CN101595651B - 多无线电通信设备以及相应的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种无线通信设备，用于发射和接收两个或更多无线网络的信号。该无线通信设备包括第一无线电设备，用于在至少第一频带和第二频带上发射第一类型的调制信号；还包括第二无线电设备，用于在至少第三频带和第四频带上发射第二类型的调制信号。该无线通信设备进一步包括第一前端模块，用于通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射第一和第二无线电设备的第一和第三频带；还包括第二前端模块，用于通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射第一和第二无线电设备的第二和第四频带。

Description

多无线电通信设备以及相应的方法
背景技术
无线通信网可以使用不同的介质接入方案。例如，蜂窝网使用蜂窝接入方案，无线局域网使用IEEE 802.11标准，以及城域网(MAN)使用IEEE802.16标准。不同的无线电设备用于这些网络中的每一个并可在不同的频率和/或以不同的调制方案运行。
能够在不同网络中运行的无线通信设备可包括用于每个无线网络的多个独立的无线电设备。这个无线通信设备可包括大量的内部连接、发送/接收路径、放大器和天线。而且，无线通信设备可包括针对该无线通信设备的每个无线电设备的固定数量的天线和多输入多输出(MIMO)信道。
附图说明
在本说明书的结论部分中特定指出和清楚声明了与本发明相关的主题。然而，通过以下参考附图来阅读详细说明将更好的理解本发明和操作的方法及组织以及本发明的目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的无线通信网的示例图；
图2是根据本发明的一些示例性实施例的无线通信设备的示例框图；
图3是示例性的表，其显示了图2的示例性无线通信设备将要发射和/或接收的信号组合的不同配置；
图4是根据本发明的一些示例性实施例的射频前端模块(FEM)的示例框图。
应当理解，为了简单和清楚的示例，图中所示的元素不必按比例被画出。例如，为了清楚起见，某些元素的尺寸相对于其它元素被放大。而且，其中适当的认为，表示对应或相似的元素的附图标记可在各附图中重复。
具体实施方式
在下文的描述中给出了许多具体的细节以便提供对本发明的完全理解。但应当理解的是，本发明的实施例也可以不用这些具体细节来实现。在另一些范例中，为了不混淆对本发明的理解，没有示出公知的方法、程序、组件和电路的具体细节。
下面详细描述的某些部分以术语的形式被呈现，这些术语与无线电收发机的体系结构有关。这些术语可以是本领域普通技术人员在数据处理、信号处理领域和射频系统中使用的技术，用以将他们工作的实质传达给本领域的其它技术人员。
除非另外的特定声明，否则从下面地讨论中应当明显的理解，在整篇说明书讨论中使用的术语例如“多个”可在整篇说明书用于描述两个或更多的组件、设备、元素、参数等等。例如，术语“多个移动台”描述了两个或更多的移动台。
应当理解，本发明可被用于各种应用中。本发明并没有被限定在这个方面中，本文公开的电路和技术可用于很多装置中，例如无线电系统的发射机和/或接收机。仅通过举例说明，期望被包括在本发明范围中的发射机和/或接收机可包括在也公知为WiFi的无线局域网(WLAN)、超宽带射频(UMB)、也公知为WiMAX的无线城域网(WMAN)、双向无线通信系统、数字通信系统、模拟通信系统发射机、蜂窝无线电话通信系统、LTE蜂窝通信系统等等。
首先参照图1，显示了根据本发明的示例性实施例的无线通信网100。本发明的范围并没有被限定在这个方面中，无线通信100可包括WMAN110、WLAN 120、UWB网130和无线通信设备140，该无线通信设备140包括多个无线电设备、多个频带和MIMO前端模块(FEM)(如果需要的话)。
根据这个示例性的无线通信网100，WMAN 110可包括至少一个基站(BS)115，WLAN 120可包括至少一个BS 125，以及UWB网130可包括至少一个移动台(MS)135(如果需要的话)。
根据本发明的一个示例性实施例，无线通信设备140可通过多个天线以不同的频带同时发射和/或接收去往/来自BS 115、BS 125和MS 135的信号。例如，一些天线可发射信号给BS 125和115，而一些其它的天线可接收来自MS 135和BS 115的信号(如果需要的话)。
根据本发明的一些实施例，无线通信设备140可包括第一无线电设备，例如WMAN无线电设备，用于以高频带和低频带向BS 115发射正交频分复用(OFDM)信号；包括第二无线电设备，用于以低频带和高频带向BS 125发射扩频信号；还包括第三无线电设备，用于发射和/或接收去往/来自MS135的UWB信号(如果需要的话)。
此外，无线通信设备140可包括第一FEM，用于通过使用多输入多输出(MIMO)传输方案的两个或多个天线同时发射WMAN和WLAN无线电设备的高频带和低频带；以及第二FEM，用于通过使用MIMO传输方案的两个或多个天线同时发射WMAN和WLAN无线电设备的其它高频带和低频带。无线通信设备140可包括开关组，用于根据OFDM和/或扩频信号的频带以及WMAN和WLAN无线电设备的期望的传输方案，将来自WMAN和WLAN无线电设备的OFDM和/或扩频信号切换到第一和第二FEM。
转到图2，示出了根据本发明的一些示例性实施例的无线通信设备200的示例框图。本发明的范围并不限定在这个方面，无线通信设备200也可称为多无线电设备、多频带设备、使用多端口放大器(MPA)的MIMO FEM，以及该无线通信设备200可包括UWB收发机210、WiMAX收发机220、WiFi收发机230、复用器250、高频带(HB)多无线电设备260、低频带(LB)多无线电设备270、中频带(MB)多无线电设备280以及天线265、275和285。
根据本发明的这个示例性实施例，UWB收发机210可处理和/或调制/解调UWB信号。UWB无线电设备可发射由UWB收发机210生成的调制UWB信号和/或接收可由UWB收发机210解调的UWB信号(如果需要的话)。复用器250可将UWB信号从UWB收发机210路由至UWB无线电设备240，反之亦然。
根据本发明的一些实施例，WiMAX收发机220可根据“IEEE 802.16LAN/MAN宽带无线局域网”(“IEEE 802.16 LAN/MAN Broadband WirelessLANs”)标准以3个不同的频带来处理和/或调制/解调信号。例如，WiMAX的高频带(HB WM)可包括5.2千兆赫兹(GHz)和5.8GHz信号，WiMAX的中频带(MB WM)可包括3.5GHz信号以及WiMAX的低频带(LB WM)可包括2.3GHz和2.5GHz信号。
根据本发明的一些实施例，WiFi收发机230可根据“IEEE 802.11LAN/MAN宽带无线局域网，第11部分：无线局域网媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范”(“IEEE 802.11 LAN/MAN Broadband Wireless LANs，Part 11：Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications”)标准以2个不同的频带来处理和/或调制/解调信号。例如，WiFi的高频带(HB WF)可包括5.2千兆赫兹(GHz)和5.8GHz信号，WiFi的低频带(LB WF)可包括2.4GHz信号。
复用器250可包括但不限于机械的和/或电子的和/或半导体和/或微电子机械系统(MEMS)切换器。复用器250可分别将来自WiMAX收发机220和WiFI收发机230的HB WM和HB WF信号路由到HB多无线电设备260和LB多无线电设备270，以及将来自HB多无线电设备260和LB多无线电设备270的HB WM和HB WF信号路由到WiMAX收发机220和WiFI收发机230。此外，根据本发明的一些示例性实施例，复用器250可将MB WM信号从WiMAX收发机220路由至MB单无线电设备270，反之亦然。
根据本发明的实施例，HB多无线电设备260和/或LB多无线电设备270可包括多个接收信号放大器多频带MIMO以及前端模块(FEM)，该FEM使用多端口放大器作为发射放大器。根据本发明的这个示例性实施例，WiMAX收发机220和WiFi收发机230可包括功率控制方案，该方案用于向HB多无线电设备260和/或LB多无线电设备270的多个MIMO信道提供灵活的输出功率，如果需要的话。
在本发明所示的例子中，WiMax和WiFi MIMO无线电设备与灵活的输出功率和多个MIMO信道一起相组合。
HB多无线电设备260、LB多无线电设备270和MB单无线电设备可操作地分别连接到天线265、275和285。例如，天线265、275和285可包括内部天线、偶极子天线、八木(Yagi)天线、单极天线、天线阵列等等。
根据本发明的一些示例性实施例，HB多无线电设备260、LB多无线电设备270可通过天线265和275中的每个天线同时发射和接收WiMAX和WiFi信号。例如，HB多无线电设备260可通过两个天线同时发射和/或接收HB WF信号以及通过另外的两个天线同时发射和/或接收HB WM信号，如果需要的话。LB多无线电设备270可通过两个天线同时发射和/或接收LB WF信号以及通过另外的两个天线同时发射和/或接收LB WM信号，如果需要的话。
转到图3，示例性的表单300显示了将由图2的示例性无线通信设备200发射和/或接收的信号组合的不同配置。应当理解，表单300仅是一个例子，并且WiMAX和WiFi信号的许多其它组合是可能的。为了减少天线数量，可使用表单300所示配置的子集。也可使用宽带技术，以便进一步组合UWB收发机210、WiMAX收发机220和WiFi收发机230的信号，用以减少信号路径和天线的数量。
转到图4，图4示出根据本发明的一些示例性实施例的射频前端模块(FEM)400的示例框图。虽然本发明的范围并不限定在这个方面，但FEM400可包括发射/接收切换单元410，用于在接收的信号和期望由多端口放大器(MPA)420发射的调制信号之间进行切换；还包括多倍放大器(MA)430，用于放大所接收的信号；还包括开关组440，用于切换由天线450发射的调制信号和/或将天线450连接到MA 430以便将接收的信号提供给接收机，如果需要的话。
根据本发明的这个示例性实施例，MPA 420可包括Butler矩阵结构中的4个无源混合划分器、4个功率放大器以及Butler矩阵结构中的4个无源混合组合器，但是应当了解本发明的范围并不限定在这个方面。
根据波束形成方案，MPA 420可用作能够发射信号的发射放大器。例如，波束形成方案可使用Butler波束形成矩阵，其仅仅需要N x logN个元素进行波束形成。Butler矩阵使用900个具有45°固定移相器的相位滞后混合连结。具有λ\2元素间隔的4元素队列的Butler网生成4个交迭且互相正交的波束。
根据本发明的实施例，在MPA 420的4个输入端口的每个输入端口的信号在不同的相位被均匀的划分并基本上均等地分发到每个功率放大器(PA)。信号在输出Butler矩阵中被重新组合并在4个输出端口中以原始的离散信号的形式出现。根据这个配置，在每个PA中的“复合信号”可包括均匀地分发到每个PA中的每个输入信号的1/4。这允许MPA 420具有针对FEM 400的每个MIMO信道的“灵活功率”以及组合不同无线电设备的信号。例如，WiMax和/或WiFi MIMO无线电设备的信号可与灵活的输出功率以及多个MIMO信道相组合，如果需要的话。
虽然本发明的范围并不限定在这个方面，但是输入切换矩阵、输出切换以及过滤器矩阵可用于完成FEM 400的发射和接收功能。在本发明的一些其它实施例中，输入切换矩阵和输入Butler矩阵可在组合的无线电设备和/或软件限定的无线电(SDR)的基带实现，如果需要的话。
根据这个实施例，FEM 400在一频带中运行，其中在该频带中使用多个MIMO无线电设备。例如，较低频带(2.2GHz到2.7GHz)、U-NII频带(5.15GHz到5.85GHz)和/或频带频率相近或交迭的任何其它商业无线电频带。
下面的表单示例了根据不同运行模式下的不同无线电设备和不同频带的组合的多个场景的FEM 400操作。
    场景     无线电设备1，频带1     无线电设备2，频带2     无线电设备2，频带3
    1     3×3MIMO     SISO或关闭     N/A
    2     3×3MIMO     N/A     SISO或关闭
    3     2×2MIMO     2×2MIMO     N/A
    4     2×2MIMO     N/A     2×2MIMO
    5     SISO或关闭     3×3MIMO     N/A
    6     SISO或关闭     N/A     3×3MIMO
    7     SISO或关闭     N/A     3×3MIMO
虽然本文已经示例和描述了本发明的特定特征，但是对于本领域的普通技术人员来说，现在将有许多变形、替代、改变和等价物。因此，应当理解附加的权利要求旨在覆盖落入本发明的真正精神的所有这样的变形和改变。

Claims (20)

1.一种无线通信设备，包括：
第一无线电设备，用于在至少第一频带和第二频带上发射第一类型的调制信号；
第二无线电设备，用于在至少第三频带和第四频带上发射第二类型的调制信号；
第一前端模块，用于通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射所述第一无线电设备的第一频带和所述第二无线电设备的第三频带；
第二前端模块，用于通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射所述第一无线电设备的第二频带和所述第二无线电设备的第四频带；
开关组，用于根据来自所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的两个或更多信号的频带以及所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的传输方案，将所述两个或更多信号切换到所述第一前端模块和所述第二前端模块。
2.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述第一前端模块包括第一多端口放大器，所述第二前端模块包括第二多端口放大器。
3.如权利要求2所述的无线通信设备，其中，所述第一多端口放大器或所述第二多端口放大器能够通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的不同频带。
4.如权利要求2所述的无线通信设备，其中，所述第一多端口放大器或所述第二多端口放大器包括：
设置在Butler矩阵结构中的四个或更多的无源混合划分器；
四个或更多功率放大器；
设置在Butler矩阵结构中的四个或更多的无源混合组合器。
5.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述开关组根据来自所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的两个或更多信号的频带将所述两个或更多信号路由到所述第一前端模块和所述第二前端模块。
6.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述第一前端模块在高频带上发射信号，所述第二前端模块在低频带上发射信号。
7.如权利要求1所述的无线通信设备，包括：
第三前端模块，用于在中频带上发射信号。
8.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述第一无线电设备在无线城域网中运行，所述第二无线电设备在无线局域网中运行。
9.如权利要求1所述的无线通信设备，包括：
第三无线电设备，用于发射超宽带信号。
10.一种从多个无线电设备发射无线电信号的方法，包括：
同时在至少第一频带和第二频带上发射来自第一无线电设备的第一类型的调制信号以及在至少第三频带和第四频带上发射来自第二无线电设备的第二类型的调制信号，
根据来自所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的两个或更多信号的频带以及所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的传输方案，将所述两个或更多信号切换到第一前端模块和第二前端模块；
由所述第一前端模块通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射所述第一无线电设备的第一频带和所述第二无线电设备的第三频带，以及由所述第二前端模块通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射所述第一无线电设备的第二频带和所述第二无线电设备的第四频带。
11.如权利要求10所述的方法，包括：
利用所述第一无线电设备在无线城域网上发射，利用所述第二无线电设备在无线局域网上发射。
12.如权利要求10所述的方法，包括：
由第三无线电设备进行发射以便发射超宽带信号。
13.一种无线通信系统，包括：
至少第一无线通信网络和第二无线通信网络，
至少一个无线通信设备，其中，所述至少一个无线通信设备用于从所述第一无线通信网络和所述第二无线通信网络同时发射和接收信号，
其中，所述无线通信设备包括：
第一无线电设备，用于在至少第一频带和第二频带上发射第一类型的调制信号；
第二无线电设备，用于在至少第三频带和第四频带上发射第二类型的调制信号；
第一前端模块，用于通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射所述第一无线电设备的第一频带和所述第二无线电设备的第三频带；
第二前端模块，用于通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射所述第一无线电设备的第二频带和所述第二无线电设备的第四频带；
开关组，用于根据来自所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的两个或更多信号的频带以及所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的传输方案，将所述两个或更多信号切换到所述第一前端模块和所述第二前端模块。
14.如权利要求13所述的无线通信系统，其中，所述第一前端模块包括第一多端口放大器，所述第二前端模块包括第二多端口放大器。
15.如权利要求14所述的无线通信系统，其中，所述无线通信设备的第一多端口放大器或第二多端口放大器能够通过两个或更多个使用多输入多输出(MIMO)传输方案的天线同时发射所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的不同频带。
16.如权利要求14所述的无线通信系统，其中，所述无线通信设备的第一多端口放大器或第二多端口放大器包括：
设置在Butler矩阵结构中的四个或更多的无源混合划分器；
四个或更多的功率放大器；
设置在Butler矩阵结构中的四个或更多的无源混合组合器。
17.如权利要求13所述的无线通信系统，其中，所述无线通信设备的开关组能够根据来自所述第一无线电设备和所述第二无线电设备的两个或更多信号的频带将所述两个或更多信号路由到所述第一前端模块和所述第二前端模块。
18.如权利要求13所述的无线通信系统，其中，所述无线通信设备的第一前端模块在高频带上发射信号，所述第二前端模块在低频带上发射信号。
19.如权利要求13所述的无线通信系统，其中，所述无线通信设备包括：
第三前端模块，用于在中频带上发射信号。
20.如权利要求13所述的无线通信系统，其中，所述无线通信设备包括：
第三无线电设备，用于发射超宽带信号。
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