CN102113230A

CN102113230A - 全双工无线收发器设计

Info

Publication number: CN102113230A
Application number: CN2009801299516A
Authority: CN
Inventors: 章扬
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2011-06-29
Also published as: US20100029350A1; KR20110039366A; EP2332265A1; TW201021442A; JP2011530243A; WO2010014988A1

Abstract

本发明提供在不使用双工器的情况下用于全双工移动无线收发器设计的技术。在实施例中，为所述收发器中的TX信号路径及RX信号路径提供分开的天线。在实施例中，所述天线可实施为可表面安装的陶瓷天线。在实施例中，所述天线可并入有集成带通滤波。本发明揭示用于将所述天线设计为具有不同的包括天线定向的相对物理特性的其它技术。

Description

全双工无线收发器设计

技术领域

本发明涉及用于无线通信装置的收发器，且明确地说，涉及以用于发射信号路径及接收信号路径的分开的天线为特征的移动无线收发器。

背景技术

全双工收发器为支持同时信号发射(TX)与接收(RX)的装置。在移动装置中，无线全双工收发器通常以经由双工器耦合到单个天线的分开的TX信号路径及RX信号路径为特征。双工器允许TX电路及RX电路两者共享同一天线以节约空间及成本，同时将TX信号与RX信号彼此隔离。由于TX信号及RX信号通常占据不同频带，因此双工器可并入有带通滤波功能及频率多路复用功能。

常常将严格要求外加于(例如)用于经设计以根据码分多址(CDMA)蜂窝式电话标准来操作的移动电话的双工器设计上。在所述装置中，需要双工器来提供TX信号与RX信号之间的大量隔离，所述TX信号与RX信号的频率可能彼此相对接近。此外，需要所述双工器在TX信号路径及RX信号路径中引入最小插入损耗。这些竞争性要求使得用于移动电话的双工器设计困难且昂贵。

将需要提供用于设计全双工移动无线收发器的改进的技术。

发明内容

本发明的一方面提供一种用于无线通信的收发器设备，其包含：用于产生待以无线方式发射的TX信号的发射(TX)电路；耦合到所述TX电路以用于发射所述TX信号的TX天线；用于以无线方式接收接收(RX)信号的RX天线；及用于处理所述RX信号的接收(RX)电路。

本发明的另一方面提供一种用于使移动无线通信装置同时发射及接收信号的方法，所述方法包含：产生待以无线方式发射的发射(TX)信号；经由TX天线发射所述TX信号；经由RX天线以无线方式接收接收(RX)信号；以及处理所述RX信号。

本发明的又一方面提供一种用于无线通信的收发器设备，其包含：用于产生待以无线方式发射的TX信号的发射(TX)电路；耦合到所述TX电路以用于以无线方式发射所述TX信号的装置；用于以无线方式接收接收(RX)信号的装置；以及用于处理所述RX信号的接收(RX)电路。

附图说明

图1描绘全双工无线收发器的现有技术实施方案。

图2说明双工器120的特性的实例。

图3描绘根据本发明的实施例，其中提供分开的天线以用于TX信号路径及RX信号路径。

图4说明图3中所示的无线收发器300的特性的实例。

图5描绘根据本发明的方法的实施例。

具体实施方式

本发明描述在移动无线装置中提供用于TX信号路径及RX信号路径的分开的天线，同时使成本及空间最小化。

图1描绘全双工无线收发器的现有技术实施方案。注意，现有技术实施方案仅为说明的目的而展示，且并不意图将本发明的技术的应用限于无线通信装置的任何特定实施方案。所属领域的技术人员将认识到，无线装置的实际实施方案将包括未在图1中展示的组件。

在图1中，无线收发器100包括耦合到TX电路130及RX电路140的基带处理器150。TX电路130及RX电路140分别具有都耦合到双工器120的节点T及节点R。双工器120在节点A处也耦合到天线110。注意，双工器120可包括用以对从节点T到节点A的信号进行滤波的TX带通滤波器(BPF)120.1，以及用以对从节点A到节点R的信号进行滤波的RX BPF 120.2。在替代实施方案(未图示)中，双工器可在物理上与TX/RX BPF中的一者或两者分离。

双工器120经由单个天线110对TX信号的发射与RX信号的接收进行多路复用。为将TX信号与RX信号彼此隔离，双工器120通常依赖于TX信号与RX信号位于不同频带中且从而可被BPF 120.1及BPF 120.2分离的事实。举例来说，在CDMA中，TX频带可为824MHz到849MHz，而RX频带可为859MHz到894MHz。

图2说明双工器120的特性的实例。注意，在图2中所展示的特性仅意图强调双工器的一般特征，且并不意图将本发明的范围限于所展示的任何特定特性。

在图2中，双工器传送特性标绘在垂直轴上，而频率标绘在水平轴上。传送特性

展示节点A处的信号量值除以节点T处的信号量值。注意，作为BPF 120.1的结果，展现带通特性，其具有表示为“TX通带”的通带。TX通带的另一特征在于“TX插入损耗”，所述“TX插入损耗”表示在通带频率处从节点T去往节点A的TX信号振幅的衰减。

如图2中进一步所示，传送特性

展示频率上节点R处的信号量值除以节点A处的信号量值。作为BPF 120.2的结果，

展现带通特性，其具有表示为“RX通带”的通带。RX通带的另一特征在于“RX插入损耗”，所述“RX插入损耗”表示在通带频率处从节点A去往节点R的RX信号振幅的衰减。注意，一般来说，TX插入损耗与RX插入损耗两者都可在其相应通带上变化。

在图2中进一步展示传送特性

将节点R处的RX信号量值表示为节点T处的TX信号量值的函数。RX通带中的

的量值的倒数表示为RX通带中的“TX到RX隔离”，且表示抑制任何信号从节点T处的TX信号路径泄漏进入节点R处的RX信号路径中。在图2中，将TX到RX隔离展示为在RX通带上具有介于I1与I2之间的值。

在收发器设计中，需要使TX到RX隔离最大化，使得强TX信号对相对较弱RX信号的干扰最少。还需要使TX插入损耗及RX插入损耗最小化，以避免TX输出信号及由天线以空中方式接收到的RX信号发生衰减。在用于例如CDMA或UMTS(全球移动电信系统)等无线通信系统的收发器中，由于TX频带与RX频带可能在频率上相对接近，从而要求BPF的响应中有极其急剧的滚降(roll-off)，因此可能难以满足这些竞争性设计目标。

根据本发明，通过为TX信号路径及RX信号路径中的每一者提供分开的天线而放宽全双工器无线收发器设计约束。

图3描绘根据本发明的实施例，其中为TX信号路径及RX信号路径提供分开的天线。在图3中，天线310.1在节点A1处耦合到BPF 310.2，且BPF 310.2又在节点T处耦合到TX电路130。BPF 310.2经调谐以具有覆盖TX频率范围的通带。类似地，天线311.1在节点A2处耦合到BPF 311.2，且BPF 311.2又在节点R处耦合到RX电路140。BPF 311.2经调谐以具有覆盖RX频率范围的通带。

在一实施例中，如本文中稍后所述，分开的天线可经选择以具有足够轻且紧密以提供于单个移动装置中的类型及物理构造。

注意，图3的收发器中的组件的物理布局仅意图为提示性的，且并不意图将本发明的范围限于所示的特定布局。举例来说，比组件之间所示的物理分离更大或更小的物理分离可存在于装置的实际实施例中。

图4说明图3中所示的无线通信收发器300的特性的实例。注意，图4中所示的特性仅意图一般性地强调所揭示实施例的特征，且并不意图将本发明的范围限于所示的任何特定特性。

在图4中，相对于频率而标绘无线收发器300的传送特性。

与

分别表示带通滤波器310.2与311.2的响应的特征。

具有表示为“TX通带”的通带，而

具有表示为“RX通带”的通带。传送特性

展示RX天线311.1的在节点A2处的信号量值除以TX天线310.1的在节点Al处的信号量值。可将这些特性组合以导出传送特性

其为图3中所示的全双工收发器的TX到RX隔离的倒数。在图4中，将TX到RX隔离展示为在RX通带上具有介于I3与I4之间的值。

注意，从图4可见，图3的双天线式收发器的传送特性

并入有以

为特征的自由度，在图1的基于双工器的单天线式收发器的相应传送特性中不存在所述自由度。可将特性

理解成TX天线310.1与RX天线311.1之间的天线耦合。在图4中，将

展示成在RX通带中具有介于C1与C2之间的值。

所属领域的技术人员将了解，由于天线耦合

在RX通带中的任何频率处通常小于0dB，因此图3中所示的收发器通常提供比图1中所示的基于双工器的收发器大的TX到RX隔离。为了进一步使系统的TX到RX隔离最大化，可有意使特性

最小化。

所属领域的技术人员将了解，TX天线与RX天线之间的天线耦合可由RX天线以空中方式对由TX天线发射的信号进行接收而产生。可通过增加天线之间的空间分离，及/或将天线设计成具有不同相对方向定向及/或极化，及/或使用所属领域的技术人员已知的任何其它技术来降低此天线耦合。

举例来说，在图3中所描绘的实施例中，将TX天线310.1展示成具有垂直于RX天线311.1的纵轴的纵轴。预期所述天线的纵轴的偏移减小其互耦合

例如增加物理分离的其它技术可易于并入于本发明的替代实施例中。或者，可通过将天线设计成具有正交极化来进一步改进天线之间的隔离。

在实施例中，描绘于图3中的天线310.1与311.1可为可表面安装的电介质天线，例如可从位于日本东京的三菱原料公司(Mitsubishi Materials)购买的电介质天线(参见(例如)“可表面安装的电介质芯片天线及系列产品”(“Surface mountable dielectric chip antennas and series”)，三菱原料公司部件编号AMD0502-ST01及AMD0302-ST01)。如图3中所描绘，所述天线的物理尺寸足够紧密以允许为移动无线通信装置中的单个衬底上的TX信号路径及RX信号路径中的每一者提供分开的天线。所属领域的技术人员还将了解，陶瓷天线是易于以低成本组装在单个移动无线收发器中的表面安装技术(SMT)装置。为TX及RX提供分开的天线消除了对双工器的需要，从而简化设计且降低移动无线收发器300的成本。

注意，图3中所示的每一BPF与天线之间的物理分割仅用于说明；替代实施例可提供BPF及天线的未经展示的不同物理形状及配置。对于所述实例，天线及BPF无需以矩形配置存在，且BPF与天线的大小可不同于图3中所示。此类替代实施例涵盖于本发明的范围内。

在替代实施例中，TX天线310.1可为鞭状天线，且RX天线311.1可为陶瓷天线，且TX天线310.1可为陶瓷天线，且RX天线311.1可为鞭状天线。在又一替代实施例中，所述天线中的任一者可为所属领域的技术人员已知的贴片天线(patch antenna)或平面倒F(PIFA)天线。在实施例中，可使用以上所列举类型的天线的任何组合。在实施例中，用于TX天线310.1的天线类型优选地可不同于用于RX天线311.1的天线类型。这些实施例涵盖于本发明的范围内。

在替代实施例中，天线与BPF(即，天线310.1与BPF 310.2，及/或天线311.1与BPF 311.2)的组合可提供在单个物理封装(如并入有集成带通滤波器的陶瓷天线)中。

作为进一步优化，可优化每一天线的尺寸以特定地适应TX频带与RX频带的特定特性。举例来说，TX天线及TX BPF可经设计以使由这些组件引入TX信号路径中的插入损耗最小化，从而使移动装置的TX发射功率最大化，而RX天线及RX BPF可经设计以使TX到RX隔离最大化。

图5描绘根据本发明的方法的实施例。在图5中，在步骤500处，产生待以无线方式发射的TX信号。在步骤505处，对所述TX信号进行带通滤波。在步骤510处，经由TX天线发射所述TX信号。

在步骤520处，经由RX天线接收RX信号。在步骤525处，对所述RX信号进行带通滤波。在步骤530处，进一步处理所述RX信号。

注意，根据本发明，对于全双工操作可同时执行步骤500到步骤510与步骤520到步骤530。

基于本文中所描述的教示应显而易见，本文中所揭示的一方面可独立于任何其它方面而实施，且这些方面中的两者或两者以上可以各种方式加以组合。

在本说明书及权利要求书中，将理解，当元件被称为“连接到”或“耦合到”另一元件时，所述元件可直接连接到或耦合到另一元件，或可存在介入元件。相反，当元件被称为“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件时，便不存在介入元件。

已描述许多方面及实例。然而，对这些实例的各种修改是可能的，且本文中所提出的原理同样可应用于其它方面。这些方面及其它方面在所附权利要求书的范围内。

Claims

1.一种用于无线通信的收发器设备，其包含：

发射(TX)电路，其用于产生待以无线方式发射的TX信号；

TX天线，其耦合到所述TX电路以用于发射所述TX信号；

RX天线，其用于以无线方式接收接收(RX)信号；以及

接收(RX)电路，其用于处理所述RX信号。

2.根据权利要求1所述的设备，所述设备是移动无线通信装置。

3.根据权利要求2所述的设备，所述移动无线通信装置是移动电话。

4.根据权利要求3所述的设备，其进一步包含：

TX带通滤波器(BPF)，其耦合于所述TX天线与所述TX电路之间，所述TX BPF具有调谐到TX频带的通带；以及

RX BPF，其耦合于所述RX天线与所述RX电路之间，所述RX BPF具有调谐到RX频带的通带。

5.根据权利要求3所述的设备，所述TX天线及所述RX天线中的至少一者包含陶瓷天线。

6.根据权利要求5所述的设备，所述TX天线及所述RX天线两者都包含陶瓷天线。

7.根据权利要求5所述的设备，所述TX天线及所述RX天线中的至少一者包含鞭状天线。

8.根据权利要求3所述的设备，所述TX天线及所述RX天线中的至少一者包含贴片天线。

9.根据权利要求3所述的设备，所述TX天线及所述RX天线中的至少一者包含平面倒F天线。

10.根据权利要求5所述的设备，所述陶瓷天线中的每一者包含集成带通滤波器(BPF)，所述TX天线的所述BPF具有调谐到TX频带的通带，所述RX天线的所述BPF具有调谐到RX频带的通带。

11.根据权利要求5所述的设备，所述TX天线具有不同于所述RX天线的物理形状的物理形状。

12.根据权利要求5所述的设备，所述TX天线具有纵轴，所述RX天线也具有纵轴，所述TX天线的所述纵轴与所述RX天线的所述纵轴不平行。

13.根据权利要求8所述的设备，所述TX天线的所述纵轴与所述RX天线的所述纵轴垂直。

14.根据权利要求5所述的设备，所述TX天线的极化与所述RX天线的极化正交。

15.根据权利要求5所述的设备，所述TX天线具有不同于所述RX天线的物理大小的物理大小。

16.一种用于移动无线通信装置同时发射及接收信号的方法，所述方法包含：

产生待以无线方式发射的发射(TX)信号；

经由TX天线发射所述TX信号；

经由RX天线以无线方式接收接收(RX)信号；以及

处理所述RX信号。

17.根据权利要求16所述的方法，所述移动无线通信装置是移动电话。

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含：

在经由所述TX天线发射之前，对所述所产生的TX信号进行带通滤波；以及

在处理所述RX信号之前，对经由所述RX天线接收到的所述RX信号进行带通滤波。

19.根据权利要求17所述的方法，所述TX天线及所述RX天线中的至少一者包含陶瓷天线。

20.根据权利要求19所述的方法，所述TX天线及所述RX天线两者都包含陶瓷天线。

21.根据权利要求19所述的方法，所述TX天线及所述RX天线中的至少一者包含鞭状天线。

22.根据权利要求19所述的方法，所述TX天线及所述RX天线中的至少一者包含贴片天线。

23.根据权利要求19所述的方法，所述TX天线及所述RX天线中的至少一者包含平面倒F天线。

24.根据权利要求19所述的方法，所述陶瓷天线中的每一者包含集成带通滤波器(BPF)，所述TX天线的所述BPF具有调谐到TX频带的通带，所述RX天线的所述BPF具有调谐到RX频带的通带。

25.根据权利要求19所述的方法，所述TX天线具有不同于所述RX天线的物理形状的物理形状。

26.根据权利要求19所述的方法，所述TX天线具有纵轴，所述RX天线也具有纵轴，所述TX天线的所述纵轴与所述RX天线的所述纵轴不平行。

27.根据权利要求26所述的方法，所述TX天线的所述纵轴与所述RX天线的所述纵轴垂直。

28.根据权利要求19所述的方法，所述TX天线的极化与所述RX天线的极化正交。

29.根据权利要求19所述的方法，所述TX天线具有不同于所述RX天线的物理大小的物理大小。

30.一种用于无线通信的收发器设备，其包含：

用于产生待以无线方式发射的TX信号的发射(TX)电路；

耦合到所述TX电路以用于以无线方式发射所述TX信号的装置；

用于以无线方式接收接收(RX)信号的装置；以及

用于处理所述RX信号的接收(RX)电路。

31.根据权利要求30所述的收发器设备，所述装置是移动无线通信装置。

32.根据权利要求31所述的收发器设备，其进一步包含：

用于在经由所述TX天线发射之前对所述所产生的TX信号进行带通滤波的装置；以及

用于在处理所述RX信号之前对所述以无线方式接收到的RX信号进行带通滤波的装置。

33.根据权利要求30所述的收发器设备，其进一步包含用于隔离所述用于以无线方式发射所述TX信号的装置与所述用于以无线方式接收所述RX信号的装置的装置。