DE69831478T2

DE69831478T2 - Multibandempfänger für Multibandfunksignalen und Multibandmobilfunktelefon mit einen Empfänger

Info

Publication number: DE69831478T2
Application number: DE69831478T
Authority: DE
Inventors: Pia Thomsen; Per Dahlgaard Pedersen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-03-14
Filing date: 1998-03-14
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2018-03-15
Also published as: EP0945990A1; DK0945990T3; EP0945990B1; DE69831478D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Empfänger und ein Mobiltelefon gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
Es ist bereits bekannt, dass Zwischenfrequenzempfänger („Superhet-Empfänger") für verschiedene Hochfrequenzbänder verwendet werden, bei denen die verschiedenen Frequenzbänder eine voneinander unabhängige Verarbeitung aufweisen, bis ein Zwischensignal IF generiert wird. Die Zwischenfrequenz ist für alle verschiedenen Frequenzbänder gleich. Derartige Empfänger benötigen gesonderte Frequenzsynthesizer für jedes der verschiedenen Hochfrequenzbänder.
Die veröffentlichte Patentschrift GB 2.310.342 A offenbart einen Zweiband-Frontend-Funksender/-empfänger, der in zwei verschiedenen Frequenzbändern und mit zwei verschiedenen Modulationsformanten betreibbar ist. Der Sender/Empfänger beinhaltet eine IF-Empfangsschalttechnik, die beiden Modi gemeinsam ist, und eine IF-Übertragungsschalttechnik, die beiden Modi gemeinsam ist. Weiterhin beinhaltet er zwei Frequenzsynthesizer, von denen alle Überlagereranforderungen abgeleitet werden. Ein einzelner erster Überlagerer wird mit einem Zweiband-VCO und einem programmierbaren Synthesizer eingesetzt, wobei Überlappungsabstimmung dazu dient, das VCO-Betriebsspektrum so zu begrenzen, dass es für die beiden Bänder geeignet ist.
EP0793356A2 offenbart einen Sender/Empfänger, der im FDD-Betriebsmodus eine erste Frequenz empfängt und mit einer zweiten Frequenz sendet; und der im TDD-Betriebsmodus mit einer dritten Frequenz sendet und empfängt und der im Empfangsabschnitt mindestens einen ersten Mischer zur Ausbildung einer ersten Zwischenfrequenz aus der empfangenen Frequenz und der ersten Überlagererfrequenz beinhaltet und einen zweiten Mischer zur Ausbildung einer zweiten Zwischenfrequenz aus der ersten Zwischenfrequenz und der zweiten Überlagererfrequenz beinhaltet und im Sendebereich Folgendes beinhaltet: einen Modulator zum Modulieren der Signale, die an die dritte Zwischenfrequenz übertragen werden sollen, einen dritten Mischer zur Ausbildung der Sendefrequenz aus der dritten Zwischenfrequenz und der vierten Überlagererfrequenz, einen ersten Synthesizer zur Ausbildung gleich hoher erster und vierter Überlagererfrequenzen und einen zweiten Synthesizer und einen Frequenzvervielfacher oder -teiler und ein Schaltmittel zur Ausbildung und Schaltung einer vierten Frequenz und ihres M-fachen, so dass die vierte Frequenz der absolute Wert der Differenz ist zwischen der Empfangsfrequenz und der Sendefrequenz des FDD-Betriebsmodus dividiert durch (M-1), wodurch die vierte Frequenz im FDD-Betriebsmodus als die dritte Überlagererfrequenz und ihr besagtes Vielfaches (M·FS) als die zweite Überlagererfrequenz geschaltet wird, wenn die Empfangsfrequenz des FDD-Betriebsmodus höher als die Sendefrequenz ist, und die vierte Frequenz als die zweite Überlagererfrequenz und ihr besagtes Vielfaches (M·FS) als die dritte Überlagererfrequenz geschaltet wird, wenn die Empfangsfrequenz des FDD-Betriebsmodus niedriger als die Sendefrequenz ist, und im TDD-Betriebsmodus entweder eine vierte Frequenz oder ihr besagtes Vielfaches (M·FS) sowohl als die zweite Überlagererfrequenz wie auch als die dritte Überlagererfrequenz geschaltet wird.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Der Empfänger für Multibandfunksignale und das Mobiltelefon gemäß dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs haben den Vorteil, dass nur ein Frequenzsynthesizer für die Abwärtskonvertierung der Hochfrequenzsignale unterschiedlicher Hochfrequenzbänder benötigt wird.
Da die erste Abwärtskonvertierung durch variable Frequenzsynthesizer erfolgt, die normalerweise sehr komplexe Komponenten sind, die Phasenregelschleifen (PLL, Phase Locked Loops), PLL-Steuerungen und spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO, Voltage Controlled Oscillators) beinhalten, werden die Kosten für den Empfänger und das Mobiltelefon wesentlich reduziert.
Weitere Vorteile werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche realisiert. Wenn die erste Zwischenfrequenz als ganzzahliges Vielfaches der zweiten Zwischenfrequenz gewählt wird, ist eine ganz einfache Erzeugung der Mischfrequenzen für die Abwärtskonvertierung in das Basisband möglich. Dies wird einfach erreicht durch Anwendung eines Frequenzteilers.
ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Abbildungen dargestellt und ausführlicher in der Beschreibung erläutert.
1 zeigt einen Multiband-Superhet-Empfänger gemäß dem bisherigen Stand der Technik; und
2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG
1 zeigt die herkömmliche Anordnung eines Empfängers, bei dem eine Superhet-Architektur Anwendung findet. 1 zeigt den Empfänger eines Mobilfunktelefons, das in den Hochfrequenzbändern GSM 1800 und GSM 1900 betrieben werden kann. Mobiltelefone im GSM 1800-Band empfangen Signale zwi schen 1805 MHz und 1880 MHz. Mobiltelefone, die im GSM 1900-Band betrieben werden, empfangen Signale zwischen 1930 MHz und 1990 MHz. Im Beispiel in 1 werden die GSM 1800-Signale an einen ersten Bandfilter 101 gelegt, um alle Signale zu dämpfen, die nicht im Empfangsband des GSM 1800-Systems liegen. Das weitere Signal wird dann an einem Mischer 102 gelegt, der das gefilterte Hochfrequenzsignal mit der Frequenz eines ersten Frequenzsynthesizers 103 mischt. Das Ausgangssignal des Mischers 102 ist in einer ersten Näherung das Hochfrequenzsignal, das durch die Frequenz des Frequenzsynthesizers 103 frequenzverschoben wird. Da das Ausgangssignal des Mischers 102 auch viele Oberschwingungen und Störsignale enthält, wird es erneut durch einen Bandfilter 104 gefiltert. Der Bandfilter 104 ist auf ein sehr kleines festes Durchlassband optimiert, so dass die Oberschwingungen und Störsignale sehr gut unterdrückt werden. Das Ausgangssignal des Filters 104 ist ein Zwischenfrequenzsignal. Das Zwischenfrequenzsignal ist dann ein Eingangssignal für einen zweiten Mischer 105, der dieses Zwischenfrequenzsignal mit einem Frequenzsignal mischt, das durch einen zweiten Frequenzsynthesizer 106 geliefert wird. Die Frequenz dieses zweiten Frequenzsynthesizers 106 wird auf die Mittenfrequenz des Bandfilters 104 festgelegt. Das Zwischenfrequenzsignal wird daher in ein Basisbandsignal ab der Frequenz Null konvertiert, wobei die Bandbreite des Signals bis zur höchsten Frequenz des Signals reicht.
Das GSM 1800-System lässt für das an das Mobiltelefon übertragene Signal eine Frequenz von 1805 MHz bis 1880 MHz zu. Die unterschiedlichen Frequenzkanäle werden voneinander durch 200 KHz getrennt. Wenn beispielsweise für die Zwischenfrequenz 200 MHz gewählt wird, könnte der Frequenzsynthesizer 103 Signale zwischen 1605 MHz und 1680 MHz in Schritten von 200 KHz generieren.
Die GSM 1900-Signale, die zwischen 1930 MHz und 1990 MHz liegen, werden an einen geeigneten Filter 107 gelegt, um unerwünschte Signale zu unterdrücken. Diese gefilterten Signale werden dann als Eingangssignale an einen Mischer 108 gelegt, der diese Signale mit einem Frequenzsignal mischt, das von einem dritten Frequenzsynthesizer 109 stammt. Das Ausgangssignal des dritten Mischers 108 wird dann an den zweiten Bandfilter 104 gelegt, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erhalten. Die Frequenz dieses Zwischenfrequenzsignals ist identisch mit der des Signals, das vom Empfangsteil des GSM 1800-Empfängers stammt.
Die GSM 1900-Signale sind in Schritten von 200 KHz zwischen 1930 MHz und 1990 MHz abgestuft. Die Frequenz des dritten Frequenzsynthesizers muss sich daher im Bereich von 1730 MHz bis 1790 MHz bewegen, um das gleiche Zwischenfrequenzsignal von 200 MHz wie beim GSM 1800-System zu erhalten.
Die Frequenzsynthesizer 103, 109 sind sehr kritische und komplexe Komponenten, die Phasenregelschleifen (PLL), spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO) und Quarznormale beinhalten. Es wäre wünschenswert, nur einen einzigen Frequenzsynthesizer zu haben, der die Frequenzsignale für das GSM 1800- und das GSM 1900-System liefert. Ein Frequenzsynthesizer, der für beide Systeme arbeitet, muss (wenn als Zwischenfrequenz 200 MHz angenommen wird) einen Frequenzbereich von 1605 MHz bis 1790 MHz abdecken, d. h. eine Bandbreite von 185 MHz in 200 KHz-Schritten. Ein derartiger Frequenzsynthesizer ist nicht konstruierbar oder ist zu teuer, so dass es effizienter ist, zwei verschiedene Frequenzsynthesizer zu benutzen, und zwar einen je Frequenzband.
2 zeigt eine andere Art von Superhet-Architektur, die verschiedene Frequenzbänder abdeckt, und die nur einen Frequenzsynthesizer für die erste Abwärtskonvertierung des Hochfrequenzsignals eines Zwischenfrequenzbands benötigt. 2 wird ebenfalls anhand der GSM 1800- und GSM 1900-Beispiele beschrieben. Das GSM 1800-Funksignal wird an einen ersten Filter 1 gelegt, um Signale zu unterdrücken, die nicht innerhalb des Frequenzbands von 1805 MHz bis 1880 MHz liegen. Die GSM 1900-Signale werden an einen zweiten Filter 4 gelegt, um die Signale zu unterdrücken, die nicht innerhalb des Frequenzbands von 1930 MHz bis 1990 MHz liegen. Das gefilterte Ausgangssignal des Filters 1 wird an einen Mischer 2 gelegt, der das Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz mischt, die von einem Frequenzsynthesizer 3 stammt. Die Frequenz des Frequenzsynthesizers 3 wird so gewählt, dass das Hochfrequenzsignal des GSM 1800-Systems in eine Zwischenfrequenz von 200 MHz abwärts konvertiert wird. Daher muss der Frequenzsynthesizer im Bereich von 1605 MHz bis 1680 MHz arbeiten. Das GSM 1900-Ausgangssignal des Filters 4 wird auch an einen Mischer 5 gelegt, in dem das Signal mit einem Frequenzsignal gemischt wird, das vom Hochfrequenzsynthesizer 3 stammt. Der Frequenzsynthesizer 3 arbeitet im Bereich von 1630 MHz bis 1690 MHz, um einen Zwischenfrequenz von 300 MHz zu erhalten. Die durch die erste Abwärtskonvertierung der Hochfrequenzsignale erzeugte Zwischenfrequenz ist daher bei GSM 1800 und GSM 1900 unterschiedlich. Deshalb braucht die Frequenz des Frequenzsynthesizers 3 lediglich im Bereich von 1605 MHz bis 1690 MHz zu liegen. Dies entspricht einer Bandbreite von 85 MHz, was ein angemessener Wert für einen Frequenzsynthesizer ist, der für den Bereich 1600 MHz bis 1700 MHz ausgelegt ist. Durch Auswahl unterschiedlicher Zwischenfrequenzen ist es daher möglich, nur einen Frequenzsynthesizer 3 zu benutzen, um Hochfrequenzsignale des GSM 1800- und des GSM 1900-Bands zu konvertieren.
Die Ausgangssignale des Mischers 2 und des Mischers 5 werden dann an einen Schalter 6 gelegt, der die Ausgangssignale der ersten Mischer 2, 5 entweder an den Zwischenfrequenzfilter 7 oder den Zwischenfrequenzfilter 8 legt. Sowohl Filter 7 als auch Filter 8 sind Bandfilter, wobei die Mittenfrequenz jedes Filters eine der Zwischenfrequenzen ist. Im Beispiel in 2 hat der Filter 7 eine Mittenfrequenz von 200 MHz und der Filter 8 eine Mittenfrequenz von 300 MHz. Die Filter 7, 8 sind beide so ausgelegt, dass sie GSM-Signale filtern, die eine Bandbreite von 200 KHz haben. Das Ausgangssignal der Zwischenfrequenzfilter 7, 8 ist ein Zwischenfrequenzsignal, das entweder eine Mittenfrequenz von 200 MHz oder eine Mittenfrequenz von 300 MHz hat. Diese Signale werden zwecks Abwärtskonvertierung in das Basisband an einen Mischer 9 gelegt. Der Mischer 9 mischt die Zwischenfrequenzsignale mit einem Frequenzsignal von 200 MHz oder 300 MHz, je nachdem, welcher Filter 7, 8 das Signal liefert. Zwecks Erzeugung dieser Festfrequenzen sind der Frequenzsynthesizer 11 und ein variabler Frequenzteiler 10 vorgesehen. Der Frequenzsynthesizer 11 erzeugt ein festes Frequenzsignal, das an einen variablen Frequenzteiler 10 gelegt wird. Der variable Frequenzteiler 10 teilt die Frequenz durch einen ganzzahligen Faktor und legt das Signal dann als Eingangssignal an den Mischer 9. Im Beispiel in 2 erzeugt der Frequenzsynthesizer 11 eine Frequenz von 600 MHz. Was GSM 1800-Signale betrifft, so wird das Frequenzsignal des Frequenzsynthesizers vom variablen Frequenzteiler 10 durch einen Faktor 3 geteilt, so dass sich eine Frequenz von 200 MHz ergibt, die an den Mischer 9 gelegt wird. Beim GSM 1900-System wird das Frequenzausgangssignal des Frequenzsynthesizers 11 durch einen Faktor 2 geteilt, so dass sich eine Frequenz von 300 MHz ergibt, die das Eingangssignal für den Mischer 9 ist.
Wenn man die Empfänger in den 1 und 2 vergleicht, so wird deutlich, dass 2 nur einen variablen Frequenzsynthesizer für die Abwärtskonvertierung der Hochfrequenzsignale in die Zwischenfrequenz benutzt. Andererseits benötigt der Empfänger gemäß 2 einen Schalter, zwei Zwischenfrequenzfilter im Vergleich zu nur einem in 1 sowie den Frequenzteiler 10. Da diese Komponenten sehr einfach konstruiert und billig im Vergleich zu einem variablen Frequenzsynthesizer sind, werden Kosten und Komplexität des Empfängers gemäß 2 im Vergleich zum Empfänger in 1 reduziert.
3 zeigt ein weiteres Beispiel für die Erfindung. Die Bezugszeichen 1, 4, 6 und 11 verkörpern die gleichen Komponenten wie in 2. 3 zeigt eine Antenne 24, die an einen Schalter 22 angeschlossen ist. Um die Abbildung zu vereinfachen, sind die Verstärkungskomponente und andere Komponenten in 3 nicht dargestellt. Je nach Position des Schalters 22 wird das von der Antenne 24 empfangene Funksignal entweder an Filter 1 oder Filter 4 gelegt. Die Ausgangssignale der Filter 1, 4 werden über einen Schalter 23 mit einen Mischer 20 verbunden. Je nach Position des Schalters 23 wird entweder der Filter 1 oder der Filter 4 mit dem Mischer 20 verbunden. Der Mischer 20 empfängt ein variables Frequenzsignal von einem variablen Frequenzsynthesizer 21. Die Frequenz des Frequenzsynthesizers 21 wird dann wie bereits in 2 beschrieben geändert, um eine Zwischenfrequenz von 200 MHz für GSM 1800-Signale und eine Zwischenfrequenz von 300 MHz für GSM 1900-Signale zu erhalten. Die weitere Verarbeitung der Signale entspricht der Beschreibung im Zusammenhang mit 2.
Der Unterschied im Vergleich zu 2 besteht darin, dass hier nur ein Mischer 20 für die Abwärtskonvertierung der Hochfrequenzsignale in die Zwischenfrequenzsignale benötigt wird. Die Kosten des Empfängers werden dadurch weiter reduziert.
4 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Empfänger für Multibandfunksignale. Die Komponenten mit den Bezugszeichen 1 bis 11 zeigen die gleichen Komponenten wie in 2, und sie funktionieren in gleicher Weise wie bereits dort beschrieben. Zusätzlich zu den Komponenten in 2 beinhaltet der Empfänger gemäß 4 einen Filter 31, der so ausgelegt ist, dass er Signale im GSM 900-Funkband filtert, die zwischen 935 MHz und 960 MHz liegen. Die gefilterten Signale von Filter 31 werden an einen Mischer 32 gelegt, der auch ein variables Frequenzsignal von einem variablen Frequenzsynthesizer 33 empfängt. Die Frequenz des variablen Frequenzsynthesizers 33 wird zwischen 735 MHz und 760 MHz geändert, so dass das Ausgangssignal des Mischers 32 ein abwärts konvertiertes Funksignal mit einer Mittenfrequenz von 200 MHz enthält. Dieses Signal wird wie das GSM 1800-Signal über Schalter 6 an den Filter 7 gelegt. Der Empfänger gemäß 4 ist daher ein Dreibandempfänger, der GSM 900-, GSM 1800- und GSM 1900-Signale empfangen kann. Empfänger, wie sie in 4 gezeigt werden, werden für Dreiband-Mobiltelefone verwendet, die in allen diesen verschiedenen Frequenzbändern betrieben werden können. Durch die Einsparung eines variablen Frequenzsynthesizers werden die Gesamtkosten des Mobiltelefons reduziert.
5 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Empfänger für Multibandfunksignale. Die Komponenten mit den Bezugszeichen 1 bis 5 zeigen die gleichen Komponenten wie in 2, und sie funktionieren in gleicher Weise wie bereits dort beschrieben. Zusätzlich zu den Komponenten in 2 beinhaltet der Empfänger gemäß 5 einen Abtaster 200 und einen digitalen Prozessor 201. Der Abtaster 200 führt eine Analog/Digital-Wandlung der Zwischenfrequenzsignale durch, und der Prozessor 201 übernimmt die weitere Verarbeitung der digitalen Zwischenfrequenzsignale. Die Analogfilter 7 und 8 in 2 werden hier durch Software ersetzt. Da es sehr einfach ist, digitale Filter herzustellen, die in verschiedenen Frequenzbereichen arbeiten, ist diese Lösung sehr einfach und kostengünstig.

Claims

Multibandempfänger für Multibandfunksignale, der Folgendes umfasst: mindestens einen Mischer (2, 5, 20, 32), der so beschaffen ist, dass er: – ein von einem gemeinsamen Frequenzsynthesizer (3, 33) erzeugtes Überlagerersignal empfängt; – Hochfrequenzsignale in Zwischenfrequenzsignale konvertiert, indem sie mit dem vom Frequenzsynthesizer (3, 33) stammenden Überlagerersignal gemischt werden, so dass: – Hochfrequenzsignale eines ersten Hochfrequenzbandes (GSM 1800) in eine erste feste Zwischenfrequenz konvertiert werden; und – Hochfrequenzsignale eines zweiten Hochfrequenzbandes (GSM 1900) in eine zweite feste Zwischenfrequenz konvertiert werden; dadurch gekennzeichnet, dass: – die Frequenzbänder des Frequenzsynthesizers (3, 33) so ausgewählt werden, dass sie sich zumindest teilweise wechselseitig überlappen für Hochfrequenzsignale des ersten Hochfrequenzbandes (GSM 1800) und des zweiten Hochfrequenzbandes (GSM 1900); und – der mindestens eine Mischer (2, 5, 20, 32) so angepasst ist, dass er eine zweite feste Zwischenfrequenz ergibt, die verschieden von der ersten festen Zwischenfrequenz ist, wobei die zweite feste Zwischenfrequenz dem zweiten Hochfrequenzband (GSM 1900) entspricht.
Multibandempfänger nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: einen Mischer (9), einen Frequenzsynthesizer (11) und einen variablen Frequenzteiler (10) für das Abwärtskonvertieren der ersten und der zweiten Zwischenfrequenzsignale, wobei die erste Zwischenfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Zwischenfrequenz ist.
Multibandempfänger nach Anspruch 1 oder 2, der ferner Folgendes umfasst: – einen ersten Bandfilter (7) zur Filterung der Signale der ersten Zwischenfrequenz; und – einen zweiten Bandfilter (8) zur Filterung der Signale der zweiten Zwischenfrequenz.
Multibandempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner Folgendes umfasst: einen Basisbandmischer, der so beschaffen ist, dass er die Zwischenfrequenzsignale in ein Basisband konvertiert, wobei der Basisbandmischer ein Frequenzsignal empfängt, das von einem Frequenzsynthesizer und einem nachgeschalteten variablen Frequenzteiler erzeugt wird, wobei der Divisionsfaktor des variablen Frequenzteilers in Übereinstimmung mit dem ersten oder dem zweiten Hochfrequenzband ausgewählt wird.
Multibandempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner Folgendes umfasst: – einen Abtaster (200) für eine Analog/Digital-Wandlung der Zwischenfrequenzsignale; und – einen digitalen Prozessor (201) für die weitere Verarbeitung der Zwischenfrequenzsignale.
Multibandempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Mischer (2, 5, 20, 32) Folgendes umfasst: – einen ersten Funkband-Mischer für das erste Hochfrequenzsignal; und – einen zweiten Funkband-Mischer für das zweite Hochfre quenzsignal; wobei besagter erster und zweiter Hochfrequenzband-Mischer so beschaffen sind, dass sie: – die Hochfrequenzsignale der verschiedenen Funkbänder in Zwischenfrequenzsignale konvertieren; und – ein Mischfrequenzsignal von einem gemeinsamen Frequenzsynthesizerelement (3) empfangen.
Multibandempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite feste Zwischenfrequenz insofern verschieden von der ersten festen Zwischenfrequenz ist, als sie höher als die erste feste Zwischenfrequenz ist.
Multibandmobiltelefon, das Folgendes umfasst: einen Multibandempfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Multibandmobiltelefon nach Anspruch 8, wobei: der Multibandempfänger so beschaffen ist, dass er Hochfrequenzsignale von mindestens zwei Hochfrequenzbändern empfängt, die aus einer Gruppe von Funkfrequenzbändern ausgewählt wurden, darunter: – GSM 900 (935 MHz bis 960 MHz); – GSM 1800 (1805 MHz bis 1880 MHz); – GSM 1900 (1930 MHz bis 1990 MHz).