WO2003061148A1 - Verbindung der sende- und empfangseinrichtungen von multiband-/multimode-funkgeräten mit einer oder mehreren antennen - Google Patents

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WO2003061148A1
WO2003061148A1 PCT/DE2002/004643 DE0204643W WO03061148A1 WO 2003061148 A1 WO2003061148 A1 WO 2003061148A1 DE 0204643 W DE0204643 W DE 0204643W WO 03061148 A1 WO03061148 A1 WO 03061148A1
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switch
frequency bands
data signals
filter
umts
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PCT/DE2002/004643
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Christian Bildl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/50—Circuits using different frequencies for the two directions of communication
    • H04B1/52—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/403—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency
    • H04B1/406—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency with more than one transmission mode, e.g. analog and digital modes

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for transmitting data signals in a plurality of frequency bands with an amplification device for amplifying the data signals and a filter device with at least one filter unit assigned to the frequency bands for filtering the amplified data signals in accordance with the respective frequency band.
  • the present invention relates to the connection of the transmitting devices of multi-mode or multiband radio devices to the receiving devices and to one or more antennas.
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • GSM900 TX: 880 ... 915 MHz; RX: 925 ... 960 MHz; FDMA and TDMA; TDD and FDD; GMSK modulation, i.e. constant envelope; hereinafter referred to as "GSM"
  • UMTS QPSK modulation with RRC baseband filtering, ie AM component; hereinafter referred to as "UMTS" as well as optionally
  • TX / RX 1900 ... 1980 MHz; FDMA and CDMA; TDD; QPSK modulation with RRC baseband filtering, ie AM component).
  • the GSM receiving device should also be able to be operated simultaneously in order to be able to carry out neighboring cell monitoring in the GSM network during a UMTS transmission, without the so-called "compressed mode" (brief calculation of UMTS transmission with a corresponding increase the data rate in the remaining time).
  • Parallel operation of UMTS and DCS receiving device is not provided here because of the frequency bands that are close together and the associated high filtering effort. No parallel operation is required during a GSM or DCS transmission since the transmitter and receiver device are active at different times due to TDD operation and because time slots are available for neighboring cell monitoring due to TDMA operation.
  • the mobile phone preferably has only one antenna.
  • Fig. 1 shows a previously common arrangement for a mobile phone, which includes GSM, DCS and UMTS, with a separate power amplifier or a separate train of a multi-pass power amplifier 1, 2, 4 is used for each frequency band (the remaining part of the transmitting devices is here not shown) .
  • a separate power amplifier or a separate train of a multi-pass power amplifier 1, 2, 4 is used for each frequency band (the remaining part of the transmitting devices is here not shown) .
  • At the output of each power amplifier there can be one element for power decoupling 21, 22, 24, e.g. B. are a directional coupler, and in the UMTS path additionally an isolator 34 to suppress the return wave generated by mismatching the antenna.
  • an isolator may also be required in the GSM and DCS TX path. The actual performance detection takes place e.g. B.
  • a low-pass filter 41, 42 for suppressing the harmonics generated by the power amplifier follows in the GSM and DCS path, while in the UMTS path the transmission filter 44 of the duplexer 44/54, which together with the isolator 34 also performs the function of suppressing harmonics, follows.
  • the actual function of the duplexer, which consists of two bandpass filters 44, 54, is, however, the separation of the UMTS transmission and reception band, since it is not possible to switch between the transmission and reception device because of the full duplex operation.
  • the reception filter 54 of the duplexer is located in front of the UMTS-LNA 14 (LNA: low noise amplifier) as the first stage of the UMTS reception device.
  • the duplexer must have very high insulation sen, namely in the TX band so that the rest of the transmission signal does not overload the LNA, and in the RX band so that the rest of the noise generated by the transmission device does not increase the system noise figure of the receiving device. Further selection requirements arise in the send filter from the possible necessary suppression of interference signals generated in the transmitter such. B. of harmonics, image frequencies or noise in certain frequency ranges and in the reception filter by the necessary suppression of interference signals received on the antenna.
  • a bandpass filter 51, 52 for interference signal suppression (the remaining part of the receiving devices is not shown here).
  • GSM transmitters and receivers are connected (via the filters described above) to an SPDT switch 66.
  • the DCS transmission and reception device and the antenna port of the UMTS duplexer 54/54 are connected to an SP3T switch 67.
  • SPDT and SP3T switches are in turn connected to the low-pass filter 76 and high-pass filter 77 of the diplexer 76/77 located directly on the antenna 89.
  • the diplexer separates the GSM band from the other bands, ie the low-pass filter must be from 880 ... 960 MHz (hereinafter referred to as "lower frequency range”) and the high-pass filter from 1710 ... 2110 MHz (hereinafter "upper frequency range" be permeable.
  • the switch positions depend on the currently active bands, with a maximum of one path in the lower and one path in the upper frequency range being able to be switched through simultaneously (e.g. GSM RX and UMTS; UMTS TX and RX form a common path because of the duplexer).
  • the insertion loss between the power amplifier and the antenna should be as low as possible so that the output power of the power amplifier is as low as possible for a given transmission power. Lower power consumption increases the operating time of the device and reduces the power loss and the associated heating.
  • the insertion loss between the antenna and the LNAs should be low so that the system noise figure of the receiving devices is low and thus their sensitivity is high.
  • the harmonic filters and the diplexer are usually implemented as LC filters with discrete or printed coils and capacitors.
  • the reception filters and the duplexer are i. a. around microwave ceramic or acoustic surface wave filters, whereby the high demands on the duplexer with regard to insulation, insertion loss and performance compatibility can usually only be met today with microwave ceramic.
  • the RF switches can e.g. B. with pin diodes or as a GaAs switch.
  • the isolator is i. a. a ferrite circulator in which one of the three connections is terminated with 50 ohms.
  • the directional coupler can be implemented with line structures. If an isolator is present in the transmission path in question (here: UMTS), capacitive or resistive coupling out can also take place instead of a directional coupler, since then there is no return wave and therefore no directional effect is required.
  • an SP4T switch can be used instead of the SP3T switch 67, the fourth path being used for PCS RX. No further path is necessary for PCS TX, as it is usually for DCS and PCS a common power amplifier 2 is used due to the small frequency differences.
  • UMTS TDD is also to be implemented, the most obvious solution is also an additional path for UMTS TDD RX, while UMTS FDD power amplifier 4 can also be used for UMTS TDD TX. That is, here too, an SP4T switch is required instead of the SP3T switch 67. In the event that both PCS and UMTS TDD are implemented in addition to the other bands, an SP5T switch is required instead of the SP3T switch 67.
  • the object of the present invention is to simplify the power amplification in a radio device in order to save costs and circuit area.
  • this object is achieved by a device for transmitting data signals in a plurality of frequency bands with an amplification device for amplifying the data signals and a filter device with at least one filter unit assigned to the frequency bands for filtering the amplified data signals corresponding to the respective frequency band for the purpose of suppressing interference, in the amplification device
  • Data signals from at least two of the plurality of frequency bands can be amplified together and the filter device is designed to pass at least two of the plurality of frequency bands.
  • the present object is also achieved by a method for transmitting data signals in a plurality of frequency bands by amplifying the data signals and filtering the amplified data signals as a function of the respective frequency band for the purpose of suppressing interference, data signals from at least two of the multiple frequency bands being amplified together and passed through during filtering.
  • At least one power amplifier or at least one train of a multi-pass power amplifier can be saved by the present invention. If a train of a power amplifier is used for several frequency bands, this requires either a broadband matching circuit or a switchable narrowband matching circuit. B. can be done with pin diodes. If a train of a power amplifier is used for systems with different modulation methods, with at least one but not all of them containing an AM component (e.g. UMTS and DCS), the operating point must be set by suitable measures so that in one case the linearity and in the other case the efficiency is sufficiently good.
  • an AM component e.g. UMTS and DCS
  • the saving of at least one power amplifier or at least one train of a multi-pass power amplifier in the transmission devices for the different frequency bands or systems helps to save costs and space. Under certain circumstances, additional components can be saved. All of this enables cheaper and smaller devices.
  • the insertion loss between the power amplifier (s) and the antenna can optionally be reduced in order to be able to reduce the output power of the power amplifier for a given transmission power. Lower power consumption increases the operating time of the device and reduces the power loss and the associated heating.
  • the invention enables in radio devices (e.g. cell phones) operating in at least two frequency bands or systems can send and receive ("multiband” or “multimode” devices), the connection of the transmitting devices and the receiving devices with one or more antennas, at least one antenna being used for several frequency bands.
  • bandpass filtering is carried out in the reception paths (ie between the antenna and reception devices) to suppress interference signals received at the antenna and in the transmission paths (ie between transmission devices and antenna) power detection for power measurement or power control and filtering of Interference signals generated in the transmitter, such as. B. harmonics, image frequencies or noise in certain frequency ranges.
  • the returning wave that occurs on the antenna in the event of a mismatch is also suppressed in the transmission paths.
  • the power amplifier always "sees" almost the same impedance at the output, although mismatching occurs on the antenna due to reflections (e.g. device on a metal plate).
  • a constant load impedance may be necessary to ensure the stability of the power amplifier or to avoid a sharp increase in power consumption in the event of a mismatch. In particular, however, this may be necessary in systems whose modulation methods generate an AM component in the transmission signal.
  • QPSK with RRC baseband filtering is e.g. B. is used in CDMA systems (z. B. UMTS).
  • the power amplifier must be linear so that the AM component is retained and no excessive power caused by intermodulation is generated in the adjacent channel.
  • the linearity and thus the generated adjacent channel power depends on the load impedance of the power amplifier, i.e. in order to prevent excessive adjacent channel power even if the antenna is mismatched, either the returning wave must be suppressed or the power amplifier must be so linear that it also the worst case mismatch is linear enough. It should be noted, however, that the more linear it is, the more current a power amplifier consumes.
  • a modulation method with a constant envelope curve ie without an AM component, allows the use of power amplifiers which are operated in compression, since linearity is not required here.
  • An example of this is GMSK as it is e.g. B. is used in GSM.
  • UMTS FDD also called WCDMA or wideband CDMA
  • UMTS TDD and GSM the latter being both a TDD and an FDD system, since the transmitter and receiver are active at different times on different frequencies.
  • a parallel operation of different systems may be necessary, e.g. B. parallel to operation in one system (eg UMTS FDD) to be able to carry out neighboring cell monitoring in another system (eg GSM) in order to enable inter-system handover.
  • the invention is preferably used in a multiband / multimode mobile telephone (see above) which can transmit and receive in at least three frequency bands in at least two systems, the frequency bands in each case in a transmission band and a reception band with an interposed duplex spacing can be divided and the individual frequency bands can overlap.
  • the frequency bands are divided into two frequency ranges, the frequency bands being relatively close to each other within a frequency range, while the two frequency ranges are relatively far apart.
  • at least one system is also involved, the modulation method of which generates an AM component in the transmitted signal.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a circuit arrangement of a mobile phone according to the prior art.
  • FIG. 2 is a circuit diagram according to a first embodiment of the present invention
  • FIGS. 7 to 9 implementations of block 99 in FIG. 6;
  • Fig. 10 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of a third embodiment of the present invention.
  • the common output signal of the power amplifier 7 with an SPDT switch 107 is divided into a DCS TX and a UMTS TX path, whereby it is possible that otherwise the same structure as in FIG. 1 is used.
  • this has the disadvantage that the insertion loss increases by that of the switch.
  • a common power amplifier 8 for GSM and DCS can also be used, the common output signal of the power amplifier 8 being split into a GSM TX and a DCS TX path with an SPDT switch 108 according to FIG. 3.
  • this has the advantage that the power amplifier used for two frequency bands can be operated in compression for both GSM and DCS, but the disadvantage that the GSM and DCS bands are much further apart than the DCS band. and UMTS band.
  • a diplexer can also be used instead of the SPDT switch 108, this possibility being discussed in more detail below in connection with another embodiment of the invention (see FIG. 12).
  • a common power amplifier 9 can also be used for GSM, DCS and UMTS.
  • two antennas can also be used, one for the lower frequency range at the output of the SPDT switch 66 and one for the upper frequency range at the output of the SP3T switch 67. This eliminates the diplexer 76/77 and both antennas can be narrow-band.
  • an SP5T switch 69 according to FIG. 5 can also be used instead of the SPDT switch 66, the SP3T switch 67 and the diplexer 76/77. 5 also shows a possibility, as is general (that is to say, for example, also with a structure according to FIG. 2) between an internal one Antenna 89 and an external antenna 89 'can be switched with an SPDT switch 129. This can be either an electronic or a mechanical switch, the latter having the advantage that no additional effort is required to detect the presence of an external antenna.
  • an SP4T switch can be used instead of the SP5T switch 69, with one path being used in common for GSM RX and UMTS.
  • the UMTS duplexer 44/54 and the GSM RX filer 51 are brought together on a common path either via a diplexer or by means of an impedance-neutral connection (“triplexer”) according to FIG. 6. This has the advantage over FIG.
  • the UMTS duplexer 44/54 can be connected with the DCS RX filter 52 in an impedance-neutral manner, which, however, places high demands on the UMTS TX band due to the small frequency separation of the DCS RX band the filters. Because in parallel operation, sufficient isolation from UMTS TX to DCS RX in the two affected bands must be ensured, comparable to the requirements for the UMTS duplexer (see above). In this case, FIG. 2 would instead of the SP3T switch 67 an SPDT switch is sufficient because one path would be used in common for DCS RX and UMTS.
  • a separate antenna can also be used especially for UMTS RX.
  • a duplexer 44/54 is no longer required in FIGS. 1 to 6, since both individual filters are assigned to different antennas. This has the advantage that interference which the UMTS transmission signal generates together with interference signals received at the antenna due to non-linearities in the switch 67, 69, 69 'are avoided. Because of the radio field attenuation between the two antennas, the isolation requirements for the two individual filters 44, 54 are also reduced. The same applies analogously to the other embodiments of the invention.
  • the distribution of the DCS / UMTS TX path into two separate paths with an SPDT switch 107 can instead of after the i. a. multistage power amplifier 5 as in FIG. 2 also take place before the last stage of the power amplifier according to FIG. 6 (a similar thing is of course also possible instead of FIGS. 3 and 4). At least one stage 7 'is used together for DCS and UMTS, while a separate last stage 2', 4 'is used in each case. Before the last stage, the signal is divided with the SPDT switch 107. This has the advantage over FIG. 2 that the insertion loss between the last stage and the antenna can be reduced, but the disadvantage that less space and cost savings compared to two completely separate power amplifiers 1 is possible.
  • the part of the transmission devices in front of the power amplifiers does not have exactly the outputs that the power amplifiers would require. So it can e.g. for example, it may be necessary for the DCS TX output and the UMTS TX output to be brought together with an SPDT switch 95 according to FIG. 5 on the common power amplifier input. If only one power amplifier according to FIG. 4 were used In the case of three separate outputs for GSM TX, DCS TX and UMTS TX an SP3T switch is required. However, it may also be the case that a GSM / DCS TX output and a UMTS TX output according to FIG. 6 have to be switched to a GSM and a DCS / UMTS power amplifier input.
  • FIG. 7 through 9 show three embodiments for block 99 in FIG. 6.
  • the common GSM / DCS TX signal is first divided into two signals using an SPDT switch 98.
  • the DCS TX signal and the UMTS TX signal are in turn combined with a further SPDT switch 95 to form a common DCS / UMTS TX signal.
  • the first SPDT switch 98 is replaced by a diplexer 91/92, consisting of a low pass 91 for GSM and a high pass 92 for DCS. This is easily possible due to the large frequency separation of the GSM band from the DCS band.
  • the two SPDT switches 98, 95 from FIG. 7 are combined to form a DPDT switch 99 ', the path between the UMTS TX output and the GSM power amplifier input not being required.
  • FIG. 5 shows one possibility of how a common power detector for GSM, DCS and UMTS can be used when using two power amplifiers.
  • a directional coupler 29 ' is used, the decoupling path of which is coupled to both power amplifiers.
  • the common output signal of the DCS / UMTS power amplifier 7 is passed through the isolator 37 and the TX filter 47 of the duplexer 47/54 in a second embodiment of this invention according to FIG. 10.
  • an SPDT switch 67 is sufficient here.
  • the isolator and the TX filter of the duplexer must each be sufficiently broadband (1710 ... 1980 MHz). With the isolator this generally means a somewhat higher insertion loss at the edges of the frequency range.
  • the TX filter of the duplexer against can be implemented as a band rejection filter (rejection in the UMTS RX band), possibly with an additional low-pass effect for 0-wave filtering.
  • this embodiment requires the signal to be divided into a GSM and a DCS / UMTS path. This can be done either with an SPDT switch 109 'according to FIG. 11 or, owing to the large frequency spacing, with a diplexer 101/107' according to FIG. 12.
  • the diplexer consists of a low pass 101 for GSM and a high pass 107 'for DCS / UMTS.
  • the GSM TX harmonic filter 41 may no longer be required if the low-pass filters 101, 76 of the two diplexers have sufficient harmonic suppression.
  • a circulator 137 according to FIG. 13 is used, which on the one hand effects the separation of transmit and receive paths and on the other hand is to take over the function of the isolator 37 used in FIG. 10.
  • the DCS RX filter and the UMTS RX filter are connected to a duplexer in an impedance-neutral manner. Because of the isolation of the circulator, the demands on the UMTS TX filter 47 and on the UMTS RX filter 54, which are no longer interconnected to form a duplexer, are reduced.
  • the isolator effect is very limited. For this reason, the performance compatibility of the reception filter 53, 54 must be large enough, which, for. B. can be a problem with surface acoustic wave filters in contrast to microwave ceramic filters.
  • the PCS receive filter 53 can then be connected to a 50 ohm resistor via an SPDT switch 113 instead of to the PCS LNA 13 (provided that this is a 50 ohm resistor) in accordance with FIG. System acts). Since the PCS receive filter 13 is permeable in the UMTS TX band, the returning wave is absorbed in the 50 ohm resistor when the antenna is mismatched and does not return to the power amplifier 7. The PCS receive filter 13 must still be transparent in the 1920 ...
  • the RX filter 53 is transparent in the frequency range 1805 ... 1990 MHz and the LNA 13 is sufficiently broadband and large signal stable, it can also be used to implement DCS. In general, further filtering according to LNA 13 is required, either with two separate filters for DCS and PCS, one beforehand Signal distribution z. B. must be done with an SPDT switch, or with a switchable filter, the switching of the center frequency z. B. can be done with a capacitance diode.
  • an SPST switch 113 ' can also be used instead of the SPDT switch 113, which is open in the (DCS) / PCS reception case.
  • the switch is closed in the case of UMTS transmission.
  • the length of the line 117 '' is chosen so that the i. a. reflective impedance of the switched off (DCS) / PCS-LNAs transformed into an idle.
  • a possibly only partially reflective impedance can be compensated for by using a resistor that is somewhat larger than 50 ohms, so that the total impedance is 50 ohms.
  • the input impedance of the switched-on (DCS) / PCS-LNA could also be used, which may make it possible to dispense with additional circuits in front of the LNA.
  • DCS switched-on
  • PCS-LNA PCS-LNA
  • the additional third path can be terminated with a 50 ohm resistor which is always switched through during the DCS or PCS TX time slots.
  • the circulator 137 also acts as an isolator for DCS and PCS TX. gate, which may be necessary for EDGE due to the linearity requirements.
  • the output signal can be split either with an SPDT switch 109 'similar to FIG. 11 or with a diplexer 101/107' similar to FIG. 12. The latter is shown in FIG. 18, the filter 107 'for the upper frequency range in the UMTS RX band having to have a high blocking attenuation since it replaces the UMTS TX filter 47.
  • Two switches are required in the first two embodiments of the inventions. These can also be accommodated in a common component, e.g. B. on a common semiconductor chip in the case of a GaAs switch. The same applies to the third embodiment of the invention if a circulator is also used in the lower frequency range. The two circulators then required can be in a common component z. B. according to EP 0 777 290 AI.

Abstract

Mobilfunkgeräte sollen platzsparender und kostengünstiger gestaltet werden. Hierzu wird mindestens ein Leistungsverstärker bzw. mindestens ein Zug eines mehrzügigen Leistungsverstärkers eingespart. Dies ist möglich, in dem die zu sendenden Datensignale in einer Verstärkungseinrichtung (7) in mehreren Frequenzbändern gemeinsam verstärkt werden. Durch geeignete Schalter und Filter können weitere Bauelemente eingespart werden. Schliesslich wird bei einigen Varianten die Einfügedämpfung zwischen Leistungsverstärker und Antenne verringert.

Description

Beschreibung
Verbindung der Sende- und Empfangseinrichtungen von Multi- band-/Multimode-Funkgeräten mit einer oder mehreren Antennen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Senden von Datensignalen in mehreren Frequenzbändern mit einer Verstärkungseinrichtung zum Verstärken der Datensignale und einer Filtereinrichtung mit mindestens einer den Frequenzbändern zugeordneten Filtereinheit zum Filtern der verstärkten Datensignale entsprechend dem jeweiligen Frequenzband. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verbindung der Sendeeinrichtungen von Mulitmode- bzw. Multiband-Funkgeräten mit den Empfangseinrichtungen sowie mit einer oder mehreren Antennen.
Zunächst sei hier eine Begriffserklärung im Zusammenhang mit Vielfachzugriffsverfahren bei (insbesondere digitalen) Kommunikationssystemen gegeben:
- FDMA (Frequency Division Multiple Access) : Verschiedenen Nutzern werden verschiedene Frequenzen zugewiesen
- TDMA (Time Division Multiple Access) : Verschiedenen Nutzern werden verschiedene Zeitschlitze zugewiesen
- CDMA (Code Division Multiple Access) : Verschiedene Nutzern werden verschiedene Codes zugewiesen; dies ermöglicht gleichzeitiges Nutzen der gleichen Frequenz
- FDD (Frequency Division Duplex) : Senden und Empfangen erfolgt auf verschiedenen Frequenzen
- TDD (Time Division Duplex) : Senden und Empfangen erfolgt in verschiedenen Zeitschlitzen
- Vollduplex-System: Senden und Empfangen erfolgt zur gleichen Zeit
Ferner werden in diesem Dokument folgende Abkürzungen verwendet: - AM: Amplitudenmodulation
- QPSK: Quadrature Phase Shift Keying
- RRC: Root Raised Cosine
- GSM: Global System for Mobile Communication
- GMSK Gaussian Minimum Shift Keying
- EDGE Enhanced Data for GSM Evolution
- UMTS Universal Mobile Telecommunication System
Erklärt wird die Erfindung und der Stand der Technik am Beispiel eines Mobiltelefons, das die Systeme GSM und UMTS in folgenden Bändern abdeckt (TX: Sender; RX: Empfänger) :
- GSM900 (TX: 880 ... 915 MHz; RX: 925 ... 960 MHz; FDMA und TDMA; TDD und FDD; GMSK-Modulation, d. h. konstante Hüllkurve; im folgenden "GSM" genannt) ,
- GSM1800 (TX: 1710 ... 1785 MHz; RX: 1805 ... 1880 MHz; sonst identisch wie GSM900; im folgenden "DCS" genannt) und/oder
- GSM1900 (TX: 1850 ... 1910 MHz; RX: 1930 ... 1990 MHz; sonst identisch wie GSM900; im folgenden "PCS" genannt) und
- UMTS FDD (TX: 1920 ... 1980 MHz; RX: 2110 ... 2170 MHz; FDMA und CDMA; FDD / Vollduplex; QPSK-Modulation mit RRC-Basisbandfilterung, d. h. AM-Anteil; im folgenden "UMTS" genannt) sowie wahlweise auch
- UMTS TDD (TX/RX: 1900 ... 1980 MHz; FDMA und CDMA; TDD; QPSK-Modulation mit RRC-Basisbandfilterung, d. h. AM-An- teil) .
Für GSM, DCS und PCS kann wahlweise neben GMSK (kein AM-Anteil) auch EDGE (8PSK-Modulation mit AM-Anteil) gefordert sein. Neben dem gleichzeitigen Betrieb von UMTS-Sende- und - Empfangseinrichtung soll auch die GSM-Empfangseinrichtung gleichzeitig betrieben werden können, um während einer UMTS- Übertragung Nachbarzellenbeobachtung im GSM-Netz durchführen zu können, ohne den sog. "Compressed Mode" (kurzzeitige Un- terrechung der UMTS-Übertragung bei entsprechender Erhöhung der Datenrate in der restlichen Zeit) anwenden zu müssen. Parallelbetrieb von UMTS und DCS-Empfangseinrichtung ist wegen der nahe beieinanderliegenden Frequenzbänder und des damit verbundenen hohen Filteraufwands hier nicht vorgesehen. Während einer GSM- oder DCS-Übertragung ist kein Parallelbetrieb erforderlich, da wegen TDD-Betrieb Sende- und Empfangseinrichtung zu verschiedenen Zeiten aktiv sind und da wegen TDMA-Betrieb Zeitschlitze für die Nachbarzellenbeobachtung zur Verfügung stehen. Bevorzugt hat das Mobiltelefon nur eine Antenne .
Fig. 1 zeigt eine bisher übliche Anordnung für ein Mobiltelefon, das GSM, DCS und UMTS beinhaltet, wobei für jedes Frequenzband ein eigener Leistungsverstärker bzw. ein eigener Zug eines mehrzügigen Leistungsverstärkers 1, 2, 4 verwendet wird (der übrige Teil der Sendeeinrichtungen ist hier nicht dargestellt) . Am Ausgang jedes Leistungsverstärkers kann sich jeweils ein Element zur Leistungsauskopplung 21, 22, 24, z. B. ein Richtkoppler, befinden, und im UMTS-Pfad zusätzlich ein Isolator 34 zur Unterdrückung der durch Fehlanpassung an der Antenne erzeugten rücklaufenden Welle. Bei EDGE kann auch im GSM und DCS TX-Pfad jeweils ein Isolator erforderlich sein. Die eigentliche Leistungsdetektion erfolgt z. B. mit einer Schottkydiode, wobei zur Temperaturkompensation eine zweite Schottkydiode erforderlich sein kann. Im GSM- und DCS- Pfad folgt jeweils ein Tiefpass 41, 42 zur Unterdrückung der vom Leistungsverstärker erzeugten Oberwellen, im UMTS-Pfad dagegen das Sendefilter 44 des Duplexers 44/54, das zusammen mit dem Isolator 34 auch die Funktion der Oberwellenunterdrückung übernimmt. Die eigentliche Funktion des Duplexers, der aus zwei Bandpassfiltern 44, 54 besteht, ist aber die Trennung von UMTS-Sende- und -Empfangsband, da wegen des Voll- duplex-Betriebs nicht zwischen Sende- und Empfangseinrichtung umgeschaltet werden kann. Vor dem UMTS-LNA 14 (LNA: low noise amplifier, rauscharmer Verstärker) als erste Stufe der UMTS- Empfangseinrichtung befindet sich das Empfangsfilter 54 des Duplexers. Der Duplexer muss eine sehr hohe Isolation aufwei- sen, und zwar im TX-Band, damit der Rest des Sendesignals den LNA nicht übersteuert, und im RX-Band, damit der Rest des von der Sendeeinrichtung erzeugten Rauschens nicht die Systemrauschzahl der Empfangseinrichtung erhöht. Weitere Selektionsanforderungen ergeben sich im Sendefilter durch die evtl . notwendige Unterdrückung von in der Sendeeinrichtung erzeugten Störsignalen wie z. B. von Oberwellen, Spiegelfrequenzen oder Rauschen in bestimmten Frequenzbereichen und im Empfangsfilter durch die notwendige Unterdrückung von an der Antenne empfangenen Störsignalen. Vor den GSM- und DCS-LNAs 11, 12 als erste Stufen der jeweiligen Empfangseinrichtungen befindet sich jeweils ein Bandpassfilter 51, 52 zur Störsignalunterdrückung (der übrige Teil der Empfangseinrichtungen ist hier nicht dargestellt) .
Hierzu ist wiederum eine Begriffserklärung im Zusammenhang mit HF-Schaltern erforderlich:
- <n>P<m>T: n Pole m Throw, "n-auf-m-Schalter"
Beispiele :
- SPDT: Single Pole Double Throw, "l-auf-2-Schalter"
- SP4T: Single Pole Four Throw, "l-auf-4-Schalter"
- DPDT: Double Pole Double Throw, "2-auf-2-Schalter"
GSM-Sende- und -Empangseinrichtung sind (über die oben beschriebenen Filter) mit einem SPDT-Schalter 66 verbunden. DCS-Sende- und -Empfangseinrichtung sowie Antennen-Port des UMTS-Duplexers 54/54 sind mit einem SP3T-Schalter 67 verbunden. SPDT- und SP3T-Schalter wiederum sind mit dem Tiefpass- filter 76 bzw. Hochpassfilter 77 des direkt an der Antenne 89 liegenden Diplexers 76/77 verbunden. Der Diplexer trennt frequenzmäßig das GSM-Band von den restlichen Bändern, d. h. das Tiefpassfilter muss von 880 ... 960 MHz (im folgenden "unterer Frequenzbereich" genannt) und das Hochpassfilter von 1710 ... 2110 MHz (im folgenden "oberer Frequenzbereich" genannt) durchlässig sein. Die Schalterstellungen hängen von den ge- rade aktiven Bändern ab, wobei jeweils maximal ein Pfad im unteren und ein Pfad im oberen Frequenzbereich gleichzeitig durchgeschaltet sein können (z. B. GSM RX und UMTS; UMTS TX und RX bilden wegen des Duplexers einen gemeinsamen Pfad) .
Die Einfügedämpfungen zwischen Leistungsverstärkern und Antenne sollen möglichst niedrig sein, damit bei gegebener Sendeleistung die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers möglichst niedrig ist. Ein niedrigerer Stromverbrauch erhöht die Betriebszeit des Gerätes und reduziert die erzeugte Verlustleistung und die damit verbundene Erwärmung. Zwischen Antenne und den LNAs soll die Einfügedämpfung niedrig sein, damit die Systemrauschzahl der Empfangseinrichtungen niedrig und somit deren Empfindlichkeit hoch ist.
Die Oberwellenfilter und der Diplexer sind üblicherweise als LC-Filter mit diskreten oder gedruckten Spulen und Kondensatoren realisiert. Bei den Empfangsfiltern und beim Duplexer handelt es sich i. a. um Mikrowellenkeramik- oder akustische Oberflächenwellen-Filter, wobei die hohen Anforderungen an den Duplexer hinsichtlich Isolation, Einfügedämpfung und Leistungsverträglichkeit heute meist nur mit Mikrowellenkeramik erfüllt werden können. Die HF-Schalter können z. B. mit pin-Dioden oder als GaAs-Schalter realisiert sein. Beim Isolator handelt es sich i. a. um einen Ferrit-Zirkulator, bei dem einer der drei Anschlüsse mit 50 Ohm abgeschlossen ist. Der Richtkoppler kann mit LeitungsStrukturen realisiert sein. Falls im betreffenden Sendepfad ein Isolator vorhanden ist (hier: UMTS) , so kann statt einem Richtkoppler auch eine kapazitive bzw. resistive Auskopplung erfolgen, da dann keine rücklaufende Welle vorhanden und somit keine Richtwirkung erforderlich ist.
Soll zusätzlich PCS implementiert werden, so kann statt des SP3T-Schalters 67 ein SP4T-Schalter verwendet werden, wobei der vierte Pfad für PCS RX verwendet wird. Für PCS TX ist kein weiterer Pfad notwendig, da üblicherweise für DCS und PCS aufgrund der geringen Frequenzunterschiede ein gemeinsamer Leistungsverstärker 2 verwendet wird. Soll zusätzlich UMTS TDD implementiert werden, so ist die naheliegendste Lösung ebenfalls ein zusätzlicher Pfad für UMTS TDD RX, während für UMTS TDD TX der UMTS FDD Leistungsverstärker 4 mitverwendet werden kann. D. h. auch hier ist ein statt des SP3T- Schalters 67 ein SP4T-Schalter erforderlich. Für den Fall, dass sowohl PCS als auch UMTS TDD zusätzlich zu den sonstigen Bändern implementiert werden, ist statt des SP3T-Schalters 67 ein SP5T-Schalter erforderlich.
Eine ähnliche Situation wie hier im oberen Frequenzbereich ergäbe sich im unteren Frequenzbereich, wenn dort weitere Bänder, wie z. B. das amerikanische 850 MHz Band, implementiert werden müssen. Dies können z. B. TDMA/TDD-Systeme wie GSM oder IS-136 oder CDMA/FDD-Systeme wie IS-95 sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Leistungsverstärkung in einem Funkgerät zu vereinfachen, um damit Kosten und Schaltungsfläche zu sparen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Senden von Datensignalen in mehreren Frequenzbändern mit einer Verstärkungseinrichtung zum Verstärken der Datensignale und einer Filtereinrichtung mit mindestens einer den Frequenzbändern zugeordneten Filtereinheit zum Filtern der verstärkten Datensignale entsprechende dem jeweiligen Frequenzband zwecks Unterdrückung von Störungen, wobei in der Verstärkungseinrichtung Datensignale von mindestens zwei der mehreren Frequenzbänder gemeinsam verstärkbar sind und die Filtereinrichtung zum Durchlassen von mindestens zwei der mehreren Frequenzbänder ausgelegt ist.
Ebenso wird die vorliegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Senden von Datensignalen in mehreren Frequenzbändern durch Verstärken der Datensignale und Filtern der verstärkten Datensignale in Abhängigkeit vom jeweiligen Frequenzband zwecks Unterdrückung von Störungen, wobei Datensignale von mindestens zwei der mehreren Frequenzbänder gemeinsam verstärkt und beim Filtern durchgelassen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die vorliegende Erfindung kann mindestens ein Leistungsverstärker bzw. mindestens ein Zug eines mehrzügigen Leistungsverstärkers eingespart werden. Wird ein Zug eines Leistungsverstärkers für mehrere Frequenzbänder verwendet, so erfordert dies entweder eine breitbandige AnpassSchaltung o- der eine umschaltbare schmalbandige Anpassschaltung, wobei die Umschaltung z. B. mit pin-Dioden erfolgen kann. Wird ein Zug eines Leistungsverstärkers für Systeme mit verschiedenen Modulationsverfahren benutzt, wobei mindestens eines aber nicht alle einen AM-Anteil enthalten (z. B. UMTS und DCS), so ist der Arbeitspunkt durch geeignete Maßnahmen jeweils so einzustellen, dass im einen Fall die Linearität und im anderen Fall der Wirkungsgrad genügend gut sind.
Die Einsparung von mindestens einem Leistungsverstärker bzw. von mindestens einem Zug eines mehrzügigen Leistungsverstärkers in den Sendeeinrichtungen für die verschiedenen Frequenzbänder bzw. Systeme hilft Kosten und Fläche zu sparen. Unter Umständen können noch weitere Bauelemente eingespart werden. All dies ermöglicht billigere und kleinere Geräte. Außerdem kann gegebenenfalls die Einfügedämpfung zwischen Leistungsverstärker (n) und Antenne verringert werden, um bei gegebener Sendeleistung die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers verringern zu können. Ein niedrigerer Stromverbrauch erhöht die Betriebszeit des Gerätes und reduziert die erzeugte Verlustleistung und die damit verbundene Erwärmung.
Die Erfindung ermöglicht in Funkgeräten (z. B. Mobiltelefonen) , die in mindestens zwei Frequenzbändern oder Systemen senden und empfangen können ( "Multiband"- bzw. "Multimode"- Geräte) , die Verbindung der Sendeeinrichtungen und der Empfangseinrichtungen mit einer oder mehreren Antennen, wobei mindestens eine Antenne für mehrere Frequenzbänder benutzt wird. Dabei wird soweit erforderlich in den Empfangspfaden (d. h. zwischen Antenne und Empfangseinrichtungen) eine Bandpassfilterung zur Unterdrückung von an der Antenne empfangenen Störsignalen durchgeführt und in den Sendepfaden (d. h. zwischen Sendeeinrichtungen und Antenne) eine Leistungsdetek- tion für eine Leistungsmessung bzw. Leistungsregelung sowie eine Filterung von in der Sendeeinrichtung erzeugten Störsignalen wie z. B. Oberwellen, Spiegelfrequenzen oder Rauschen in bestimmten Frequenzbereichen.
Falls erforderlich wird in den Sendepfaden auch die bei Fehlanpassung an der Antenne auftretende rücklaufende Welle unterdrückt. Dies führt dazu, dass der Leistungsverstärker am Ausgang immer nahezu die gleiche Impedanz "sieht", obwohl an der Antenne infolge von Reflexionen Fehlanpassung auftritt (z. B. Gerät auf Metallplatte). Eine konstante Lastimpedanz kann zur Sicherstellung der Stabilität des Leistungsverstärkers erforderlich sein oder um ein starkes Ansteigen des Stromverbrauchs bei Fehlanpassung zu vermeiden. Insbesondere aber kann dies in Systemen erforderlich sein, deren Modulationsverfahren einen AM-Anteil im Sendesignal erzeugt. Ein Beispiel hierfür ist QPSK mit RRC -Basisbandfilterung, wie es z. B. in CDMA-Systemen eingesetzt wird (z. B. UMTS). In solchen Systemen muss der Leistungsverstärker linear sein, damit der AM-Anteil erhalten bleibt und keine durch Intermodulation hervorgerufene zu hohe Leistung im Nachbarkanal erzeugt wird. Dabei ist die Linearität und somit die erzeugte Nachbarkanalleistung abhängig von der Lastimpedanz des Leistungsverstärkers, d. h. um eine zu hohe Nachbarkanalleistung auch bei Fehlanpassung an der Antenne zu verhindern, muss entweder die rücklaufende Welle unterdrückt werden oder der Leistungsverstärker muss so linear sein, dass er auch bei der schlimmstenfalls auftretenden Fehlanpassung noch linear genug ist. Dabei ist jedoch zu beachten, dass ein Leistungsverstärker umso mehr Strom verbraucht je linearer er ist. Im Gegensatz zu den oben genannten Modulationsverfahren erlaubt ein Modulationsverfahren mit konstanter Hüllkurve, d. h. ohne AM- Anteil, den Einsatz von Leistungsverstärkern, die in Kompression betrieben werden, da hier Linearität nicht erforderlich ist. Ein Beispiel hierfür ist GMSK wie es z. B. bei GSM eingesetzt wird.
Soweit erforderlich wird außerdem Parallelbetrieb von einigen Sende- und Empfangseinrichtungen ermöglicht. Z. B. sind bei einem FDD-Vollduplex-System Sende- und Empfangseinrichtung gleichzeitig in Betrieb (jedoch auf verschiedenen Frequenzen; z. B. UMTS FDD, auch WCDMA bzw. Wideband CDMA genannt), während dies bei TDD-Systemen nicht der Fall ist, da Sende- und Empfangseinrichtung zu verschiedenen Zeiten aktiv sind (z. B. UMTS TDD und GSM, wobei letzteres sowohl ein TDD- als auch ein FDD-System ist, da Sende- und Empfangseinrichtung zu unterschiedlichen Zeiten auf unterschiedlichen Frequenzen aktiv sind) . Außerdem kann ein Parallelbetrieb von verschiedenen Systemen notwendig sein, um z. B. parallel zum Betrieb in einem System (z. B. UMTS FDD) Nachbarzellenbeobachtung in einem anderen System durchführen zu können (z. B. GSM), um so In- ter-System-Handover zu ermöglichen.
Vorzugsweise findet die Erfindung Anwendung in einem Multi- band-/Multimode-Mobiltelefon (siehe oben) , das in mindestens drei Frequenzbändern in mindestens zwei Systemen senden und empfangen kann, wobei die Frequenzbänder jeweils in ein Sende- und ein Empfangsband mit dazwischenliegendem Duple- xabstand unterteilt sein können und sich die einzelnen Frequenzbänder überlappen können. Die Frequenzbänder teilen sich dabei in zwei Frequenzbereiche auf, wobei die Frequenzbänder innerhalb eines Frequenzbereiches relativ nahe beieinander liegen, während die beiden Frequenzbereiche relativ weit voneinander entfernt liegen. Vorzugsweise befindet sich in mindestens einem der beiden Frequenzbereiche sowohl wenigstens ein TDD-System, bei dem Sende- und Empfangseinrichtung zu verschiedenen Zeiten aktiv sind (Sende- und Empfangsfrequenz können gleich oder verschieden sein) , als auch wenigstens ein FDD-Vollduplex-System. Vorzugsweise ist außerdem wenigstens ein System beteiligt, dessen Modulationsverfahren einen AM- Anteil im Sendesignal erzeugt.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
Fig. 1 ein prinzipielles Diagramm einer Schaltungsanordnung eines Mobiltelefons nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figuren 3 bis 6 Varianten der Ausführungsform gemäß Fig. 2;
Figuren 7 bis 9 Realisierungsformen des Blocks 99 in Fig. 6;
Fig. 10 ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figuren 11 und 12 Varianten der zweiten Ausführungsform;
Fig. 13 ein Schaltungsdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Figuren 14 bis 18 Varianten der dritten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausfüh- rungsformen beschrieben, wobei sinngemäß auf die Beschreibung der Elemente in Fig. 1 zurückgegriffen werden kann.
Um einen gemeinsamen Leistungsverstärker 7 für DCS und UMTS verwenden zu können, wird in der ersten Ausführungsform die- ser Erfindung gemäß Fig. 2 das gemeinsame Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 7 mit einem SPDT-Schalter 107 in einen DCS TX- und einen UMTS TX-Pfad aufgeteilt, wodurch es möglich ist, dass ansonsten die gleiche Struktur wie in Fig. 1 verwendet wird. Dies hat jedoch den Nachteil, dass sich die Einfügedämpfung um die des Schalters erhöht.
Auf die gleiche Weise kann auch ein gemeinsamer Leistungsverstärker 8 für GSM und DCS verwendet werden, wobei gemäß Fig. 3 das gemeinsame Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 8 mit einem SPDT-Schalter 108 in einen GSM TX- und einen DCS TX-Pfad aufgeteilt wird. Dies hat gegenüber Fig. 2 den Vorteil, dass der für zwei Frequenzbänder benutze Leistungsverstärker sowohl für GSM als auch für DCS im Kompression betrieben werden kann, jedoch den Nachteil, dass das GSM- und DCS-Band wesentlich weiter voneinander entfernt sind als das DCS- und UMTS-Band. Aufgrund des großen Frequenzabstandes kann anstelle des SPDT-Schalters 108 auch ein Diplexer verwendet werden, wobei auf diese Möglichkeit weiter unten im Zusammenhang mit einer anderen Ausführung der Erfindung genauer eingegangen wird (siehe Fig. 12) .
Schließlich kann bei Einsatz eines SP3T-Schalters 109 gemäß Fig. 4 auch ein gemeinsamer Leistungsverstarker 9 für GSM, DCS und UMTS verwendet werden.
Alternativ zu Fig. 2 bis 4 können auch zwei Antennen verwendet werden, und zwar eine für den unteren Frequenzbereich am Ausgang des SPDT-Schalters 66 und eine für den oberen Frequenzbereich am Ausgang des SP3T-Schalters 67. Dadurch entfällt der Diplexer 76/77 und beide Antennen können schmalban- dig sein. Falls kein Parallelbetrieb von GSM RX und UMTS vorgesehen ist, kann anstelle des SPDT-Schalters 66, des SP3T- Schalters 67 und des Diplexers 76/77 kann auch ein SP5T- Schalter 69 gemäß Fig. 5 eingesetzt werden. In Fig. 5 ist außerdem eine Möglichkeit gezeigt, wie allgemein (also z. B. auch bei einer Struktur gemäß Fig. 2) zwischen einer internen Antenne 89 und einer externen Antenne 89' mit einem SPDT- Schalter 129 umgeschaltet werden kann. Dabei kann es sich entweder um einem elektronischen oder um einen mechanischen Schalter handeln, wobei letzterer den Vorteil hat, dass kein zusätzlicher Aufwand für die Erkennung des Vorhandenseins einer externen Antenne notwendig ist.
Ist Parallelbetrieb von GSM RX und UMTS vorgesehen, so kann anstelle des SP5T-Schalters 69 ein SP4T-Schalter verwendet werden, wobei ein Pfad gemeinsam für GSM RX und UMTS verwendet wird. Dabei werden der UMTS-Duplexer 44/54 und das GSM RX-Filer 51 entweder über einen Diplexer oder durch impedanzneutrale Verschaltung ( "Triplexer" ) gemäß Fig. 6 auf einen gemeinsamen Pfad zusammengeführt. Dies hat gegenüber Fig. 2 den Vorteil, dass in den Pfaden GSM TX, DCS TX und DCS RX eine niedrigere Einfügedämpfung erzielt werden kann, da die Dämpfung des Diplexers 76/77 wegfällt (wobei natürlich der SP4T-Schalter wegen der höheren Pfadanzahl eine geringfügig höhere Dämpfung aufweist als ein SP2T- bzw. SP3T-Schalter) . Im Falle der impedanzneutralen Verschaltung kann außerdem der Diplexer eingespart werden (andernfalls sitzt er nur an einer anderen Stelle) . Anstelle des SP4T-Schalters kann bei Verwendung einer internen und einer externen Antenne auch ein DP4T- Schalter 69' gemäß Fig. 6 eingesetzt werden, wodurch der SPDT-Schalter 129 eingespart wird. Im Falle eines SP5T-Schal- ters 69 gemäß Fig. 5 ist dementsprechend ein DP5T-Schalter möglich.
Ist außerdem ein Parallelbetrieb von DCS RX und UMTS vorgesehen, so kann der UMTS-Duplexer 44/54 mit dem DCS RX-Filter 52 impedanzneutral verschaltet werden, was allerdings wegen des geringen Frequenzabstandes des DCS RX-Bands vom UMTS TX-Band hohe Anforderungen an die Filter stellt. Denn bei Parallelbetrieb muss vergleichbar den Anforderungen an den UMTS-Duplexer (siehe oben) eine ausreichende Isolation von UMTS TX nach DCS RX in den beiden betroffenen Bändern sichergestellt sein. In Fig. 2 würde in diesem Fall anstelle des SP3T-Schalters 67 ein SPDT-Schalter genügen, da ein Pfad gemeinsam für DCS RX und UMTS benutzt würde.
Speziell für UMTS RX kann auch eine eigene Antenne verwendet werden. Dadurch ist in Fig. 1 bis 6 kein Duplexer 44/54 mehr erforderlich, da beide Einzelfilter verschiedenen Antennen zugeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass Störungen, die das UMTS-Sendesignal zusammen mit an der Antenne empfangenen Störsignalen aufgrund von Nichtlinearitäten im Schalter 67, 69, 69' erzeugt, vermieden werden. Wegen der Funkfelddämpfung zwischen den beiden Antennen verringern sich dabei auch die Isolationanforderungen an die beiden Einzelfilter 44, 54. Entsprechendes gilt sinngemäß auch für die anderen Ausführungsformen der Erfindung.
Die Austeilung des DCS/UMTS TX-Pfades in zwei getrennte Pfade mit einem SPDT-Schalter 107 kann statt nach dem i. a. mehrstufigen Leistungsverstärker 5 wie in Fig.2 auch vor der letzten Stufe des Leistungsverstärkers gemäß Fig. 6 erfolgen (ähnliches ist natürlich auch statt Fig. 3 und 4 möglich) . Dabei wird mindestens eine Stufe 7 ' gemeinsam für DCS und UMTS verwendet, während jeweils eine eigene letzte Stufe 2', 4' verwendet wird. Vor der letzten Stufe erfolgt die Signalaufteilung mit dem SPDT-Schalter 107. Dies hat gegenüber Fig. 2 den Vorteil, dass die Einfügedämpfung zwischen letzter Stufe und Antenne verringert werden kann, jedoch den Nachteil, dass weniger Flächen- und Kosteneinsparung gegenüber zwei völlig getrennten Leistungsverstärkern gemäß Fig. 1 möglich ist.
Üblicherweise weist der Teil der Sendeeinrichtungen vor den Leistungsverstärkern nicht genau die Ausgänge auf, die die Leistungsverstärker erfordern würden. So kann es z. B. erforderlich sein, dass der DCS TX-Ausgang und der UMTS TX-Ausgang mit einem SPDT-Schalter 95 gemäß Fig. 5 auf den gemeinsamen Leistungsverstärkereingang zusammengeführt werden müssen. Bei Verwendung nur eines Leistungsverstärkers gemäß Fig. 4 wäre für den Fall von drei getrennten Ausgängen für GSM TX, DCS TX und UMTS TX ein SP3T-Schalter erforderlich. Es kann aber auch sein, dass ein GSM/DCS TX-Ausgang und ein UMTS TX-Ausgang gemäß Fig. 6 auf einen GSM- und einen DCS/UMTS-Leistungsver- stärkereingang geschaltet werden müssen.
In Fig. 7 bis 9 sind drei Ausführungsformen für den Block 99 in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 7 wird das gemeinsame GSM/DCS TX- Signal zunächst mit einem SPDT-Schalter 98 in zwei Signale aufgeteilt. Das DCS TX-Signal und das UMTS TX-Signal werden wiederum mit einem weiteren SPDT-Schalter 95 zu einem gemeinsamen DCS/UMTS TX-Signal zusammengeführt. In Fig. 8 ist der erste SPDT-Schalter 98 durch einen Diplexer 91/92 ersetzt, bestehend aus einem Tiefpass 91 für GSM und einem Hochpass 92 für DCS. Dies ist aufgrund des großen Frequenzabstandes des GSM-Bandes vom DCS-Band leicht möglich. In Fig. 9 schließlich werden die beiden SPDT-Schalter 98, 95 von Fig. 7 zu einem DPDT-Schalter 99' vereinigt, wobei der Pfad zwischen dem UMTS TX-Ausgang und dem GSM-Leistungsverstärkereingang nicht benötigt wird.
Fig. 5 zeigt schließlich eine Möglichkeit, wie ein gemeinsamer Leistungsdetektor für GSM, DCS und UMTS bei Verwendung von zwei Leistungsverstärkern eingesetzt werden kann. Dazu wird ein Richtkoppler 29' verwendet, dessen Auskoppelpfad an beide Leistungsverstärker angekoppelt ist.
Um Kosten, Platz und Einfügedämpfung des Schalters 107 zu vermeiden, wird in einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung gemäß Fig. 10 das gemeinsame Ausgangssignal des DCS/ UMTS-Leistungsverstärkers 7 durch den Isolator 37 und das TX- Filter 47 des Duplexers 47/54 geführt. Statt des SP3T-Schal- ters 67 genügt hier ein SPDT-Schalter 67'. Dabei müssen jedoch der Isolator und das TX-Filter des Duplexers jeweils genügend breitbandig sein (1710 ... 1980 MHz) . Beim Isolator bedeutet dies i. a. eine etwas höhere Einfügedämpfung an den Rändern des Frequenzbereichs. Das TX-Filter des Duplexers da- gegen kann als Bandsperrfilter (Sperre im UMTS RX-Band) ausgeführt werden, ggf. mit zusätzlicher Tiefpasswirkung zur 0- berwellenfilterung. Dies ermöglich u. U. eine niedrigere Einfügedämpfung als ein herkömmliches Bandpassfilter. Dabei muss jedoch beachtet werden, dass eine Filterung von in der Sendeeinrichtung erzeugten Störsignalen, wie z. B. Rauschen im GSM RX- und DCS RX-Band, nicht mehr möglich ist. Für DCS TX ist bei dieser Ausführung eine höhere Einfügedämpfung zu erwarten als in Fig. 2.
Im Falle eines gemeinsamen Leistungsverstärkers für GSM, DCS und UMTS ist bei dieser Ausführung eine Aufteilung des Signals in einen GSM- und einen DCS/UMTS-Pfad erforderlich. Dies kann entweder mit einem SPDT-Schalter 109' gemäß Fig. 11 oder aufgrund des großen Frequenzabstandes mit einem Diplexer 101/107' gemäß Fig. 12 erfolgen. Der Diplexer besteht aus einem Tiefpass 101 für GSM und einem Hochpass 107' für DCS/UMTS. Das GSM TX-Oberwellenfilter 41 ist dabei evtl. nicht mehr erforderlich, falls die Tiefpassfilter 101, 76 der beiden Diplexer genügend Oberwellenunterdrückung aufweisen. Falls die Isolation des SPDT-Schalters 67' zu niedrig ist, erreicht bei GSM-Betrieb die vom Leistungsverstärker 9 erzeugte zweite Harmonische über das Hochpassfilter 107 ' des Diplexers 101/107', den Isolator 37, das TX-Filter 47 des Duplexers, den SPDT-Schalter 67' und das Hochpassfilter 77 des Diplexers 76/77 die Antenne 89. Aus diesem Grund kann ein SPST-Schalter 107 ' ' am Ausgang des Hochpassfilters 107 ' des Diplexers 101/107' erforderlich sein, der bei GSM-Betrieb nach Masse durchgeschaltet wird, um die Isolation im DCS/UMTS TX-Pfad zu erhöhen. Dieser SPST-Schalter 107'' kann z. B. mit einer pin-Diode realisiert werden. Statt des SPST-Schalters nach Masse ist auch ein Längs-SPST-Schalter möglich, der im DCS- und UMTS-Betrieb durchgeschaltet wird. Dies bedeutet jedoch i. a. eine etwas höhere Einfügedämpfung.
Um gegenüber Fig. 10 die Einfügedämpfung sowohl für DCS TX als auch für UMTS TX zu verringern und um den Schalter 67 * einzusparen, wird in einer dritten Ausführungsform der Erfindung ein Zirkulator 137 gemäß Fig. 13 verwendet, der zum einen die Trennung von Sende- und Empfangspfaden bewirkt und zum anderen die Funktion des in Fig. 10 verwendeten Isolators 37 übernehmen soll. Das DCS RX-Filter und das UMTS RX-Filter werden dabei impedanzneutral zu einem Duplexer verschaltet. Wegen der Isolation des Zirkulators verringern sich die Anforderungen an das UMTS TX-Filter 47 und an das UMTS RX-Filter 54, die nun nicht mehr zu einem Duplexer zusammengeschaltet sind. Da aber bei Fehlanpassung an der Antenne die rücklaufende Welle auch an den Empfangsfiltern 53, 54 reflektiert wird und somit in den Leistungsverstärker 7 zurückkehrt, ist die Isolatorwirkung sehr begrenzt. Aus diesem Grund muss auch die Leistungsverträglichkeit der Empfangsfilter 53, 54 genügend groß sein, was z. B. bei akustischen Oberflächenwellen- Filtern im Gegensatz zu Mikrowellenkeramik-Filtern ein Problem sein kann.
Das Problem der begrenzten Isolatorwirkung kann auf einfache Weise in einem Telefon gelöst werden, bei dem anstelle von DCS PCS implementiert ist, da das PCS RX-Band ungefähr mit dem UMTS TX-Band zusammenfällt. Dann kann bei UMTS-Betrieb gemäß Fig. 14 das PCS-Empfangsfilter 53 über einen SPDT- Schalter 113 statt mit dem PCS-LNA 13 mit einem 50 Ohm-Widerstand verbunden werden (unter der Voraussetzung, dass es sich hier um ein 50 Ohm-System handelt) . Da das PCS-Empfangsfilter 13 im UMTS TX-Band durchlässig ist, wird bei Fehlanpassung an der Antenne die rücklaufende Welle im 50 Ohm-Widerstand absorbiert und kehrt nicht in den Leistungsverstärker 7 zurück. Das PCS-Empfangsfilter 13 muss dabei im Bereich 1920 ... 1930 MHz noch durchlässig sein, was evtl. die Anforderung an die Großsignalfestigkeit an den PCS-LNA 13 erhöht. Ist das RX- Filter 53 im Frequenzbereich 1805 ... 1990 MHz durchlässig und ist der LNA 13 genügend breitbandig und großsignalfest, so kann damit auch DCS realisiert werden. Dabei ist i. a. weitere Filterung nach dem LNA 13 erforderlich, entweder mit zwei getrennten Filtern für DCS und PCS, wobei vorher eine Signalaufteilung z. B. mit einem SPDT-Schalter erfolgen muss, oder mit einem umschaltbaren Filter, wobei die Umschaltung der Mittenfrequenz z. B. mit einer Kapazitätsdiode erfolgen kann.
Anstelle des SPDT-Schalters 113 kann gemäß Fig. 15 auch ein SPST-Schalter 113' verwendet werden, der im (DCS) /PCS- Empfangsfall offen ist. Im UMTS-Sendefall ist der Schalter geschlossen. Die Länge der Leitung 117' ' ist so gewählt, dass die i. a. reflektive Impedanz des ausgeschalteten (DCS)/PCS- LNAs in einen Leerlauf transformiert. Eine ggf. nur teilweise reflektive Impedanz kann dadurch ausgeglichen werden, dass ein Widerstand verwendet wird, der etwas größer als 50 Ohm ist, damit die Gesamtimpedanz 50 Ohm ergibt.
Statt dessen könnte auch die Eingangsimpedanz des eingeschalteten (DCS)/ PCS-LNAs ausgenutzt werden, wodurch evtl. ganz auf zusätzliche Schaltungen vor dem LNA verzichtet werden kann. Dies erhöht allerdings den Stromverbrauch um den des LNAs. In allen hier genannten Fällen ist auf eine ausreichende Leistungsverträglichkeit dieses LNAs zu achten, die je nach Variante unterschiedlich hoch sein muss.
Werden für DCS und PCS zwei getrennte Empfangs-Filter 52, 53 und LNAs 12, 13 verwendet, so kann dies durch eine impedanzneutrale Verschaltung von DCS-, PCS- und UMTS RX-Filter zu einem "Triplexer" 52/53/54 wie in Fig. 16 erfolgen. Statt dessen kann aber auch eine eigene UMTS RX-Antenne verwendet werden um einen "Triplexer" zu vermeiden. Außerdem kann dann der Zirkulator 137 schmalbandiger sein. Eine andere Möglichkeit ist das Schalten zwischen DCS RX-Filter einerseits und PCS RX- sowie UMTS RX-Filter andererseits. Dies kann mit einem SPDT-Schalter erfolgen oder wie in Fig. 17 mit einem SP3T-Schalter 67". Der zusätzliche dritte Pfad kann mit einem 50 Ohm-Widerstand abgeschlossen werden, der immer während der DCS bzw. PCS TX-Zeitschlitze durchgeschaltet ist. Dadurch wirkt der Zirkulator 137 auch für DCS bzw. PCS TX als Isola- tor, was für EDGE wegen der Linearitätsanforderungen notwendig sein kann.
Ähnliches gilt bei zusätzlicher Implementierung von UMTS TDD. Denn ohne diesen 50 Ohm-Widerstand müsste das PCS RX-Filter noch breitbandiger sein (1900 ... 1990 MHz statt 1920 ...1990 MHz) . UMTS TDD erfordert noch einen zusätzlichen RX-Pfad, so dass der Schalter 67' ' als SP4T ausgeführt sein müsste.
Im Falle eines gemeinsamen Leistungsverstärkers für GSM, (DCS) , PCS und UMTS kann das Ausgangssignal entweder mit einem SPDT-Schalter 109' ähnlich wie in Fig. 11 oder mit einem Diplexer 101/107' ähnlich wie in Fig. 12 aufgesplittet werden. Letzteres ist in Fig. 18 dargestellt, wobei das Filter 107 ' für den oberen Frequenzbereich im UMTS RX-Band eine hohe Sperrdämpfung aufweisen muss, da es das UMTS TX-Filter 47 ersetzt.
Bei den ersten beiden Ausführungen der Erfindungen werden zwei Schalter benötigt . Diese können auch in einem gemeinsamen Bauteil untergebracht sein, z. B. auf einem gemeinsamen Halbleiter-Chip im Falle eines GaAs-Schalters. Ähnliches gilt für die dritte Ausführung der Erfindung, falls auch im unteren Frequenzbereich ein Zirkulator eingesetzt wird. Die dann erforderlichen zwei Zirkulatoren können in einem gemeinsamen Bauteil z. B. gemäß EP 0 777 290 AI untergebracht sein.
Bezugszeichenliste
I, 2, 4, 5, 7, 8, 9 Leistungsverstärker 2 ' , 4 ' , 7 ' Verstärkerstufe
II, 12, 13, 14 LNA
21, 22, 24, 27, 28, 29, 29' Element zur Leistungsauskopplung
34, 37 s Isolator
41, 42, 76, 91,L101 Tiefpassfilter
44, 47, 51, 52, 53, 54 Bandpassfilter
66, 67', 95, 98, 107, 107' SPDT-Schalter 108, 109', 113, 129
67, 67'', 109 SP3T-Schalter 69 SP5T-Schalter 69 ' DP4T-Schalter 77, 92 Hochpassfilter
89 Anschluss für interne Antenne
89' Anschluss für externe Antenne
99, 99' DPDT-Schalter
107 ' ' , 113 ' • SPST-Schalter -
113 ' ' Leitung
137 Zirkulator

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Senden von Datensignalen in mehreren vordefinierten Frequenzbändern mit
einer Verstärkungseinrichtung (1, 2, 4, 7, 8, 9) zum Verstärken der Datensignale und
einer Filtereinrichtung (41, 42, 44, 47, 107') mit mindestens einer den Frequenzbändern zugeordneten Filtereinheit zum Filtern der verstärkten Datensignale entsprechend dem jeweiligen Frequenzband zwecks Unterdrückung von Störungen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
in der Verstärkungseinrichtung (7, 8, 9) Datensignale von mindestens zwei der mehreren Frequenzbänder gemeinsam verstärkbar sind und die Filtereinrichtung zum Durchlassen von mindestens zwei der mehreren Frequenzbänder ausgelegt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit weiterhin einer ersten Weicheneinrichtung (107, 108, 109) zum Verteilen von verstärkten Signalen von der Verstärkungseinrichtung (7, 8, 9) auf mehrere Filtereinheiten (41, 42, 44) der Filtereinrichtung.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Weicheneinrichtung ein Schalter (107, 108, 109) und/oder eine Bereichsweiche, insbesondere einen Diplexer (101, 107'), umfasst .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , wobei der Schalter einen SPDT-Schalter oder SP3T-Schalter umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit weiterhin einer zweiten Weicheneinrichtung (99) zum Zusammenfassen und/oder Verteilen von Datensignalen für die Verstärkungseinrichtung (1, 7) .
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Weicheneinrichtung (99) einen zweiten Schalter (95, 98, 99') und/oder eine Bereichsweiche, insbesondere einen Diplexer (91/92), umfasst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der zweite Schalter ein SPDT-Schalter (98) oder DPDT-Schalter (99') ist.
8. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Filtereinrichtung ein einziges Filter (47, 107') für die mindestens zwei Frequenzbänder umfasst.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit weiterhin einer Zirkula- toreinrichtung (137) zur Verbindung des die Verstärkereinrichtung (7, 9) und die Filtereinrichtung (47, 107') umfassenden Sendepfads mit einer Antenneneinrichtung
(89) und/oder einem Empfangspfad.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Empfangspfad mindestens einen Widerstand zum Absorbieren eines reflektierten Signals umfasst.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei dem Widerstand ein Filter (53) vorgeschaltet ist, das mindestens den gleichen Durchlassbereich besitzt wie die Filtereinrichtung (47, 107') im Sendepfad.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Frequenzbänder eines oder mehrere der durch die Standards GSM und/oder UMTS definierten Frequenzbänder umfassen.
13. Verfahren zum Senden von Datensignalen in mehreren Frequenzbändern durch
Verstärken der Datensignale
Filtern der verstärkten Datensignale in Abhängigkeit vom jeweiligen Frequenzband zur Unterdrückung von Störungen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
Datensignale von mindestens zwei der mehreren Frequenzbänder gemeinsam verstärkt und beim Filtern durchgelassen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die gemeinsam verstärkten Datensignale (107, 108, 109) in Abhängigkeit der den Datensignalen zugrundeliegenden Frequenzbändern an mehrere Filtereinheiten (41, 42, 44) verteilt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Datensignale vor dem Verstärken in Abhängigkeit der den Datensignalen zugrundeliegenden Frequenzbändern zum Verstärken in eine oder mehrere Verstärkungseinrichtungen (1, 7) zusam- mengefasst und/oder aufgeteilt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Frequenzbänder eines oder mehrere der gemäß den Standards GSM und/oder UMTS definierten Frequenzbänder umfassen.
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