DE69310403T2 - Diversitätsschaltanordnung für mobile Telefone - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Diversity-Empfangsanordnung, die z. B. in einem zellularen Funktelefonverstärker zum Einsatz kommen kann.
• Die Antennenabstrahlleistung eines zellularen Funktelefons, wie etwa eines mobilen Telefons, kann aufbekannte Weise mittels eines Funkfrequenzleistungsverstärkers, einem sogenannten Verstärker oder Zusatzverstärker erhöht werden, der zwischen dem zellularen Funktelefon und der Antenne angeordnet ist. In der Praxis ist es ferner notwendig, eine Verstärkung des empfangenen Signals im Zusatzverstärker vorzunehmen. Aus Kostengründen ist der Aufbau des Zusatzverstärkers so einfach wie möglich gehalten, so daß darin lediglich die notwendingen Leistungsverstärker enthalten sind.
• Es ist auch möglich, die Lageempfindlichkeit in einem schwachen Feld mittels eines Diversity-Empfangs auf bekannte Weise zu kompensieren, z.B. durch die Verwendung von zwei Antennen. Wenn das von einer Antenne empfangene Signal "schwindet", kann das stärkere von der anderen Antenne empfangene Signal mit dem Empfänger verbunden werden.
• Wenn der Diversity-Empfang mit der Verstärkerlösung kombiniert werden soll, ist eine direkte Lösung das Duplizieren der Verstärkerschaltungen, z. B. die Anordnung von Verstärkern für beide Empfangsantennen. (Auf der Sendeseite wird zum Senden des Funksignals immer noch nur ein Leistungsverstärker und eine der Antennen verwendet). Im Gegensatz zur Lösung mit Zusatzverstärker erfolgt die Auswahl des besseren Signals im zellularen Telefon. Um die Aufgabe zu erfüllen, ist das zellulare Funktelefon ausreichend mit vielseitigen und intelligenten Schaltungen ausgestattet. Es stellt sich dannjedoch das Problem einer duplizierten Verbindung zwischen dem Telefon und dem Zusatzverstärker.
• Ein alternativer Diversity-Verstärker würde komplette Sende-/Empfangsschaltungen im Verstärker enthalten, jedoch ist diese Lösung aus Kostengründen nicht durchführbar.
• Aus dem US-Patent 4513412 ist es bereits bekannt, eine Antennenauswahl in einer tragbaren oder einer festen Station vorzunehmen, bei der die beiden Stationen über beide Antennen eine Preambel senden, die in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen liegen. Die Qualität der Preambeln entscheidet dann über die Auswahl der Antenne.
• Jedoch werden durch diese bekannte Anordnung und in digitalen zellularen Funktelefonensystemen allgemein aufgrund der von den Empfangs- und Sendefunktionen geforderten Synchronisation oder des Timings Probleme verursacht, da die Signale als kurze Signalpakete gesendet werden, die während des Empfangs ebenfalls identifiziert werden müssen.
• Im Allgemeinen werden die Signale zwischen den Basisstationen und den mobilen Stationen in zellularen Funktelefonsystemen mittels Verwendung von sogenannten Mehrfachzugriffssystemen gesendet. Ein derartiges System ist als Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff (FDMA) bekannt, bei dem die verfügbare Funkfrequenzbandbreite in Kanäle mit einer vorbestimmten Bandbreite eingeteilt wird und die individuellen Kanäle nach dem Prinzip wer zuerst kommt, der wird zuerst bedient, zugeteilt werden. Für jeden einzelnen Anruf wird für die gesamte Gesprächsdauer ein Kanal zur Verfügung gestellt, so daß Information kontinuierlich gesendet werden kann. In einem alternativen System, auch als Zeitvielfachzugriffssystem (TDMA) bekannt, werden die Frequenzkanäle ferner in eine vorbestimmte Zahl von sequentiellen Zeitschlitzen unterteilt, wobei nur einer für einen individuellen Benutzer zur Verfügung steht. Demzufolge muß die Information in Form sequentieller Signalpakete in vorbestimmten Zeitintervallen gesendet werden, die so gewählt sein müssen, daß sie mit den Zeitschlitzen des Benutzers zusammenfallen. TDMA hat zwar den Vorteil eine zusätzliche Kapazität zur Verfügung zu stellen, jedoch wird dafür in der Basisstation und in den mobilen Stationen zusätzliche Elektronik benötigt, um eine zeitliche Steuerung der Informationsübertragung zu ermöglichen.
• Die US 5065449 offenbart ein Diversity-Empfangsgerät für einen zellularen Funkrepeater mit zwei Antennen und Mitteln, um auf Basis ihres Signalpegels eine der Antennen auszuwählen.
• Gemäß der Erfindung wird eine Diversity-Empfangsanordnung für einen zellularen Funktelefonverstärker mit zwei Antennen zur Verfügung gestellt, wobei die Anordnung Mittel enthält, um die Güte individueller von jeder Antenne empfangener Signale zu bestimmen, und Mittel, um das bessere der empfangenen Signale auszuwählen sowie Mittel, um das ausgewählte Signal über ein Antennenkabel an ein zellulares Funktelefon zu senden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Mittel zum Empfang einer vom zellularen Funktelefon gelieferten Signalrahmenzeitinformation enthält, um den Betrieb des zellularen Funktelefons und des Verstärkers zu synchronisieren.
• Ein Vorteil eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung liegt darin, eine Diversity-Empfangsanordnung zu erhalten, die ohne Duplizierung der Schaltungsanordnung auskommt.
• Eine Anordnung gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird in einem digitalen System verwendet, in dem die Signale als digitale Signalpakete gesendet werden. Die Synchronisationsinformation über den Signalrahmen vom mobilen Telefon zum Verstärker wird dann vorteilhafterweise durch Filterung des Signals vom Antennenkabel gewonnen.
• Die Auswahl des besseren Antennensignals, welches dem mobilen Telefon zugeleitet wird, könnte vorteilhafterweise aufgrund der Güte des empfangenen Signals, z. B. aufgrund des Signalpegels erfolgen, wobei diese Auswahl durch kontinuierliche Detektion oder durch eine Detektion zu Beginn der digitalen Signalpakete erfolgen könnte.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der die Arbeitsweise eines digitalen zellularen Funktelefons in einer TDMA-Umgebung schematisch dargestellt ist.
• Ein zellulares Funktelefon kann als unabhängige Einheit verwendet werden und sein Aufbau ist allgemein bekannt. An dieser Stelle erfolgt eine Beschreibung nur, um die Erfindung besser zu verstehen. Der Betrieb des zellularen Funktelefons wird mittels einer Steuereinheit CS gesteuert, üblicherweise durch einen Mikroprozessor, der mit Programmen und Schaltungen (nicht gezeigt) verbunden ist, die für die Steuerung des mobilen Telefons und der Benutzerschnittstelle erforderlich sind. Der Prozessor steuert eine digitale signalverarbeitende Einheit DSP, die auf bekannte Weise gesendete und empfangene Signale verarbeitet, und die die erforderliche analog/digital bzw. digital/analog Konvertierung von Sprach-
• 1 signalen und Funkfrequenzsignalen vornimmt. Die DSP-Einheit ist mit dem Sendezweig Tx und dem Empfangszweig Rx verbunden, in denen die notwendigen Filter- und Verstärkerschaltungen enthalten sind, und die auf der anderen Seite über ein Duplexfilter SWH mit der externen Antenne An3 des mobilen Telefons verbunden sind. Falls gefordert könnte das Duplexfilter auch einen Umschalter enthalten, mit dem die Antenne An3 abgeschaltet werden kann, wenn ein Antennenkabel AC einer separaten Antenne mit dem Anschluß C2 verbunden ist.
• Die Figur zeigt ferner eine Möglichkeit, wie der Diversity-Empfang in einem Handapparat realisiert werden kann. Dabei ist die interne Antenne An4 dann über eine Filterung/Verstärkung A3 mit der Empfangsleitung Rx verbunden.
• In diesem Fall steuert eine Steuereinheit CS den Verstärkerbetrieb über einen Systembus, wobei das Buskabel CC über einen Anschluß C4 mit dem Handapparat verbunden ist. Über diesen Bus liefert die Einheit CS die beim Start benötigten Anweisungen an den Verstärker 10, und falls erwünscht, andere bereits bekannte Steuerinformationen. Als Bus könnte z. B. ein M-BUS verwendet werden, der von der Firma Nokia Mobile Phones entwickelt wurde. Die Verbindung des Systembusses mit dem Verstärker stellt eine Lösung dar, durch die die Benutzung vereinfacht wird, jedoch ist diese nicht notwendig, da die geforderten Verstärkersteuerfunktionen durch Bedienknöpfe im Verstärker ersetzt werden können.
• Gemäß der Figur sind über ein Antennenkabel (nicht gezeigt) zwei Antennen An1 und An2 mit dem Diversity-Verstärker 10 verbunden. Die Antenne An1 ist über das Duplexfilter SF mit dem Sendeverstärker Txb und dem Empfangsverstärker Rxl auf dieselbe Weise wie im Handapparat 20 verbunden. Die Antenne An2 ist über ein notwendiges Filter direkt mit dem Empfangsverstärker Rx2 verbunden. Die von den Empfangsverstärkern Rx1 und Rx2 verstärkten Antennensignale sind mit einer Schaltereinhelt SWb verbunden, die, von der Steuerschaltung DP gesteuert, eines der verstärkten Signale mit dem Anschluß C1 des Antennenkabels AC verbindet, wie in der Figur gezeigt. Die Antennenverbindung kann, falls gefordert, über den Schalter SWb mit Masse verbunden werden. Das Sende signal, das an den Sendeverstärkertx geliefert wird, wird ebenfalls an der Verbindung C1 gewonnen.
• Der Verstärkerbetrieb oder die Funktionen der Sende- und Empfangsverstärker sowie die anderen Verstärkerschaltungen werden durch eine Steuereinheit DP gesteuert, die einen geeigneten Mikroprozessor mit Speicher enthalten kann sowie Programme oder andere geeignete logische Anordnungen. Die Einheit DP bekommt die notwendige Basisinformation von der Steuereinheit CS des Handapparats über das Systembuskabel CC, das mit der Verstärkerbusverbindung C3 verbunden ist. Mit der Steuereinheit DP sind ferner zwei Detektionsleitungen A1 und A2 verbunden, die die Güte der empfangenen und in den Verstärkern Rx1 und Rx2 verstärkten Signale detektieren. Für einen Fachmann ist klar, daß die Leitung A1 einen Mischer oder Mischer enthalten kann sowie einen Filter zur Filterung der Mischergebnisse und einen notwendigen Verstärker, der in einem Phasenregelkreis mit einer lokalen Oszillatorschaltung verbunden ist, um ein Zwischen- und /oder Basisbandsignal des empfangenen Signals zu detektieren. Die Detektionsleitung A2 weist eine korrespondierende Struktur auf.
• Ein vom Handapparat über das Antennenkabel AC gesendetes Signal, das die Synchronisation oder Timinginformation des TDMA-Rahmens repräsentiert, ist ebenfalls über das Filter TF als Eingang mit der Steuereinheit DP verbunden.
• Die Verstärkereinheit enthält ferner eine lokale Leistungsversorgung, einen Einbaurahmen und Anschlüsse für die Antennenkabel, die der Einfachheit halber nicht genauer gezeigt sind.
• Gemäß der Erfindung arbeitet der Diversity-Verstärker 10 folgendermaßen. Ein im Handapparat 20 generiertes Send esignal wird über das Antennenkabel AC an den Verstärker geleitet, wo der Verstärker Txb das Sendesignal auf einen höchsten vom zellularen System erlaubten Sendepegel verstärkt (oder auf irgendeinen anderen ausgewählten geeigneten Pegel). Dabei arbeitet als Verstärker Txb ein linearer Verstärker mit lokaler Leistungspegelsteuerung. Der Leistungspegel wird im Handapparat mittels Übertragung des Sendesignals bei einem ausgewählten Pegel (z.B. 0,3 Watt) gesetzt, wobei die Steuereinheit CS des Handapparats mittels der vom Systembus CC kommenden Anweisungen die Verstärkerleistungsregulation mit der Einheit DP steuern kann.
• In einem TDMA-System werden die digitalen Signale als Signalpakete gesendet, deren zeitliche Position gemäß der von der Basisstation empfangenen Synchronisation bestimmt wird. Die Steuereinheit CS empfängt die Synchronisation und überträgt aufgrund dessen das momentane Sendetiming als tieffrequentes oder d.c.-Signal über das Antennenkabel AC an den Verstärker 10, das von der Verstärkersteuereinheit DP nach der Filterung TF empfangen wird. Auf diese Weise wird eine gegenseitige Synchronisation des Handapparats und des Verstärker erreicht. Anstatt das Timing aus den Übertragungssignalpaketen zu filtern, kann man von dem Signal ein tieffrequentes Signal filtern, das bewußt zum Signal hinzugefügt wurde.
• In Empfangsrichtung empfängt die Verstärkereinheit 10 über die Antennen An1 und An2 ein von einer Basisstation kommendes Signal. Der Empfang ist kontinuierlich, außer wenn der Verstärker ein Funkfrequenzsignal vom Sender Txb an die Antenne überträgt. Das empfangene Signal wird verstärkt (Rx1, Rx2). Die Detektionsleitungen A1, A2 überwachen beide empfangenen Signale. Die Detektionsleitung detektiert die Güte des aktuell empfangenen Signals, in diesem Fall z. B. den Pegel des brauchbaren Signals. Die Steuereinheit DP trifft aufgrund der detektierten Güte eine Entscheidung und wählt das Signal mit der besseren Güte aus, um es an den Handapparat zu liefern.
• Entsprechend bringt die Einheit DP die Schaltereinheit SWb in eine Stellung, die mit der Entscheidung korrespondiert, wobei das ausgewählte Signal mit dem Antennenkabel AC verbunden wird.
• Ein für die Entscheidung benötigter Algorithmus ist in der Steuereinheit DP gespeichert, und ermöglicht ein optimales Schalten der Antenne, z. B. wenn sich der Pegel des empfangenen Signals verändert. Der Algorithmus kann bezüglich des Diversity-Empfangs irgendein bekannter Algorithmus sein. Am einfachsten ist es, den Pegel als Signalgüte zu verwenden. Alternativ ist es möglich, eine Rauschsignalminimierung, die Qualität eines vorbestimmten Teils des Inhalts des brauchbaren Signals, das Interferenzsignal eines angrenzenden Kanals, etc. zu verwenden.
• In einer TDMA-Umgebung sind die Signale, wie bereits erwähnt, als Signalpakete vorhanden. Die Länge eines Signalpakets kann dabei ungefähr 6,6 ms (USA, Japan) oder 0,5 ms (Europa) betragen (Die TDMA-Zeitschlitze betreffen: Empfangen, Senden und interne Funktionen, und zwar mit einer Wiederholsequenz der Länge von z.B. 3 * 6,6 ms, insgesamt also ungefähr 20 ms). Die Güte des empfangenen Signals wird zu Beginn einesj eden Signalpakets mittels einer kurzen Messung bestimmt, auf deren Grundlage dann die Empfangsantenne ausgewählt wird.
• Mit einer Diversity-Verstärkeranordnung gemäß der Erfindung ist es möglich, die Vorteile der Diversity-Lösung zu nutzen, ohne das es notwendig ist, einen kompletten Empfänger im Verstärker anzuordnen. Gemäß der Erfindung wird die weitverbreitete Logik und die Signalverarbeitung, die in einem Handapparat bereits existieren, soweit wie möglich verwendet.
• Aufgrund des vorangegangenen ist es für einen Fachmann offensichtlich, daß Modifikationen eingearbeitet werden könnten, ohne den Schutzbereich, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims (6)

1. Diversity-Empfangsanordnung für einen zellularen Funktelefonverstärker (10) mit zwei Antennen (An1, An2), wobei die Anordnung Mittel (A1, A2) enthält, um die Güte individueller vonjeder Antenne empfangener Signale zu bestimmen, Mittel (DP), um das bessere der empfangenen Signale auszuwählen, und Mitteln (SWb, C1), um das ausgewählte Signal über ein Antennenkabel (AC) an ein zellulares Funktelefon (20) zu senden.

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Mittel (C1,TF,DP) zum Empfang einer vom zellularen Funktelefon gelieferter Signalrahmenzeitinformation enthält, um den Betrieb des zellularen Funktelefons und des Verstärkers zu synchronisieren.

2. Anordnung nach Anspruch 1, die in einem digitalen System arbeitet, in dem die Signale als digitale Datenpackete übertragen werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Signalgüte zu Beginn eines jeden empfangenen Funksignalpackets detektiert wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, bei der die Rahmenzeitinformation von dem Signal des Antennenkabels durch Herausfiltern der Zeitinformation aus den Übertragungspacketen erhalten wird,

5. Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, bei der die Rahmenzeitinformation von dem Signal des Antennenkabels durch Herausiltern einer dem Signal überlagerten tieffrequenten Komponente erhalten wird.

6. Verwendung einer Anordnung nach irgendeinem vorangegangenen Anspruch in einem zellularen Funktelefonnetzwerk.