DE69737000T2

DE69737000T2 - Funksender Empfänger für Senden und Empfang von MF Signalen in zwei Bändern

Info

Publication number: DE69737000T2
Application number: DE69737000T
Authority: DE
Inventors: Jarmo Heinonen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: EP0800283A3; DE69739352D1; EP0800283A2; DE69737000D1; EP0800283B1; EP1737137A1; FI961465A0; EP1737137B1; JPH1032520A; US5896562A; FI100286B

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Sender/Empfänger zum Senden und Empfangen eines HF-Signals in zwei Betriebsfrequenzbändern.
Mobilstationssysteme haben sich extrem schnell entwickelt und erweitert, was der Grund dafür ist, dass eine Vielfalt von Systemen, die viele verschiedene Standards verwenden, in vielen Bereichen erstellt worden sind oder erstellt werden. Das bedeutet, dass jetzt Mobilstationen benötigt werden, die mehr als ein System verwenden können. Als Beispiel wären das digitale GSM-System und DCS, das heißt ein PCN-System, zu erwähnen, die verschiedene Frequenzbänder benutzen, die aber ansonsten einander sehr ähnliche Spezifikationen aufweisen.
Aus der veröffentlichten Patentanmeldung EP 653851 ist eine Sender/Empfänger-Anordnung bekannt, in der ein lokaler Oszillator verwendet wird, dessen Frequenz derart zwischen der niedrigeren und der höheren Betriebsfrequenz ausgewählt wurde, dass die gleiche Zwischenfrequenz für den Betrieb in beiden Betriebsfrequenzbändern benutzt werden kann. Der schwache Punkt dieser Lösung ist jedoch, dass aufgrund der Notwendigkeit für diese Zwischenfrequenzstufen die Implementierung extrem kompliziert ist und dass aufgrund der vielen benötigten Komponenten die Herstellungskosten einer solchen Vorrichtung hoch sind.
In einem Direct-Conversion-Empfänger, das heißt in einem Null-Zwischenfrequenz-Empfänger, wird ein Funkfrequenzsignal direkt in ein Basisband umgewandelt, ohne eine Zwischenfrequenz zu benutzen. Da keine Zwischenfrequenzstufen erforderlich sind, werden nur wenige Komponenten im Empfänger benötigt, so dass dies für verschiedene Einsätze die bevorzugte Lösung ist. In Mobilstationen sind jedoch Direct-Conversion-Empfänger bis jetzt nur selten benutzt worden.
1 zeigt ein bereits bekanntes schematisches Blockdiagramm eines Senders/Empfängers einer Mobilstation, wobei der Empfänger ein so genannter Direct-Conversion-Empfänger ist. Ein von einer Antenne 138 empfangenes HF-Signal wird über ein Duplexfilter 102 einem Vorverstärker 104 zugeführt. Das Duplexfilter dient dem Zweck, den Einsatz der gleichen Antenne sowohl zum Senden als auch zum Empfangen zu ermöglichen. Anstelle eines Duplexfilters kann auch ein synchroner Antennenumschalter in einem Zeitmultiplex-System eingesetzt werden. Das vom Verstärker 104 empfangene HF-Signal wird in einem Tiefpass- oder Bandpassfilter 106 gefiltert und in einem I/Q-Demodulator 108 in ein In-Phase-Signal 108a und ein Quadratursignal 108b demoduliert. von einem Synthesizer 114 wird ein lokales Oszillatorsignal 114b empfangen, das zur Demodulation benötigt wird. In Block 110 erfolgt das Entfernen der Gleichspannung sowie die automatische Verstärkungsregelung (AGC). Block 110 wird von einem Verarbeitungsblock 116 gesteuert, der zum Beispiel einen Mikroprozessor und/oder einen digitalen Signalprozessor DSP enthalten kann. Die automatische Verstärkungsregelung wird durch ein Signal 110a reguliert, und das Entfernen der Offsetspannung wird durch ein Signal 110b reguliert. Die von Block 110 empfangenen Signale werden in Block 112 in digitale Signale umgewandelt, von wo aus sie weiter an digitale Signalverarbeitungsschaltkreise in Verarbeitungsblock 116 übertragen werden.
Die Sendereinheit umfasst einen I/Q-Modulator 128. Dieser nimmt ein In-Phase-Signal 128a und ein Quadratursignal 128b und erstellt daraus ein Trägerfrequenzsignal, welches in einem Filter 130 tiefpass- und/oder hochpass-gefiltert wird. Das Trägerfrequenzsignal wird durch einen HF-Verstärker 132 verstärkt und das verstärkte Signal über ein Duplexfilter 102 an eine Antenne 138 übertragen. Ein Leistungsregler 134 des Senders steuert die Verstärkung des HF-Verstärkers 132 auf der Basis der gemessenen Ausgangsleistung 136 und der vom Prozessor empfangenen Steuerung 134a.
1 zeigt ferner eine an der Verarbeitungseinheit angebrachte Speichereinheit 126 sowie ein Benutzeroberflächenmittel, welches eine Anzeige 118, eine Tastatur 120, ein Mikrofon 122 und eine Hörmuschel 124 umfasst.
Praktische Lösungen zur Implementierung eines Direct-Conversion-Empfängers sind im Detail in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:

[1] Microwave Engineering Europe, Januar 1993, Seite 59 ... 63,
[2] Microwave Engineering Europe, Mai 1993, Seite 59 und
[3] veröffentlichte Patentanmeldung EP 0 594 894 A1 .

2 zeigt eine neuartige Lösung zur Implementierung eines Senders/Empfängers, der zwei Frequenzbänder benutzt. Ein von der Antenne empfangenes HF-Signal ist über einen Schalter 204 entweder an den DCS-Zweig oder den GSM-Zweig des Schaltkreises angeschlossen. Wenn ein DCS-Frequenzbandsignal empfangen wird, wird das empfangene Signal einem Bandpassfilter 206, einem rauscharmen Verstärker LNA 208 und einem Bandpassfilter 210 zugeführt. Danach werden die Komponenten, die durch eine Phasenverschiebung von 90 Grad getrennt sind, aus dem Signal in Block 212 gebildet. Die In-Phase-Komponente I und die Quadratur-Komponente Q werden ferner durch die Schalter 214 und 234 den Mischern 216 und 236 zugeführt. Ein Mischsignal für die Mischer wird von einem DCS-Synthesizer 240 erhalten, dessen Frequenz der empfangenen Trägerfrequenz entspricht, und dann werden eine Inphase- und eine Quadratur-Komponente eines komplexen Basisbandsignals als Ergebnis dieses Mischprozesses erhalten. Das Basisbandsignal wird weiter in einer Verarbeitungseinheit eines empfangenen Signals, also eines RX-Signals, verarbeitet, Block 239.
Desgleichen steuert der Schalter 204 bei Empfang eines GSM-Signals das empfangene Signal zum GSM-Zweig, in dem sich, jeweils in Reihe geschaltet, ein Bandpassfilter 226, ein rauscharmer Verstärker 228, ein Bandpassfilter 230 und ein Phasenschieber 232 befinden, der zwei Signale bildet, die durch eine Phasendifferenz von 90 Grad getrennt sind. Danach werden die Signale unter Kontrolle der Schalter 214 und 234 den Mischern 216 und 236 zugeführt, in denen ein durch einen Schalter 261 ausgewähltes und von einem GSM-Synthesizer 250 erhaltenes Signal jetzt als Mischfrequenz benutzt wird. Die von den Mischern erhaltenen Signale werden an die Verarbeitungseinheit 239 eines Basisbandempfangssignals, also eines RX-Signals, weitergeleitet.
Der DCS-Synthesizer wird, wie bekannt, aus einem Phasenregelkreis PLL gebildet, der einen spannungsgeregelten Oszillator VCO 241 umfasst, dessen Ausgangssignal durch einen Verstärker 246 verstärkt wird, um ein Ausgangssignal zu bilden. Die Frequenz eines vom Oszillator 241 übertragenen Signals wird durch eine Ganzzahl Y in einem Frequenzteiler 242 geteilt, und das resultierende Signal wird einem Phasenkomparator 243 zugeführt. Desgleichen wird die Frequenz des durch einen Bezugsoszillator 258 gebildeten Signals durch eine Ganzzahl X in einem Frequenzteiler 244 geteilt und dem Phasenkomparator 243 zugeführt. Der Phasenkomparator erzeugt ein Signal, welches proportional zur Phasendifferenz der zwei Eingangssignale ist, und welches einem Tiefpassfilter LPF 245 zugeführt wurde, und dieses gefilterte Signal steuert ferner den spannungsgeregelten Oszillator 241. Der oben beschriebene Phasenregelkreis funktioniert in bekannter Weise, so dass die Ausgangsfrequenz des Synthesizers mit der Frequenz verriegelt wird, die dem Phasenkomparator von dem Bezugsfrequenzzweig zugeführt wurde. Die Ausgangsfrequenz wird durch Ändern der Teilungszahl Y gesteuert.
Der GSM-Synthesizer 250 umfasst in analoger Weise einen spannungsgeregelten Oszillator 250, einen Verstärker 256, Frequenzteiler 252 und 254, einen Phasenkomparator 253 und ein Tiefpassfilter 255. Der GSM-Synthesizer funktioniert in ähnlicher Weise wie der oben beschriebene DCS-Synthesizer, wobei jedoch die Ausgangsfrequenz des GSM-Synthesizers den GSM-Frequenzbändern entspricht.
In der Sendereinheit wird das komplexe Basisbandsendesignal, das heißt das TX-Signal, in der Verarbeitungseinheit eines TX-Signals verarbeitet, und von dort werden die In-Phase- und Quadratur-Komponenten des Signals den Mischern 262 und 282 zugeführt, in denen durch Multiplizieren des Eingangssignals mit dem Mischsignal ein Trägerfrequenzsignal gebildet wird. Wenn die DCS-Frequenz für die Übertragung benutzt wird, wird das Ausgangssignal des DCS-Synthesizers über einen Schalter 261 als Mischsignal ausgewählt. Das Trägerfrequenzsignal wird über einen Schalter 264 dem DCS-Zweig zugeführt, in dem als erstes eine Phasenverschiebung von 90 Grad zwischen der In-Phase-Komponente und der Quadratur-Komponente gebildet wird, anschließend werden die empfangenen Signale summiert, Block 266. Das gebildete DCS-Signal wird einem Bandpassfilter 268, einem Verstärker 270 und einem Bandpassfilter 272 zugeführt. Das gebildete HF-Signal wird ferner über einen Schalter 280 einer Antenne 202 zugeführt.
Wenn die Übertragung im GSM-Frequenzband stattfindet, wird das Ausgangssignal des GSM-Synthesizers als Mischsignal benutzt. Das empfangene Trägerfrequenzsignal wird dem GSM-Zweig zugeführt, in dem wie im DCS-Zweig, eine Verarbeitung in den Blöcken 286, 288, 290 und 292 stattfindet. Das gebildete HF-Signal wird der Antenne 202 über den Schalter 280 zugeführt. Um die Benutzung der gleichen Antenne 202 sowohl zum Senden als auch zum Empfangen zu ermöglichen, müssen die Sende- und die Empfangsschaltkreise an die Antenne angeschlossen sein, beispielsweise über ein Duplexfilter gemäß Anordnung in 1. Wenn für den Betrieb zwei Frequenzbänder verwendet werden, sind für jedes Frequenzband Filter erforderlich. Anstelle eines Duplexfilters kann in einem Zeitmultiplexsystem auch ein synchronisierter Antennenumschalter verwendet werden.
Ein Nachteil der vorbeschriebenen Anordnung besteht darin, dass zwei Synthesizer erforderlich sind, was die Komplexität und die Herstellungskosten des Senders/Empfängers beträchtlich erhöht.
Ein weiteres mit der oben beschriebenen Lösung verbundenes Problem ist die Erzielung einer hinreichenden Phasengenauigkeit. Die erforderliche Genauigkeit für die Phasendifferenz zwischen den I- und Q-Komponenten liegt in einer Größenordnung von nur wenigen Graden. Da bei konventionellen RC-Phasenschiebern die Phasenverschiebung von Faktoren wie der Frequenz und der Temperatur der Komponenten abhängt, ist es schwierig, eine hinreichende Phasengenauigkeit über das ganze Frequenzband hinweg und in allen Betriebsbedingungen zu erzielen. Außerdem ist bei einem Betrieb in zwei Frequenzbändern, die weit auseinander liegen, die Steuerung der Phasengenauigkeit mit Komplikationen verbunden.
Eine Lösung wäre, Signale einer höheren Oszillatorfrequenz in verschiedenen Phasen durch Teilung der Signale zu bilden, in welchem Falle eine bessere Phasengenauigkeit erzielt würde, die unabhängig von der Frequenz ist. Der Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass beispielsweise bei Benutzung des 2 GHz Frequenzbandes ein Synthesizer mit einer Ausgangsfrequenz von 4 GHz benötigt würde, was ein derart hoher Frequenzwert ist, dass die Implementierung des Synthesizers und der Frequenzteiler extrem kompliziert würde.
Die Veröffentlichung EP-A-0581573 offenbart eine Schaltkreisanordnung für ein Funktelefon, welches einen Superheterodyn-Sender/Empfänger umfasst. Die Lösung ermöglicht den Einsatz eines einzelnen Bezugsoszillators, aber dennoch wird eine Mehrzahl von Synthesizern benötigt. Außerdem, da eine Zwischenfrequenz zwischen einer Basisbandfrequenz und einer Trägerfrequenz verwendet wird, ist die Anzahl der benötigten Mischer/anderer Elemente (zum Beispiel Filter) beträchtlich.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine einfache Lösung für die Implementierung eines Senders/Empfängers zu finden, der zwei Frequenzbänder verwendet, bei dem jedoch die obigen Nachteile vermieden werden, die mit den Lösungen nach dem Stand der Technik verbunden sind.
Ein Erfindungsgedanke besteht darin, einen Sender/Empfänger zu benutzen, der auf Direktumsetzung (Direct Conversion) basiert, und bei dem die Mischfrequenz bei Betrieb von zwei Frequenzbändern mittels des gleichen Synthesizers gebildet wird. Dies wird vorzugsweise dadurch implementiert, dass im höheren ersten Betriebsfrequenzband die eigentliche Frequenz des Synthesizer-Ausgangssignals als Mischfrequenz benutzt wird, und im niedrigeren zweiten Betriebsfrequenzband eine Mischfrequenz benutzt wird, die durch Teilen der Frequenz des Synthesizer-Ausgangssignals durch mindestens zwei erhalten wird. Beim Betrieb im niedrigeren Frequenzband können zwei um eine Phasendifferenz von 90 Grad getrennte Mischsignale im Rahmen des Teilens der Synthesizer-Frequenz gebildet werden, in welchem Falle keine RC-Phasenschieber in der Signalleitung benötigt werden und eine ausgezeichnete Phasengenauigkeit erzielt wird.
Gemäß der Erfindung ist ein Sender/Empfänger, der zwei Frequenzbänder benutzt, und bei dem das erste Frequenzband ein erstes Sendefrequenz- und ein erstes Empfangsfrequenzband umfasst, und das zweite Frequenzband ein zweites Sendefrequenz- und ein zweites Empfangsfrequenzband umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Direct-Conversion-Sender/mpfänger ist, in dem

– der Empfänger wenigstens einen RX-Mischer zum Mischen eines empfangenen Signals in ein Basisbandsignal umfasst, – der Sender wenigstens einen TX-Mischer zum Mischen eines Basisbandsignals in ein Trägerfrequenzsendesignal umfasst, und
– der Sender/Empfänger ferner einen Synthesizer (340) umfasst, der ein Ausgangssignal liefert, welches für die Verwendung zum Bilden eines ersten RX-Mischsignals (RXM1) zum RX-Mischer bestimmt ist, um das im ersten Empfangsfrequenzband empfangene Signal (RXC1) in ein Basisbandsignal (RXB1) zu mischen, und welches zum Bilden eines ersten TX-Mischsignals (TXM1) zum TX-Mischer (362, 382) verwendet wird, um das erste Basisband-TX-Signal (TXB1) in ein erstes Trägerfrequenz-TX-Signal (TXC1) zu mischen, welches im ersten Sendefrequenzband ist,
– ein erstes Umwandlungsmittel (311) zum Bilden eines zweiten RX-Mischsignals (RXM2) aus dem Synthesizer-Ausgangssignal zum Mischen des im zweiten Empfangsfrequenzband empfangenen Signals in ein zweites Basisband-RX-Signal (RXB2), und
– ein zweites Umwandlungsmittel (361) zum Bilden eines zweiten TX-Mischsignals (TXM2) aus dem Synthesizer-Ausgangssignal zum Mischen eines zweiten Basisband-TX-Signals (TXB2) in ein zweites Trägerfrequenzsignal (TXC2), welches im zweiten Sendefrequenzband ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung wird im Folgenden im Detail mittels den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
1 ein Blockdiagramm eines Senders/Empfängers darstellt, der auf Direct Conversion basiert,
2 ein Blockdiagramm einer erfinderischen Lösung für die Implementierung eines Senders/Empfängers darstellt, der zwei Frequenzbänder benutzt,
3 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Lösung für die Implementierung eines Senders/Empfängers darstellt, der zwei Frequenzbänder benutzt,
4 ein Schaltungsdiagramm einer Lösung zur Bildung von Signalen verschiedener Phasen in RC-Schaltkreisen über verschiedene Signale darstellt,
5 ein Schaltungsdiagramm einer Lösung zur Bildung von Signalen verschiedener Phasen in RC-Schaltkreisen über Signale darstellt, die ein Terminal aufweisen, das an Masse angeschlossen ist, und
6 ein Schaltungsdiagramm einer Lösung zur Bildung von Signalen verschiedener Phasen an Frequenzteilern darstellt.
1 und 2 wurden bereits oben beschrieben. Im Folgenden soll nun anhand von 3 ein erfindungsgemäßer Sender/Empfänger beschrieben werden. Als Letztes werden einige Implementierungsmöglichkeiten zum Bilden von Signalen verschiedener Phasen in einem erfindungsgemäßen Sender/Empfänger unter Bezugnahme auf 4–6 beschrieben.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Senders/Empfängers. Ein von einer Antenne empfangenes Signal wird über einen Schalter 304 entweder mit dem DCS-Zweig oder mit dem GSM-Zweig des Schaltkreises verbunden. Wenn ein DCS-Frequenzbandsignal empfangen wird, wird das empfangene Signal einem Bandpassfilter 306 des DCS-Zweigs und weiter einem rauscharmen Verstärker LNA 308 und einem Bandpassfilter 310 zugeführt. Danach werden aus dem Signal bei Block 312 Komponenten gebildet, die durch eine Phasenverschiebung von 90 Grad getrennt sind. Die In-Phase-Komponente I und die Quadratur-Komponente Q werden über Schalter 314 und 334 an die Mischer 316 und 336 weitergeleitet. Für die oben beschriebenen Teile entspricht die Schaltungsanordnung der Darstellung in 2.
Ein Mischsignal für die Mischer wird von einem Synthesizer 390 erhalten, dessen Frequenz der empfangenen Trägerfrequenz entspricht, und dann werden als Mischergebnis eine In-Phase- und eine Quadratur-Komponente eines komplexen Basisbandsignals erhalten. Das Basisbandsignal wird weiter einem automatischen Verstärkungsregelungsblock AGC 337 und einem Offsetspannungskorrekturblock 338 zugeführt. Danach wird das Signal in einer Basisbandverarbeitungseinheit eines empfangenen Signals, also eines RX-Signals, weiterverarbeitet, Block 339.
Wenn ein GSM-Signal empfangen wird, steuert der Schalter 304 das empfangene Signal zum GSM-Zweig, in dem in analoger Weise ein Bandpassfilter 326, ein rauscharmer Verstärker 328 und ein Bandpassfilter 330 in Reihe geschaltet sind. Danach wird das Signal gleichphasig den Mischern 316 und 336 zugeführt. Das vom Synthesizer empfangene Signal wird jetzt über Schalter 315 und 335 als Mischfrequenz ausgewählt, wobei die Frequenz des Signals in Block 311 durch zwei geteilt wurde. In Block 311 werden Signale, die durch eine Phasenverschiebung von 90 Grad getrennt sind, aus dem Signal zu den Mischern 316 und 336 gebildet. Somit erfolgt die Phasenverschiebung von 90 Grad, die für das Mischen benötigt wird, nicht für das empfangene Signal, sondern für das Mischsignal. Ein von den Mischern empfangenes komplexes Basisbandsignal, wird weiter einer Verarbeitungseinheit 339 eines Basisbandempfangssignals, welches ein RX-Signal ist, zugeführt.
Der Synthesizer 340 funktioniert in ähnlicher Weise wie der DCS-Synthesizer, der in 2 dargestellt ist. Er umfasst somit einen spannungsgeregelten Oszillator VCO 341, dessen Ausgangssignal durch einen Verstärker 346 verstärkt wird um ein Ausgangssignal zu bilden. Die Frequenz des von einem Oszillator 341 erzeugten Signals wird in einem Frequenzteiler 342 durch eine Ganzzahl Y geteilt, wobei das resultierende Signal einem Phasenkomparator 343 zugeführt wurde. Desgleichen wird die Frequenz eines durch einen Bezugsoszillator 358 gebildeten Signals in einem Frequenzteiler 344 durch eine Ganzzahl X geteilt und dem Phasenkomparator 343 zugeführt. Der Phasenkomparator erzeugt ein Signal, welches proportional zur Phasendifferenz der zwei Eingangssignale ist, und welches einem Tiefpassfilter 345 zugeführt wurde, und das gefilterte Signal steuert ebenfalls den spannungsgeregelten Oszillator 341. Die Ausgangsfrequenz wird durch Ändern der Teilungszahl Y gesteuert.
In der Sendereinheit wird das komplexe Basisbandsendesignal, also das TX-Signal, in der Verarbeitungseinheit 360 eines TX-Signals verarbeitet, und von dort werden die komplexen Komponenten des Signals den Mischern 362 und 382 zugeführt, in denen durch Multiplizieren des Eingangssignals mit einem Mischsignal ein Trägerfrequenzsignal gebildet wird. Wenn die DCS-Frequenz für die Übertragung zum Einsatz kommt, wird das Ausgangssignal des Synthesizers 340 über die Schalter 363 und 383 als Mischsignal ausgewählt. Das gebildete DCS-Signal wird einem Bandpassfilter 368, einem Verstärker 370 und einem Bandpassfilter 372 zugeführt. Das gebildete HF-Signal wird weiter über einen Schalter 380 einer Antenne 302 zugeführt.
Wenn die Übertragung im GSM-Frequenzband stattfindet, wird das Mischsignal durch Teilen der Frequenz des Ausgangssignals des Synthesizers 340 durch zwei im Frequenzteiler 361 gebildet, von dem die Mischsignale erhalten werden, die getrennt durch eine Phasenverschiebung von 90 Grad zum ersten TX-Mischer 363 und zum zweiten Tx-Mischer 383 gehen. Das Trägerfrequenzsignal wird über Schalter 364 und 384 dem GSM-Zweig zugeführt, in dem die In-Phase-Komponente und die Quadratur-Komponente, die von den Mischern 362 und 382 empfangen wurden, summiert werden, Block 386. Danach erfolgt das Filtern und Verstärken in den Blöcken 388, 390 und 392. Das gebildete HF-Signal wird über den Schalter 380 der Antenne 302 zugeführt. Bei der GSM-Frequenz erfolgt somit die Phasenverschiebung von 90 Grad für das Mischsignal und nicht das Trägerfrequenzsignal, welches als Mischergebnis erhalten wurde.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei Benutzung des GSM-Frequenzbandes die Mischsignale des Empfangens und Sendens mit Hilfe des gleichen Frequenzteilers gebildet werden können. Dann können die Ausgänge der verschiedenen Phasen des Frequenzteilers entweder mit den RX-Mischern des Empfängers während des Empfangens oder mit den TX-Mischern des Senders während des Sendens mittels steuerbarer Schalter verbunden werden. In diesem Fall werden die Schalter durch ein Signal gesteuert, welches während des Zeitschlitzes zum Empfangen im ersten Zustand ist und während des Zeitschlitzes zum Senden im zweiten Zustand ist. Eine weitere Möglichkeit bei Einsatz eines Frequenzteilers besteht darin, die vom Frequenzteiler empfangenen Signale zu den Mischern sowohl des Senders als auch des Empfängers während des Sendens und des Empfangens zu steuern. In diesem Fall können die Signale mittels eines Frequenzteilungsmittels, wie eines Leistungsteilers, zu den Mischern geleitet werden.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass anstelle der beschriebenen Frequenzteiler auch andere Umwandlungsmittel zum Bilden der zweiten RX-Mischfrequenz und der zweiten TX-Mischfrequenz aus dem vom Synthesizer gebildeten Signal benutzt werden können, wenn das zweite Frequenzband benutzt wird. Die Umwandlungsfunktion der Frequenz kann demnach auch eine andere als die Teilung durch zwei sein, was zum Beispiel davon abhängig ist, welche Betriebsfrequenzbänder benutzt werden.
Die Umschalter 314, 334, 315, 335, 363, 383, 364 und 384 werden vorzugsweise durch ein Zweistufensignal BC (Band Control) gesteuert. Auf der ersten Schaltstufe des Steuersignals stehen die Umschalter in einer Stellung, in der Hochfrequenzschaltkreise des ersten Frequenzbandes benutzt werden, und auf der zweiten Stufe des Steuersignals stehen die Umschalter in einer Stellung, in der Hochfrequenzschaltkreise des zweiten Frequenzbandes benutzt werden. Die der ersten und der zweiten Stufe des Steuersignals BC entsprechenden Werte richten sich unter anderem danach, wie die Umschalter implementiert werden.
Mit Bezug auf die Umschalter 314, 334, 315, 335, 363, 383, 364 und 384 kann auch ein anderes bekanntes Verfahren zum Steuern des Pfades des Hochfrequenzsignals eingesetzt werden. Zum Beispiel können die Umschalter durch Anpasselemente ersetzt werden, die an sich bekannt sind, in welchem Falle bei Benutzung des ersten Frequenzbandes die Hochfrequenzschaltkreise des zweiten Frequenzbandes hochohmig für die Signale des ersten Frequenzbandes sind. Desgleichen sind bei Benutzung des zweiten Frequenzbandes die Hochfrequenzschaltkreise des ersten Frequenzbandes hochohmig für die Signale des zweiten Frequenzbandes. In diesem Fall verursachen die Hochfrequenzschaltkreise verschiedener Frequenzbänder keine gegenseitigen Störungen.
Das Signal BC, das die Umschalter steuert, wird am besten im Verarbeitungsblock 116 einer Mobilstation, 1, gebildet, welche vorzugsweise einen Prozessor, wie einen Mikroprozessor umfasst. Der Verarbeitungsblock 116 bildet ein Signal auf der Basis eines Umschaltbefehls des Systems, welchen der Benutzer über die Tastatur 120, 1, eingegeben hat. Die Auswahl des Systems kann zum Beispiel menübasiert sein, in welchem Falle das gewünschte System durch Betätigung einer bestimmten Taste in dem auf der Anzeige 118 angezeigten Menü gewählt wird. Dann bildet der Verarbeitungsblock 116 ein Steuersignal BC, welches dem ausgewählten System entspricht. Der Umschaltbefehl des Systems kann auch über das Mobilstationssystem übertragen werden, in welchem Falle die Mobilstation Daten empfängt, die von einem anderen System übertragen wurden. Die empfangenen Daten können einen Systemumschaltbefehl beinhalten, auf dessen Basis der Verarbeitungsblock das System umschaltet. In einer Speichereinheit 126, die an den Verarbeitungsblock angeschlossen ist und die vorzugsweise einen EPROM- oder EEPROM-Speicher umfasst, ist ein Programm gespeichert, welches die empfangenen Daten überwacht und bei Erkennung eines Systemumschaltbefehls in den Daten einen Befehl an den Verarbeitungsblock überträgt, das Steuersignal BC in den Zustand entsprechend des ausgewählten Befehls umzuwandeln.
Der Verarbeitungsblock bildet außerdem ein Steuersignal eines Synthesizers, und mit diesem Signal wird eine Teilungszahl an den Frequenzteiler 342 (3) des Frequenz-Synthesizers übermittelt, wobei diese Teilungszahl einer gegebenen Kanalfrequenz entspricht. Dann bildet der Frequenzteiler 342 des Synthesizers aus der Frequenz eines spannungsgeregelten Oszillators VCO, 341, eine Phasenvergleichsfrequenz zum Phasenkomparator 343. Im GSM-System zum Beispiel ist der Kanalabstand 200 kHz, in welchem Falle 200 kHz als Phasenvergleichsfrequenz benutzt wird.
In der in 3 dargestellten Lösung umfasst das erste Frequenzband das Frequenzband des DCS-Systems und das zweite Frequenzband umfasst das Frequenzband des GSM-Systems. Dann beträgt der Bandpassbereich der Bandpassfilter 306 und 310 des Empfangszweigs des ersten Frequenzbandes ungefähr 1805–1880 MHz. Der Bandpassbereich der Bandpassfilter 326 und 328 des Empfangszweigs des zweiten Frequenzbandes beträgt ungefähr 925–960 MHz. Entsprechend beträgt im Sender der Bandpassbereich der Bandpassfilter 368 und 372 des ersten Frequenzbandes ungefähr 1710–1785 MHz und der Bandpassbereich der Bandpassfilter 368 und 372 des zweiten Frequenzbandes ungefähr 880–915 MHz.
Ein weiteres mögliches Verfahren zur Auswahl des Signalzweigs besteht darin, die Speisespannungen des Zweigs, der nicht benutzt wird, abzuschalten. Dieses Verfahren kann sowohl für den Sender als auch den Empfänger eingesetzt werden. Der Vorteil dieser Alternative ist, dass nicht unbedingt tatsächliche Auswahlschalter benötigt werden.
4 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Lösung zur Bildung von Signalen verschiedener Phasen im DCS-Empfangszweig. Im Schaltkreis werden differenzielle Signale benutzt, das heißt, keiner der Signalanschlüsse ist an Masse angeschlossen. Dieser Schaltkreis kann als Block 312 in der Schaltungsanordnung von 3 verwendet werden. In der Schaltungsanordnung umfasst das differenzielle Eingangssignal Signalleitungen von 0° und –180°, und für jede dieser Leitungen wird eine Phasenverschiebung von –45° und eine Phasenverschiebung von +45° verarbeitet, um zwei Signale zu bilden, die durch eine 90° Phasenverschiebung getrennt sind. Phasenschieber von –45° umfassen Widerstände 401 und 402 sowie Kondensatoren 403 und 404. Entsprechend umfassen Phasenschieber von +45° Kondensatoren 405 und 406 sowie Widerstände 407 und 408. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass bei Einsatz von differenziellen Signalen die Implementierung integrierter Schaltkreise häufig rentabel ist.
5 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Lösung zum Bilden von Signalen, die durch eine 90° Phasenverschiebung in einem RC-Phasenverschiebungsschaltkreis getrennt sind, wobei einer der Signalleiter an Masse angeschlossen ist. Die –45° Phasenverschiebung wird von einem Phasenschieber vorgenommen, der aus einem Widerstand 511 und einem Kondensator 512 gebildet ist, und die +45° Phasenverschiebung wird von einem Phasenschieber vorgenommen, der aus einem Kondensator 513 und einem Widerstand 514 gebildet ist.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Schaltkreise in 4 und 5 aufgrund von Symmetrie auch als Block 366 verwendet werden können, um die 90° Phasenverschiebung zwischen den Eingangssignalen vorzunehmen und um die empfangenen Signale zu summieren. Dann bewegen sich die Signale in den Schaltkreisen in umgekehrter Richtung, das heißt, die Eingangssignale werden den Anschlüssen auf der rechten Seite der in den Figuren dargestellten Schaltkreise zugeführt, und das Ausgangssignal wird von den Anschlüssen auf der linken Seite erhalten.
6 zeigt einen Phasenschieber, der die Eingangsfrequenz durch zwei teilt, und der in der Implementierung der Blöcke 311 und 361 zum Einsatz kommen kann. Der Schaltkreis umfasst zwei Frequenzteiler 601 und 602, in welchem Falle das Eingangssignal dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Frequenzteilers 601 und dem invertierenden Eingang des zweiten Frequenzteilers 602 zugeführt wird. Auf diese Weise werden wie bekannt Ausgangssignale gebildet, die um eine Phasendifferenz von 90° getrennt sind.
Im Blockdiagramm von 3 sind die Mischer 362 und 382 invidiuell dargestellt, in der Praxis können sie jedoch durch Einbau in den gleichen Schaltkreis gebildet werden, in welchem Falle zum Beispiel zwei GSM-Sendesignale in einem gemeinsamen Kollektorschaltungswiderstand eines bereits bekannten Gilbert-Cell-Mischers summiert werden, und dieser Kollektorschaltungswiderstand somit als Summierer 386 funktioniert.
Eine weitere Alternative besteht darin, das Summieren in einem Schaltkreis vorzunehmen, welcher das Signal nach den Mischern mit dem GSM- oder dem DCS-Zweig verbindet. In einem bevorzugten Verfahren werden die Schalter durch den Einsatz paralleler Transistorstufen implementiert, in welchem Falle die Auswahl der Signale durch Schalten der Speisespannung auf diejenige Transistorstufe erfolgt, durch die das Signal passieren soll, und dadurch dass man die Speisespannung von derjenigen Stufe abschaltet, die offen bleiben soll. Die gleichen Transistorstufen können auch zum Summieren der Signale verwendet werden.
Ein drittes Verfahren besteht darin, das Summieren durch Einsatz des Verfahrens in 3 in einem separaten Summierer vorzunehmen, der nach dem Mischer und den GSM-/DCS-Auswahlschaltern an die Sendekette angeschlossen ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, einen Sender/Empfänger zu implementieren, der beträchtlich einfacher gestaltet ist und verglichen mit den Lösungen nach dem Stand der Technik niedrigere Herstellungskosten aufweist. In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden nur ein Synthesizer und absolut keine Zwischenfrequenzkomponenten, wie teure Zwischenfrequenzfilter, benötigt. Es ist somit leicht, den Schaltkreis einzubauen. Da keine Zwischenfrequenzen im Schaltkreis benutzt werden, verursacht der Schaltkreis weder Zwischenfrequenzstörungen noch wird er durch potentielle externe Zwischenfrequenzstörungen gestört. Es ist somit weniger wichtig, die Vorrichtung vor Störungen abzuschirmen. Außerdem kann mit Hilfe der Erfindung eine sehr genaue Phasenverschiebung von 90 Grad zwischen den Mischsignalen des niedrigeren Frequenzbandes erzielt werden, da die Phasenverschiebung in den teilenden Schaltkreisen 311 und 361 gebildet wird.
Manche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung sind oben beschrieben. Selbstverständlich kann das Prinzip erfindungsgemäß im Rahmen des Geltungsbereichs der Ansprüche modifiziert werden, wie zum Beispiel durch Modifikation der Details der Implementierung und der Details der Einsatzbereiche. Es wird speziell darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Lösung ebenso gut auf andere Datenübertragungssysteme außer den oben erwähnten GSM- und DCS/PCN-Systemen angewendet werden kann. In ähnlicher Weise wurden die erwähnten Betriebsfrequenzen nur als Beispiel benutzt, und die Implementierung der Erfindung ist keineswegs auf diese beschränkt.

Claims

Sender/Empfänger, der in zwei separaten Frequenzbändern arbeitet, und bei dem das erste Frequenzband ein erstes Sendefrequenzband und ein erstes Empfangsfrequenzband umfasst, und das zweite Frequenzband ein zweites Sendefrequenzband und ein zweites Empfangsfrequenzband umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Direct-Conversion-Sender/Empfänger ist, in dem – der Empfänger wenigstens einen RX-Mischer zum Mischen eines empfangenen Signals in ein Basisbandsignal umfasst, – der Sender wenigstens einen TX-Mischer zum Mischen eines Basisbandsignals in ein Trägerfrequenzsendesignal umfasst, und – der Sender/Empfänger ferner einen Synthesizer (390) umfasst, der ein Ausgangssignal liefert, welches für die Verwendung zum Bilden eines ersten RX-Mischsignals (RXM1) zum RX-Mischer bestimmt ist, um das im ersten Empfangsfrequenzband empfangene Signal (RXC1) in ein Basisbandsignal (RXB1) zu mischen, und welches zum Bilden eines ersten TX-Mischsignals (TXM1) zum TX-Mischer (362, 382) verwendet wird, um das erste Basisband-TX-Signal (TXB1) in ein erstes Trägerfrequenz-TX-Signal (TXC1) zu mischen, welches im ersten Sendefrequenzband ist, – ein erstes Umwandlungsmittel (311) zum Bilden eines zweiten RX-Mischsignals (RXM2) aus dem Synthesizer-Ausgangssignal zum Mischen des im zweiten Empfangsfrequenzband empfangenen Signals in ein zweites Basisband-RX-Signal (RXB2), und – ein zweites Umwandlungsmittel (361) zum Bilden eines zweiten TX-Mischsignals (TXM2) aus dem Synthesizer-Ausgangssignal zum Mischen eines zweiten Basisband-TX-Signals (TXB2) in ein zweites Trägerfrequenzsignal (TXC2), welches im zweiten Sendefrequenzband ist.
Sender/Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er folgendes umfasst: – einen ersten RX-Mischer (316) zum Bilden der Quadratur-Komponente eines komplexen Basisbandsignals (RXB1, RXB2), – einen zweiten RX-Mischer (336) zum Bilden der Quadratur-Komponente eines komplexen Basisbandsignals (RXB1, RXB2), – einen ersten TX-Mischer zum Mischen der In-Phase-Komponente eines komplexen Basisbandsignals (TXB1, TXB2) in die Trägerfrequenz und – einen zweiten TX-Mischer zum Mischen der Quadratur-Komponente eines komplexen Basisbandsignals (TXB1, TXB2) in die Trägerfrequenz.
Sender/Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Umwandlungsmittel einen ersten Frequenzteiler (311) zum Teilen der Frequenz des Synthesizer-Ausgangssignals durch mindestens zwei umfasst und das zweite Umwandlungsmittel einen zweiten Frequenzteiler (361) zum Teilen der Frequenz des Synthesizer-Ausgangssignals durch mindestens zwei umfasst.
Sender/Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Frequenzteiler (311) und der zweite Frequenzteiler (361) Mittel (311, 361) zum Bilden von zwei Signalen umfassen, die durch eine Phasenverschiebung von 90° getrennt sind.
Sender/Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Umwandlungsmittel (311) und das zweite Umwandlungsmittel (361) wenigstens teilweise dasselbe Umwandlungsmittel sind.
Sender/Empfänger nach Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Frequenzteiler (311) und der zweite Frequenzteiler (361) derselbe Frequenzteiler sind.
Sender/Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein erstes Phasenverschiebungsmittel (312) zum Bilden von zwei Signalen, die im Wesentlichen durch eine Phasenverschiebung von 90° getrennt sind, aus einem empfangenen Signal (RXC1), welches sich im ersten Frequenzband befindet, und zum Zuführen derselben zum ersten RX-Mischmittel (316) und zum zweiten RX-Mischmittel (336) umfasst, um als Mischergebnis eine In-Phase-Komponente und eine Quadratur-Komponente eines komplexen Basisbandsignals zu bilden.
Sender/Empfänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Phasenverschiebungsmittel einen differenziellen RC-Phasenschieber umfasst.
Sender/Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er folgendes umfasst: ein Mittel (366) zum Bilden einer relativen Phasenverschiebung von 90° Grad zwischen dem ersten TX-Mischergebnis, welches im ersten Sendefrequenzband ist und durch den ersten Mischer gebildet wird, und dem zweiten TX-Mischergebnis, welches in der ersten Sendefrequenz ist und vom zweiten Mischer gebildet wird, und ein Mittel (366) zum Summieren der phasenverschobenen Mischergebnisse.
Sender/Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Mittel (386) zum Summieren des ersten TX-Mischergebnisses, welches im zweiten Sendefrequenzband ist und durch den ersten Mischer gebildet wird, und des zweiten TX-Mischergebnisses, welches in der zweiten Sendefrequenz ist und durch den zweiten Mischer gebildet wird, umfaßt.
Verwendung eines Senders/Empfängers nach einem der Ansprüche 1–10 in einem GSM- und/oder einem DCS-System.