WO2009086821A1 - Frontendschaltung - Google Patents

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WO2009086821A1
WO2009086821A1 PCT/DE2009/000019 DE2009000019W WO2009086821A1 WO 2009086821 A1 WO2009086821 A1 WO 2009086821A1 DE 2009000019 W DE2009000019 W DE 2009000019W WO 2009086821 A1 WO2009086821 A1 WO 2009086821A1
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transmission
tdd
mobile radio
fdd
filter
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PCT/DE2009/000019
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Pasi Tikka
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Epcos Ag
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    • 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
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    • H04B1/403—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency
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    • 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
    • H04B1/44—Transmit/receive switching

Definitions

  • the invention relates to a front-end circuit for a mobile radio device with multimode operation.
  • a mobile radio standard is understood to be the type of signal processing and transmission and, in particular, how to distinguish between transmitted and received signals.
  • TDD Time Division Duplexing
  • FDD Frequency Division Duplexing
  • TDD systems transmit and receive at different times in so-called time slots, with transmission and reception also often taking place in different frequency bands between which switches are switched.
  • FDD systems the separation between transmitted and received signals takes place exclusively via the different frequency bands used in a duplexer, which is designed as a passive crossover.
  • a well-known TDD system is the GSM system widely used in Europe, while in the USA and Japan WCDMA systems are common, representing FDD systems.
  • a known standard front-end circuit is shown for example in FIG. With this circuit, five mobile radio systems can be operated in two different standards.
  • a first and a second FDD system (WCDMA) operate in different frequency ranges, for example at 850 or 900 MHz and at 1800 or 1900 MHz.
  • WCDMA FDD system
  • Frequency range includes approximately one octave each. Within an octave, the frequency doubles.
  • the two FDD system each have a duplexer, which is connected at its one end to an antenna port and at its other end with a respective transmit and receive path.
  • a further transmit filter and a transmit amplifier are arranged in the transmit path, while the receive path opens directly into the receiver circuit designed as an RFIC without further filtering.
  • All transmit and receive paths for the three TDD systems are selectively connected to the antenna port via an antenna switch.
  • Each TDD transmit path has a transmit amplifier and a transmit filter. In the receiving path only one receiving filter is arranged.
  • Frequency range (eg IGHz range) lying band ranges of the TDD systems use a common transmission amplifier to which the two transmission filters are connected via a switch optional.
  • the transmission path of a TDD system located in the higher frequency range eg 2 GHz range
  • a front-end circuit is provided for at least one FDD and at least one TDD system, which use a common band area, wherein a transmission filter can optionally be connected to the transmission path of the TDD or the FDD system.
  • a transmission filter is saved.
  • the transmit filter is used to filter out unwanted frequency components, e.g. the harmonics occurring at higher frequencies or the noise of the transmission amplifier. This function can easily and without additional losses fulfill the common transmission filter for both mobile radio systems belonging to different standards, without the need for additional adaptations in the form of a passive matching network compared to a known front-end circuit.
  • the front-end circuit thus saves a transmission filter and thus costs and effort and allows another
  • a transmission amplifier is arranged in a first TDD transmission path for the first TDD mobile radio system.
  • An antenna connection can optionally be connected to the duplexer or the first TDD transmission path.
  • a (common) transmission filter can be switched with switching means either the first FDD transmission path or the first TDD transmission path.
  • the number of transmit transmitters required may vary in the front-end circuit. Usually but not necessarily associated mobile radio systems per band or per band for different mobile radio standards
  • a respective transmission amplifier for the FDD and the TDD mobile radio system is provided.
  • the switching means then connect the transmission filter optionally with the transmission amplifier of the FDD transmission path or. with the transmission amplifier of the TDD transmission path.
  • a common transmission amplifier is provided for the FDD transmission path and the TDD transmission path.
  • the switching means then connect the common transmission amplifier optionally with the transmission filter of the duplexer or with the antenna connection. While the transmit path of the TDD system requires no further filtering of the transmit signal after the transmit amplifier, the transmit signal in the FDD system must still pass through the transmit filter of the duplexer.
  • the proposed front-end circuit can be extended by components for other mobile radio systems.
  • a second transmission filter may be provided for a second TDD mobile radio system operating in a second band region adjacent to the first band region.
  • the switching means selectively connect either the first or the second transmit filter to either the first FDD transmit path or the first TDD transmit path.
  • different transmission filters are used for adjacent band areas.
  • either one of the two transmission filters can be used for the transmission path of the first FDD system.
  • the choice between the two transmit filters makes it possible to design the front-end circuit so that it can alternatively be equipped with duplexers that work in the first or second band range without having to adapt the circuit environment.
  • a separate TDD reception path can be provided per TDD mobile radio system.
  • the signal processing and generation takes place in a transmit / receive IC transceiver which is connected to all transmit and receive paths. It is possible that each path has its own input or output at the transceiver. However, it is also possible that only one transmission output is provided per frequency range. if this opens into different transmission paths, then a switch can be provided for switching over to the different transmission paths. However, it is also possible to connect the transmission paths in parallel with the corresponding common output on the transceiver.
  • reception paths of different mobile radio systems of different standards can be connected in parallel to a common reception input, but can also be assigned separately to different inputs on the transceiver.
  • the transceiver can process balanced and / or unbalanced signals and correspondingly have balanced or unbalanced switched outputs. Since the antenna usually requires a single-ended (unbalanced) signal, a balun is to be provided in the corresponding path in the case of a symmetrical transceiver connection. Modern filters based on SAW or BAW filters already have balun functionality on their own, so that even with symmetrical operation of the transceiver usually no additional baluns are required.
  • the at least one transmit filter may have a balanced input and an unbalanced output. Accordingly, the receive filters may have an unbalanced input and a balanced output.
  • a second duplexer for a second FDD mobile radio system may operate in a second band area corresponding, for example, to the second band area of the second TDD system.
  • the transmission sub-filter of the second duplexer is arranged in a second FDD transmission path.
  • the switching means of the front-end circuit can then connect the first or second transmission filter optionally to the first or the second FDD transmission path or to the TDD transmission path.
  • a third TDD mobile radio system and a third FDD mobile radio system may be provided, both of which use the same band range, but differ from the first band range by one octave and thus belong to a different frequency range.
  • the first frequency range includes frequencies of 600-1000 MHz
  • the second frequency range may include frequencies of 1.5-2 GHz, for example.
  • a common third transmission filter can be provided, which can be connected via switching means optionally to the third TDD transmission path or the third FDD transmission path.
  • Parts of the front-end circuit can be realized as a module or submodule.
  • a module is characterized by a common module substrate, an interconnection arranged therein or thereon and, if appropriate, passive matching and circuit components which can be protected under a common encapsulation or cover.
  • the division into submodule takes place according to functional aspects and compatibility of the components. It can e.g. Antenna switch and transmission amplifier of the TDD mobile radio systems can be arranged on a common power switch module.
  • a module that additionally includes filters can also be called a front-end module.
  • first and second transmission filters are designed as 2inl filters. These are two filters formed on a substrate, in particular in the same filter technique and, for example, connected in parallel with a common input. This saves further module or board area. _Q_
  • the filters are implemented in a filter technology that meets the requirements of the respective mobile radio standard. Highest demands and therefore also the highest quality filters are required for the duplexers of the FDD systems (for example WCDMA). These are then preferably designed as SAW or FBAR filters. It is also possible to implement transmitting and receiving filter parts in different techniques, so that a duplexer can have side by side a SAW and an FBAR filter.
  • the transmission filters can be realized in a simpler design, because usually the bandpass characteristics of transmission filters are not so great demands. They can therefore be realized as LC filters or of course also as SAW or FBAR filters.
  • the front-end circuit is designed in one embodiment on a ceramic multilayer substrate, wherein the interconnection of the filters and matching circuits or other passive circuit components for the filter are arranged at least partially or completely integrated in the multilayer substrate.
  • the switching means of the front-end circuit i. the switches which assign the common transmission filter to different transmission paths and the antenna switches for connecting the antenna connection to the individual transmission and reception paths are designed as CMOS switches, PIN diodes or as GaAs switches and arranged as discrete components on a substrate of the front-end circuit.
  • FIG. 1 shows a known front-end circuit
  • Figure 2 shows a first embodiment with two
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment with a common transmission amplifier for the transmission paths of the first frequency range
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment with a common transmission amplifier and components for three further mobile radio systems
  • FIG. 5 shows a third exemplary embodiment with a common transmission amplifier for the transmission paths of the first frequency range and components for three further mobile radio systems.
  • each TDD mobile radio system also has its own receive path, each with a receive filter RXF 1 and RXF 2 .
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of an improved front-end circuit.
  • An antenna switch AS can optionally transmit and receive paths for a first TDD mobile radio system (eg GSM 850 or GSM 900) and a duplexer DU for a first FDD mobile radio system (eg WCDMA 850 or WCDMA 900 ) are connected to the antenna terminal AN.
  • the transmission path of the first TDD mobile radio system contains the first TDD transmission amplifier PA T.
  • an FDD transmission amplifier PA F is arranged in the transmission path of the first FDD mobile radio system.
  • the reception path of the first TDD mobile radio system eg GSM 850 or GSM 900
  • a duplexer DU for a first FDD mobile radio system
  • FDD mobile radio system connects the receive filter TFl of the duplexer DU directly to the transceiver IC.
  • the receive path of the first TDD mobile radio system includes the TDD receive filter RXFl.
  • a transmission filter TXF1 Connected to the transmission output of the transceiver IC is a transmission filter TXF1, which in turn can be connected to the transmission path of the first TDD mobile radio system or to the transmission path of the first FDD mobile radio system via a switching means SM designed as an SPDT switch.
  • the receive path for the first TDD system includes a receive filter RXFl.
  • the associated input amplifier (LNA) is integrated in the transceiver IC.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment in which a common transmission amplifier PA M , which can amplify the transmission signals for both the TDD and the FDD mobile radio system, is additionally arranged in the common transmission path for the first TDD and first FDD mobile radio system.
  • the switching means SM here again an SPDT switch, connects the common transmission amplifier optionally with the transmission filter TF T of the duplexer DU (for operation in the FDD system) or with the antenna connection AN (for operation in the TDD mobile radio system).
  • FIG. 5 shows a front-end circuit that is expanded by two further TDD mobile radio systems and a second FDD mobile radio system compared to the first and second exemplary embodiments.
  • First and second TDD mobile radio systems use adjacent band areas of e.g. GSM 850 and GSM 900 MHz, while the band area of the third TDD mobile radio system operates in the frequency range up to 2 GHz.
  • the first FDD mobile radio system with the first duplexer DUl is assigned to the same band range as the first or the second TDD system.
  • two transmission filters TXF 1 and TXF 2 are provided for the first and second TDD systems, which - each driven symmetrically - are both connected in parallel electrically with the transmission output of the
  • Transceivers IC are interconnected.
  • first and second switching means SM x and SM 2 which also serves as a correspondingly many channels switching individual switch can be realized, the output of either the first or second transmission filter is now selectively connected to the transmission amplifier PA T1 of the first TDD system or to the transmission amplifier PA F of the first duplexer.
  • the other two switching options are provided for the possibility to replace the first duplexer DUl with the first band range by a duplexer or to equip the front-end circuit with a duplexer, which operates in the second band range.
  • the first TDD transmit amplifier can amplify the transmission frequencies of the first and second band ranges.
  • the transmission path of the third TDD system operating in the 2 GHz frequency range has a balun BA and a transmission amplifier PA T2 for the second frequency range.
  • the second FDD system operating in the second frequency range is conventionally connected with its own transmit and receive path to the transceiver IC and the antenna connection AN.
  • a power-switch module PSM comprises an antenna switch for selectively connecting the various transmission and reception paths to the common antenna connection AN and the two transmission amplifiers PA T1 and PA T2 .
  • Figure 4 shows a fourth, compared to that of the third embodiment simplified front-end circuit, in which the transmission amplifiers for the two TDD mobile radio systems and the first FDD mobile radio system, all working in the first frequency range, are realized by a working in mixed mode common transmission amplifier PA M.
  • a first switching means SM 1 optionally with the first or second transmit filter TXF 1 or TXF 2 .
  • a second switching means SM 2 connects the output of the common transmission amplifier PA M optionally with the transmission filter of the first duplexer DUl (for operation in the FDD system) or with the antenna connection AN (for operation in the TDD system).
  • the antenna side of the front-end circuit differs here by the absence of a power switch module, so that antenna switches and amplifiers are provided as discrete components.
  • the remaining components of the front-end circuit correspond to those of the third embodiment. All receive amplifiers LNA are integrated in the transceiver IC.
  • the common transmit path is also connected symmetrically to the transceiver IC, while the receive paths are unbalanced. However, it is also possible to connect the common transmission path unbalanced and the reception paths symmetrically or all paths symmetrically to the transceiver IC. Then either a Balun BA as in the transmission path of the third TDD mobile radio system or a corresponding send or receive filter with integrated balun functionality is required, since the antenna port is usually driven unbalanced.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments and may include combinations of the illustrated individual features. It is also possible to extend the front-end circuit by components for other mobile radio systems. Also in the second frequency range, as in the first transmission filter for TDD and FDD mobile radio system are shared according to the invention.
  • PA M transmit amplifier (multimode: FDD and TDD
  • TXF 1 , TXF 2 First and second transmit filter (for Tx) TF T transmit filter (of duplexer)
  • SMl, SM2 switching means may include multiple switches
  • Mobile radio standard can have multiple band ranges Band range includes Tx band and Rx band Mobile communication system Combination of mobile standard and
  • First and second frequency range each includes approximately one octave

Abstract

Es wird eine Frontendschaltung für zumindest ein FDD und zumindest ein TDD Mobilfunksystem angegeben, die beide einen gemeinsamen Bandbereich nutzen, wobei ein gemeinsames Sendefilter wahlweise dem Sendepfad des TDD oder des FDD Mobilfunksystems zugeschaltet werden kann.

Description

Beschreibung
Frontendsehaltung
Die Erfindung betrifft eine Frontendschaltung für eine Mobilfunkeinrichtung mit Multimode Betriebsweise.
Heutige Mobiltelefone müssen in unterschiedlichen Mobilfunkstandards arbeiten und vorzugsweise in jedem Mobil - funkstandard auch mehrere unterschiedliche Frequenzbänder bedienen können. Um die dadurch notwendige Vielzahl an unterschiedlichen Komponenten zu reduzieren und so sowohl Größe als auch Gewicht und Kosten der Mobiltelefone zu reduzieren ist man bestrebt, Komponenten soweit möglich mehrfach zu nutzen und je nach Bedarf abwechselnd in unterschiedlichen Mobilfunksystemen zu betreiben.
Unter einem Mobilfunkstandard wird dabei die Art der Signal - Verarbeitung und Übermittlung verstanden und insbesondere, wie zwischen Sende- und Empfangssignalen unterschieden wird.
Es sind zum Beispiel TDD (time division duplexing) und FDD (frequency division duplexing) Systeme bekannt. TDD Systeme senden und empfangen zeitlich versetzt in so genannten Zeitschlitzen, wobei Senden und Empfangen oft auch in unter- schiedlichen Frequenzbändern stattfindet, zwischen denen mit Schaltern umgeschaltet wird. Bein FDD Systemen erfolgt die Trennung zwischen Sende- und Empfangssignalen ausschließlich über die unterschiedlichen dazu verwendeten Frequenzbänder in einem Duplexer, der als passiv arbeitende Frequenzweiche ausgebildet ist. Ein bekanntes TDD System ist das in Europa häufig verwendete GSM System, während in USA und Japan WCDMA Systeme verbreitet sind, die FDD Systeme darstellen.
Eine bekannte Standard Frontendschaltung ist beispielsweise in Figur 1 dargestellt . Mit dieser Schaltung können fünf Mobilfunksysteme in zwei verschiedenen Standards betrieben werden. Ein erstes und ein zweites FDD System (WCDMA) arbeiten in unterschiedlichen Frequenzbereichen, zum Beispiel bei 850 oder 900 MHz und bei 1800 oder 1900 MHz. Ein
Frequenzbereich umfasst je ca. eine Oktave. Innerhalb einer Oktave verdoppelt sich die Frequenz. Die beiden FDD System weisen jeweils einen Duplexer auf, der an seinem einen Ende mit einem Antennenanschluss und an seinem anderen Ende mit je einem Sende- und einem Empfangspfad verbunden ist. Im Sendepfad ist ein weiteres Sendefilter und ein Sendeverstärker angeordnet, während der Empfangspfad ohne weitere Filterung direkt in die als RFIC ausgebildete Receiverschaltung mündet. Alle Sende- und Empfangspfade für die drei TDD Systeme werden über einen Antennenschalter wahlweise mit dem Antennenanschluss verbunden. Jeder TDD Sendepfad weist einen Sendeverstärker und ein Sendefilter auf. In den Empfangspfaden ist jeweils nur ein Empfangsfilter angeordnet.
Zwei nahe beieinander und daher innerhalb des gleichen
Frequenzbereichs (z.B. IGHz Bereich) liegende Bandbereiche der TDD Systeme nützen einen gemeinsamen Sendeverstärker, an den die beiden Sendefilter über einen Schalter wahlweise angeschlossen werden. Der Sendepfad eines im höheren Frequenzbereich (z.B. 2GHz Bereich) liegenden TDD Systems weist hier nur einen Balun auf, der eine für diesen Sendepfad ausreichende rudimentäre Filterfunktion aufweist. Es wird also nur eine Chipkomponente von unterschiedlichen Mobilfunksystemen genutzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Front- endschaltung für den Multiband/Multimodebetrieb anzugeben, die eine weiter reduzierte Anzahl von Komponenten aufweist, ohne dadurch in der Funktion beeinträchtigt zu sein.
Diese Aufgabe wird mit einer Frontendschaltung mit den Merk- malen von Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den verbleibenden abhängigen Ansprüchen zu entnehmen .
Es wird eine Frontendschaltung für zumindest ein FDD und zumindest ein TDD System angegeben, die einen gemeinsamen Bandbereich nutzen, wobei ein Sendefilter wahlweise dem Sendepfad des TDD oder des FDD Systems zugeschaltet werden kann. Gegenüber der bekannten Schaltung aus Figur 1 wird also ein Sendefilter eingespart. Das Sendefilter dient zum Ausfiltern von unerwünschten Frequenzanteilen, z.B. der bei höheren Frequenzen auftretenden Harmonischen oder dem Rauschen des Sendeverstärkers. Diese Funktion kann das gemeinsame Sendefilter für beide Mobilfunksysteme, die unterschiedlichen Standards angehören, ohne Probleme und ohne zusätzliche Verluste erfüllen, ohne dass gegenüber einer bekannten Frontendschaltung zusätzliche Anpassungen in Form eines passiven Anpassnetzwerks erforderlich wären.
Die Frontendschaltung spart somit ein Sendefilter und damit Kosten und Aufwand ein und ermöglicht eine weitere
Reduzierung der erforderlichen Substrat- oder Modulgröße. Eine Frontendschaltung die ausgelegt ist für den Betrieb in einem ersten TDD Mobilfunksystem und in einem ersten FDD Mobilfunksystem, die beide den gleichen Bandbereich nutzen, urafasst daher einen ersten FDD Sendepfad für das erste FDD Mobilfunksystem, in dem ein Sendeverstärker und das Sendeteilfilter eines Duplexers angeordnet sind. In einem ersten TDD Sendepfad für das erste TDD Mobilfunksystem ist ein Sendeverstärker angeordnet Ein Antennenanschluss kann wahlweise mit dem Duplexer oder dem ersten TDD Sendepfad verbunden werden. Ein (gemeinsames) Sendefilter kann mit Schaltmittel wahlweise dem ersten FDD Sendepfad oder dem ersten TDD Sendepfad zugeschaltet werden.
Die Anzahl der erforderlichen Sendeverstärker kann in der Frontendschaltung variieren. Üblicherweise aber nicht notwendigerweise sind für unterschiedliche Mobilfunkstandards zugehörige Mobilfunksysteme pro Bandbereich oder pro
Frequenzbereich ein eigener Sendeverstärker zugeordnet .
In einer Ausführung ist daher je ein Sendeverstärker für das FDD- und das TDD Mobilfunksystem vorgesehen. Die Schaltmittel verbinden dann das Sendefilter wahlweise mit dem Sendeverstärker des FDD Sendepfads oder. mit dem Sendeverstärker des TDD Sendepfads.
In einer weiteren Ausführung ist ein gemeinsamer Sendever- stärker für den FDD Sendepfad und den TDD Sendepfad vorgesehen. Die Schaltmittel verbinden dann den gemeinsamen Sendeverstärker wahlweise mit dem Sendeteilfilter des Duplexers oder mit dem Antennenanschluss. Während der Sendepfad des TDD Systems keine weitere Filterung des Sendesignals nach dem Sendeverstärker erfordert, muss das Sendesignal im FDD System noch das Sendeteilfilter des Duplexers durchlaufen. Die vorgeschlagene Frontendschaltung kann um Komponenten für weitere Mobilfunksysteme erweitert werden. So kann ein zweites Sendefilter für ein zweites TDD Mobilfunksystem vorgesehen sein, das in einem dem ersten Bandbereich benachbarten zweiten Bandbereich arbeitet. Die Schaltmittel verbinden wahlweise das erste oder das zweite Sendefilter wahlweise mit dem ersten FDD Sendepfad oder dem ersten TDD Sendepfad.
In dieser Ausführung werden also für benachbarte Bandbereiche unterschiedliche Sendefilter eingesetzt. Je nachdem mit welchem Bandbereich das FDD System übereinstimmt, kann wahlweise eines der beiden Sendefilter für den Sendepfad des ersten FDD Systems genutzt werden. Die Wahlmöglichkeit zwischen beiden Sendefiltern ermöglicht es, die Frontendschaltung so auszu- legen, dass sie alternativ mit Duplexern bestückt werden kann, die im ersten oder zweiten Bandbereich arbeiten, ohne dass dazu die Schaltungsumgebung angepasst werden muss .
Im Gegensatz zur gemeinsamen Nutzung von Sendepfaden oder von teilen der Sendepfade kann pro TDD Mobilfunksystem ein eigener TDD Empfangspfad vorgesehen sein. Die Signalverarbeitung und -Erzeugung erfolgt in einem Sende/Empfangs-IC - Transceiver - der mit allen Sende- und Empfangspfaden verbunden ist. Dabei ist es möglich, dass jedem Pfad ein eigener Ein- oder Ausgang am Transceiver zugewiesen ist. Möglich ist es jedoch auch, dass pro Frequenzbereich nur ein Sendeausgang vorgesehen ist. mündet dieser in verschiedene Sendepfade, so kann ein Schalter zum Umschalten in die unterschiedlichen Sendepfade vorgesehen sein. Möglich ist es jedoch auch, die Sendepfade parallel mit dem entsprechenden gemeinsamen Ausgang am Transceiver zu verbinden. - S -
Auch die Empfangspfade unterschiedlicher Mobilfunksysteme unterschiedlicher Standards können parallel mit einem gemeinsamen Empfangseingang verbunden werden, können aber auch getrennt voneinander unterschiedlichen Eingängen am Transceiver zugeordnet werden.
Der Transceiver kann symmetrische und/oder unsymmetrische Signale verarbeiten und entsprechend balanced oder unbalanced geschaltete Ausgänge aufweisen. Da die Antenne üblicherweise ein single-ended (unbalanced) Signal erfordert, ist im Fall eines symmetrischen Transceiveranschlusses im entsprechenden Pfad ein Balun vorzusehen. Moderne Filter auf der Basis von SAW oder BAW Filter weisen bereits von haus aus eine Balun- Funktionalität auf, so dass auch bei symmetrischer Arbeits- weise des Transceivers meist keine zusätzlichen Baluns erforderlich sind.
Das zumindest eine Sendefilter kann einen symmetrischen Eingang und einen unbalanced Ausgang aufweisen. Entsprechend können die Empfangsfilter einen unbalanced Eingang und einen symmetrischen Ausgang aufweisen.
In der Frontendschaltung können auch mehrere FDD Mobilfunk- systeme vorgesehen sein. So kann in der Frontendschaltung ein zweiter Duplexer für ein zweites FDD Mobilfunksystem in einem zweiten Bandbereich arbeiten, der zum Beispiel dem zweiten Bandbereich des zweiten TDD Systems entspricht. Das Sende- teilfilter des zweiten Duplexers ist in einem zweiten FDD Sendepfad angeordnet . Die Schaltmittel der Frontendschaltung können dann das erste oder zweite Sendefilter wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten FDD Sendepfad oder mit dem TDD Sendepfad verbinden. Gemäß einer weiteren Ausführung kann ein drittes TDD Mobil - funksystem und ein drittes FDD Mobilfunksystem vorgesehen sein, die beide den gleichen Bandbereich nutzen, der aber vom ersten Bandbereich um eine Oktave verschieden ist und somit einem anderen Frequenzbereich angehört . Während der erste Frequenzbereich z.B. Frequenzen von 600-1000 MHz umfasst, kann der zweite Frequenzbereich z.B. Frequenzen von 1,5-2 GHz umfassen. Auch für die Sendepfade dieser beiden dritten Mobilfunksysteme kann ein gemeinsames drittes Sendefilter vorgesehen sein, das über Schaltmittel wahlweise mit dem dritten TDD Sendepfad oder dem dritten FDD Sendepfad verbunden werden kann.
Teile der Frontendschaltung können als Modul bzw. Submodul realisiert sein. Ein Modul zeichnet sich durch ein gemeinsames Modul -Substrat, eine darin oder darauf angeordnete Verschaltung sowie gegebenenfalls passive Anpassungs- und Schaltungskomponenten aus, die unter einer gemeinsamen Verkapselung oder Abdeckung geschützt sein können. Die Auf- teilung in Submodul erfolgt nach funktionellen Gesichtspunkten und Kompatibilität der Komponenten. Es können z.B. Antennenschalter und Sendeverstärker der TDD Mobilfunksysteme auf einem gemeinsamen Power-Switch Modul angeordnet sein. Ein Modul, das zusätzlich noch Filter umfasst, kann auch als Frontendmodul bezeichnet werden.
Gemäß einer Ausführung sind erstes und zweites Sendefilter als 2inl Filter ausgebildet. Dies sind zwei auf einem Substrat insbesondere in gleicher Filtertechnik ausgebildete und z.B. parallel mit einem gemeinsamen Eingang verschaltete Filter. Damit wird weitere Modul- oder Platinenfläche eingespart . _ Q _
Die Filter sind einer Filtertechnik realisiert, die den Anforderungen des jeweiligen Mobilfunkstandards genügt. Höchste Anforderungen und damit auch die hochwertigsten Filter sind für die Duplexer der FDD Systeme (z.B. WCDMA) erforderlich. Diese sind dann vorzugsweise als SAW oder FBAR Filter ausgebildet. Möglich ist es auch, Sende- und Empfangsteilfilter in unterschiedlichen Techniken zu realisieren, so dass ein Duplexer nebeneinander ein SAW und ein FBAR Filter aufweisen kann.
Die Sendefilter können in einfacherer Ausführung realisiert sein, da an die Bandpasseigenschaften von Sendefiltern üblicherweise keine so großen Anforderungen gestellt werden. Sie können daher als LC Filter oder natürlich ebenfalls als SAW oder FBAR Filter realisiert sein.
Die Frontendschaltung ist in einer Ausführung auf einem keramischen Mehrschichtsubstrat ausgebildet, wobei die Verschaltung der Filter sowie Anpassschaltungen oder andere passive Schaltungskomponenten für die Filter zumindest teilweise oder auch vollständig im Mehrschichtsubstrat integriert angeordnet sind.
Die Schaltmittel der Frontendschaltung, d.h. die Schalter, die das gemeinsame Sendefilter unterschiedlichen Sendepfaden zuweisen sowie die Antennenschalter zum Verbinden des Antennenanschlusses mit den einzelnen Sende- und Empfangs - pfaden sind als CMOS Schalter, PIN Dioden oder als GaAs Schalter ausgebildet und als diskretes Bauelemente auf einem dem Substrat der Frontendschaltung angeordnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein dem besseren Verständnis der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt . Es können den Figuren daher weder relative noch absolute Maßangaben entnommen werden.
Es zeigen
Figur 1 eine bekannte Frontendschaltung,
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel mit zwei
Sendeverstärkern für ersten Frequenzbereich,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem gemeinsamen Sendeverstärker für die Sendepfades des ersten Frequenzbereichs,
Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel mit einem gemeinsamen Sendeverstärker und Komponenten für drei weitere Mobilfunksysteme,
Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem gemeinsamen Sendeverstärker für die Sendepfades des ersten Frequenzbereichs und Komponenten für dreiweitere Mobilfunksysteme .
Figur 1 zeigt die bereits eingangs beschriebene bekannte Frontendschaltung, bei der für den ersten Frequenzbereich (hier der Frequenzbereich bis ca. 1 GHz) zwei Mobilfunksysteme mit TDD Betriebsweise und je einem Sendefilter TXF1, TXF2 vorgesehen sind, die eingangsseitig parallel mit einen gemeinsamen Sendeausgang des Transceivers IC verbunden sind. Ausgangsseitig werden die Sendefilter wahlweise über einen Schalter S mit dem TDD Sendepfad verbunden. Für ein erstes FDD Mobilfunksystem ist ein Duplexer DU, ein FDD Sendepfad mit einem FDD Sendefilter TXFFi, einem FDD Sendeverstärker PAFi, sowie ein FDD Empfangspfad vorgesehen. Für den zweiten Frequenzbereich sind die Komponenten eines analog aufgebauten zweiten FDD Mobilfunksystem mit dem zweiten Duplexer DU2 und eines zweiten TDD Mobilfunksystem vorgesehen. Jedem TDD Mobilfunksystem ist außerdem ein eigener Empfangspfad mit jeweils einem Empfangsfilter RXF1 und RXF2 vorgesehen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer demgegenüber verbesserten Frontendschaltung zeigt Figur 2. Über einen Antennenschalter AS können wahlweise Sende- und Empfangspfad für ein erstes TDD Mobilfunksystem (z.B. GSM 850 oder GSM 900) sowie ein Duplexer DU für ein erstes FDD Mobilfunksystem (z.B. WCDMA 850 oder WCDMA 900) mit dem Antennenanschluss AN verbunden werden. Der Sendepfad des ersten TDD Mobilfunksystems enthält den ersten TDD Sendeverstärker PAT. Im Sendepfad des ersten FDD Mobilfunksystems ist ein FDD Sendeverstärker PAF angeordnet. Der Empfangspfad des ersten
FDD Mobilfunksystems verbindet das Empfangsteilfilter TFl des Duplexers DU direkt mit dem Transceiver IC. Der Empfangspfad des ersten TDD Mobilfunksystems enthält das TDD Empfangsfilter RXFl.
Mit dem Sendeausgang des Transceiver IC ist ein Sendefilter TXFl verbunden, welches wiederum über ein als SPDT Schalter ausgebildetes Schaltmittel SM wahlweise mit dem Sendepfad des ersten TDD Mobilfunksystems oder mit dem Sendepfad des ersten FDD Mobilfunksystems verbunden werden kann. Der Empfangspfad für das erste TDD System enthält ein Empfangsfilter RXFl. Der dazugehörige Eingangsverstärker (LNA) ist im Transceiver IC integriert.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem im gemeinsamen Sendepfad für erstes TDD und erstes FDD Mobil - funksystem zusätzlich noch ein gemeinsamer Sendeverstärker PAM angeordnet ist, der die Sendesignale sowohl für das TDD als auch für das FDD Mobilfunksystem verstärken kann. Die Schaltmittel SM, hier wieder ein SPDT Schalter, verbindet den gemeinsamen Sendeverstärker wahlweise mit dem Sendeteilfilter TFT des Duplexers DU (für den Betrieb im FDD System) oder mit dem Antennenanschluss AN (für den Betrieb im TDD Mobilfunksystem) .
Figur 5 zeigt eine Frontendschaltung, die gegenüber dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel um zwei weitere TDD Mobilfunksysteme und ein zweites FDD Mobilfunksystem erweitert ist. Erstes und zweites TDD Mobilfunksystem nutzen benachbarte Bandbereiche von z.B. GSM 850 und GSM 900 MHz, während der Bandbereich des dritten TDD Mobilfunksystems im Frequenzbereich bis 2 GHz arbeitet. Das erste FDD Mobilfunksystem mit dem ersten Duplexer DUl ist dem gleichen Bandbereich wie erstes oder dem zweites TDD System zuge- ordnet.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind zwei Sendefilter TXF1 und TXF2 für erstes und zweites TDD System vorgesehen, die - jeweils symmetrisch angesteuert - beide elektrisch parallel geschaltet mit dem Sendeausgang des
Transceivers IC verschaltet sind. Mit Hilfe von ersten und zweiten Schaltmitteln SMx und SM2, die auch als ein entsprechend viele Kanäle schaltender einzelner Schalter realisiert sein können, wird nun der Ausgang von entweder erstem oder zweitem Sendefilter wahlweise mit dem Sendeverstärker PAT1 des ersten TDD Systems oder mit dem Sendeverstärker PAF des ersten Duplexers verbunden. Dies sind vier Schaltmöglichkeiten, von denen im Betrieb der Frontendschaltung jedoch nur zwei tatsächlich geschaltet werden, da der FDD Sendepfad nur mit dem Sendefilter mit dem entsprechenden Bandbereich verbunden wird. Die anderen beiden Schaltmöglichkeiten sind für die Möglichkeit vorgesehen, den ersten Duplexer DUl mit dem ersten Bandbereich durch einen Duplexer zu ersetzen bzw. die Frontendschaltung mit einem Duplexer zu bestücken, der im zweiten Bandbereich arbeitet. Der erste TDD Sendeverstärker kann die Sendefrequenzen des ersten und zweiten Bandbereichs verstärken.
Der Sendepfad des dritten, im 2GHz Frequenzbereich arbeitenden TDD Systems weist eine Balun BA und einen Sendeverstärker PAT2 für den zweiten Frequenzbereich auf. Das zweite im zweiten Frequenzbereich arbeitende FDD System ist hier herkömm- lieh mit eigenem Sende- und Empfangspfad an den Transceiver IC und den Antennenanschluss AN angeschlossen. Ein Power- Switch-Modul PSM umfasst einen Antennenschalter zum wahl- weisen Verbinden der verschiedenen Sende- und Empfangspfade mit dem gemeinsamen Antennenanschluss AN und die beiden Sendeverstärker PAT1 und PAT2.
Figur 4 zeigt eine vierte, gegenüber derjenigen des dritten Ausführungsbeispiels vereinfachte Frontendschaltung, bei der die Sendeverstärker für die beiden TDD Mobilfunksysteme und das erste FDD Mobilfunksystem, die alle im ersten Frequenzbereich arbeiten, durch einen im Mixed Mode arbeitenden gemeinsamen Sendeverstärker PAM realisiert sind. Dieser wird über ein erstes Schaltmittel SM1 wahlweise mit dem ersten oder zweiten Sendefilter TXF1 oder TXF2 verbunden. Ein zweites Schaltmittel SM2 verbindet den Ausgang des gemeinsamen Sendeverstärker PAM wahlweise mit dem Sendeteilfilter des ersten Duplexers DUl (für den Betrieb im FDD System) oder mit dem Antennenanschluss AN (für den Betrieb im TDD System) . Die Antennenseite der Frontendschaltung unterscheidet sich hier durch den Verzicht auf ein Power-Switch-Modul, so dass Antennenschalter und Verstärker als diskrete Komponenten vorgesehen sind.
Die übrigen Komponenten der Frontendschaltung entsprechen denjenigen des dritten Ausführungsbeispiels. Alle Empfangs - Verstärker LNA sind im Transceiver IC integriert . Der gemeinsame Sendepfad ist auch hier symmetrisch an den Transceiver IC angeschlossen, die Empfangspfade dagegen unbalanced. Es ist jedoch auch möglich, den gemeinsamen Sendepfad unbalanced und die Empfangspfade symmetrisch oder alle Pfade symmetrisch an den Transceiver IC anzuschließen. Dann ist entweder jeweils ein Balun BA wie im Sendepfad des dritten TDD Mobilfunksystem oder ein entsprechendes Sendoder Empfangsfilter mit integrierter Balunfunktionalität erforderlich, da der Antennenanschluss üblicherweise unbalanced angesteuert wird.
Möglich ist es auch, sowohl hier wie auch in den anderen Ausführungsbeispielen sämtliche Komponenten auf einem Frontendmodul zu integrieren.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele be- schränkt und kann Kombinationen der dargestellten Einzelmerkmale umfassen. Möglich ist es auch, die Frontendschaltung um Komponenten für weitere Mobilfunksysteme zu erweitern. Auch im zweiten Frequenzbereich können wie im ersten Sendefilter für TDD und FDD Mobilfunksystem erfindungsgemäß gemeinsam benutzt werden.
Bezugszeichenliste
IC RFIC oder Transceiver
PSM Power Switch Modul
PAF Sendeverstärker (FDD System)
PAT Sendeverstärker (TDD System)
PAM Sendeverstärker (Multimode: FDD und TDD
System)
DUl , DU2 Duplexer
TXF1, TXF2 Erstes und zweites Sendefilter (für Tx) TFT Sendeteilfilter (des Duplexer)
TFR Empfangsteilfilter (des Duplexer)
RXF Empfangsfilter
BA Balun
AN Antennenanschluss
AS Antennenschalter
S Schalter
SMl, SM2 Schaltmittel, kann mehrere Schalter umfassen
Mobilfunkstandard kann mehrere Bandbereiche aufweisen Bandbereich umfasst Tx-Band und Rx-Band Mobilfunksystem Kombination aus Mobilfunkstandard und
Bandbereich Frequenzbereich Hier: Erster und zweiter Frequenzbereich, umfasst je ca. eine Oktave

Claims

Patentansprüche
1. Frontendschaltung für ein MobiIfunkgerät ,
- die ausgelegt ist für den Betrieb in einem ersten TDD Mobilfunksystem und in einem ersten FDD Mobilfunksystem, die beide den gleichen Bandbereich nutzen,
- mit einem ersten FDD Sendepfad für das erste FDD Mobilfunksystem, in dem ein Sendeverstärker (PAF) und das Sendeteilfilter (TFT) eines Duplexers (DU) angeordnet sind,
- mit einem ersten TDD Sendepfad für das erste TDD Mobilfunksystem, in dem ein Sendeverstärker (PAT) angeordnet ist,
- mit einem Antennenanschluss (AN) , der wahlweise mit dem Duplexer (DU) oder dem ersten TDD Sendepfad verbunden werden kann, mit zumindest einem Sendefilter (TXF) ,
- mit Schaltmitteln (SM) , über die das zumindest eine Sendefilter (TXF) wahlweise dem ersten FDD Sendepfad oder dem ersten TDD Sendepfad zugeschaltet werden kann.
2. Frontendschaltung nach Anspruch 1, bei der je ein Sendeverstärker (PAT( PAF) für das TDD- und das FDD Mobilfunksystem vorgesehen ist, - bei der die Schaltmittel (SM) das Sendefilter (TXF) wahlweise dem Sendeverstärker (PAF)des FDD Sendepfads oder dem Sendeverstärker (PAT) des TDD Sendepfads zuschalten.
3. Frontendschaltung nach Anspruch 1,
- bei der ein gemeinsamer Sendeverstärker (PAM) für den FDD Sendepfad und den TDD Sendepfad vorgesehen ist, bei der die Schaltmittel (SM) den gemeinsamen Sendeverstärker wahlweise mit dem Sendeteilfilter (TFT) des Duplexers (DU) oder mit dem Antennenanschluss (AN) verbinden .
4. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-3, bei der ein zweites Sendefilter (TXF2) für ein zweites TDD Mobilfunksystem vorgesehen ist, das in einem dem ersten Bandbereich benachbarten zweiten Bandbereich arbeitet, bei der die Schaltmittel (SM) wahlweise das erste oder das zweite Sendefilter (TXFl, TXF2) wahlweise mit dem ersten FDD Sendepfad oder dem ersten TDD Sendepfad verbinden.
5. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-4, bei der pro TDD Mobilfunksystem ein eigener TDD Empfangspfad vorgesehen ist, bei der ein Sende/Empfangs-IC ausgebildeter Transceiver (IC) mit allen Sende- und Empfangspfaden verbunden ist.
6. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-5,
- bei der das zumindest eine Sendefilter (TXFl, TXF2) einen symmetrischen Eingang und einen unbalanced Ausgang aufweist.
7. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 4-6,
- bei der ein zweiter Duplexer (DU2) für ein zweites FDD Mobilfunksystem vorgesehen ist, das im zweiten Bandbereich arbeitet,
- bei der das Sendeteilfilter (TFT2) des zweiten Duplexers in einem zweiten FDD Sendepfad angeordnet ist, - bei der die Schaltmittel (SM) das erste oder zweite Sendefilter (TXFl, TXF2) wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten FDD Sendepfad oder mit dem TDD Sendepfad verbinden.
8. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-7, bei der ein drittes TDD Mobilfunksystem und ein drittes FDD Mobilfunksystem vorgesehen sind, die beide den gleichen Bandbereich nutzen, der aber vom ersten Bandbereich um eine Oktave verschieden ist und somit einem anderen Frequenzbereich angehört,
- bei der auch für die Sendepfade der beiden dritten Mobilfunksysteme ein gemeinsames drittes Sendefilter vorgesehen ist, das über Schaltmittel wahlweise mit dem dritten TDD Sendepfad oder dem dritten FDD Sendepfad verbunden werden kann .
9. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-8, bei der Antennenschalter (AS) und Sendeverstärker (PAT) der TDD Mobilfunksysteme auf einem gemeinsamen Power-
Switch-Modul (PSM) angeordnet sind.
10. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-9, bei der erstes und zweites Sendefilter (TXFl, TXF2) als ein 2inl Filter ausgebildet sind.
11. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-10, bei der bei der die Duplexer (DUl, DU2) und die Empfangsfilter (RXF) als SAW oder FBAR Filter ausgebildet sind.
12. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-11, bei der die Sendefilter (TXF) als SAW oder FBAR Filter ausgebildet sind.
13. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-12, ausgebildet auf einem keramischen Mehrschichtsubstrat, bei der die Verschaltung der Filter und Schalteinrichtungen sowie Anpassschaltungen für die Filter im Mehrschichtsubstrat integriert angeordnet sind.
14. Frontendschaltung nach einem der Ansprüche 1-13, bei der bei die Schaltmittel (SM) als CMOS Schalter, PIN Dioden oder als GaAs Schalter ausgebildet und als zumindest ein diskretes Bauelement auf einem dem Substrat der Frontendschaltung angeordnet sind.
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