CN103166654A - 宽带rf前端 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称为宽带RF前端。本发明的实施方式包括一种用于无线通信的收发机。该收发机包括天线、发射机和接收机，该发射机包括可调谐匹配网络和调制器，该接收机包括可编程带通滤波器(BPF)和解调器。

Description

宽带RF前端
技术领域
本公开一般地涉及无线通信系统的RF前端。更具体地，本公开涉及一种宽带RF前端。
背景技术
传统的无线通信系统通常是针对特定标准而设计的，诸如GSM(全球移动通信系统)或宽带码分多址(W-CDMA)，每一个标准需要不同的载波频率。例如，GSM信号的载波频率从800MHz到1GHz变化，而W-CDMA信号的载波频率在2-3GHz之间变化。当前对其中用户可以从同一无线设备接入不同标准的无线业务融合的需求正在驱动多标准和多频带收发机的发展，该多标准和多频带收发机能够在整个无线通信频谱(从300MHz到3GHz)中发送/接收无线信号。
为了满足多标准和多频带的需求，RF前端(天线和第一中频(IF)级之间的电路)需要在覆盖整个无线通信频谱的频率范围内运行。多频带/多标准无线收发机的一个典型的RF前端包括用于阻抗匹配的匹配网络、一组用于信道选择的带通滤波器(BPF)、片外功率放大器(PA)和用于调制/解调的RF集成电路(IC)芯片。当实施宽带PA和宽带RF IC时，信道选择机制变为设备尺寸的限制因素。例如，需要4个BPF来形成四频手机的RF前端，从而导致了足够大到容纳4个BPF的设备。
此外，联邦通信委员会(FCC)最近的一项决定已经允许没有牌照的广播设备访问电视频谱中的“空白频段”，促进了“WhiteFi”技术和空白频段设备的发展。与最普遍运行在2.4GHz和5.0GHz的传统WiFi不同，空白频段设备运行在30个独立的6MHz TV信道上(转换为数字TV后释放的)。大量的空白频段信道加剧了空白频段设备的信道选择问题。
发明内容
本发明的一个实施方式提供了一种用于无线通信的接收机。该接收机包括天线、可调谐解调器以及位于天线和可调谐解调器之间的可编程带宽滤波器(BPF)。
在本实施方式的一个变体中，可编程BPF的中心频率可以在300MHz到3.6GHz的范围内调谐。
在进一步的变体中，可编程BPF的中心频率可以动态调谐。
在本实施方式的一个变体中，可编程BPF包括可调谐低通滤波器(LPF)和可调谐高通滤波器(HPF)。
在本实施方式的一个变体中，可调谐解调器是正交解调器。
在本实施方式的一个变体中，可调谐解调器具有300MHz到3.6GHz之间的调谐范围。
在进一步的实施方式中，可调谐解调器包括N分频合成器。
在本实施方式的一个变体中，接收机进一步包括位于可编程BPF和可调谐解调器之间的宽带放大器。
本发明的一个实施方式提供了一种用于无线通信的发射机。该发射机包括天线、可调谐调制器以及位于天线和可调谐调制器之间的可调谐匹配网络。
在本实施方式的一个变体中，可调谐匹配网络被配置为在300MHz到3.6GHz的频率范围内匹配天线的阻抗。
在本实施方式的一个变体中，可调谐调制器是正交调制器。
在本实施方式的一个变体中，可调谐调制器具有300MHz到3.6GHz的调谐范围。
在本实施方式的一个变体中，发射机进一步包括位于可调谐调制器和可调谐匹配网络之间的宽带放大器。
本发明的一个实施方式包括一种用于无线通信的收发机。该收发机包括天线、发射机和接收机，该发射机包括可调谐匹配网络和调制器，该接收机包括可编程带通滤波器(BPF)和解调器。
在本实施方式的一个变体中，可编程BPF的中心频率可以在300MHz到3.6GHz的范围内调谐。
在本实施方式的一个变体中，可编程BPF包括可调谐低通滤波器(LPF)和可调谐高通滤波器(HPF)。
在本实施方式的一个变体中，可调谐匹配网络被配置为在300MHz到3.6GHz的频率范围内匹配天线的阻抗。
附图说明
图1呈现了示出使用一组带通滤波器(BPF)的宽带无线接收机的架构的图。
图2呈现了示出根据本发明的一个实施方式，使用单个可编程BPF的宽带无线接收机的架构的图。
图3呈现了示出使用一组匹配网络的宽带无线发射机的架构的图。
图4呈现了示出根据本发明的一个实施方式的宽带无线发射机的架构的图。
图5呈现了示出根据本发明的一个实施方式的宽带无线收发机的架构的图。
具体实施方式
提供以下描述以使得本领域的任何技术人员都能够制造并使用本发明，并且以下描述是在特定应用及其需求的上下文中提供的。对所公开的实施方式的各种修改对本领域技术人员而言是显而易见的，本文中定义的一般原则可以应用到其他实施方式和应用中，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明不局限于所示出的实施方式，而是被赋予与本文公开的原则和特征相一致的最宽范围。
概述
本发明的实施方式提供了一种用于宽带RF前端的解决方案。在一个实施方式中，宽带RF前端包括可编程带宽滤波器(BPF)和可调谐匹配网络。
宽带RF接收机前端
图1呈现了示出使用一组BPF的宽带无线接收机的架构的图。在图1中，接收机100包括天线102、开关芯片104、RF IC芯片106和宽带数字信号处理器(DSP)108。
开关芯片104包括1×n开关110、多个BPF(诸如BPF 114)和n×1开关112。RF IC芯片106包括宽带放大器116、可调谐解调器118、可调谐低通滤波器(LPF)120和ADC 122。注意，开关110和112与不同通带的BPF一起确保不同频带的RF信号经由单个输入馈送到宽带放大器116。
在运行期间，根据当前哪个标准处于有效状态，从而根据期望RF信号的频带，单刀多掷(SPMT)开关110将接收到的RF信号切换到相应的BPF，该BPF的通带对应于期望RF信号的频带。所有BPF的输出经由SPMT开关112耦合到超宽带放大器116。注意，开关110的开关位置与开关112的开关位置相对应，从而确保正确的滤波器输出被发送到宽带放大器116以进行放大。例如，如果接收机100被配置为在特定TV信道上接收信号，那么开关110和112确保接收的信号由具有对应于该特定TV信道的通带的BPF进行滤波。
放大器116是能够在宽频率范围上放大RF信号的宽带放大器。解调器118随后将放大的RF信号下变频到IF信号或基带信号。在一个实施方式中，解调器118是正交解调器。在一个实施方式中，解调器118的本地振荡器(图1中未示出)被调谐到与对应于TV信道的RF载波的频率相同的频率；因此，RF信号被直接转换为基带信号。可调谐LPF 120拒绝和频率上的信号，并将基带信号发送到ADC 122，ADC 122在将模拟信号发送到基带DSP 108以进一步处理之前将该模拟信号转换到数字域。
为了跨越转换为数字TV后释放的数十个TV信道接收信号，接收机100需要包含数十个BPF，这导致了设备尺寸的增大。为了克服这一问题，本发明的实施方式提供了一种在RF前端和天线之间实施单个可编程BPF的接收机。
图2呈现了示出根据本发明的实施方式的宽带无线接收机的架构的图。在图2中，接收机200包括天线202、可编程BPF 204、RFIC芯片206和基带数字信号处理器(DSP)208。
在运行期间，可编程BPF 204被配置为在将所选信号发送到RFIC芯片206以进行解调和下变频之前在期望的信道处选择RF信号。可以基于期望RF信号的载波频率对可编程BPF 204的中心频率进行编程。通过使用单个的可编程BPF以进行信道选择，本发明的实施方式显著减小了设备的尺寸。在一个实施方式中，在接收机200投入使用之前对可编程BPF 204进行编程。根据当前的标准，可以将可编程BPF 204的中心频率调谐到期望值。在一个实施方式中，可以动态地调谐可编程BPF 204的中心频率，使得接收机200能够在需要的时候切换信道。在另一实施方式中，可编程BPF 204的中心频率在整个无线通信频谱(从300MHz到3.6GHz)上是可调谐的。
可以使用各种技术来制造可编程BPF 204。在一个实施方式中，使用可调谐LPF和可调谐HPF来形成可编程BPF 204。因此，通过调谐LPF和HPF的截止频率，可以调谐可编程BPF 204的中心频率和带宽。
RF IC芯片206包括宽带放大器210、可调谐解调器212、可调谐低通滤波器(LPF)214和ADC 216。在一个实施方式中，可调谐解调器212是能够对所接收的宽频率范围(从300MHz到3.6GHz)的RF信号进行解调的正交解调器。在另一实施方式中，可调谐解调器212包括N分频合成器，该N分频合成器使得本地振荡器的输出能够覆盖宽频率范围(从300MHz到3.6GHz)。
宽带RF发射机前端
匹配网络可以用于匹配发射机的阻抗和天线的阻抗。因为发射机的阻抗作为载波频率的函数而变化，所以对于不同的频带需要不同的匹配网络。例如，发射机可以使用一个匹配网络用于GSM传输，而使用不同的匹配网络用于W-CDMA传输。因此，为了在宽频谱上运行，发射机需要包括多个匹配网络。图3呈现了示出使用一组匹配网络的宽带无线发射机的架构的图。在图3中，发射机300包括天线302、开关芯片304、RF IC芯片306和基带数字信号处理器(DSP)308。
开关芯片304包括n×1开关310、多个匹配网络(诸如匹配网络314)和1×n开关312。RF IC芯片306包括宽带放大器316、可调谐调制器318、LPF 320和DAC 322。注意，开关310和312与不同频带的匹配网络一起确保放大器316的输出阻抗总是与天线302的阻抗相匹配，而不管发射的RF信号的载波频率如何。在一个实施方式中，对于每个频带使用单独的功率放大器(PA)；相应的匹配网络将该PA的阻抗与天线的阻抗相匹配。
在运行期间，基带DSP 308所提供的基带信号由DAC 322从数字域转换到模拟域。LPF 320滤出任何带外噪声。根据当前的有效标准或运行模式，可调谐调制318将基带信号调制到特定载波频率。宽带放大器316放大经调制的RF信号。开关312和320选择对应于RF频率的匹配网络，并将RF信号发送到天线302以进行传输。
为了跨越转换为数字TV后释放的数十个TV信道发射信号，发射机300需要包含数十个匹配网络，这导致了设备尺寸的增大。为了克服这一问题，本发明的实施方式提供了一种在RF发射机前端和天线之间实施单个可调谐匹配网络的发射机。
图4呈现了示出根据本发明的一个实施方式的宽带无线发射机的架构的图。在图4中，发射机400包括天线402、可调谐匹配网络404、RF IC芯片406和基带数字信号处理器(DSP)408。RF IC芯片406包括DAC 418、LPF 414、可调谐调制器412和宽带放大器410。在一个实施方式中，可调谐调制器412是能够对宽频率范围(从300MHz到3.6GHz)的RF信号进行调制的正交调制器。
在运行期间，根据发射的RF信号的载波频率，可调谐匹配网络404被调谐以确保放大器410的阻抗与天线402的阻抗相匹配。通过使用单个可调谐匹配网络进行阻抗匹配，本发明的实施方式显著减小了设备的尺寸。
可以将发射机的RF IC与接收机的RF IC集成到单个RF收发机IC芯片上，该芯片执行RF调制和解调。通过将可调谐匹配网络和可编程BPF耦合到RF收发机IC芯片，可以获得宽带RF无线收发机。图5呈现了示出根据本发明的一个实施方式的宽带无线收发机的架构的图。在图5中，收发机500包括天线502、RF IC收发机芯片504、DSP 506、可调谐匹配网络508和可编程BPF 510。在一个实施方式中，收发机500被配置为在TV空白频段频谱上运行。
已经出于说明和描述的目的给出了本发明的实施方式的前述描述。它们并非旨在穷举和限制本公开。因而，很多修改和变化对本领域技术人员来说将是显而易见的。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种用于无线通信的接收机，包括：
天线；
可调谐解调器；和
可编程带通滤波器(BPF)，其位于所述天线和所述可调谐解调器之间。
2.根据权利要求1所述的接收机，其中所述可编程BPF的中心频率在300MHz到3.6GHz的范围内可调谐。
3.根据权利要求2所述的接收机，其中所述可编程BPF的所述中心频率可动态调谐。
4.根据权利要求1所述的接收机，其中所述可编程BPF包括可调谐低通滤波器(LPF)和可调谐高通滤波器(HPF)。
5.根据权利要求1所述的接收机，其中所述可调谐解调器是正交解调器。
6.根据权利要求1所述的接收机，其中所述可调谐解调器具有300MHz到3.6GHz之间的调谐范围。
7.根据权利要求6所述的接收机，其中所述可调谐解调器包括N分频合成器。
8.根据权利要求1所述的接收机，进一步包括位于所述可编程BPF和所述可调谐解调器之间的宽带放大器。
9.一种用于无线通信的发射机，包括：
天线；
可调谐调制器；和
可调谐匹配网络，其位于所述天线和所述可调谐调制器之间。
10.根据权利要求9所述的发射机，其中所述可调谐匹配网络被配置为在从300MHz到3.6GHz的频率范围对所述天线的阻抗进行匹配。
11.根据权利要求9所述的发射机，其中所述可调谐调制器是正交调制器。
12.根据权利要求9所述的发射机，其中所述可调谐调制器具有300MHz到3.6GHz的调谐范围。
13.根据权利要求9所述的发射机，进一步包括位于所述可调谐调制器和所述可调谐匹配网络之间的宽带放大器。
14.一种用于无线通信的收发机，包括：
天线；
发射机，其包括可调谐匹配网络和调制器；和
接收机，其包括可编程带通滤波器(BPF)和解调器。
15.根据权利要求14所述的收发机，其中所述可编程BPF的中心频率在300MHz到3.6GHz的范围内可调谐。
16.根据权利要求14所述的收发机，其中所述可编程BPF包括可调谐低通滤波器(LPF)和可调谐高通滤波器(HPF)。
17.根据权利要求14所述的收发机，其中所述可调谐匹配网络被配置为在从300MHz到3.6GHz的频率范围对所述天线的阻抗进行匹配。
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