WO2014198457A1 - Mobilfunkgerät mit gemeinsam genutztem filter, verfahren zum betrieb des mobilfunkgeräts und verwendung eines filters - Google Patents

Mobilfunkgerät mit gemeinsam genutztem filter, verfahren zum betrieb des mobilfunkgeräts und verwendung eines filters Download PDF

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Edgar Schmidhammer
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    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/14—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex

Definitions

  • the invention relates to mobile devices with an RF filter, which is used for at least two different modes.
  • the invention further relates to methods for operating a mobile device and the use of an RF filter for at least two different modes.
  • the frequency range reserved for mobile systems worldwide includes many frequency bands.
  • Common mobile radio standards in Europe are GSM (Global System for Mobile Communication) and UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems).
  • Common duplexing methods are Frequency Division Duplexing (FDD) methods in which transmit and receive signals are transmitted simultaneously in principle, but at different frequencies, TDD (Time Division Duplexing), in which transmit and receive signals transmit alternately in successive time slots and the duplexing method of the GSM standard, in which transmit and receive signals are transmitted on different frequencies as well as successively in time slots.
  • FDD Frequency Division Duplexing
  • TDD Time Division Duplexing
  • the duplexing method of the GSM standard in which transmit and receive signals are transmitted on different frequencies as well as successively in time slots.
  • a mobile device comprises an antenna, a transceiver circuit and an RF filter connected between the antenna and the transceiver circuit.
  • the transceiver circuit has a first port for transmitting first RF signals and a second port for transmitting second RF signals.
  • the second RF signals are different from the first RF signals.
  • the RF filter has an antenna port coupled to the antenna and a transceiver port coupled to the transceiver circuit.
  • the transceiver port of the HF Filters are coupled to the first port and to the second port of the transceiver circuit.
  • the antenna is used to send or receive RF signals.
  • the transceiver circuit may include circuit components such as power amplifiers wired in respective transmit signal paths and low noise amplifiers that may be interconnected in receive signal paths.
  • the RF filter is part of the front-end circuit that connects the antenna or possibly several antennas of the mobile device with corresponding ports of the transceiver circuit.
  • the coupling between antenna and RF filter on the one hand and between RF filter and transceiver circuit on the other hand means that the corresponding elements can be connected directly to one another. It is also possible that further circuit elements, for. For example, impedance matching elements, duplexers, diplexers, antenna switches or other filters can be connected in corresponding signal paths between the antenna and the transceiver circuit.
  • a mobile device in which two different ports of the transceiver circuit are coupled to the antenna via one and the same RF filter.
  • the bandwidth of the globally available RF frequencies for mobile radio communication is very large, there are overlaps of individual frequency bands of different mobile radio standards or duplexing.
  • the use of an RF filter for just such different signals of a same or similar frequency reduces the complexity of the front-end circuit, and thus the complexity of the Mo ⁇ bilfunkêts, whereby the number of RF filters is re ⁇ cuted.
  • the number of required pins is at one Transceiver chip, so on the chip, in which at least parts of the transceiver circuit are realized, reduced.
  • the complexity of a band selection switch when before ⁇ handen reduced.
  • the signal quality of RF signals propagating in signal paths of the device is fundamentally improved. It should be noted, however, that the double or multiple RF filter must not only comply with the specifications of a mobile radio standard and a duplex method. Rather, partly contradictory requirements are now placed on the RF filter, so that the design of the filter must be particularly carefully and his physical realization by tending to smaller tolerances he is difficult.
  • the first RF signals differ from the second RF signals by using different duplexing techniques.
  • FDD techniques Frequency Division Duplexing techniques
  • TDD techniques Time-based duplexing techniques
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • the first and second RF signals belong to different cellular standards.
  • Mobil ⁇ radio standards come z.
  • AMPS Advanced Mo ⁇ bile Phone Service
  • DECT Digital Enhanced Cordless Telecom Communications
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • LTE Long Term Evolution
  • PCN Personal Communication Network
  • PDC Personal Digital Cellular
  • RTMS Radio Telephone Mobile System
  • CT1 or CT1 + or CT2 Cordless Telephone
  • UMTS Universal Mobile Telecommunications System
  • LAN Wireless Local Area Network
  • iMAX orldwide Interoperability for Microwave Access
  • IMT-Advanced International Mobile Telecommunications Advanced.
  • the first and second RF signals are transmitted in frequency bands having a common frequency, ie, the frequency bands of the first and second RF signals overlap, as there is a common frequency that is both part of the frequency band of the first RF signals as well as being part of the frequency band of the second RF signals.
  • the frequency bands of the first RF signals and the second RF signals are not identical, although technically possible. Rather, the RF filter must be designed so that both the first RF signals and the second RF signals can pass through the filter. On the other hand, other unwanted RF signals with frequency components which belong neither to the frequency band of the first RF signals nor to the frequency band of the second RF signals can not pass through the RF filter.
  • the RF filter is therefore a bandpass filter with a bandpass comprising the frequency bands of the two RF signals. Realizing bandpass filters with a wide passband is by no means trivial.
  • the Q factor decreases from about 900 to about 300 as the relative bandwidth increases from 5% to 11%.
  • a maximum bandwidth of 5%, 8%, 10% or 11% can thus limit the possible combinations allowed.
  • the first and second RF signals are transmitted in a frequency band having a maximum relative bandwidth of 11%.
  • the frequency band is a so-called common frequency band, which includes the frequencies of the frequency bands of the first and second RF signals as subsets.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • BAW Bulk Acoustic Wave
  • GBAW Guided Bulk Acoustic
  • Such RF filters operate with electrode structures and a piezoelectric material, wherein electromagnetic RF signals are converted into acoustic waves and vice versa.
  • the RF filter comprises a piezoelectric material and an electrode structure on the piezoelectric material. It is also possible that a piezoelectric material is arranged between two electrode structures formed over a large area in a BAW component. The electrode structure is thus arranged on the piezoelectric material and the orientation of the piezoelectric material is selected so that the bandwidth of the RF filter (ie the "common bandwidth") is greater than the smaller of the two bandwidths of the two RF signals.
  • the orientation of the piezoelectric material ie the orientation of the piezoelectric axes or the axes of the unit cells of the piezoelectric material relative to a coordinate system of the entire component and to the electrode structures can be specified by Euler angle.
  • Euler angle A suitable choice of Euler angles enables a sufficiently large bandwidth without other electroacoustic properties are too severely degraded.
  • the transceiver ⁇ port of the RF-Fil ters ports coupled to the transceiver circuitry, wherein the two or more coupled to the 'filter ports of the transceiver circuitry for transmitting TX (transmit and :-) / or RX
  • Band numbers> 1 and ⁇ 26 represent bands of an FDD system according to the following table: Band ⁇ Uplink Band Downlink Band Relative Relative Number (TX, MHz) (RX, MHz) Band ⁇ Band ⁇ Broad Bandwidth
  • GSM Band Downlink Band (MHz) Relative Bandwidth In the GSM standard, transmit and receive signals are transmitted and received both at different frequencies and in different time slots. Relevant in the first place are the receive frequency bands, which are given below: GSM Band Downlink Band (MHz) Relative Bandwidth
  • a method for operating one of the above-mentioned embodiments of a mobile radio device is carried out in such a way that the RF filter is operated simultaneously or successively both with first RF signals and with second signals which are different from the first RF signals.
  • the first and / or second RF signals are fed simultaneously or in time slots from the transceiver circuit to the antenna or from the antenna to the transceiver circuit through the RF filter.
  • the use of a single RF filter in a mobile radio for RF signals is thus actually possible and reduces the complexity and thus the manufacturing cost of a corresponding mobile device.
  • the RF signals can be assigned to different multiplexing methods or different mobile radio standards.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the RF filter as
  • FIG. 3 shows an embodiment with a crossover between the filter and the antenna
  • FIG. 4 shows an embodiment with further signal paths and a band selection switch
  • Figure 5 shows an imple mentation form with a variety
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the HF filter is part of a duplexer
  • Figure 7 shows an embodiment of a mobile device with two
  • FIG. 1 shows schematically a mobile device MFG with an RF filter F, a transceiver circuit TS and ports over which the filter and the transceiver circuit are coupled.
  • the mobile device has an antenna port AP and a transceiver port TP.
  • the RF filter F is coupled to an antenna via the antenna port.
  • the RF filter F is coupled to the ports of the transceiver circuit TS.
  • the RF filter F is coupled to the ports of the transceiver circuit TS.
  • Transceiver circuit has a first port PI and a second port P2, via which the transceiver port of the filter is coupled to the transceiver circuit.
  • the embodiment shown in Figure 1 shows a direct connection of the filter with the antenna and the transceiver circuit.
  • Other circuit elements may alternatively be interconnected between the antenna and the transceiver circuit to make impedance adjustments or to perform other filtering functions.
  • Figure 2 shows an embodiment in which the RF filter F is designed as a bandpass filter BPF.
  • the bandpass filter BPF then preferably has a pass band configured such that frequencies of the first RF signals and the second RF signals can pass.
  • Figure 3 shows an embodiment in which a crossover W is connected between the RF filter F and the antenna. Thus, different signal paths can be coupled to the same antenna via the crossover.
  • the crossover can be designed as a diplexer, as a duplexer or as a band selection filter. In another
  • the mobile device comprises another bandpass filter, which is connected in parallel to the RF filter F and allows the transmission of transmit or receive signals between the antenna and the transceiver circuit.
  • Figure 4 shows an imple mentation form, in which the crossover W is designed as a band selector switch S, via which the antenna can be selectively connected to one of three, or more generally: one of many parallel signal paths from the antenna to the transceiver circuit TS.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the RF filter F is connected via balanced (balanced) signal lines to corresponding ports of a low-noise amplifier LNA.
  • asymmetric (unbalanced) signal lines are possible in which an RF signal is conducted in relation to a reference potential.
  • Balanced guided signal lines have two parallel line sections, wherein in each line section, an RF signal with a phase offset of 180 ° relative to the other line signal is performed.
  • Such a balanced signal line is less sensitive to common mode noise.
  • the mobile device may comprise, in addition to the previously mentioned RF filter F, further RF filters F2 which serve for common use with different RF signals of a first and a second type.
  • the mobile device may comprise a plurality of further filters in parallel signal paths and thus master a variety of transmission standards and duplexing techniques.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the RF filter F is designed as a transmission filter FRX of a duplexer DU. About this receive filter FRX z. B. signals of the FDD band 2 and GSM 1900 propagate received signals and signals of the TDD band 36.
  • Figure 7 shows an imple mentation form, in which the mobile device MFG in addition to the antenna AI comprises a further antenna A2, so that, for example, RF signals additional frequency bands, z. B. at 2.7 GHz, can be sent and received.
  • the common use of an RF filter F is not disturbed by further antennas, further signal paths and further filters and transceiver circuits and segments of a common transceiver circuit.
  • the use of different duplexing methods or different transmission standards for different frequency bands is compatible with other conventional circuit elements of a mobile device, so that the cost of adaptation to other filters, if necessary, except for impedance adjustments, remains low.
  • FIG. 8 shows the relative position of typical TDD and / or GSM frequency bands.
  • the frequency bands marked by hatching include two or more in their frequency range. typical frequency bands.
  • the reference numerals associated with the respective combined frequency band denote these frequency bands.
  • FIG. 8 is thus the graphical representation of the band combinations shown in the table above.
  • PA power amplifier in the transmission signal path

Abstract

Es wird ein Mobilfunkgerät mit vereinfachtem Aufbau angegeben, in dem zumindest ein HF-Filter für erste und zweite HF-Signale unterschiedlichen Mobilfunkstandards oder unterschiedlichen Duplexverfahrens verwendet wird.

Description

Beschreibung
Mobilfunkgerät mit gemeinsam genutztem Filter, Verfahren zum Betrieb des Mobilfunkgeräts und Verwendung eines Filters
Die Erfindung betrifft Mobilfunkgeräte mit einem HF-Filter, welches für zumindest zwei verschiedene Betriebsarten genutzt wird. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunkgeräts sowie die Verwendung eines HF-Filters für zumindest zwei verschiedene Betriebsarten.
Der Frequenzbereich, der weltweit für Mobilfunksysteme reserviert ist, umfasst viele Frequenzbänder. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Mobilfunkstandards und viele Duplexverfahren, die ein modernes Mobilfunkgerät bedienen können muss, um konkurrenzfähig zu sein. Gleichzeitig besteht der Trend zu immer weiter gehender Miniaturisierung von in Mobilfunkgeräten verbauten elektrischen Komponenten, durch die die Standards und Duplexverfahren bedient werden.
Gängige Mobilfunkstandards in Europa sind GSM (Global System for Mobile communication) und UMTS (Universal Mobile Telecom- munications Systems). Gängige Duplexverfahren sind FDD-Verfahren (Frequency Division Duplexing) , bei denen Sende- und Empfangssignale prinzipiell gleichzeitig, aber auf verschiedenen Frequenzen übertragen werden, TDD-Verfahren (TDD = Time Division Duplexing) , bei denen Sende- und Empfangssignale abwechselnd in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen übertragen werden, und das Duplexverfahren des GSM-Standards, bei dem Sende- und Empfangssignale sowohl auf verschiedenen Frequenzen als auch nacheinander in Zeitschlitzen übertragen werden. Obwohl die Bauform möglichst klein sein soll, kann ein Mobilfunkgerät deshalb leicht zehn oder mehr HF-Filter aufweisen, auch wenn z. B. aus der DE 100 53 205 AI Maßnahmen zur Integration von Schaltungselementen für einen Multiband- und/oder Multimode Betrieb bekannt sind.
Die Konsequenzen dieser gegenläufigen Trends sind eine immer größere Gefahr durch Übersprechen, d.h. Einkoppeln störender Signale eines Signalpfads in einen anderen Signalpfad, sowie höhere Kosten durch komplexeren Schaltungsaufwand.
Es ist deshalb eine Aufgabe, ein Mobilfunkgerät anzugeben, das mit gängigen Mobilfunkstandards und Duplexverfahren kompatibel ist, aber eine geringere Komplexität als bekannte Geräte aufweist und deshalb weniger störanfällig arbeitet und günstiger herzustellen ist. Es ist ferner eine Aufgabe, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Mobilfunkgeräts anzugeben . Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Ein Mobilfunkgerät umfasst eine Antenne, eine Transceiver- Schaltung und ein zwischen der Antenne und der Transceiver- Schaltung verschaltetes HF-Filter. Die Transceiver-Schaltung weist einen ersten Port zum Übertragen erster HF-Signale und einen zweiten Port zum Übertragen zweiter HF-Signale auf. Die zweiten HF-Signale sind dabei von den ersten HF-Signalen ver- schieden. Das HF-Filter weist einen an die Antenne gekoppelten Antennenport und einen an die Transceiver-Schaltung gekoppelten Transceiver-Port auf. Der Transceiver-Port des HF- Filters ist an den ersten Port und an den zweiten Port der Transceiver-Schaltung gekoppelt.
Die Antenne dient dabei zum Senden oder Empfangen von HF-Sig- nalen. Die Transceiver-Schaltung kann Schaltungskomponenten wie Leistungsverstärker, die in entsprechenden Sendesignal- pfaden verschaltet sind, und geräuscharme Verstärker (engl.: low noise amplifier) , die in Empfangssignalpfaden verschaltet sein können, umfassen. Das HF-Filter ist Teil der Frontend- Schaltung, die die Antenne oder gegebenenfalls mehrere Antennen des Mobilfunkgeräts mit entsprechenden Ports der Transceiver-Schaltung verbindet. Die Kopplung zwischen Antenne und HF-Filter einerseits bzw. zwischen HF-Filter und Transceiver- Schaltung andererseits bedeutet, dass die entsprechenden Ele- mente direkt miteinander verschaltet sein können. Ebenso ist es möglich, dass weitere Schaltungselemente, z. B. Impedanzanpasselemente, Duplexer, Diplexer, Antennenschalter oder weitere Filter, in entsprechenden Signalpfaden zwischen der Antenne und der Transceiver-Schaltung verschaltet sein kön- nen .
Es wird also ein Mobilfunkgerät erhalten, bei dem zwei verschiedene Ports der Transceiver-Schaltung über ein und dasselbe HF-Filter an die Antenne gekoppelt sind. Obwohl die Bandbreite der global zur Verfügung stehenden HF-Frequenzen für Mobilfunkkommunikation sehr groß ist, gibt es Überschneidungen einzelner Frequenzbänder unterschiedlicher Mobilfunkstandards oder Duplexverfahren . Es wurde erkannt, dass die Benutzung eines HF-Filters für eben solche unterschiedlichen Signale einer gleichen oder ähnlichen Frequenz die Komplexität der Frontend-Schaltung und damit die Komplexität des Mo¬ bilfunkgeräts verringert, wodurch die Zahl der HF-Filter re¬ duziert ist. Ferner ist die Zahl der benötigten Pins an einem Transceiver-Chip, also auf dem Chip, in dem zumindest Teile der Transceiver-Schaltung realisiert sind, reduziert. Ferner ist die Komplexität eines Bandselektionsschalters, wenn vor¬ handen, reduziert.
Durch die verringerte Anzahl an Pins, die verringerte Anzahl an HF-Filtern und die verringerte Komplexität eines Bandselektionsschalters wird die Signalqualität von HF-Signalen, die in Signalpfaden des Geräts propagieren, prinzipiell verbessert. Dabei ist allerdings zu beachten, dass das doppelt oder mehrfach genutzte HF-Filter nicht nur den Spezifikationen eines Mobilfunkstandards und eines Duplexverfahren gehör chen muss. Vielmehr werden nun teils widersprüchliche Anforderungen an das HF-Filter gestellt, sodass der Entwurf des Filters besonders sorgfältig erfolgen muss und seine physika lische Realisierung durch tendenziell kleinere Toleranzen er schwert ist.
In einer Ausführungsform unterscheiden sich die ersten HF- Signale von den zweiten HF-Signalen dadurch, dass sie unterschiedliche Duplexverfahren verwenden.
Als Duplexverfahren kommen frequenzgestützte Duplexverfahren (z. B. FDD-Verfahren), zeitgestützte Duplexverfahren (z. B. TDD-Verfahren) , wie in GSM-Systemen verwendete kombinierte zeitgestützte und frequenzgestützte Verfahren, Code-Duplex- Verfahren, z. B. CDMA (CDMA = Code Division Multiple Access) oder Polarisationsmultiplexverfahren in Frage.
In einer Ausführungsform gehören die ersten und zweiten HF- Signale unterschiedlichen Mobilfunkstandards an. Als Mobil¬ funkstandards kommen z. B. die Standards AMPS (Advanced Mo¬ bile Phone Service) , DECT (Digital Enhanced Cordless Telecom munications ) , GSM (Global System for Mobile Communications) , LTE (Long-Term Evolution) , PCN (Personal Communication Network) , PDC (Personal Digital Cellular) , RTMS (Radio Telephone Mobile System) , CT1 oder CT1+ oder CT2 (Cordless Telephone) oder UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) , LAN (Wireless Local Area Network) , iMAX ( orldwide inter-oper- ability for Microwave Access), IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications Advanced) in Frage. In einer Ausführungsform werden die ersten und zweiten HF- Signale in Frequenzbändern mit einer gemeinsamen Frequenz übertragen, d. h. dass die Frequenzbänder der ersten und zweiten HF-Signale insofern überlappen, wie es eine gemeinsame Frequenz gibt, die sowohl Teil des Frequenzbands der ersten HF-Signale wie auch Teil des Frequenzbands der zweiten HF-Signale ist.
Im Allgemeinen sind die Frequenzbänder der ersten HF-Signale und der zweiten HF-Signale nicht identisch, obwohl dies tech- nisch möglich wäre. Vielmehr muss das HF-Filter so ausgestaltet sein, dass sowohl die ersten HF-Signale als auch die zweiten HF-Signale das Filter passieren können. Andere, unerwünschte HF-Signale mit Frequenzkomponenten, die weder dem Frequenzband der ersten HF-Signale noch dem Frequenzband der zweiten HF-Signale angehören, können das HF-Filter dagegen nicht passieren. Vorteilhafterweise ist das HF-Filter deshalb ein Bandpassfilter mit einem Bandpass, das die Frequenzbänder der beiden HF-Signale umfasst. Das Realisieren von Bandpassfiltern mit einem breiten Passband ist dabei keineswegs trivial. Da ein Frequenzband, wel¬ ches die Frequenzen beider HF-Signale umfassen soll, im Allgemeinen breiter ist als jedes einzelne Frequenzband der bei- den HF-Signale, ist der Entwickler des Mobilfunkgeräts vor schwierige technische Probleme gestellt, da das HF-Filter schließlich auch Spezifikationen bzgl. der Nahselektion, der Fernselektion, der Einfügedämpfung im Passband und der Brei- ten der Passbandflanken einzuhalten hat.
Problematisch bei HF-Filtern mit großen Bandbreiten sind die zugehörigen Gütefaktoren. So nimmt in etwa der Gütefaktor Q von etwa 900 auf etwa 300 ab, wenn die relative Bandbreite von 5% auf 11% ansteigt. Je nach Gütefaktor, der von einer Spezifikation gefordert ist, kann somit eine maximale Bandbreite von 5%, 8%, 10% oder 11% die möglichen erlaubten Kombinationen einschränken. In einer Ausführungsform werden die ersten und zweiten HF- Signale in einem Frequenzband mit einer maximalen relativen Bandbreite von 11 % übertragen. Das Frequenzband ist dabei ein so genanntes gemeinsames Frequenzband, das die Frequenzen der Frequenzbänder der ersten und zweiten HF-Signale als Teilmengen umfasst.
Die relative Bandbreite RB in Prozent ist dabei folgendermaßen definiert: RB = 200 * (foB-fus) / ( foB+fua) , wobei fob die Frequenz der oberen Bandkante und fuB die der unteren Bandkante sind. Es wurde erkannt, dass z. B. elektroakustisch aktive Bauelemente die Möglichkeit zur Realisierung derart breiter Pass¬ bänder liefern, wenn ein Satz optimaler Betriebsparameter und Designparameter gefunden werden kann. Einfacher zu bauende HF-Filter für eine gemeinsame Benutzung mit ersten und zweiten HF-Signalen können allerdings auch geringere relative Bandbreiten, z. B. mit Werten von 2, 4, 6, 8 oder 10 %, aufweisen.
In einer Ausführungsform ist das HF-Filter ausgewählt aus einem SAW-Filter (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle) , einem BAW-Filter (BAW = Bulk Acoustic Wave = akustische Volumenwelle) , einem GBAW-Filter (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave = geführte akustische Volumenwelle) .
Derartige HF-Filter arbeiten mit Elektrodenstrukturen und einem piezoelektrischen Material, wobei elektromagnetische HF- Signale in akustische Wellen und umgekehrt gewandelt werden.
In einer Ausführungsform eines solchen elektroakustischen Filters umfasst das HF-Filter ein piezoelektrisches Material und eine Elektrodenstruktur auf dem piezoelektrischen Material. Es ist auch möglich, dass ein piezoelektrisches Material zwischen zwei großflächig gebildeten Elektrodenstrukturen in einem BAW-Bauelement angeordnet ist. Die Elektrodenstruktur ist so auf dem piezoelektrischen Material angeordnet und die Ausrichtung des piezoelektrischen Materials ist so gewählt, dass die Bandbreite des HF-Filters (also die "gemeinsame Bandbreite") größer als die kleinere der beiden Bandbreiten der beiden HF-Signale ist.
Die Ausrichtung des piezoelektrischen Materials, also die Orientierung der piezoelektrischen Achsen bzw. der Achsen der Elementarzellen des piezoelektrischen Materials relativ zu einem Koordinatensystem des gesamten Bauelements und zu den Elektrodenstrukturen kann dabei durch Eulerwinkel angegeben werden. Eine geeignete Wahl von Eulerwinkeln ermöglicht eine ausreichend große Bandbreite, ohne dass andere elektroakusti- sche Eigenschaften zu stark verschlechtert sind.
In einer Ausführungsform ist der Transceiver ■-Port des HF-Fil ters an Ports der Transceiver-Schaltung gekoppelt , wobei die zwei oder mehr an das ' Filter gekoppelten Ports der Transcei- ver-Schaltung zur Übertragung von TX- (Sende :-) und/oder RX-
(Empfangs-) Signalen folgender Bänder vorgesehen sind :
- Band 33 zusammen mit Band 39 oder
- Band 33 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 39 oder
- Band 33 zusammen mit Band 35 zusammen mit Band 39 oder
- Band 33 zusammen mit Band 35 zusammen mit Band 37 oder
- Band 36 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 1900 oder
- Band 33 zusammen mit Band 36 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 1900 oder
- Band 35 zusammen mit Band 1800 oder
- Band 33 zusammen mit Band 35 zusammen mit Band 39 zusammen mit Band 1800 oder
- Band 33 zusammen mit Band 35 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 39 zusammen mit Band 1800 oder
- Band 34 zusammen mit Band 36 zusammen mit Band 1900 oder
- Band 34 zusammen mit Band 36 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 1900 oder
- Band 33 zusammen mit Band 34 zusammen mit Band 36 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 1900.
D. h. es ist insbesondere möglich, über ein und dasselbe HF-
Filter HF-Signale des Bands 33 als erste Signale und Signale des Bands 39 als zweite Signale (hier die erstgenannte Bandkombination) zu verwenden.
Bandnummern > 1 und ^ 26 stellen dabei Bänder eines FDD-Systems gemäß folgender Tabelle dar: Band¬ "Uplink"-Band "Downlink"-Band Relative Relative nummer (TX, MHz) (RX, MHz) Band¬ Band¬ breite breite
TX (%) RX (%)
1 1920 - 1980 2110 - 2170 3,08 2,80
2 1850 - 1910 1930 - 1990 3,19 3,06
3 1710 - 1785 1805 - 1880 4,29 4,07
4 1710 - 1755 2110 - 2155 2,06 2,11
5 824 - 849 869 - 894 2,99 2,84
6 830 - 840 875 - 885 1,2 1,14
7 2500 - 2570 2620 - 2690 2,76 2, 64
8 880 - 915 925 - 960 3, 9 3,71
9 1749, 9 - 1784, 9 1844, 9 - 1879, 9 1, 98 1,88
10 1710 - 1770 2110 - 2170 3,45 2,8
11 1427-9 - 1447,9 1475, 9 - 1495, 9 1,39 1, 35
12 699 - 716 729 - 746 2,4 2,31
13 777 - 787 746 - 756 1,28 1, 33
14 788 - 798 758 - 768 1,26 1,31
15 1900 - 1920 2600 - 2620 1, 05 0,77
16 2010 - 2025 2585 - 2600 0,74 0,58
17 704 - 716 734 - 746 1, 69 1, 62
18 815 - 830 860 - 875 1,82 1,73
19 830 - 845 875 - 890 1,79 1,7
20 832 - 862 791 - 821 3,54 3,72
21 1747, - 1462, 1495, 9 - 1510, 9 1, 03 1,00
22 3410 - 3490 3510 - 3590 2, 32 2,25
23 2000 - 2020 2180 - 2200 1,00 0, 91
24 1626,5 - 1660,5 1525 - 1559 2,07 2,20
25 1850 - 1915 1930 - 1995 3,45 3,31
26 814 - 849 859 - 894 4,21 3, 99 Da in FDD-Verfahren unterschiedliche Frequenzen für Sende- und Empfangssignale verwendet werden, sind zu jedem Band die entsprechenden Sende- (TX) und Empfangsfrequenzen (RX) anzugeben .
In reinen TDD-Verfahren können aufgrund der in unterschiedlichen Zeitschlitzen gesendeten Sende- und Empfangssignale die gleichen Frequenzen genutzt werden. Entsprechend sind in der folgenden Tabelle die Sende- bzw. Empfangsfrequenzen der Bänder 33 bis 43 angegeben:
Figure imgf000011_0001
Im GSM-Standard werden Sende- und Empfangssignale sowohl bei unterschiedlichen Frequenzen als auch in unterschiedlichen Zeitschlitzen gesendet bzw. empfangen. Relevant sind in erster Linie die Empfangsf equenzbänder, welcher im Folgenden angegeben werden: GSM-Band Downlink-Band (MHz) Relative Bandbreite
(%)
850 869 - 894 2, 84
900 925 - 960 3,71
1800 1805 - 1880 4,07
1900 1930 - 1990 3,06
Liegen Bänder dicht beieinander oder überlappen sie sogar, so ist es denkbar, die entsprechenden Frequenzen über ein und dasselbe HF-Filter zu leiten, um die Zahl der Filter zu redu- zieren. Insbesondere die oben angegebenen Kombinationen werden in folgender Tabelle noch einmal übersichtlich zusammen- gefasst :
Bandkombination gemeinsames Relative
Uplink/Downlink- Bandbreite (%) Band (MHz)
33 + 39 1880 - 1920 2,11
33 + 37 + 39 1880 - 1930 2, 62
33 + 35 + 39 1850 - 1920 3,71
33 + 35 + 37 1850 - 1930 4,23
36 + 37 + 1900 1910 - 1990 4,10
33 + 36 + 37 + 1900 1900 - 1990 4, 63
1800 + 35 1805 - 1910 5, 65
33 + 35 + 39 + 1800 1805 - 1920 6, 17
33 + 35 + 37 + 39 + 1805 - 1930 6, 69
1800
34 + 36 + 1900 1930 - 2025 4,80
34 + 36 + 37 + 1900 1910 - 2225 5,84
34 + 33 + 36 + 37 + 1900 - 2225 6, 73
1900 Ein Verfahren zum Betrieb eines der oben genannten Ausführungsbeispiele eines Mobilfunkgeräts wird derart ausgeführt, dass das HF-Filter gleichzeitig oder nacheinander sowohl mit ersten HF-Signalen als auch mit zweiten, von den ersten HF- Signalen verschiedenen Signalen betrieben wird.
Mit anderen Worten: die ersten und/oder zweiten HF-Signale werden gleichzeitig oder in Zeitschlitzen nacheinander von der Transceiver-Schaltung zur Antenne oder von der Antenne zur Transceiver-Schaltung durch das HF-Filter geführt.
Die Verwendung eines einzigen HF-Filters in einem Mobilfunkgerät für HF-Signale ist also tatsächlich möglich und verringert die Komplexität und damit die Herstellungskosten eines entsprechenden Mobilfunkgeräts. Die HF-Signale können dabei unterschiedlichen Multiplexverfahren oder unterschiedlichen Mobilfunkstandards zugeordnet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Fi- guren und typischen Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Mobilfunkgeräts MFG,
Figur 2 eine Ausführungsform, bei der das HF-Filter als
Bandpassfilter ausgestaltet ist,
Figur 3 eine Ausführungsform mit einer Frequenzweiche zwi- sehen dem Filter und der Antenne,
Figur 4 eine Ausführungsform mit weiteren Signalpfaden und einem Bandselektionsschalter, Figur 5 eine Aus führungs form mit einer Vielzahl an
Signalpfaden,
Figur 6 eine Ausführungsform, bei der das HF-Filter Teil eines Duplexers ist,
Figur 7 eine Ausführungsform eines Mobilfunkgeräts mit zwei
Antennen, Figur 8 die Anordnung benachbarter Frequenzbereiche relativ zueinander sowie entsprechend erweiterte Frequenzbänder, die mehrere konventionelle Frequenzbänder umfassen . Figur 1 zeigt schematisch ein Mobilfunkgerät MFG mit einem HF-Filter F, einer Transceiver-Schaltung TS und Ports, über die das Filter und die Transceiver-Schaltung gekoppelt sind. Insbesondere weist das Mobilfunkgerät einen Antennenport AP und einen Transceiver-Port TP auf. Das HF-Filter F ist über den Antennenport an eine Antenne gekoppelt. Über seinen
Transceiver-Port ist das HF-Filter F an die Ports der Transceiver-Schaltung TS gekoppelt. Insbesondere umfasst die
Transceiver-Schaltung einen ersten Port PI und einen zweiten Port P2, über die der Transceiver-Port des Filters mit der Transceiver-Schaltung gekoppelt ist. Die in Figur 1 gezeigte Ausführung zeigt eine direkte Verschaltung des Filters mit der Antenne und der Transceiver-Schaltung. Weitere Schaltungselemente können alternativ zwischen der Antenne und der Transceiver-Schaltung verschaltet sein, um Impedanzanpassun- gen vorzunehmen oder weitere Filterfunktionen wahrzunehmen.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der das HF-Filter F als Bandpassfilter BPF ausgeführt ist. Das Bandpassfilter BPF hat dann vorzugsweise ein derart ausgestaltetes Passband, dass Frequenzen der ersten HF-Signale und der zweiten HF-Signale passieren können. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwischen dem HF- Filter F und der Antenne eine Frequenzweiche W verschaltet ist. Über die Frequenzweiche können somit unterschiedliche Signalpfade mit derselben Antenne gekoppelt werden. Die Frequenzweiche kann dabei als Diplexer, als Duplexer oder als Bandselektionsfilter ausgestaltet sein. In einem weiteren
Signalpfad umfasst das Mobilfunkgerät ein weiteres Bandpassfilter, das parallel zum HF-Filter F geschaltet ist und das Übermitteln von Sende- oder Empfangssignalen zwischen Antenne und Transceiver-Schaltung ermöglicht.
Figur 4 zeigt eine Aus führungs form, bei der die Frequenzweiche W als Bandselektionsschalter S ausgestaltet ist, über den die Antenne wahlweise mit einem von dreien, oder allgemeiner: mit einem von vielen parallelen Signalpfaden von der Antenne zur Transceiver-Schaltung TS verschaltet werden kann.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das HF-Filter F über symmetrisch (balanced) geführte Signalleitungen mit entsprechenden Ports eines rauscharmen Verstärkers LNA verschal- tet ist. In Frage kommen prinzipiell asymmetrisch (unbalan- ced) geführte Signalleitungen, in denen ein HF-Signal gegenüber einem Bezugspotenzial geleitet wird. Balanced geführte Signalleitungen weisen zwei parallele Leitungsabschnitte auf, wobei in jedem Leitungsabschnitt ein HF-Signal mit einem Pha- senversatz von 180° relativ zum jeweils anderen Leitungssignal geführt wird. Eine solche balanced geführte Signalleitung ist unempfindlicher gegenüber Gleichtaktstörungen. Das Mobilfunkgerät kann neben dem bisher erwähnten HF-Filter F weitere HF-Filter F2 umfassen, die zur gemeinsamen Verwendung mit unterschiedlichen HF-Signalen einer ersten und einer zweiten Art dienen.
Ferner kann das Mobilfunkgerät eine Vielzahl von weiteren Filtern in parallelen Signalpfaden umfassen und somit eine Vielzahl an Übertragungsstandards und Duplexverfahren beherrschen .
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der das HF-Filter F als Sendefilter FRX eines Duplexers DU ausgestaltet ist. Über dieses Empfangsfilter FRX können z. B. Signale des FDD-Bands 2 sowie GSM 1900 Empfangssignale und Signale des TDD-Bands 36 propagieren .
Figur 7 zeigt eine Aus führungs form, bei der das Mobilfunkgerät MFG neben der Antenne AI eine weitere Antenne A2 umfasst, damit beispielsweise HF-Signale zusätzlicher Frequenzbänder, z. B. bei 2,7 GHz, gesendet und empfangen werden können. Die gemeinsame Verwendung eines HF-Filters F wird dabei durch weitere Antennen, weitere Signalpfade und weitere Filter und Transceiver-Schaltungen und Segmente einer gemeinsamen Trans- ceiver-Schaltung nicht gestört. Die Verwendung unterschiedlicher Duplexverfahren oder unterschiedlicher Übertragungsstandards für verschiedene Frequenzbänder ist kompatibel mit anderen üblichen Schaltungselementen eines Mobilfunkgeräts, sodass der Aufwand bezüglich der Anpassung an andere Filter, gegebenenfalls bis auf Impedanzanpassungen, gering bleibt.
Figur 8 zeigt die relative Lage typischer TDD- und/oder GSM- Frequenzbänder. Die durch Schraffur gekennzeichneten Frequenzbänder umfassen in ihrem Frequenzbereich zwei oder meh- rere typische Frequenzbänder. Die zum jeweiligen kombinierten Frequenzband gehörigen Bezugszeichen bezeichnen eben diese Frequenzbänder. Figur 8 ist somit die grafische Darstellung der in der oben gezeigten Tabelle dargestellten Bänderkombi- nationen.
Bezugs zeichenliste
1800 : GSM RX-Band 1800
1900 : GSM RX-Band 1900
33 - 39: TDD-Bänder
AI : Antenne
A2 : Antenne
AP: Antennen-Port des HF-Filters
BPF: Bandpas sfilter
DU: Duplexer
F: HF-Filter
F2 : weiteres gemeinsam genutztes HF-Filter
FRX: Empfangs filter
FTX: Sendesignalfilter
LNA: rauscharmer Verstärker
MFG: Mobilfunkgerät
PI : erster Port der Transceiver-Schaltung
P2 : zweiter Port der Transceiver-Schaltung
PA: Leistungsverstärker im Sendesignalpfad
S : BandselektionsSchalter
TP: Transceiver-Port des HF-Filters
TS : Transceiver-Schaltung
W: Frequenzweiche

Claims

Patentansprüche
1. Mobilfunkgerät (MFG) , umfassend
- eine Antenne (AI), eine Transceiver-Schaltung (TS) und ein zwischen der Antenne (AI) und der Transceiver-Schaltung (TS) verschaltetes HF-Filter (F) , wobei
- die Transceiver-Schaltung (TS) einen ersten Port (PI) zum Übertragen erster HF-Signale und einen zweiten Port (P2) zum Übertragen zweiter HF-Signale, die von den ersten HF-Signalen verschieden sind, aufweist,
- das HF-Filter (F) einen an die Antenne (AI) gekoppelten Antennen-Port (AP) und einen an die Transceiver-Schaltung
(TS) gekoppelten Transceiver-Port (TP) aufweist und
- der Transceiver-Port (TP) des HF-Filters (TS) an den ersten Port (PI) und an den zweiten Port (P2) der Transceiver- Schaltung (TS) gekoppelt ist.
2. Mobilfunkgerät (MFG) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die ersten und zweiten HF-Signale unterschiedliche
Duplexverfahren verwenden.
3. Mobilfunkgerät (MFG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten und zweiten HF-Signale unterschiedlichen Mobilfunkstandards angehören.
4. Mobilfunkgerät (MFG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten und zweiten HF-Signale in Frequenzbändern mit einer gemeinsamen Frequenz übertragen werden.
5. Mobilfunkgerät (MFG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten und zweiten HF-Signale in einem Frequenzband mit einer maximalen relativen Bandbreite von 11% übertragen werden .
6. Mobilfunkgerät (MFG) nach einem der vorherigen Ansprüche, das HF-Filter (F) ausgewählt ist aus: einem SAW-Filter, einem BAW-Filter, einem GBAW-Filter.
7. Mobilfunkgerät (MFG) nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- das HF-Filter (F) ein piezoelektrisches Material und eine Elektrodenstruktur auf dem piezoelektrischen Material umfasst und
- die Elektrodenstruktur so auf dem piezoelektrischen
Material angeordnet ist und die Ausrichtung des
piezoelektrischen Materials so gewählt ist, dass die
Bandbreite des HF-Filters größer als die kleinere der beiden Bandbreiten der beiden HF-Signale ist.
8. Mobilfunkgerät (MFG) nach einem der vorhierigen Ansprüche, wobei der Transceiver-Port ( TP ) des HF- Filt>ers (F ) an Ports
(PI, P2 ) der Transceiver-Schaltung gekoppelt ist, die zur
Übertragung von Tx und/oder Rx Signalen der Bänder
- Band 33 zusammen mit Band 39 oder
- Band 33 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 39 oder
- Band 33 zusammen mit Band 35 zusammen mit Band 39 oder
- Band 33 zusammen mit Band 35 zusammen mit Band 37 oder
- Band 36 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 190 0 oder
- Band 33 zusammen mit Band 36 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 1900 oder
- Band 35 zusammen mit Band 18 00 oder
- Band 33 zusammen mit Band 35 zusammen mit Band 39 zusammen mit Band 1800 oder
- Band 33 zusammen mit Band 35 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 39 zusammen mit B .and 1800 oder
- Band 34 zusammen mit Band 36 zusammen mit Band 190 0 oder
- Band 34 zusammen mit Band 36 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 1900 oder - Band 33 zusammen mit Band 34 zusammen mit Band 36 zusammen mit Band 37 zusammen mit Band 1900
vorgesehen sind.
9. Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunkgeräts (MFG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das HF-Filter (F) gleichzeitig oder nacheinander sowohl mit ersten HF-Signalen als auch mit zweiten, von den ersten HF-Signalen
verschiedenen Signalen betrieben wird.
10. Verwendung eines einzigen HF-Filters (F) in einem
Mobilfunkgerät für HF-Signale unterschiedlicher
Multiplexverfahren und/oder unterschiedlicher
Mobilfunkstandards .
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