CN102148626A

CN102148626A - Rf收发机以及包括该收发机的调制解调器

Info

Publication number: CN102148626A
Application number: CN2011100375507A
Authority: CN
Inventors: 冈纳·尼切
Original assignee: Blue Wonder Communications GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: CN102148626B; US8886143B2; US20110195675A1; EP2355362A2; EP2355362A3; EP2355362B1

Abstract

本发明涉及一种RF收发机以及包括该收发机的调制解调器，提供了包括至少一个发射路径和至少两个接收路径的符合LTE的RF收发机、以及包括这样的收发机的调制解调器。在Tx PLL合成器与至少一个Tx路径之间以及Rx PLL合成器与至少两个Rx路径之间连接的开关机构允许将Tx PLL合成器选择性地连接到收发机的Rx侧以及将RxPLL合成器选择性地连接到收发机的Tx侧，从而大大增加RF收发机的灵活性，使得能够加速切换过程和节能。

Description

RF收发机以及包括该收发机的调制解调器

本发明涉及符合LTE的RF收发机。本发明还涉及包括该收发机的调制解调器。

RF收发机被认为是用于提供在两个方向上的通信的无线通信设备中的调制解调器设备的主要组件，即，同时进行发送和接收的能力。通过频分双工(FDD)传输技术，发射机和接收机以不同的载波频率进行操作，即，通过频率偏移将上行链路(从终端到基站)和下行链路(从基站到终端)子带分离，这使得站点能够同时进行发送和接收。相比之下，时分双工(TDD)应用时分复用来分离发射信号和接收信号。对于上行链路和下行链路来说使用相同频率。

作为第四代无线电接入网络的即将到来的标准的3GPP LTE(第三代合作伙伴计划长期演进)采用FDD和TDD二者，并且还采用正交频分复用(OFDM)作为下行链路调制方案。基站侧的多发射天线和移动终端(即，用户设备)侧的多接收天线的强制性要求允许从一个基站到一个移动终端的多个数据流或数据层的同时传输。该传输方法被称为多输入多输出(MIMO)OFDM。

许多调制解调器无线通信系统使用频分双工(FDD)和多输入多输出(MIMO)两者。而且，TDD/FDD双模式设备是公知的。

根据LTE标准，对通信终端的天线的最小需求是两个接收天线和一个发射天线，即，LTE终端的典型实现提供单个发射路径和一对接收路径。由于在FDD中以不同频率进行发射和接收操作，因此如上所述，在这样的终端的RF收发机中需要两个独立的PLL(锁相环)。

图1将典型公知的RF收发机示为包括一个发射(Tx)路径和两个接收(Rx)路径的典型已知RF收发机。Tx侧和Rx侧的每一个都具有与之相关联的用于设置各个路径的载波频率的专用PLL合成器。每个路径包括：混频器，用于从PLL接收所述载波频率，并且使用所述载波频率将各个RF信号转换成BB信号或者反之亦然；以及滤波器，用于使信号适应期望的带宽。具体地，如图1所示，Tx路径包括Tx滤波器112和Tx混频器114，第一Rx路径包括Rx滤波器152和Rx混频器154，并且第二Rx路径包括Rx滤波器162和Rx混频器164。

Tx混频器114接收已由Tx滤波器112调整了带宽的基带信号(TxBB输入)，并且从专用Tx PLL 130接收载波频率，以将滤波的基带信号上变换成RF，用于输出(Tx RF输出)到Tx天线以进行传输。

每个Rx混频器都从单独的Rx天线接收RF信号输入，Rx RF输入1和Rx RF输入2，从共享Rx PLL合成器140接收载波频率，以将接收到的RF信号下变换成基带信号，用于经由调整信号带宽的各个RF滤波器(152、162)供应到基带单元以进行解调。

诸如Tx PLL 130和Rx PLL 140的PLL合成器通常包括控制回路，该控制回路包括压控振荡器(VCO)、参考时钟生成器、相位检测器电荷泵和环路滤波器。关于RF通信设备中使用的典型PLL的内部结构的更多细节参见例如US 7,498,888(WO2005062471“Method andarrangement for interference compensation in a voltage-controlledfrequency generator”)。

在移动通信中不断要求增加数据速率、通信设置和/或通信处理的加速以及节能。

本发明的一般目的在于使PLL配置灵活，使得RF收发机能够支持更多功能。本发明的另一目的在于提供一种改进的符合LTE的RF收发机以及一种改进的符合LTE的调制解调器，其允许加速移动通信中的切换过程。

根据本发明，提供了一种用于符合LTE的通信设备的RF收发机，包括具有发射PLL合成器的发射侧以及具有接收PLL合成器的接收侧。所述发射侧还包括：包含混频器单元和滤波器单元的至少一个发射路径，而所述接收侧包括至少两个接收路径，每个路径都包括各自的混频器单元和滤波器单元。发射PLL合成器可操作用于对所述至少一个发射路径提供载波频率，并且所述接收PLL合成器可操作用于对所述至少两个接收路径提供载波频率。本发明的RF收发机的特征在于：所述发射PLL合成器连接到发射侧，具体地，经由切换机构连接到混频器单元；而所述接收PLL合成器连接到接收侧，具体地，经由相同的切换机构连接到所述接收混频器单元的至少一个，其中，所述切换机构可操作用于将所述发送PLL合成器选择性地连接到所述至少一个接收混频器单元，并且将所述接收PLL合成器选择性地连接到所述发射混频器单元。

根据优选实施例，所述发射PLL合成器经由第一双极开关的第一极连接到所述发射混频器单元；并且所述接收PLL合成器经由第二双极开关的第二极连接到所述接收混频器单元中的一个，其中，所述第一双极开关和所述第二双极开关的第一极互连，并且所述第一双极开关和所述第二双极开关的第二极互连，使得所述第一开关可操作用于将所述接收PLL合成器选择性地连接到所述发射混频器单元，而所述第二开关可操作用于将所述发送PLL合成器选择性地连接到所述接收混频器单元中的一个。因此，通过简单地添加仅包含很小的执行开销的少许开关，就能明显增强RF收发机的灵活性。

根据另一实施例，可以以与第二开关类似的方式，在Rx PLL合成器和一对接收路径中的另一个之间连接第三开关，以进一步增强RF收发机的灵活性。

根据第二方面，本发明提供了一种用于符合LTE的通信设备的调制解调器，基本上包括基带单元和上述RF收发机。所述基带单元包括基带发射机、基带接收机、基带控制器，所述基带控制器为收发机单元的切换机构提供控制信号。

根据另一优选实施例，所述调制解调器还包括接收信号强度指示测量单元，其中，将所述收发机的第一接收路径和第二接收路径中的每一个都连接到所述基带单元的第一开关和第二开关，每个开关都选择性地连接到基带接收机或者连接到基带RSSI单元，并且可以通过基带控制器来控制基带单元的开关和收发机单元的开关。

以该方式，本发明有利地提供灵活的PLL配置，通过支持使用收发机PLL，允许RF收发机以非常小的执行开销来支持更多功能，并且具体地，使用一对Rx路径用于除了基本目的之外的其他目的，即，与LTE标准兼容的空间分集(MIMO)。

根据仅通过示例的方式给出并且参考附图进行的下面的特定实施例的详细描述，本发明的附加特征和优点将是明显的，其中：

图1示出了无线通信设备的现有技术RF收发机的示意性框图；

图2示出了在普通LTE操作模式下根据本发明的RF收发机的第一实施例的示意性框图；

图3示出了处于第一可选操作模式的图2的RF收发机；

图4示出了处于第二可选操作模式的图2的RF收发机；

图5示出了处于第三可选操作模式的图2的RF收发机；

图6示出了包括两个发射路径的根据本发明的RF收发机的另一实施例的示意性框图；以及

图7示出了包括图2的RF收发机的根据本发明的调制解调器的示例性实施例的示意性框图。

图2示出了可以在LTE通信设备中使用的根据本发明的RF收发机200的示意性框图。RF收发机200包括Rx侧和Tx侧，Rx侧包括两个接收路径，Rx1和Rx2，Tx侧包括单个Tx路径。Rx路径和Tx路径的每一个都包括混频器和滤波器。Rx混频器154，164中的每一个都从独立的Rx天线接收RF信号，并且能够从共享Rx PLL合成器240接收载波频率，以将接收到的RF信号下变换成基带信号，用于供应给RF滤波器252、262，RF滤波器252、262分别调整信号带宽，然后将信号供应给基带单元以进行解调。Tx混频器214接收已经由Tx滤波器212调整了带宽的基带信号，并且能够从相关Tx PLL 230接收载波频率，以将滤波的基带信号上变换成RF，用于输出到Tx天线以进行传输。PLL合成器230、240从时钟生成器接收公共参考时钟信号，参考时钟输入，时钟生成器可以是单独的设备或者可以被集成在RF收发机或BB单元中。

到目前为止的描述，RF收发机200与图1的RF收发机100类似。与RF收发机100相比，Tx PLL 230和Rx PLL 240没有直接连接到各个混频器。相反，Tx PLL 230通过双向开关280连接到Tx混频器214，Tx PLL 230的第二极连接到Rx PLL 240，并且Rx PLL 240通过双向开关290连接到Rx混频器254，Rx PLL 240的第二极连接到Tx PLL 230。

通过开关280、290，与公知收发机相比，大大增强了采用收发机PLL的灵活性。

图2示出了Rx收发机200的普通操作模式，与图1所示的硬接线现有技术收发机提供的普通操作模式相同。具体地，Tx混频器开关280被切换以将Tx PLL 230连接到Tx混频器214，并且Rx混频器开关290被切换以将Rx PLL 240连接到Rx混频器254，使得Rx混频器254和264二者都使用Rx PLL 240，Rx混频器264固定地连接到Rx PLL 240。

开关280、290使得RF收发机200能够以可选操作模式进行操作，其中，在特定先决条件下，允许加速通信切换和/或节能。例如，如果终端连接到FDD网络，并且当前在一个Rx路径上进行接收但不发射，则Tx PLL空闲，并且能够被切换到第二Rx路径，允许在留在使用第一Rx路径的服务小区上的同时，在不同频率上同时执行测量。这可以显著增加切换速度。在另一示例中，终端可以连接到TDD(时域双工)网络，这意味着，Rx和Tx在相同频率上操作。通过本发明的设置(机构)，Rx PLL可以切换到Rx路径和Tx路径二者，使得Tx PLL变得空闲。然后，Tx PLL可以被关断以节能，或者当不需要第二Rx路径进行普通操作时，Tx PLL可以用于执行不同频率上的测量。这对于FDD/TDD双模式RF收发机特别实用。

现将参考图3至图5来详细解释RF收发机200的三种不同可选操作模式。

在图3中，终端当前不进行发射，因此Tx侧关闭，如212、214所表示的。第二接收路径，Rx 2，用于接收。在该情况下，第一Rx混频器254可以临时被切换成Tx PLL 230，然而可以被配置为与当前接收频率不同的Rx频率，允许以不同频率执行测量，以寻找展现更好信噪比(SNR)的可选载波频率，用于可选地切换到另一通信小区。

图4和图5图示了本发明的RF收发机的两种操作模式，可以在收发机是支持FDD和TDD(时分双工)网络二者中的通信的双模式通信终端的一部分的情况下采用所述两种操作模式。如果通信终端当前连接到TDD网络，这意味着，Rx和Tx在相同频率上进行操作，则Rx PLL240可以生成该公共频率，即，Tx混频器开关280被连接到Rx PLL 240，如图4和图5中所示。

现在，Tx PLL 230空闲，允许下面两种选择：

根据第一选择，第一Rx混频器254可以切换到Tx PLL 230，如图4中所示。然后，Tx PLL 230将被配置为调谐到不同的Rx频率，这允许执行RSSI测量，如上参考图3所述。该选择允许加速RSSI测量，以非常小的执行成本进行移动通信。

根据第二选择，Tx PLL 230可以被关断以节能，如图5中所示。

在本发明的另一实施例中，没有在附图中示出，以与在Rx PLL 240与第一Rx混频器254之间连接第二开关类似的方式，可以在Rx PLL240与第二Rx混频器264之间连接第三开关，以进一步提高灵活性。

返回图2，以虚线示出用于控制开关280和290的控制路径。在图3至图5中，为了简明，已经省略了这些控制路径。可以通过基带单元的基带控制器提供用于开关280和290的控制信号，基带单元与RF收发机200一起形成无线通信设备中的调制解调器的一部分。

图7将调制解调器700示出为分别通过模-数(ADC)转换器和数-模(DAC)转换器耦合的图2的RF收发机200和数字基带单元750。

可以在一个半导体芯片上实现图2中所示的RF收发机，并且可以在另一个半导体芯片上实现基带(BB)单元，诸如图7的基带单元750。DAC 710和ADC 722、724可以驻留在RF或BB芯片上。甚至可以将所有组件集成在单个芯片上。

通过调制解调器的基带单元750中的基带控制器756引发RF收发机200中的开关280、290的切换。

基带输出接口通常是串行接口；因此每个开关将仅需要一个附加地址来控制本发明的RF收发机的各开关。

除了基带控制器756、基带发射机752和基带接收机754之外，基带单元可以包括基带测量单元，诸如图7所示的单元758，用于以不同于通信设备的当前操作频率的频率提供接收信号的接收信号强度指示(RSSI)。此外，基带单元可以包括开关760、770，将基带单元750的Rx BB输入的每一个选择性地连接到基带接收机754，或者可选地连接到基带测量单元758。图7示出了支持普通LTE通信模式(即，通过两个接收路径的接收并且通过一个发射路径的发射)的开关760、770。然而，BB控制器756可操作用于以支持RF收发机200的期望操作模式(诸如以上结合图3至图5所述)的方式来控制开关760、770。

对于特定的调制解调器应用，尤其在没有电池供能的情况下，有利地是添加另一发射路径。这样的实施例的应用示例被称为毫微微蜂窝基站(femtocell)，即，微型基站，以及所谓的驻留单元，即，固定无线终端。图6中给出合并第二Tx路径的RF收发机的实施例的框图。

对于终端，第二Tx路径的主要应用是增加上行链路范围，可以以两种方式来实现：

在第一操作模式下，两个Tx路径并行用于增加输出功率。而且，发射分集或波束赋形(如本申请人的另一专利申请中所描述，EP 09179085.7)也可以增加该范围。

在另一操作模式下，每次仅使用单个Tx路径，但是在基站控制下选择最佳的一个，换句话说，实现通过基站控制的Tx天线选择被实现为增强通信性能。

已经公开了RF收发机以及包括灵活PLL配置的调制解调器，通过使得能够使用收发机PLL用于除了普通LTE业务通信之外的其他目的，允许RF收发机以非常小的执行开销支持更多功能。根据上述描述，向本领域的技术人员明确建议了上述实施例和操作模式的其他组合。

Claims

1.一种用于符合LTE通信设备的RF收发机，包括具有发射PLL合成器的发射侧和具有接收PLL合成器的接收侧，所述发射侧还包括至少一个发射路径，所述至少一个发射路径包括混频器单元和滤波器单元，并且所述接收侧还包括至少两个接收路径，每个路径都包括各自的混频器单元和滤波器单元，所述发射PLL合成器连接到所述发射混频器单元、并且可操作用于为所述至少一个发射路径提供载波频率，而所述接收PLL合成器连接到所述接收混频器单元、并且可操作用于为所述至少两个接收路径提供载波频率，其特征在于：

所述发射PLL合成器(230、630)经由切换机构(280、290)连接到所述发射混频器单元，

所述接收PLL合成器(240、640)经由相同的切换机构连接到所述接收混频器单元中的至少一个，

所述切换机构可操作用于将所述发射PLL合成器选择性地连接到所述至少一个接收混频器单元、并且将所述接收PLL合成器选择性地连接到所述发射混频器单元。

2.如权利要求1所述的RF收发机，其中：

所述发射PLL合成器(230；630)经由第一双极开关(280；680)的第一极连接到所述发射混频器单元(214；614)；

所述接收PLL合成器(240；640)经由第二双极开关(290；690)的第二极连接到所述接收混频器单元(254、264；654、664)中的一个；

所述第一双极开关和所述第二双极开关的第一极互连，并且所述第一双极开关和所述第二双极开关的第二极互连；

由此，所述第一开关(280；680)可操作用于将所述接收PLL合成器选择性地连接到所述发射混频器单元，而所述第二开关(290；690)可操作用于将所述发射PLL合成器选择性地连接到所述接收混频器单元中的一个。

3.如权利要求2所述的RF收发机，其中，所述接收PLL合成器(240、640)经由第三开关以如下方式连接到所述接收混频器单元(254、264；654、664)中的另一个：其中，所述第三开关的第一极连接到所述第一双极开关和所述第二双极开关的第一极、而所述第三开关的第二极连接到所述第一双极开关和所述第二双极开关的第二极。

4.一种用于符合LTE通信设备的调制解调器，包括：包含基带发射机(752)的基带单元(750)、基带接收机(754)、基带控制器(756)、以及还包括根据权利要求1的RF收发机(200)，其中，由所述基带控制器(756)控制所述收发机单元(200)的所述各开关(280、290)。

5.如权利要求4所述的调制解调器，还包括：接收信号强度指示(RSSI)测量单元(758)，其中，经由各自的模-数转换器(722、724)将所述收发机的第一接收路径和第二接收路径中的每一个都连接到所述基带单元的第一开关和第二开关，每个开关都选择性地连接到所述基带接收机(754)或者连接到所述基带RSSI单元(758)，所述基带RSSI单元(758)适用于执行接收信号强度测量，其中，由所述基带控制器(756)控制所述基带单元(750)的各开关(760、770)和所述收发机单元(200)的各开关(280、290)。