CN101321012A - 一种在tdd模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法及装置 - Google Patents
一种在tdd模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种在TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法及装置。本发明在上下行链路中通过采用开关阵实现上下行链路收发共用或上下行链路中的部分支路收发共用的功能，克服了有方向性射频器件的复用限制，提高了收发链路中元器件的利用率，减小了链路复杂度，降低了设备的成本和体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种TDD模式下实现射频链路收发共用的方法及装置，尤其涉及一种在TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法及装置。
背景技术
无线通信射频(RF)子系统按照工作制式分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种，例如GSM、CDMA2000等采用频分双工体制，SCDMA、TD-SCDMA、McWill等属于时分双工系统。在任一时刻，FDD射频子系统中的前向链路和反向链路独立同时工作，基站前向链路将基站到移动台的信号调制到高频并放大发射，后向链路将移动台到基站的信号接收并变频放大。前向链路和反向链路的信号链(Signal Chain)都包含一套低噪放、混频器、衰减器、IF放大器及SAW滤波器、功放等器件，这些器件都是持续工作不能分时共用的，如图1所示。
因为TDD制式在任一时刻，只有前向链路或反向链路工作，因此，可以利用射频开关阵实现上下行链路上某一段链路的共用，这样的结构相比上下行分两套链路实现的结构减小了链路复杂度，节约了器件成本，尤其在双选频直放站等链路数目多的设备中更能突出此优点。
在TDD模式下，一种普遍的上下行链路设计方法与FDD模式下的上下行链路设计方法类似，只是增加了时序控制单元，把上下行链路的双工器改为双向开关(SPDT)，如图2所示。前向和反向链路独立工作，通过开关实现收发分时，上下行链路都包含与FDD制式链路上相同的一套射频器件。但是如果用此方法设计TDD模式下的多链路收发射频设备，链路复杂度和成本上会成倍增长。
基于上述TDD模式下上下行链路的设计方式，可以利用TDD模式分时特性、某些射频器件端口双向性、射频电路或局部射频电路的结构对称性(Symmetric)，使用开关阵实现功能模块上下行分时复用，提高器件的使用效率，从而使成本降低，减少链路复杂程度和体积，方便工程使用。
目前常用的一种方式是在双向端口器件两侧采用单刀双掷射频开关，实现上下行链路中部分器件复用，如图4所示，是用单刀双掷开关阵实现TDD直放站射频链路收发共用的例子，复用器件主要包括无源混频器、无源滤波器(LC、SAW等)、衰减器等。链路上这种器件越多，距离越接近，可复用度越高。从图4中可以看出，通过增加4个SPDT的方式节省了1个衰减器、1个中频滤波器和2个混频器。射频链路上以较多低成本开关换取双向器件的分时共用，在一定程度上减少了TDD电路总成本，得到较为广泛应用。
发明内容
为了克服有方向性射频器件复用的限制，并且为了更进一步的提高收发链路中元件的使用率，降低成本，减小链路复杂程度和设备体积，方便工程的使用等，本发明利用TDD模块分时特性和收发射频电路结构或局部电路结构的对称性，提出了一种TDD模式下实现射频链路收发共用的方法及装置，通过使用开关阵实现链路中功能模块的收发分时复用。
在本发明提出的一种TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法中，将至少一套开关阵分别与一开关时序控制模块和一上下行射频链路相连，所述开关时序控制模块控制所述开关阵。
优选地，所述开关阵为DPDT开关阵，下行信号从所述DPDT开关的第一端口流入所述开关阵，经所述开关的第四端口、所述上下行共用射频链路和所述开关的第三端口和第二端口，流出所述DPDT开关；上行信号从所述DPDT开关的第二端口流入开关，经所述DPDT开关的第四端口、所述上下行共用射频链路和所述开关的第三端口和第二端口，流出所述DPDT开关。
优选地，所述开关阵为DPDT开关阵与SPDT开关阵的组合，将所述DPDT开关接入所述上下行射频链路的共用链路部分，将所述SPDT开关接入所述上下行射频链路中的其他部分，信号经所述SPDT开关流入流出所述上下行射频链路中的其他部分，并经所述DPDT开关流入流出所述上下行射频链路的共用链路部分。
优选地，所述开关阵为PIN管开关阵。
优选地，所述开关阵为集成电路开关阵。
优选地，在本发明提出的一种TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法中，所述上下行射频链路为直放站的上下行射频链路。
优选地，在本发明提出的一种TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法中，所述上下行射频链路为基站的上下行射频链路。
优选地，在本发明提出的一种TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法中，所述上下行射频链路为干线放大器的上下行射频链路。
优选地，在本发明提出的一种TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法中，所述上下行射频链路为终端的上下行射频链路。
本发明所提出的一种TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的装置，所述装置包括：至少一套开关阵、一控制所述开关阵的开关时序控制模块和一与所述开关阵相连的上下行射频链路。
优选地，所述开关阵为DPDT开关阵，所述DPDT开关通过其第一端口、第二端口、第三端口和第四端口连入所述上下行射频链路的共用链路部分中。
优选地，所述开关阵为DPDT开关阵与SPDT开关阵的组合，所述DPDT开关连接所述上下行射频链路的共用链路部分，所述SPDT开关连接所述上下行射频链路中的其他部分。
优选地，所述开关阵为PIN二极管开关阵。
优选地，所述开关阵为集成电路开关阵。
优选地，所述上下行射频链路为直放站的上下行射频链路。
优选地，所述上下行射频链路为基站的上下行射频链路。
优选地，所述上下行射频链路为终端的上下行射频链路。
优选地，所述上下行射频链路为干线放大器的上下行射频链路。
通过使用本发明所述的TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法及装置，大大减少了器件的使用量，提高了器件利用率，降低了系统成本。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述，其中
图1是FDD制式射频收发链路原理框图；
图2是TDD制式射频收发链路原理框图；
图3是用双刀双掷开关实现TDD收发链路共用的原理框图；
图4是用单刀双掷开关阵实现TDD直放站射频链路收发共用的一种结构图；
图5是用SPDT和DPDT实现TDD直放站射频链路收发共用的一种结构图；
图6是SPDT和DPDT实现TDD基站射频链路收发共用的一种结构图；
图7为SPDT和DPDT实现TDD干线放大器射频链路收发共用的一种结构图。
具体实施方式
下面结合附图分别说明本发明在TDD通信系统中的直放站和基站中的实现。
本发明提供了一种利用开关阵实现射频链路收发共用的方法及装置，克服了有方向性射频器件复用的限制，双向单向器件的复用都可以使用此种结构。
所述开关阵可以为DPDT开关阵、DPDT开关阵与SPDT开关阵的组合，所述开关阵可以是PIN二极管和集成电路等具有相同功能的结构。
图3是用DPDT开关实现TDD收发链路共用的原理框图。
图3中，DPDT开关的第一端口1和第二端口2作为收发双向端口，第三端口3和第四端口4为单向端口，根据开关时序控制模块产生的TDD时序，控制DPDT开关四个端口间的连接关系，即图中虚实线的分时切换，实线表示下行时开关连接关系，虚线表示上行时开关连接方式。下行信号从第一端口1进入DPDT，依次经过DPDT的第一端口1、第四端口4、上下行共用的射频链路、第三端口3和第二端口2流出开关，上行信号从DPDT第二端口2进入DPDT，经过DPDT的第二端口2、第四端口4、上下行共用的射频链路、第三端口3和第一端口1流出开关。应用DPDT开关阵大大减少了收发链路中器件的使用量，不仅做到双向器件的复用，甚至放大器数量也能减少一半。
在应用中开关阵可以是双刀双掷DPDT和单刀双掷SPDT的开关阵结合，这是因为大功率直放站等应用中链路增益、功率比较大，考虑开关隔离度以及开关时间的问题，若整条链路使用DPDT可能引起自激，因此需要根据具体射频指标复用局部关键链路。可以把使用了DPDT开关的链路结构应用在链路增益小的干线放大器或直放站上。
图4是用单刀双掷开关阵实现TDD直放站射频链路收发共用的一种结构图；
图5为用SPDT和DPDT实现TDD直放站射频链路收发共用的一种结构图。
在图5中，DPDT部分的实线所画为下行链路的方向，其信号流向描述如下：从施主天线接收的信号依次经过第一滤波器、第一SPDT、第一低噪放、第一混频器、DPDT的第一端口1、DPDT的第四端口4、一衰减器、一SAW滤波器、一中频放大器，然后依次通过DPDT的第三端口3和第二端口2，再经第二混频器、第二功放2、第二SPDT，最后经第二滤波器至一转发天线口；DPDT部分的虚线所示为上行链路的信号流向图，移动台发射的信号由转发天线接收后，依次经过所述第二滤波器、第二SPDT、第二低噪放、第二混频器、DPDT的第二端口2、DPDT的第四端口4、一衰减器、一SAW滤波器、一中频放大器，然后依次通过DPDT的第三端口3和第一端口1，再经第一混频器、第一功放1、第一SPDT，最后经第一滤波器至施主天线口。
图5中是将中频滤波放大部分单独采用这种结构，使从第一端口1入到第三端口3流出的信号放大倍数较小，解决了DPDT的第一端口1和第三端口3隔离度引起的自激等问题。与图4相比，图5又节省了一串中频放大链路，因此使成本大大降低，约节约1/3器件成本。
使用DPDT的关键是TDD模式下直放站放大链路的对称性，信号能在不同时间以相同路径往返实现信号放大、衰减、滤波甚至频谱搬移。考虑到开关的端口隔离度会限制整个链路的增益(输出口射频信号返回到输入口循环放大产生自激)，可以将大增益的链路分段。若设备整条链路增益小于端口隔离度，比如干线放大器或同频直放站的设备，直接将DPDT放到天线后面，连功放和低噪放也能得到共用。
图6是SPDT和DPDT实现TDD基站射频链路收发共用的一种结构图。
在图6中，利用DPDT将射频放大器、滤波器等器件进行上下行复用。DPDT部分的实线所画为下行链路的方向，基站天线接收的终端信号经过低噪放进入射频放大链路进行滤波放大，然后经过正交解调器后进行ADC中频采样。其信号流向描述如下：基站天线接收的终端信号经过一滤波器、第一SPDT、一低噪放、DPDT的第一端口1、DPDT的第四端口4、一衰减器、一RF滤波器、一RF放大器，然后依次通过DPDT的第三端口3和第二端口2，再经第二SPDT，最后经正交调制模块、滤波驱动模块至模数转换器ADC模块进行信号中频采样；DPDT部分的虚线所示为上行链路的信号流向图，基站基带信号正交上变频后经由DPDT进入和下行射频链路共用的同一段射频放大链路，进行信号的滤波放大。其信号流向描述如下：基带信号依次经过数模转换器DAC模块、滤波驱动模块和正交调制模块、第二SPDT、DPDT的第二端口2、DPDT的第四端口4、一衰减器、一RF滤波器、一RF放大器，然后依次通过DPDT的第三端口3和第一端口1，再经一功放、第一SPDT，最后经滤波器至基站天线。在此结构中，射频放大链路成本得到了节约。
图7为使用SPDT开关阵和DPDT开关阵的组合，实现TDD干线放大器射频链路收发共用的一种结构图。信号流向为：基站侧下行信号经过DPDT端口1进入射频放大器放大后到端口3，经由端口2进入功放再放大并输出到天线，功放后进行检波比较电平后产生TDD的开关时序。上行信号经低噪放后依次经由DPDT开关的端口2和端口4进入射频放大器放大，然后经DPDT开关的端口3和端口1进入基站。在本结构实例中，用DPDT开关阵复用上下行的射频放大器链路。
本发明在终端的实现和基站的类似，故不再累述。
本发明所述的方法及装置以及其它类似结构的方法及装置的最大特点和优点是大大节约了器件成本，在TDD工作模式的无线基础设施和终端设备中有很高应用价值。
仅是出于进行说明和描述本发明的目的，给出了以上通信系统TDD模式下的直放站及基站共享射频链路的实例。但是，可以理解，本发明的方法也适用于移动通信系统TDD模式下共享射频链路。本领域普通技术人员可以在本发明的主旨和范围之内对具体实施方式进行修改而不背离本发明。
Claims (18)
1.一种TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的方法，其特征在于，将至少一套开关阵分别与一开关时序控制模块和一上下行射频链路相连，所述开关时序控制模块控制所述开关阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关阵为DPDT开关阵，下行信号从所述DPDT开关的第一端口流入所述开关，经所述开关的第四端口、所述上下行射频链路的共用链路和所述开关的第三端口和第二端口，流出所述DPDT开关；上行信号从所述DPDT开关的第二端口流入开关，经所述DPDT开关的第四端口、所述上下行射频链路的共用链路和所述开关的第三端口和第二端口，流出所述DPDT开关。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关阵为DPDT开关阵与SPDT开关阵的组合，将所述DPDT开关接入所述上下行射频链路的共用链路部分，将所述SPDT开关接入所述上下行射频链路中的其他部分，信号经所述SPDT开关流入流出所述上下行射频链路中的其他部分，并经所述DPDT开关流入流出所述上下行射频链路的共用链路部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关阵为PIN管开关阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关阵为集成电路开关阵。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上下行射频链路为直放站的上下行射频链路。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上下行射频链路为基站的上下行射频链路。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上下行射频链路为终端的上下行射频链路。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上下行射频链路为干线放大器的上下行射频链路。
10.一种TDD模式下利用开关阵实现射频链路收发共用的装置，其特征在于，所述装置包括：至少一套开关阵、一控制所述开关阵的开关时序控制模块和一与所述开关阵相连的上下行射频链路。
11.根据权利要求10所述的的装置，其特征在于，所述开关阵为DPDT开关阵，所述DPDT开关通过其第一端口、第二端口、第三端口和第四端口连入所述上下行射频链路的共用链路部分中。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述开关阵为DPDT开关阵与SPDT开关阵的组合，所述DPDT开关连接所述上下行射频链路的共用链路部分，所述SPDT开关连接所述上下行射频链路中的其他部分。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述开关阵为PIN二极管开关阵。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述开关阵为集成电路开关阵。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述上下行射频链路为直放站的上下行射频链路。
16.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述上下行射频链路为基站的上下行射频链路。
17.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述上下行射频链路为终端的上下行射频链路。
18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述上下行射频链路为干线放大器的上下行射频链路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081210 |