.

5 . Mobile radio telephone according to any one of the preceding claims, characterized by an intermediate frequency signal processing device (21) and a switching device (19) arranged to allow the intermediate frequency signal processing device (21) to process the intermediate frequencies derived from the signals received by either the portable device (1) or the amplifier unit (3).

6. Mobile radio telephone according to any one of the preceding claims, characterized in that the amplifier unit (3) contains a power amplifier (31) to produce signals for transmission by the amplifier unit (3), the power level of the power amplifier (31) can be controlled by means of signals generated by the portable device (1).

7. Mobile radio telephone according to any one of the preceding claims, characterized in that the device (25) which enables the portable unit (1) to receive the intermediate frequency signal produced by the amplifier unit (3) can also effect the transmission of direct current power from the amplifier unit to the portable unit ( 1).

8. Mobile radio telephone according to any one of the preceding claims, characterized in that the devices (15, 17) for producing the intermediate frequency signals in the amplifier unit (3) include a mixer (15) with higher specifications than the mixer (13) in the portable unit (1) ).