CN103814526B - 用于频带聚合模式的前端电路 - Google Patents

Abstract

提出了用于无线通信单元的前端电路，其包括至少两个天线馈电、它们中的至少一个被耦接至天线开关。所述电路包括滤波器和双工器并且被准备为操作多个FDD频带。每个FDD频带包括用于接收信号的Rx频带和用于发送信号的Tx频带。所述电路提供用于每个频带的单频带操作模式以及聚合的频带操作模式。在聚合的频带操作模式中，Rx信号可以同时在两个不同的频带中被接收，以及Tx信号可以在所述两个不同的频带中的至少一个中被发送。此外，TDD频带以及GSM频带也被覆盖。

Description

用于频带聚合模式的前端电路

当前，新的蜂窝移动通信标准LTE（长期演进）正在全球性地被实施。作为一个主要的新特征，此标准包括在不同的频带处同时使用两个接收信道来改善下行链路数据速率的可能性。根据此标准的最新发布版本，一系列的频带间组合被定义，每个频带间组合包括两个Rx频带，在所述两个Rx频带中接收信号必须由移动电话同时操作。在所述LTE标准中，所述不同频带的组合（在下面被称为频带聚合）到目前为止涉及FDD（频分双工）频带，仅包括用于发送和接收信道的不同的频带。移动共同体至今定义了大约30个FDD频带，但是它们中很少是针对频带聚合操作模式而被提出的。

在FDD频带中，同时的发送和接收操作是可能的。因此，每个FDD频带需要双工器，并且像LTE的标准需要两个双工器被同时连接到天线以支持频带间载波聚合。到目前为止，如何用两个双工器构建能够在没有任何性能下降的情况下或者在没有对所述双工器的任何附加的要求的情况下而被操作的前端电路的技术方案不是已知的。此缺席是由于所述两个双工器对彼此、对交换机以及对天线馈电的同时匹配。当前所使用的前端电路使用单馈电天线，继之是多掷开关，所述多掷开关每次将一个双工器连接到所述天线。根据所提出的以及未来的频带聚合模式，针对这样的前端，支持频带聚合将意味着所述开关需要能够具有两个有效路径。除了启用针对此新的操作模式的开关外，更重要地，必须被同时地连接到同一天线端口的双工器对需要被匹配以便所述双工器不彼此加载。这样的匹配不可避免地导致所述前端处的损失，而且需要所述前端上的额外的区域。如果现有的前端已经支持若干频带组合，则这将使得设计具有挑战性并且易于产生损失。其次，所述单一双工器需要具有极其良好的带外反射率，以致所述双工器不彼此加载，否则这将显著地增加RF前端损失。此外，由于已知的前端在一个模块中使用不同的滤波器技术，这些损失不能在模块设计中被补偿。如果使用已知的前端架构，则即使无损匹配部件也不能解决此任务。

因此，本发明的目的是提供能够被用于频带聚合操作模式的前端电路，其不提供性能降低并且其不需要开发新的部件，像滤波器和双工器。

这些目的由根据权利要求1的前端电路解决，所述前端电路可以被使用在准备好允许频带聚合操作模式的LTE操作的蜂窝电话中。本发明的有利的实施例由另外的权利要求给出。

根据本发明，提供了至少两个天线馈电，每个天线馈电被分配给独立的频率范围，每个频率范围包括至少一个频带，其中所述前端电路和所述天线馈电准备在其中工作。天线开关被耦接到至少一个天线馈电。所述前端电路进一步包括双工器，其数量取决于所述电路准备在其中工作的FDD频带的数量。直接地或借助于各个天线开关，每个双工器被耦接至所述天线馈电中的一个。将所述双工器耦接至所选择的天线馈电是根据所述天线馈电被分配至其中工作的频率范围而被进行的。

所述前端电路被准备以操作多个FDD频带，每个FDD频带包括用于接收信号的Rx频带和用于发送信号的Tx频带。所述电路被进一步准备以支持针对每个频带的单频带操作模式，并且也支持聚合的频带操作模式，在其中两个不同的Rx信号可以同时在所述频带中的两个不同的频带中被接收。同时，Tx信号可以在所述两个不同的频带中的至少一个中被发送。

所述至少两个天线馈电允许将同一天线馈电与不同的天线相连接，每个针对不同的频率范围而被优化。例如，如果一个频带是从1GHz频率范围中挑选的，并且另一个频带是从2GHz范围中挑选的，则所得到的频带组合（频带聚合）可以被支持而没有任何附加的匹配。因此，一个硬件（前端电路）可以支持不同的频带聚合，可能的频带聚合的数量取决于所述电路正准备在其中工作的频带的数量。优选的频带聚合组合不同的频率范围的两个频带。通过所提出的电路，频带聚合不产生附加的插入损失。因为所述双工器的频带聚合是经由所述天线馈电和被耦接至所述天线馈电的各个天线而被进行的，反射率没有主要影响，因此导致与已知的方案（在其中所述聚合的双工器被同时地耦接至同一天线馈电）相比较更少的RF前端的插入损失。这使得双工器装置的设计更容易。

此外，使用独立的天线馈电也确保了针对所述附加的Rx频带的良好的Tx对Rx的隔离。使用给定的FDD频带作为主频带并且将此主频带与另一频率范围内的所期望的其他频带相组合是有利的。例如，当使用频带8作为关于Tx和Rx两者的主频带时，对频带1Rx的隔离是良好的，而没有任何修改所述双工器的频带8Tx部分的需要。主频带和附加的频带被耦接至不同的天线馈电。所述主频带是主要被使用的频带，并且可选地在世界的不同区域中被使用。

相对于具有一个天线馈电的已知的方案，每个天线馈电的开关现在具有更少的掷刀，由此将损失减少了百分之几十dB并且另外改善了线性度。特别地，可以保持小的开关尺寸，因为阻断器功率被在10dB范围内的天线耦合附加地衰减。这显著地减小了混合产品的功率水平。

所述前端电路可以被设计为灵活地支持典型地在每个所期望的环境中被需要的主频带以及聚合的可以支持针对特定国家或特定运营商的要求的另外的频带。那些另外的频带可以通过提供可以与所述给定的主模块相组合的另外的模块而被操作。因此，用非常低的努力，所述主模块可以适合于使用不同频带的不同的环境或不同的国家。

根据本发明的实施例，每个天线馈电被耦接至独立的天线。在此情况下，所述不同的天线馈电的优点保留并且允许分别被耦接至所述不同的天线馈电和天线的双工器的完全独立的操作。

每个天线可以被优化以在给定的频率范围内工作。根据本发明的实施例，所述天线中的至少一个是在最少两个不同频率中和附近工作的双频带或多频带天线，每个频率被分配给所述双频带或多频带天线的基本频率或谐波共振频率。因此，如下是可能的：将在所述双频带天线的基本频率处或在接近所述双频带天线的基本频率处或者在所述双频带天线的谐波频率处或在接近所述双频带天线的谐波频率处工作的所有那些双工器耦接至同一天线馈电并且因此耦接至同一双频带天线。

根据另外的实施例，将至少一个多频带天线与具有相对于所述多频带天线的基本频率或谐波频率而被偏移小于一个倍频程的量的中心频率的另一天线相组合。例如，将在1GHz基本频率和2GHz谐波频率中工作的双频带天线与在1.5GHz处工作的第二天线相组合是可能的。

在改进的实施例中，所述第二天线也是双频带或多频带天线，以致包括这两个天线的前端电路能够在四个不同的频率范围内工作并且因此在位于这四个频率范围内的所有频带中工作。由于当前所使用的天线被优化为工作在1GHz或2GHz的范围内，必须通过无源网络匹配或调谐这些天线以允许它们工作在位于1GHz或2GHz范围附近或位于所述范围的外边界处的频率范围中。通过所提出的修改，提出了例如针对1.5GHz范围的经优化的独立的天线，其不需要进一步调谐或匹配。同时，如果使用双频带天线，则在大约3.0GHz处的频率范围也被此天线的谐波覆盖。

根据本发明的另一个实施例，所述电路被准备以在TDD频带中发送和接收并且因此在所述天线馈电为其而设的频率范围中的一个中以TDD操作模式而工作。这样的前端电路包括用于所述TDD频带的Tx滤波器并且被耦接至取决于所述TDDTx频率的相应频率而选择的所述天线馈电中的一个。天线开关被耦接在所述Tx滤波器和所述天线馈电之间，允许接通或关闭所述Tx路径。根据此实施例，任意数量的TDD频带可以被集成到所述前端电路中，只要这些频带被由所述天线提供的频率范围覆盖。为了实现另外的TDD操作模式，提供独立的滤波器，尤其是独立的Rx滤波器是不必要的。选择并使用所述双工器中的一个来传播相应的TDDRx信号是可能的。如果TDD和FDD频带正使用同一天线馈电，则开关必需在Rx和Tx操作之间选择。

根据另外的实施例，所述前端电路包括匹配电路以允许聚合的操作模式内的匹配。在两个聚合的频带位于同一频率范围内之处，所述匹配电路中的一个被耦接至相关的聚合操作模式的双工器中的每一个。

在一个实施例中，所述天线馈电中的一个被分配给中心位于FDD频带7处的频率范围，并且频带7双工器被耦接至所述天线馈电。如果此分配是针对频带7而排他地进行的，则在频带7内的频率处的信号不需要被路由通过任何开关，因此为这样的频带7天线开关消除了非常高的线性度要求。此要求是由与2.4GHzWLAN（其频带直接与所述频带7频率邻接）共存的要求所导致的。

如果所述蜂窝电话会同时在WLAN和频带7LTE中活动，则WLANTx信号将出现在蜂窝天线处，导致如下情况：在其中两个强的信号可以产生相互调制产物，其使得频带7Rx不敏感。用于频带7的独立的天线允许仅使得频带7双工器足够线性以符合所述标准并且允许优化的操作。与有源开关相比，可以更容易地使无源滤波器（像双工器）线性，如果频带7操作必须与另一FDD频带共享天线馈电，则所述有源开关将是必要的。

尽管如上所述，频带7双工器和频带11双工器可以经由另一天线开关或双工器而被耦接至同一天线馈电。这些频带7和频带11双工器和双信号耦合器或其他天线开关、以及可选地，功率放大器，可以被排他地集成在独立的模块上。

其他频带也可以与频带7双工器组合，以致在期望的组合中两个频带分别共享公共天线馈电。这些频带的信号路径和被布置在其中的相应的双工器可以经由开关或双信号耦合器而被耦接至所述天线馈电，该梯链允许被分配给不同频带的信号的无源分离。如果较低频带内的最高频率A和较高频带内的最低频率B之间的距离是B的至少20%，则双信号耦合器通常工作良好。具有至少这样的频带分离距离的所有可能的频带组合因此可以经由双信号耦合器而被耦接至天线馈电。示例性的另外的组合是频带7和21，以及频带7和24。所述双工器组合和所述双信号耦合器或其他天线开关、以及可选地，功率放大器，也可以被排他地集成在独立的模块上。

在另一实施例中，双信号耦合器被耦接在所述多频带天线的天线馈电和所述天线开关之间以在被分配给所述多频带天线的两个频率范围之间被动地分离。此双信号耦合器提供了所述两个频带之间的增强的隔离以便不需要附加的匹配。

在实施例中，所述前端电路包括核心前端模块，所述核心前端模块支持FDD和TDD频带的基频组并且包括相应的双工器、滤波器、用于不同频率范围的天线馈电、以及至少一个天线开关。为了扩展可能的频带的集合，补充模块可以补充所述核心前端模块，所述补充模块可以经由所述开关而被耦接至所述核心前端模块。为此方面，所述天线开关包括至少一个允许将所述补充模块耦接至所述天线馈电的开关位置。

可以为另外的补充模块或为将外部信号路径耦接至所述核心前端模块而提供另外的开关位置。因此，以聚合的操作模式操作包括核心前端模块和补充模块的前端电路是可能的，在其中在所述核心前端模块的频带中以及在所述补充模块的另一频带中的操作是可能的。任何外部信号路径也可以被实现在补充模块上，包括被集成在该外部信号路径内并且是从滤波器、双工器、双信号耦合器、天线开关以及可选的放大器中挑选的另外的部件。

在下文中，将更详细地同时参考实施例以及附图描述本发明。图仅仅示意性地被绘制，并且不是按比例。为了更好的理解，一些细节可能被放大地描绘。因此，从所述图中获得任何尺寸或者尺寸关系是不可能的。遍及所有所述图以及相应的不同实施例，同一部件或者具有一致的功能的部件由同一参考标号标示。

图1显示了具有核心前端模块和两个补充模块的前端电路的第一实施例。

图2显示了具有在移动通信中被使用的最通常的频率的所提出的划分的表格。

图3显示了前端模块的另一实例，所述前端模块包括支持频带7和11中的操作的另外的前端模块。

图4显示了使用用于频带分离的双信号耦合器的前端模块的另一实例。

图5显示了用于频带7操作的补充模块，其包括用于两个TDD频带中的操作的另外的滤波器。

图6显示了用于频带7操作的补充模块，其包括用于三个TDD频带中的操作的另外的滤波器。

图7显示了用于FDD频带7和频带11中的操作的补充模块，其包括用于两个TDD频带中的操作的另外的滤波器。

图1显示了根据本发明的第一实施例，其包括具有两个核心天线馈电AFC1和AFC2的核心前端模块CFEM。所述核心前端模块的每个天线馈电被连接至独立的开关SSP1、SSP2，允许以所期望的信号路径连接相应的开关。用于频带1的双工器DU1和用于频带2的另一双工器DU2被连接至所述第一开关SSP1。此外，包括用于GSM高频带操作的Tx滤波器TXHB的Tx路径被耦接至所述第一开关SSP1。用于频带5操作的第三双工器DU5和用于频带8操作的第四双工器DU8被耦接至所述第二开关SSP2。此外，用于GSM低频带操作的Tx滤波器TXLB被耦接至所述第二开关SSP2。当所述两个双工器DU1、DU2以及用于GSM的所述Tx高频带滤波器TXHB被分配给通常被命名为“高频带”的包括在大约1.7-2.2GHz之间的频率范围的频率范围时，用于此高频带的所有Tx路径可以经由第一放大器开关SWP1而被连接至第一公共功率放大器，所述第一放大器开关SWP1被准备用以将所述两个双工器中的一个Tx滤波器或用于GSM高频带的所述Tx滤波器连接至所述第一功率放大器PA。

相应的第二放大器开关SWP2将第二信号路径连接至第二功率放大器。代替使用被连接至所述放大器开关SWP1的一个PA，技术人员也可以使用专用的功率放大器PA，所述专用的功率放大器PA将使得所述开关SWP1不再使用。仅专用于一个频带的功率放大器和专用于多个频带并且经由放大器开关而被连接至相应的信号路径的功率放大器的组合也是可能的。

在适当之处，所述GSM接收路径被路由通过所述双工器的相应的Rx滤波器，其在图1中被标记为粗的点划线。例如，所述频带2双工器DU2的所述Rx滤波器被附加地用于将GSM1900Rx信号路由通过那里。相似地，对于GSM900Rx，可以使用所述频带8双工器DU8的Rx部分。在被耦接至所述第一开关SSP1的独立的接收路径中提供用于GSM1800的Rx滤波器1800Rx。但是，将所述GSM1800Rx信号路由通过所述频带3双工器DU3（未被显示）也是可能的。

所述两个双工器DU1和DU2的每个Rx滤波器被连接至自己的低噪声放大器LNA。所述两个双工器DU1和DU2的所述Rx滤波器被准备以递送差分信号，以致所述低噪声放大器也可以以差分模式工作。作为结果，在所述核心前端模块CFEM中并且经由所述第一核心开关而被耦接至所述第一核心天线馈电AFC1的所有信号路径也允许在频带1和频带2操作以及GSM1900操作之间切换。

经由所述第二核心天线开关SSP2而被连接至所述第二核心天线馈电AFC2的信号路径允许在FDD频带5和频带8中的操作以及在GSM850和GSM900中的操作。当所述核心前端模块CFEM具有两个天线馈电以及一个开关、每个被连接至相应的天线馈电时，聚合的操作模式是可能的，在其中被连接至所述第一内部开关的一个系统和被连接至所述第二内部开关的一个系统正同时地工作。主要地，这样的聚合操作模式是两个FDD系统之间的组合，在其中一个双工器每个分别被耦接至所述第一天线馈电和所述第二天线馈电。根据匹配频带，另外的频带组合（聚合的操作模式）将是可能的，尽管这些频带组合中的一些没有在所述LTE标准中被指定：频带1+频带5，频带1+频带8，频带2+频带5，或频带2和频带8载波聚合没有已被指定为针对GSM和LTE的组合（仅成对的WCDMA或LTE频带），但是也将是可能的。

如在图1中所显示的，补充模块SM1可以通过耦接至所述第一内部天线开关SSP1而被连接至所述核心前端模块CFEM。所述第一补充模块SM1也包括频带3双工器和/或可选的GSM1800Rx滤波器，其经由所述第一内部天线开关SSP1的另一开关位置而被耦接。所述补充模块SM1意在允许另外的频带聚合模式，在其中被连接至所述第一开关SSP1的系统可以与被连接至所述第二核心天线开关SSP2的系统同时地被操作。相应的频带以及允许在其中工作的双工器的选择可以任意地被进行，但是仅将那些频带和滤波器连接至被分配给上面定义的高频带频率范围的所述第一内部天线馈电是有利的。

因此，第二补充模块SM2可以经由所述第二核心天线开关SSP2而被连接至所述核心前端模块CFEM。此第二补充模块SM2可以包括被分配给在750和1000MHz之间的低频带频率范围的滤波器和双工器。在所述实施例中，所述第二补充模块SM2仅包括频带20双工器。当然，也可以在所述第二补充模块SM2上提供在所述低频带中工作的其他滤波器和双工器。

在所述核心前端模块CFEM中，定向耦合器DC被布置在第一核心天线馈电AFC1和第一核心天线开关SSP1之间，以及在第二核心天线馈电AFC2和第二核心天线开关SSP2之间。所述定向耦合器DC测量且比较前向功率以及反射的功率以提供用于天线匹配的测量。通过此测量，所述功率放大器的功率可以被相应地调整。此外，通过被耦接在相应的信号路径中的所述核心天线馈电和所述天线之间某处的自适应匹配网络来改善所述匹配是可能的。能够在实例中被使用的优选的自适应匹配网络将是覆盖1GHz和2GHz区域的双馈电调谐器。所述自适应匹配网络仅被用于所述1GHz区域也是可能的。

所述实施例的另外的选项是在所述第一核心天线开关SSP1处的至少一个附加的开关位置，其还没有被耦接至信号路径，但是作为选项，其可以与另外的信号路径相耦接。

外部信号路径没有被耦接至所述核心前端模块CFEM，所述外部信号路径包括外部天线馈电AFS1和被耦接到其上的用于频带7操作的双工器DU7。这允许独立于其他频带操作频带7，鉴于所述频带7频带的位置，这是有利的，所述频带7频带的位置邻接所述2.4GHzWLAN，所述2.4GHzWLAN可以与所述移动电话内的频带7同时活动。因此，WLANTx信号出现在蜂窝天线（核心天线）处，导致如下情形：在其中两个强的信号可以产生相互调制产物，其使得所述频带7Rx不敏感。根据所提出的实施例，通过适配相应的双工器以及所述双工器内的滤波器，仅频带7双工器需要是足够线性的。与高线性的有源开关相比，所述双工器的线性化通常是更容易的，并且不是像浪费空间的。

所述第三天线馈电AFS1（其处于所述核心前端模块外部）允许频带组合并且因此允许聚合的频带操作模式，所述聚合的频带操作模式将频带7与在所述核心前端模块或所述补充模块SM1、SM2中实现的那些频带中的任一个或两个相组合。针对LTE仅已指定了两个载波对，但是图1的实施例将允许三个不同的频带的聚合，每个相应的信号路径被耦接至相应的独立的天线馈电。此外，与被实现在所述核心前端模块或第一补充模块SM1中的GSM系统的组合同时是可能的。

GSM850可以被操作而不需要所述核心前端模块CFEM中的独立的滤波器。GSM850Tx可以经由所述GSM低频带Tx滤波器而被路由，而GSM850Rx信号可以被路由通过所述频带5双工器DU5以及其相应的Rx滤波器。

根据3GPP标准的发布版本9、10和11，频带聚合模式被定义为如表1中所显示的。

表1

LB+LB	LB+MB	MB+MB	MB+HB	LB+HB
					5+12	8+1	2+4	3+7	20+7
5+17	5+1		1+7
						5+2
	11+1
						2+17
	4+17
						4+13
	4+12
						4+5

LB=1GHz区域,MB=2GHz区域

HB=2.6GHz区域

被用于所述频率范围的定义和术语（例如，LB、MB、HB）可以变化。此外，频率范围的分离和定义可以任意地被进行并且通常取决于电路或应用或区域所期望的频率组合和聚合。

图1的所述前端电路可以被改造以支持如在表1中所显示的所定义的频带聚合以及相应的操作模式。

表2显示了当前定义的FDD频带的频带以及它们在世界的那些区域中被使用。只有频带22当前在全世界被使用，即，在所有四个指定的区域中。仅在给定的区域中使用的蜂窝电话要求支持在世界的所述给定区域中被使用的一组受限的频带。其他FDD频带仅被限于一个区域。设计主要的或核心的FEM需要决定应当选择那些频带以可由所述核心FEM操作。优选的选择应当遵从“在尽可能多的区域中被通用”的规则。用于设计针对蜂窝电话的核心前端模块的另一个目标是实现世界电话，其允许在此星球上的任何地方操作。例如，图1提供了这样的世界电话。在那里，频带1、2、5和8可由所述主要的或核心的FEM操作。频带1在欧盟、亚洲和日本内被使用，频带2在美洲内被使用，频带5在美洲和亚洲内被使用，频带8在欧洲和亚洲内被使用。作为结果，在每个区域中一个低频带和一个高频带频带是可用的，以致所述电话在所述区域中的一个中的任何地方可以在低频带或高频带处被操作。

表2：

图2显示了本发明的另一个实施例，其提供了被用于移动通信的最通常的频率范围的任意划分。根据所述提议，600MHz和6GHz之间的总的频率范围被分开成至少六个频率范围。每个范围可以被分配并耦接至独立的天线。使用多频带天线，那些范围中的每个相差大约2倍的两个范围可以被分配给同一天线，允许使用例如所述天线谐振的基本频率和二次谐波。

低频带频率范围LB在600和1000MHz之间。中间频带频率范围IB在1000和1700MHz之间。中频带MB位于1.7GHz和2.3GHz之间。高频带频率范围HB位于2.3和3.0GHz之间。超高频带频率范围UB位于3和4GHz之间。高于4GHz的频率范围还没有被命名但是包含被用于基于5GHzWLAN和WIMAX3的系统的频率。针对可以被考虑用于无线通信和数据传输的另外的标准的新的频率同样如此。

这些新的频率范围不完全符合如通常被使用并且例如图1的实施例中被分配的“高频带”和“低频带”频率范围。但是尽管如上所述，根据图2中提出的划分，图1的天线馈电AFC1可以被用于MB，图1的天线馈电ACF2可以被用于LB，并且天线馈电ACF3可以被用于IB和HB，尽管使用对低频带和高频带范围的另一分配。如果所述小的频率范围的滤波器元件被连接至天线馈电和相应的天线，则更小的频率范围允许更好的天线匹配。天线的中心可以被定位在相应的频率范围的中间处。通过这样，相应的频率范围内的所有频带可以在所述天线的最优操作频率附近被操作。所有部件不需要是宽带的，因为给定的频带和所述频率范围的中心之间的最大差异与已知的系统相比是小的。

所提出的频率范围划分的另一个优点是使用多频带天线，所述多频带天线可以适合于所述新的划分系统内的两个频率范围。相应范围的最优频率的位置是如下这样的：使得给定的频率范围可以与之后的下一个频率范围相组合。因此，可能的组合是低频带LB和中频带MB，中间频带IB和高频带HB，或者中频带MB和超高频带UB。现在，一个天线可以各自被分配给相应的频率范围，每个是如下这样的：使得图2中描绘的总的范围可以被六个单模式天线或三个双频带天线覆盖。如下是清楚的：所提出的频率范围分离系统仅是可选的，并且可以按照相应的方式进行其他分离。将所提出的系统内的或者具有新的边界的频率范围切出以及在外部信号路径中或在补充模块中实现相应的部件（像双工器和滤波器）也是可能的。根据本发明，提高数量的频带聚合操作模式是可能的。

图3显示了与外部信号路径相组合的前端电路的另一实施例，其相似于图1中显示的实施例，但是提供了用于另外的频带的信号路径。对于第一天线馈电AF1，用于FDD系统的四个双工器可以被与GSM1800Rx滤波器和GSMTx高频带滤波器耦接在一起。所述四个双工器DU1、DU2、DU3、DU4被分配给频带1、2、3和4。GSM1900Rx可以被路由通过频带2双工器DU2的Rx滤波器。两个GSM系统（GSM1800和GSM1900）使用相同的Tx滤波器。

因此，相应的匹配电路MC（MC1、MC2）位于第一天线开关ASW1和频带4双工器DU4之间以及在第一天线开关ASW1和频带2双工器DU2之间，以使相应的双工器适合于所述天线开关和所述天线馈电AF1。这是为了允许在频率上彼此靠近的这两个双工器以载波聚合模式工作，所述载波聚合模式是同时在频带2和4中的操作。

用于频带5、频带8的三个双工器和用于从频带12、13和17中选择的频带的一个双工器由第二天线开关ASW2连接至第二天线馈电AF2。如果需要，可以向ASW2添加附加的开关位置，以便路由频带12、13和17之外的第二双工器。一般而言，此实施例仅是示例性的，并且不限于所提到的三个双工器。使用1GHz频率范围的任何其他双工器可以被连接于此。根据表1选择频带12、13和17，因为这些被用于载波聚合。

被连接至所述第二天线开关ASW2的另外的信号路径是用于GSM低频带的Tx路径。因此，GSM850Rx信号被路由通过频带5双工器的DU5Rx滤波器，并且GSM900Rx信号被路由通过相应的双工器的频带8双工器的DU8Rx滤波器。

在特定的实施例中，在频带12、13和17之外的一个双工器被选择并且被布置在所述模块中（也参见表1，其显示了所聚合的频带）。

外部天线馈电AF3经由双信号耦合器DIP而被分别耦接至频带7双工器DU7和频带11双工器DU11。所述双信号耦合器避免了使用开关，并且允许频带7和频带11信号之间的良好的隔离。这显著地改善了所述系统的线性度（WLAN和频带7）。

所有部件（像滤波器、双工器、天线开关和放大器开关）可以位于并且被集成在同一前端模块上。与在参考图1的实施例1中相似，将所述信号路径中的一些放置在通过所述天线开关中的一个而被电连接至所述核心前端模块的补充模块中是可能的。在所有情况下，只有那些部件被耦接至同一天线开关，并且因此被耦接至处于同一频率范围内的同一天线馈电。能够产生干扰其他频带中的操作的相互调制产物的系统位于外部信号路径中，被耦接至独立的天线，如在此针对频带7和频带11双工器的实施例中所显示的。

根据所述第一和第二实施例，被耦接至不同的天线馈电的所有系统之间的同时操作是可能的。如在图3中所显示的，在附加的匹配网络（例如，频带2和频带4载波聚合所需的MC1和MC2）的帮助下的同时操作也是可能的。因此，聚合的操作模式是可能的，允许同时在不同频率范围（或相似的频率范围，参见图3）中接收并操作Rx信号。以模拟的方式，在不同的频率范围中的同时的Tx发送也是可能的。用于所述LTE标准的Tx频带聚合还没有被定义，但是可能是未来的选项，其可以在根据本发明的实施例中被操作。

图4显示了与图1中所显示的第一实施例相似的第三实施例，并且所述第三实施例包括用于所述1GHz和2GHz频率范围的一个公共天线馈电AF1和一个公共天线。所述高频带和低频带的两个路径由被直接耦接至所述天线馈电AF1的双信号耦合器DIP分开。

图5显示了关于被分配给频带7的外部信号路径的变体。所述天线馈电AF的中心被定位在2.5GHz处或者工作在支持1.5GHz区域（IB）和2.7GHz区域（HB）两者的模式中。在后一种情况下，双信号耦合器（可与图3中所显示的双信号耦合器DIP相比较）被耦接至所述天线馈电AF以将所述两个频率区域的频率信号分开。所述HB部分被进一步分割成如在图5中所显示的若干部分。天线馈电AF被耦接至提供三个开关位置的天线开关ASW。在第一开关位置中，用于频带7的双工器DU7经由所述天线开关ASW而被连接至所述天线馈电AF。在第二开关位置中，用于TDD频带38和40的Tx滤波器可以被连接至所述天线馈电AF。所述频带7双工器DU7和所述用于频带38和40的Tx滤波器TxF的输入可以被连接至RFIC线开关SWP的输出Tx，所述SWP允许在频带7中的Tx操作或频带38和40中的Tx操作之间切换。

在图5的变体中，所述天线开关被耦接至相似于被耦接至图3中的天线馈电AF3的双信号耦合器DIP的双信号耦合器。随后，被分配给与频带7频率分开足够高的距离的频带的另一信号路径也可以被耦接至所述双信号耦合器，允许频带7和其他频带的无源分离。

在所述天线开关ASW的第三开关位置中，用于TDD频带38和TDD频带40的两个Rx滤波器可以被连接至所述天线馈电AF或如在图3中所显示的双信号耦合器DIP。所述两个Rx滤波器RXF38和RXF40被形成为带通滤波器，其被无源地连接在它们的输入侧。因为频带38和40之间存在足够的距离，它们能够像双信号耦合器一样工作。另外的信号路径可以被集成在此子模块中，其包括用于频带7、38和40的外部信号路径。

图6显示了在另一个变体中另外的频带如何能够被连接至其中心被定位在大约2.5GHz或者工作在支持1.5GHz区域（IB）和2.7GHz区域（HB）两者的模式中的天线馈电AF。在后一种情况下，双信号耦合器（像图3中所显示的双信号耦合器DIP）根据所述两个区域IB、HB而将所述频率信号分开。所述HB部分被进一步分割成若干部分，如在图5中所显示的。此实施例相似于图5中所显示的实施例，但是具有用于所述天线开关ASW的第四开关位置。用于TDD频带41的Rx滤波器RX41被连接至此第四天线开关位置。用于频带41的Tx路径可以被路由通过所述Tx滤波器TXF，所述TXF的输入经由开关SWP而被耦接至所述RFIC。

图5和图6中所显示的两个实施例允许与其中心被定位在其他频率范围但是在这些图中未显示的其他天线馈电一起的聚合的频带操作。所述聚合的频带操作模式可以包括在FDD频带（像频带7）中的操作或者在差的TDD频带（像频带38、40或41）中的操作。

图7中显示了针对其中心被定位在2.5GHz处的天线馈电AF的另外的变体。用于FDD频带7和11的双工器DU7和另外的双工器DU11经由开关位置1和2而被耦接至天线开关ASW。所述天线开关ASW的第三开关位置将所述Tx滤波器TXF连接至所述天线馈电AF。所述第一Rx滤波器RXF38和所述第二Rx滤波器RXF40被提供，用于在频带38和40中的Rx操作，并且在所述天线开关ASW的第四开关位置处被共同耦接至目前在HB和IB两者（参见图2）中工作的所述天线馈电AF。

在所有实施例中，所述前端电路可以被实现在有机层压制品或LTCC（低温共烧陶瓷）上。当使用层压制品时，隐埋式芯片技术是可能的，在其中当所述双工器被安装在所述层压制品的顶部上时，所述开关裸片可以被嵌入到这些层压制品中。在第二变体中，除了所述开关之外，所述匹配网络也可以被嵌入到所述层压制品中，例如作为集成的无源器件。

如在图1、3和4中所显示的有向耦合器（其也可以被耦接至图5-7中显示的实施例的每个天线馈电）被用于监视去到所述天线中或者被从所述天线馈电反射的功率。可选地，耦合器也被包括在所述外部天线馈电AFS1和频带7双工器DU7之间（参见图1）、在天线馈电AF3和双信号耦合器DIP之间（参见图3）、在天线馈电AF2和双工器DU7之间（参见图4）、在图5中的天线开关ASW之前、在图6中的天线开关ASW之前、或者在图7中的天线开关ASW之前。所述耦合器可以通过所述模块基底的顶部上或内部的集成金属化结构而被实现，但是它们也可以由分立的元件实现，或者所述耦合器甚至可以作为分立元件而在所述核心FEM的外面。另一选项是将所述耦合器实现为被安装在所述模块的顶部上或者使用像SESUB（硅嵌入的基底）的3D集成技术而被嵌入在所述器件中的集成的无源器件。

在图7中显示的实施例中，频带7和频带11之间的切换也可以通过例如图3中所显示的双信号耦合器而被进行。在图5至7中显示的实施例的另外的变体中（在其中纯TDD频带由相应的滤波器实现），不同的和附加的Tx滤波器可以被用于所述TDD频带（像频带38、40和41）中的Tx操作。在此情况下，带通滤波器可以优选地被用作用于所述TDDTx频带操作的Tx滤波器。根据图5至7的实施例可以被实现为补充模块，所述补充模块可以包括用于Tx操作的功率放大器，并且因此可以被实现为PaiD（具有集成的双工器的功率放大器）。所述核心前端模块包括用于从FDD频带、GSM频带和TDD频带中选择的最经常使用的频带的双工器和滤波器。

所有实施例对3GPP公布版本9以上是可用的并且因此对要在移动通信领域中被定义的进一步的标准是开放的。所有实施例将低损失的优点与优良的线性度和小的尺寸相结合。通过将另外的补充模块与所述核心前端模块接通或者通过在不需要可连接至所述前端模块的独立的模块上提供另外的外部信号路径，所有实施例是可扩展的。如果滤波器和双工器或者距离彼此足够远的频带被连接至共同的开关，则此开关可以被双信号耦合器替代。双信号耦合器总是允许根据其频率的所述信号的纯无源路由，而不干扰相应的其他信号路径。

根据客户需求，所述核心前端模块以及补充模块可以包括另外的双工器以在另外的频带中工作。GSM滤波器可以存在于所述核心前端模块中或者可以被省略。将所述GSM信号路径路由通过各个双工器，例如GSM1800通过频带2双工器DU2以及GSM1900通过频带3双工器DU3，也是可能的。

在例如用于1GHz和2GHz操作的双频带或多频带天线存在之处，所述双信号耦合器可以被耦接至相应的天线馈电以将1GHz和2GHz信号路径无源地分离。

已经仅关于一些实例解释了本发明，但是不限于所描绘的实施例。聚合的频带操作模式中的所有扩展和进一步的频带间操作是可能的。对于所有实施例，最重要的是提供被连接至被分配给不同的频率范围的相应的天线的若干天线馈电，这意味着每个天线馈电的中心被定位在所述相应的频率范围的中间的频率处，或者使用频率范围，所述频率范围可以被一次和二次谐波操作天线支持（例如，IB和HB的组合，如在图3中所显示的）。

参考标号的列表

SSP天线开关

ASW天线开关

DU（根据频带的数量的）（多个）双工器

MC匹配电路（以允许聚合的操作模式内的匹配）

LAN低噪声放大器

PA功率放大器

SWP被连接至PA的开关

AF天线馈电

TXHBTX高频带滤波器

TXLBTx低频带滤波器

TXFTx滤波器

RXFRx滤波器

DIP双信号耦合器

SM独立的模块（用于集成频带7和/或频带8部件）

TXFTX滤波器

SM1,SM2补充模块

CFEM核心前端模块

AC1,AC2核心天线耦合

AS补充天线

DC有向耦合器

PaiD具有集成的双工器的功率放大器

Claims (9)

1.用于无线通信单元的前端电路，

-所述电路被准备以操作多个FDD频带，每个FDD频带包括用于接收信号的Rx频带以及用于发送信号的Tx频带

-所述电路提供用于每个频带的单频带操作模式以及聚合的频带操作模式，在其中，在聚合的频带操作模式中，同时地，Rx信号能够在两个不同的频带中被接收，并且Tx信号能够在所述两个不同的频带中的至少一个中被发送，

所述电路包括

-至少两个天线馈电，每个天线馈电被分配给包括至少一个频带的独立的频率范围，并且其中每个天线馈电被耦接至独立的天线

-天线开关，其被耦接至所述天线馈电中的一个

-根据频带的数量的多个双工器，每个双工器直接地或借助于所述天线开关而被耦接至所述天线馈电中的一个，在其中所述天线馈电是根据所述双工器的针对所述频率范围中的一个的分配而被选择的；

-其中所述天线中的一个是工作在最少两个不同的频率处的双谐振天线，其中这些最少两个频率中的每一个被分配给所述双谐振天线的基本频率或谐波；

-其中一个天线馈电被分配给其中心被定位在FDD频带7处的频率范围，并且频带7双工器被耦接至所述天线馈电；

-其中双信号耦合器、三工器、四工器或另一多工器被耦接在所述双谐振天线的所述天线馈电和一个或两个天线开关之间以在被分配给所述多个谐振天线的所述两个频率范围之间无源地分离。

2.根据权利要求1所述的前端电路，

所述电路被准备以在所述频率范围中的所选择的一个频率范围内在TDD操作模式中在TDD频带中发送和接收，所述电路包括用于所述TDD频带的Tx滤波器，所述Tx滤波器借助于所述天线开关而被耦接至所述天线馈电中的一个，其中所述天线馈电被选择为要被分配给所述所选择的频率范围。

3.根据权利要求2所述的前端电路，

其中所述电路和所述天线开关被准备以选择所述双工器中的一个，用于传播TDDRx信号。

4.根据权利要求1所述的前端电路，

包括匹配电路，以允许聚合的操作模式内的匹配，在其中所述两个聚合的频带位于同一频率范围内，并且所涉及的聚合操作模式的所述双工器中的每一个被耦接至所述匹配电路中的一个。

5.根据权利要求1所述的前端电路，

其中频带7双工器(DU7)和频带11双工器(DU11)经由另一个天线开关(ASW)或双信号耦合器(DIP)而被耦接至同一天线馈电(AF)

其中这些双工器、所述双信号耦合器或其他天线开关和可选的功率放大器排他地被集成在独立的模块(SM)上。

6.根据权利要求1所述的前端电路，

其中频带7双工器(DU7)和频带21双工器(DU21)经由另一个天线开关(ASW)或双信号耦合器(DIP)而被耦接至同一天线馈电(AF)

其中这些双工器、所述双信号耦合器或其他天线开关和可选的功率放大器被排他地集成在独立的模块(SM)上。

7.根据权利要求1所述的前端电路，

其中频带7双工器(DU7)和频带24双工器(DU24)经由另一个天线开关(ASW)或双信号耦合器(DIP)而被耦接至同一天线馈电(AF)

其中这些双工器、所述双信号耦合器或其他天线开关和可选的功率放大器被排他地集成在独立的模块(SM)上。

8.根据权利要求1所述的前端电路，

包括核心前端模块，其包括FDD频带和TDD频带的基本频率组以及相关的双工器、滤波器、用于不同的频率范围的天线馈电和至少一个天线开关，

其中所述天线开关包括允许将为附加的频带设计的外部信号路径和相关的部件耦接至所述核心前端模块上的所述天线馈电中的一个的至少一个开关位置

其中所述聚合的操作模式中的一个包括在所述核心模块的频带以及所述外部信号路径的频带中的操作。

9.根据权利要求8所述的前端电路，

其中所述外部信号路径被实现在附加的模块上，所述附加的模块包括被集成在该外部信号路径内的另外的部件，并且从滤波器、双工器、双信号耦合器、天线开关以及放大器中选择所述另外的部件。