Fortgeschrittene Elektronik für den Mobilfunk
Duplexweiche
Die Duplexweiche ermöglicht es mit einer Antenne gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Vor der Duplexweiche war es nur möglich entweder zu senden oder zu empfangen.
Eine Duplexweiche besteht aus zwei Bandpassfiltern welche das Sendesignal und das Empfangssignal durchlassen und Frequenzen außerhalb des Bandes unterdrücken. Dadurch ist es möglich das keine Leistung vom Sender in den empfindlichen Sender eindringt.
Duplexfilter sind oft aufwendige Hohlraumresonatoren aus Metal. Sie sind groß und schwer. Erst mit fortschreitender Elektronik entwickelte man kleinere und leichtere Duplexweichen.
DTMF
Rufnummern gab man bis in die sechziger Jahre (in Europa bis in die achtziger Jahre) mit einer Wählscheibe ein. Diese steuerten die guten alten Wahlrelais der Vermittlungen. Bell Systems entwickelte Anfang der sechziger Jahre eine Alternative. Jede Ziffer wurde nun durch zwei Töne beschrieben. Einen von vier tiefen Tönen und einen von vier hohen Tönen. Dadurch konnte man 16 Ziffern darstellen.
| Frequenz (Hz) | 1209 | 1336 | 1477 | 1633 |
| 697 | 1 | 2 | 3 | A |
| 770 | 4 | 5 | 6 | B |
| 852 | 7 | 8 | 0 | C |
| 941 | * | 0 | # | D |
Die Ziffer 1 bestand somit durch zwei Sinustöne (697 und 1209 Hz). Diese Töne erzeugte man bald mit speziellen ICs (etwa von Fairchild). Identifiziert wurden sie auf der Empfängerseiter durch sogenannte Filterbänke. Doppeltöne (DTMF = Dual Tone Multi Frequency) sind bis zum heutigen Tag in Festnetztelefonen zu hören und sind jedem Benutzer vertraut. Sie aus praktischen Gründen zu der gewohnten Tastenanordnung und auch zu den Zusatztasten * und #. Die „Tasten A B C D“ wurden praktisch nie verwendet und fehlten in den Tastaturen.
Light Emitting Diode (LED)
Bis in die sechziger Jahre gab es wenig Vielfalt bei der Anzeige von Informationen. Das gängigste Mittel war ein Glühlämpchen oder ein Analoganzeige etwa zur Darstellung der Empfangsstärke eines Senders.
Eine Innovation kam abermals aus dem Bereich der Halbleiterelektronik. Betrachten wir noch einmal eine Halbleiterdiode. Betreibt man eine Diode im Durchlassbetrieb, gelangen Elektronen von der n-Dotierung in die „Löcher“ der p-Dotierung. Sie verlieren bei diesem „Sprung“ an Energie. Diese Energie wird nicht wie bei normalen elektrischen Widerständen in Wärme umgewandelt, sondern in Licht. Die Frequenz des Lichts entspricht der abgegebenen Energie. Bei „normalen Dioden“ ist dieses Licht im nicht sichtbaren Bereich. Aber man entwickelte bald spezielle Dioden, bei denen das abgegebene Licht sichtbar war. Dies waren sogenannte „Light Emitting Diodes“ (lichtabgebende Dioden) LED. Am bekanntesten waren die tiefrot leuchtende Dioden. Bald ersetzten Leuchtdioden die Glühlämpchen da sie stromsparender und auch langlebiger waren.
Berühmt wurden die Dioden auch als „Siebensegmentanzeigen“ wie wir sie aus Taschenrechnern und alten Digitaluhren kennen.
Speicher
Speicherung von Informationen war in der Elektronik eine aufwendige Sache. Wenn man keine mechanischen oder magnetische Speicher benutzen will, braucht man Schaltungen von Transistoren, um eine Information zu speichern. Für ein bit sind 6 Transistoren notwendig. Speicher wurden vor allen für die Entwicklung von Computern wichtig. Deshalb entwickelten Halbleiterfirmen wie Fairchild und Texas Instruments zügig Integrierte Schaltungen in denen man Informationen lesen und schreiben konnte. Diese nannte man Statisches Random Access Memory.
Die Firma Intel wurde 1968 gegründet, um Speicher zu bauen. Intels erstes Produkt war ein 64 bit memory.
Logic
Grundsteine z.B. für Steuerungen sind Logische Elemente. Beispiele sind z.B. AND und NAND Bausteine. Logische Bausteine realisiert man durch Transistoren und diese stehen als ICs etwa von Fairchild oder Texas Instrument zur Verfügung. Als Beispiel diene das logische AND (und).
| AND | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
Das AND hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Ein und Ausgänge sind immer aus oder an bzw eine 0 oder eine 1. Beim UND ist der Ausgang immer 0 es sei denn beide Eingänge sind 1. Es gibt alle möglichen Versionen. Man konnte aus einem AND auch ein Nicht AND (NAND) machen.
| NAND | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Logikbausteine konnte man in einem großen Katalog etwa von Texas Instruments aussuchen und kaufen.
Phased Locked Loop
Eine wichtige neue digitale Logic war der Frequenzteiler. Wie der Name sagt, teilen sie eingehende Frequenzen. Wenn z.B. ein Frequenzteiler auf 100 eingestellt ist, zählt er die eingehende Pulse/Wellen bis er auf 100 kommt und gibt dann einen Impuls aus. Aus diesen niederfrequenten Impulsen kann dann leicht eine entsprechend niederfrequente Sinusfrequenz erzeugt werden.
Man benutzt Frequenzzähler in sogenannten Phased Locked Loops (PLL). Diese funktionieren wie folgt. Es gibt eine Referenzfrequenz mit einem Quarz Oszillator. Wie bereits beschrieben liefert dieser sehr stabile Frequenzen. Allerdings sind die Frequenz eine solchen Oszillators oft nicht so hoch wie man sie für die Funktechnik benötigt.
Nehmen wir an wir haben einen Quarzoszillator mit einer Frequenz von 1 MHz. Des weiteren haben wir einen Oszillator mit 100 MHz welcher in seiner Frequenz variiert werden kann, ein Voltage Controlled Oscillator (VCO). Die Frequenz des VCO wird in einen Frequenzteiler gespeist, der die Frequenz mit 100 teilt. Dadurch entsteht dieselbe Frequenz wie beim Quarzoszillator. Das Signal vom Quarzoszillator und das heruntergeteilte Signal gehen nun in ein neues elektronisches Element, dem Phasenmesser. Er vergleicht die Phasen der Eingangssignale und erzeugt eine Spannung, die der Phasenverschiebung entspricht. Dies wird tiefpassgefiltert und in den VCO eingespeist. Dadurch wird VCO Frequenz fest mit der Oszillatorfrequenz gekoppelt, sie wird gelocked.
Stellt man nun beim Frequenzteiler nicht auf 100, sondern auf 99, so stellt sich der VCO auf eine Frequenz von 99 MHz ein. Über den Frequenzteiler ist es somit möglich vielfache der Oszillatorfrequenz einzustellen. Eine solche Schaltung kann genutzt werden, um verschiedene Kanalfrequenzen einzustellen. Der Quarzoszillator sollte hierbei des Frequenzabstandes der Kanäle entsprechen.