CN101018069A - 用于无线通信移动台和基站的多频带多标准收发机电路 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于发送和接收多标准、多频带无线信号的收发机电路(10)，所述收发机电路具有模块设计，包括具有专用功能性的可替换且可移除的模块(20、30、40、50)以及所述模块(20、30、40、50)之间的明确定义的接口，其中可以根据所述收发机电路(10)所要完成的功能性通过软件来配置所述收发机电路(10)并将其配置为其特定模块组件。并且描述了一种包括这种收发机电路的基站和移动台。此外，描述了一种用于通过使用上述收发机电路来发射和接收多标准、多频带无线信号的方法以及使得计算机配置上述收发机电路的转换模块的信号调节部分的计算机程序产品。

Description

用于无线通信移动台和基站的多频带多标准收发机电路

技术领域

本发明涉及一种用于发射和接收多标准多频带无线信号的收发机电路。

背景技术

在无线通信市场中，存在引入新调制方案和扩展所用频带的趋势，这两种趋势都是为了提高数据速率和支持新的服务类型。一种提供新服务的新类型的调制方案的例子是WiMAX(微波接入全球互操作性)标准，该标准通过固定无线链路提供快速因特网访问。

这样问题就出现了，不同的标准，如GSM(全球移动通信系统)、WiMAX(微波接入全球互操作性)和UMTS(通用移动通信系统)，使用包括多个不同载波的不同的频带和/或不同的调制方案。此外，在不同的国家，相同的标准使用包括多个不同载波的不同的频带。例如在欧洲GSM使用0.9GHz和1.8GHz频带，而在加拿大和美国使用0.85GHz和1.9GHz频带。

载波，也称为射频(RF)信道，是一个明确定义的频带，位于用于在基站(BS)和如移动电话、个人数字助理(PDA)等移动台(MS)之间传输已调制数据的特定标准的频带内。例如，GSM载波的带宽为200kHz，位于例如0.9GHz、1.8GHz或1.9GHz之类的特定频带内。WiMAX载波的带宽最大到20MHz，并且位于特定的WiMAX频带内。能够通过一个载波与BS连接的MS数量是有限的，并且依赖于调制方案和所提供的数据速率。因此，提供需要更高的数据速率和/或能在一个频带内支持更高数量的MS的新服务实际上需要在所述频带内有更多的载波，并因此需要扩展特定的频带。此外，随着新标准的引入，可以预计使用新标准时将继续和/或同时使用旧标准的频带。例如，可以预计至少在GSM标准终止之前，在使用UMTS标准的同时也使用GSM频带。

上面提到的调制方案和频带的改变特别是对各个BS的软硬件即固件有显著的影响，并且对MS的软硬件有很大影响，其中调制方案和频带的改变对BS来说更为严重，原因是BS有更高的成本和更长的寿命。

此外，必须考虑到对软硬件厂商来说，能够尽快跟随电信市场特别是无线业务的趋势是至关重要的。

一种尽快跟随这种趋势的理想方法是设计在所使用的调制方案和所采用的频带方面具有最大灵活性的BS。

这种方法的一种已知实现方式是在单一平台上具有单载波多频带UMTS收发机电路的基站。这个平台的容量可以覆盖从1.7GHz到2.7GHz的频带，其中通过软件控制，可以选择一个频带。收发机电路基本上包括发射机和接收机链以及天线网络。发射机链进一步包括功率放大器，天线网络与接收机、发射机链都相连。

这种方法的一个缺点是它不能支持多标准多载波。这种方法的另一个缺点是功率放大器必须覆盖从1.7GHz到2.7GHz的整个频带，其中随着其工作频率与其设计频率差距的增大，功率放大器的效率降低。这同样适合于天线网络。另一个缺点是，依赖于特定的标准，所允许的输出功率即功率放大器的功率等级会不同。

发明内容

本发明的一个目的是找到对这一问题的补救措施。

本发明的目的通过一种用于发送和接收多标准、多频带无线信号的收发机电路来达到，该收发机电路的特征在于模块设计，包括具有专用功能性的可替换且可移除的模块以及所述模块之间的明确定义的接口，其中可以根据所述收发机电路所要完成的功能性通过软件来配置所述收发机电路并将其配置为其特定模块组件。该收发机电路所要完成的功能性例如是提供特定调制方案、提供至少一个特定频带、提供特定功率等级，这些全都依赖于该收发机电路所用于的标准，其中根据本发明的收发机电路的特定模块组件依赖于其所用于的频带并且还随之依赖于特定标准。由于其模块组件和其可通过软件配置的调制方案，根据本发明的收发机电路可以适合于不同标准。在此，术语“调制”包括调制以及解调。

根据本发明的所述收发机电路相对于现有技术具有优势，即该模块设计使得可以例如通过明确定义的接口将可替换且可移除的功率放大器模块与发射机链连接，该功率放大器模块是针对特定频带或针对所述频带内的一个或多个特定载波而单独设计的。这会得到较高的功率效率，原因是功率放大器模块的设计频率接近其工作频率。此外，当引入新频带时，可以移除该功率放大器模块并用针对该新频带而单独设计的新功率放大器模块来代替它。当引入需要其他功率等级内的功率放大器的新调制方案和/或新标准时，同样可以这样做。这样做节省了成本，原因是不是替换整个收发机电路而是仅替换功率放大器模块。对于同样针对特定频率而设计的天线网络，实现了相同的优势。使用模块设计使得可以使用可移除且可替换的天线模块，其适合于特定频带和/或频带的特定带宽和/或特定频带内的一个载波或一组特定的载波上。

根据本发明的收发机电路的另外的优势是其改善的维护。损坏不会导致对整个收发机电路的完全替换而仅导致移除损坏的模块。

根据本发明的收发机电路的优选实施例的特征在于：

-转换模块，其能够处理多种频带、不同标准和至少两个载波；

-专用功率放大器模块，其由频率范围和功率等级来区分；以及

-专用天线模块，优选地包括用于接收链的低噪声放大器(LNA)。

转换模块、专用功率放大器模块和专用天线模块通过所述明确定义的接口彼此连接。转换模块能够处理的多种频带的范围优选地从0.7GHz到3.8GHz。此外，转换模块能够处理的不同标准优选地至少包括GSM标准、UMTS标准、3G LTE(第三代长期演进)标准和WiMAX标准。此外，转换模块优选地能够处理多达四个20MHz的WCDMA(宽带码分多址)载波。

各个功率放大器模块和各个天线模块专用于它们所用于的频带和/或频带的带宽，根据它们所用于的特定标准的规范的功率等级，等等。通过将转换模块与分别针对特定频带和/或针对一个载波或一组载波而设计的不同专用功率放大器模块和不同专用天线模块连接，收发机电路的硬件适合于特定的频带和标准。此外，通过软件控制，例如通过选择特定调制方案，收发机电路适合于特定标准。

根据本发明的优选实施例，转换模块包括用于数字信号调节、数/模和模/数数据转换、调制和优选地还进行解调、上变频到对应的无线频带和优选地还从对应的无线频带进行下变频的装置，以及在发射机端的射频反馈路径。

根据本发明的另一个优选实施例，转换模块的数字信号调节部分是可通过软件配置的，以便处理不同类型的调制方案。因此，软件配置使得可以在安装和操作根据本发明的收发机电路之前配置数字信号调节部分，以及使得可以在操作期间通过软件重新配置数字信号调节部分例如以便使得收发机电路适合于例如新标准。因此，可以想到，特别地，可以远程地执行由软件控制的重新配置。

本发明的另一个部分涉及包括上述收发机电路的BS(基站)。

本发明的另外的部分涉及包括上述收发机电路的MS(移动台)。

此外，本发明还包括一种用于通过使用上述收发机电路来发射和接收多标准、多频带无线信号的方法，其中所述方法包括步骤：

-在转换模块中对如0.7GHz到3.8GHz之类的多种频带、如GSM、UMTS、WiMAX、3G LTE之类的不同标准和多达四个总共具有20MHz带宽的载波中的信号进行转换；

-采用针对专用频带和专用功率等级而优化的功率放大器来执行放大；

-使用针对所述专用频带而优化并且还优选地针对专用双工模式而优化的专用天线模块，该专用双工模式如时分双工TDD或频分双工FDD。此外，可以想到针对不同标准来优化天线模块。

此外，该专用天线模块优选地包括用于接收机链的专用LNA。

优选地，根据本发明的所述方法还包括步骤：

-通过软件来配置所述转换模块的信号调节部分，以便处理期望类型的调制方案。

在本发明的另一个优选实施例中，预见到一种存储在计算机可用介质上的包括计算机可读程序装置的计算机程序产品，当在计算机上执行所述计算机程序产品时，所述计算机程序产品使得计算机通过软件来配置上述收发机的转换模块的信号调节部分，以便处理期望类型的调制方案。

附图说明

图1示出了根据本发明的收发机电路的示图。

具体实施方式

图1所示的根据本发明的收发机电路10包括转换模块20，用于放大输出的将被发射的信号的专用功率放大器模块30，用于发送输出信号并接收输入信号的专用天线模块40，以及用于放大输入的接收到的信号的专用LNA模块50。各个模块20、30、40、50可移除且可替换地彼此连接。至少与转换模块20连接的功率放大器30和天线模块40是针对不同的频带和功率等级而单独调整和设计的。

为了易于说明。可以从实质上将收发机电路10划分为发射机链Tx和接收机链Rx。在图1中，水平虚线示意性地将这两个部分分开。

发射机链Tx上的转换模块20包括可通过软件配置的数字信号调节器21，该数字信号调节器21能够处理不同类型的调制方案。数字信号调节器21基本上负责对输出信号的调制，其中根据由软件定义的调制方案的规范来执行调制，例如，根据特定标准的调制方案来执行调制。因此，还可以想到数字信号调节器21根据多于一个调制方案来执行对输出信号的调制，其中在稍后的级中，例如通过与转换模块20连接的功率放大器30的设计频率、带宽和功率等级，仅对根据特定调制方案调制且位于特定频带内的信号进行放大和发射。

此外，发射机链Tx上的转换模块20包括与数字信号调节器21连接的数/模转换器22，该数/模转换器22将由数字信号调节器21提供的调制数字信号转换为模拟信号。

数/模转换器22本身与同样作为转换模块20的一部分的RF上变频器23连接。RF上变频器23将由数/模转换器22提供的模拟信号IQ(同相分量/正交分量)调制和上变频到对应的RF频带。

RF上变频器在其输出端提供明确定义的接口以与专用功率放大器30连接。

此外，发射机链Tx上的转换模块20还包括与模/数转换器25连接的RF下变频器24。RF下变频器24提供明确定义的接口以与专用功率放大器30连接。RF下变频器24的明确定义的接口用作RF反馈路径的输入，RF反馈路径包括RF下变频器24和模/数转换器25。模/数转换器25本身与数字信号调节器21连接。RF反馈路径是自适应数字预失真所需要的。

基本上，数字信号调节器21、数/模转换器22和RF上变频器23共同形成转换模块20的发射机链Tx上的转换部分。转换模块20的发射机链Tx上的转换部分在其在RF上变频器23与功率放大器30之间的明确定义的接口处提供具有确定功率电平、确定带宽并在确定频率上的信号。因此，该明确确定的频率是在转换模块20内的RF上变频器23内调节的并且依赖于要与转换模块20连接的功率放大器30，例如依赖于特定的频带和标准。在其在功率放大器30与转换模块20的RF下变频器24之间的明确定义的反馈接口接收来自功率放大器30的具有确定功率电平、确定带宽并在确定频率上的反馈信号。所述确定频率依赖于收发机电路10通过其特定配置和其特定模块组件而适合于的特定标准和所述特定标准的频带。所述频率同样由RF上变频器23确定。

功率放大器30还通过明确定义的接口与天线模块40连接。为确保最大效率，针对功率放大器模块30的频带、带宽和功率等级而单独设计天线模块40。

在接收机链Rx上，天线模块40通过另一个明确定义的接口与转换模块20连接。因此，将同样包括明确定义的接口的LNA模块50布置在天线模块40与转换模块20的RF下变频器26之间。优选地，同样针对要放大的输入信号的频带和带宽而单独设计LNA模块50。

在接收机链Rx上，转换模块20还包括：模/数转换器27，其将经过下变频的接收到的模拟信号转换为数字信号；以及可通过软件配置的数字信号调节器28，其根据特定的选定标准的调制方案来对接收到的数字信号进行解调。

转换模块20的信号调节部分包括数字信号调节器21和28、数/模转换器22、模/数转换器27、RF上变频器23和RF下变频器26，该信号调节部分是由软件定义的并且能够处理不同类型的调制方案以及不同频带或多个频带。

最后，转换模块20包括时钟生成器29。时钟生成器29例如向数/模转换器22，模/数转换器25、27，RF上变频器23，以及RF下变频器26提供时钟信号。输出信号和输入信号的时钟信号和RF通过RF上变频器23和RF下变频器26而彼此依赖。

抽象地说，转换模块20负责数字信号调节并包括如多载波合成、限幅、图像抑制和数字预失真之类的功能性。转换模块20还包括数/模和模/数数据转换的功能性。转换模块20的最后一级执行到对应的RF频带的调制和上变频。其还包括自适应数字预失真所需的反馈路径的RF部分。专用功率放大器模块采用针对专用频带和专用输出功率而优化的至少一个功率放大器30来执行放大。针对专用频带和专用双工模式(TDD或FDD)而优化专用天线模块40，包括用于接收接收机链Rx的专用LNA模块50。

对于FDD，将两个截然不同的频率用于上行链路和下行链路。因此，必需使用所谓的RF双工器来协调频率分隔。使用TDD，针对上行链路和下行链路使用相同频率上的两组截然不同的时隙。使用TDD，则不需要RF双工器。

根据本发明的收发机电路10的模块概念基于处理不同应用场景的思想。

应用场景例如可以是：

情况1：GSM 900/UMTS 900

情况2：UMTS 1800/UMTS核心/UMTS 2600

情况3：WiMAX 2.5-3.8 GHz

情况1可以由一个转换模块和分别由不同的频带和功率等级区分的两个专用功率放大器30和天线模块40来执行。因此，要从GSM标准改变为UMTS标准，就要通过重新配置数字信号调节器而通过软件控制来重新配置转换模块的调制方案。由于根据本发明的收发机电路使得可以通过经由软件控制来重新配置数字信号调节器而改变转换模块的调制方案，因此在从GSM标准改变为UMTS标准时不必替换该模块。在由软件控制的重新配置之后，收发机电路的硬件必须适合于新标准。因此，模块概念使得可以容易地用针对UMTS标准而设计的功率放大器和天线模块来替换针对GSM标准而设计的功率放大器和天线模块。

在情况2中，转换模块的调制方案保持不变，其中RF上变频器将信号转换到的频带改变了。通过软件控制来执行这一改变，使得可以适应频带。例如，为从UMTS 1800改变到UMTS 2600，只有RF上变频器必须通过软件控制重新配置并且功率放大器模块和天线模块必须被替换。针对情况2的不同频带，可以以有利的效率设计功率放大器模块和天线模块使其能够用于1.8GHz与2.6GHz之间的频率。在这样做时，在情况2中，可以完全远程地执行对根据本发明的收发机电路的重新配置。

抽象地说，全部三种情况都可以由单一的转换模块20和分别由不同的频带和功率等级区分的两个专用功率放大器30和天线模块40来执行。

根据本发明，通过针对不同的频带和功率等级单独地设计功率放大器和天线模块，可以容易地且单独地根据不同的标准、频带和调制方案来调整收发机电路。会进行对不同调制方案的调整。

采用根据本发明的收发机电路，可以实现以下优势：

-可以针对功率放大器效率和功率等级而优化功率放大器模块。

-通过具有明确定义的接口的模块概念并通过经由软件进行配置而确保了较高的灵活性。

-节省了安装成本，原因是收发机电路仅配备有实现期望功能性所需的硬件，例如仅安装收发机电路应当使用的特定频带和标准所需的硬件，其中由于明确定义的接口，这种调整是容易、迅速且成本有效的。

-由于与现有技术相比提高了功率放大器效率而节省了操作成本，原因是功率放大器模块可以针对其功率等级、其所用于的频带和所述频带内的载波而单独设计。

此外，节省了维护和更新成本。只需要同时针对所有标准进行很少的硬件更新。只要明确定义的接口的规范没有改变，就只需要替换受影响的模块，如功率放大器模块和天线模块，其中转换模块可以在非常长的时间内用于所有标准。

此外，可以想到，特别地，可以远程地执行由软件控制的重新配置。在这样做时，由于只需要更短的现场(on-site)时间来重新配置根据本发明的收发机电路而减少了成本。

特别地，本发明可以商业地应用于用于无线通信和数据传输的网络的生产和操作的领域中。

Claims (12)

1.用于发送和接收多标准、多频带无线信号的收发机电路(10)，其特征在于：

模块设计，包括具有专用功能性的可替换且可移除的模块(20、30、40、50)以及所述模块(20、30、40、50)之间的明确定义的接口，其中可以根据所述收发机电路(10)所要完成的功能性通过软件来配置所述收发机电路(10)并将其配置为其特定模块组件。

2.根据权利要求1所述的收发机电路，其特征在于：

-转换模块(20)，其能够处理多种频带、不同标准和至少两个载波；

-专用功率放大器模块(30)，其由频率范围和功率等级来区分；以及

-专用天线模块(40)。

3.根据权利要求2所述的收发机电路，其特征在于：

所述转换模块包括用于数字信号调节、数/模和模/数数据转换、调制和上变频到对应的无线频带的装置，以及射频反馈路径。

4.根据权利要求3所述的收发机电路，其特征在于：

所述转换模块的所述数字信号调节部分是可通过软件配置的，以便处理不同类型的调制方案。

5.根据权利要求2-4之一所述的收发机电路，其特征在于：

所述转换模块能够处理的所述多种频带的范围从0.9GHz到3.5GHz。

6.根据权利要求2-5之一所述的收发机电路，其特征在于：

所述转换模块能够处理的所述不同标准至少包括GSM标准、UMTS标准和WiMAX标准。

7.根据权利要求2-6之一所述的收发机电路，其特征在于：

所述转换模块能够处理多达四个载波。

8.包括根据权利要求1-7之一所述的收发机电路的基站。

9.包括根据权利要求1-7之一所述的收发机电路的移动台。

10.用于通过使用根据权利要求1-7之一所述的收发机电路来发射和接收多标准、多频带无线信号的方法，所述方法包括步骤：

-在转换模块中对多种频带、不同标准和多达四个载波中的信号进行转换；

-采用针对专用频带和专用功率等级而优化的功率放大器来执行放大；

-使用针对所述专用频带而优化的专用天线模块。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于附加步骤：

-通过软件来配置所述转换模块的信号调节部分，以便处理期望类型的调制方案。

12.存储在计算机可用介质上的包括计算机可读程序装置的计算机程序产品，用于当在计算机上执行所述计算机程序产品时使得计算机通过软件来配置根据权利要求1-7之一所述的收发机电路的转换模块的信号调节部分，以便处理期望类型的调制方案。

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