CN103840852B - 用于灵活配置rf资源的rf收发机结构 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例提供一种无线收发机。该无线收发机包括多个接收路径，多个发射路径，若干RF部件和用于将一个或者多个RF部件耦合到该发射路径和该接收路径的可配置的复用器。该复用器以允许特定的RF部件耦合到该接收路径的子集和/或该发射路径的子集的方式配置，由此使得能够灵活提供RF部件。

Description

用于灵活配置RF资源的RF收发机结构

相关申请

本申请要求由发明人Tao Li、Hans Wang、Binglei Zhang和Shih Hsiung Mo于2012年11月26日提交的美国临时专利申请号为61/730,015、律师案卷号为AVC12-1006PSP、题目为“RF Transceiver Architecture for Flexible Configuration of RFResources”的权益。

技术领域

本公开总体上涉及RF收发机。更具体的，本公开涉及具有增加的灵活性的能够满足现代无线通信需求的RF收发机。

背景技术

为了改善数据吞吐量和链路范围，现代无线通信标准，诸如3GPPLTE(长期演进)和4G通常采用多输入多输出（MIMO）技术和信道（或者载波）聚合。此外，这些标准同时支持频分双工（FDD）和时分双工（TDD）系统。为了支持MIMO，无线收发机需要包括多个发射和接收路径。为了支持信道聚合和FDD，不同的发射/接收路径可能需要在不同的频率操作。随着发射或者接收路径的数量的增加，硬件部件的数量也随之增加。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种无线收发机。该收发机包括多个接收路径，多个发射路径，若干RF部件和用于将一个或者多个RF部件耦合到该发射路径和该接收路径的可配置的复用器。该复用器以允许特定的RF部件耦合到该接收路径的子集和/或该发射路径的子集的方式被配置，由此使得能够灵活提供RF部件。

在该实施例的一个变形中，该收发机进一步包括基带控制器，该基带控制器被配置为：确定该多个接收路径和该多个发射路径的操作频率，基于该多个接收路径和该多个发射路径的操作频率生成控制信号，并且将该控制信号发送到复用器以配置该复用器。

在该实施例的一个变形中，RF部件包括本地振荡器（LO）。

在另一变形中，特定的本地振荡器被配置为耦合到在同一频率操作的多个接收路径的子集和/或在同一频率操作的多个发射路径的子集。

在另一变形中，每个接收路径包括从所耦合的本地振荡器接收正弦波的解调器，并且每个发射路径包括从所耦合的本地振荡器接收正弦波的调制器。

在该实施例的一个变形中，该多个接收路径和/或该多个发射路径包括下列中一个或者多个：多输入多输出（MIMO）路径，以及信道聚合路径。

在该实施例的一个变形中，被耦合到接收路径和/或发射路径的一个或者多个RF部件被激活，并且没有被耦合到多个接收路径和多个发射路径中的任何一个路径的其余RF部件保持不激活。

附图说明

图1A示出图示传统的单路径RF接收机电路的图（现有技术）；

图1B示出图示传统的单路径RF发射机电路的图（现有技术）；

图2A示出图示根据本发明一个实施例的多路径接收机电路的示例性结构的图；

图2B示出图示根据本发明一个实施例的多路径发射机电路的示例性结构的图；

图3示出图示根据本发明一个实施例的示例性RF收发机的图；以及

图4示出图示根据本发明一个实施例提供本地振荡器（LO）的示例性过程的流程图。

具体实施方式

下面给出的描述是为了使本领域的任何技术人员能够制造和使用本发明，并且该描述在特定的应用及其需求的情况下提供。所公开的实施例的各种修改对本领域技术人员将是显而易见的，并且本文定义的概括的原理可以被应用于其他的实施例和应用而不偏离本发明的范围和精神。因此，本发明不限于所示出的实施例，相反的，应当被给予符合本文所公开的特征和原理的最宽的范围。

概述

本发明的实施例提供包括多个发射和接收路径的RF收发机。每个发射或接收路径可以被配置为工作在与不同的路径所使用的RF频率相同或者不同的频率。此外所有的发射和接收路径共享一组本地振荡器（LO）。根据RF资源（诸如每个发射或接收路径的操作频率）的配置，LO的子集可以被激活。

多路径收发机

MIMO已经被广泛应用于现代无线通信中，因为其在没有额外带宽或者增加发射功率的情况下提供显著的数据吞吐量和链路范围的增加。更特别的是，3GPP LTE和4G标准已经采用多用户MIMO（MU-MIMO）用于广播和多址接入。MIMO技术的使用意味着现在无线收发机需要支持一个或者多个MIMO信道，每个MIMO信道具有多个数据路径。例如，对于具有两个发射天线和两个接收天线的MIMO信道，从两个射天线所发射的信号在每个接收天线处被分别接收，并且需要两个独立的接收路径以解调该接收的RF信号。

除了MIMO，信道聚合（也被称为载波聚合）也被LTE标准所采用以作为增加数据吞吐量的方式。更特别的，信道聚合（CA）允许多个载波频率被使用以增加信道带宽。注意到基于频谱可用性，该多个载波可以属于同一频带（带内CA）或者不同的频带（带间CA）。为了支持下行链路中的信道聚合，需要无线接收机能够同时接收可能属于不同频带（对于带间CA）的多个载波频率。因此需要多个接收路径在不同的频带处同时解调信号。类似的，如果带间CA被用于上行链路，则将需要多个发射路径。

MIMO和信道聚合的组合意味着设备供应商需要提供具有多个MIMO信道（每个MIMO信道能够被指定为特定的载波频率并且可以包括多个路径）的无线电，具有与多个频带和多个通信标准的可操作的兼容性。此外，除了正常的接收，接收机还可能需要监测不同的RF信道用于切换，这需要额外的接收路径。考虑到手持设备的尺寸和功率限制，满足这些需求将是有挑战性的。

图1A示出图示了传统单路径RF接收机电路（现有技术）的图。在图1A中，接收机102包括带通滤波器（BPF）104、低噪声放大器（LNA）106、IQ（同相正交）解调器108、可调的低通滤波器（LPF）110和112以及可变增益放大器（VGA）114和116。IQ解调器108包括混频器118和120、90°/0°移相器122以及本地振荡器（LO）124。

在正常操作中，从天线（图中未示出）接收的传入RF信号，分别被BPF104和LNA106过滤和放大。接着，RF信号由IQ解调器108下变频到同相（I）和正交（Q）基带信号。注意，为了进行下变频（或在基带I/Q输出端口生成和频以及差频），LO124需要提供具有正弦波的I和Q混频器118和120，该正弦波的频率与所期望的信号的载波频率相同。LPF110和112能够强烈的抑制和频并且仅允许在差频的信号（基带信号）通过。然后解调的I和Q信号（Rx_I和Rx_Q）在由模拟-数字转换器（ADC）转换到数字域之前分别由VGA114和116放大，并传送给基带处理器用于进一步的处理。为简单起见，图1A没有示出ADC和基带处理器。

图1B示出图示了传统的单路径RF发射机电路（现有技术）的图。在图1B中，发射机150包括LPF152和154、VGA156和158、IQ调制器160和功率放大器（PA）驱动器162。IQ调制器160包括混频器166和168、90°/0°移相器170、本地振荡器（LO）172和加法器178。

在正常操作期间，在被发送到IQ调制器160之前，模拟的I和Q基带信号（Tx_I和Tx_Q）分别由LPF152-154和VGA156-158过滤和放大，该IQ调制器160分开地调制I和Q信号。所调制的I信号和Q信号在加法器178处合并，然后在被传送到PA和用于发射的天线之前，该合并信号由PA驱动器162放大。

如从图1A-1B可以看到的，单路径接收机和发射机都包括多个RF部件；一些是无源的（诸如滤波器和加法器）而一些消耗功率（诸如功率放大器和LO）。如果收发机包括多个发射和接收路径，它可能需要包括图1A-1B中所示的所有部件的多个拷贝。这样的收发机电路不仅具有较大的覆盖区还可能消耗大量功率，特别是当所有的功率消耗部件都激活时。然而，这些部件中的一些可能是冗余的。例如根据当前标准和所用的双工方案，许多不同的发射／接收路径可能操作在同一频率。因此，在同一频率提供正弦波的多个LO可能是冗余的。然而，用单个LO取代该多个LO也可能是有问题的，因为在不同的情况下（诸如当TDD被FDD取代时），可能再次需要那些多个LO。为了解决这样的问题，本发明的实施例提供一种解决方案，该方案增强了发射机／接收机电路的灵活性。更特别的，不是针对每个发射／接收路径具有专用的LO，而是一组LO可以被所有的发射／接收路径共享。根据频率需求，发射／接收电路可以被配置为使最小数量的LO激活，从而避免功率浪费。

图2A示出图示了根据本发明的实施例的多路径接收机的示例性结构的图。在图2A中，多路径接收机电路200包括多个（多达ｍ个）接收路径，诸如接收路径202和接收路径204；复用器240；和若干LO，诸如LO_1242和LO_n244。

每个接收路径包括专用于该路径的若干部件。例如接收路径202包括BPF206、LNA208、混频器210和212、90°/0°移相器214、LPF216和218以及VGA220和222。在一个实施例中，为确保每个接收路径可以被配置为在不同的无线通信标准下操作，这些元件，诸如滤波器和放大器，可以在较宽的频率范围内操作。例如，BPF206和LPF216和218可能具有覆盖了整个无线通信频谱（从300MHz一直到3.6GHz）的可调的范围，并且同样地，LNA208和VGA220和222可以具有从300MHz一直到3.6GHz的超宽带宽范围。

如图2A所示，在多路径接收机电路200中的每个接收路径包括与在单路径接收机电路102中被包括的那些部件类似的部件，除了接收路径不包括专用的LO之外。代替地，在每个接收路径中的混频器可以被通过复用器240耦合到LO。在一个实施例中，复用器240是一个m×n的复用器，其中m是接收路径的数量并且n是LO的数量。在一个实施例中，n能够等于或者小于m。在操作期间，基于频率需求，复用器240能够被配置为允许单个LO被耦合到多个接收路径，从而向那些多个路径同时提供正弦波（需要该正弦波用于解调所接收的信号）。例如，如果所有的接收路径是操作在同一频率的MIMO路径，则仅需要单个LO。因此，所有其他的LO能够被切断电源，从而显著降低功率使用。在另一方面，在切换事件中，一个接收路径可以被用于在不同的频率监测另一RF信道，并且额外的LO将被激活并且通过复用器240耦合到该接收路径。类似的，如果各接收路径是CA信道并且所有的接收路径操作在不同的频率，则每个接收路径将通过复用器240设有单独的LO。

在图2A中示出的配置提供LO使用的灵活性。换句话说，LO能够被基于频率需求激活。被激活的LO的数量能够被基于由所有的接收路径需要的频率的总数确定。作为结果，当被需要的频率的数量少于接受路径的数量，只有少量的LO将被激活，使操作在同一频率的多个接收路径共享同一公共LO。因此，用于操作接收机所需要的功率的量可以被降低。如能够在图2A中看到的，通过配置复用器240，可以将任何LO耦合到任何一个或者多个接收路径。

注意，基带处理器负责维护关于所有接收路径的操作频率的信息。例如，基带处理器确定哪些接收路径是操作在一个频率上的MIMO路径以及哪些接收路径是具有不同频率的CA信道。基于频率信息，基带处理器/控制器能够发送控制信号以配置复用器240用于将合适的LO耦合到对应的接收路径。

图2B示出图示根据本发明实施例的多路径发射机电路的示例性结构的图。在图2B中，多路径发射机电路250包括多个（多达p个）发射路径，诸如发射路径252和发射路径254；复用器280；以及若干LO，诸如LO_1282和LO_n284。

每个发射路径包括专用于该路径的若干部件。例如，发射路径252包括LPF256和258、VGA260和262、混频器264和266、90°/0°移相器268、加法器270和功率放大器（PA）驱动器272。在一个实施例中，为了确保每个发射路径能够被配置为在不同的无线通信标准下操作，这些部件，诸如滤波器和放大器，能够在宽的频率范围内操作。例如，LPF256和258可以具有可调的覆盖整个无线通信频谱的范围（从300MHz一直到3.6GHz），并且PA驱动器272和VGA260和262可以具有从300MHz一直到3.6GHz的超宽的带宽范围。

如图2B所示，多路径发射机电路250的每个发射路径部件包括与在单路径发射机电路150中所包括的那些部件类似的部件，除了发射路径不包括专用的LO之外。代替地，在每个发射路径中的混频器可以被通过复用器280耦合到LO。在一个实施例中，复用器280是一个p×n的复用器，其中p是发射路径的数量并且n是LO的数量。在一个实施例中，n能够等于或者小于p。在操作期间，基于频率需求，复用器280能够被配置为允许单个LO被耦合到多个发射路径，从而向那些多个路径同时提供正弦波（需要该正弦波用于解调所接收的信号）。例如，如果所有的发射路径是操作在同一频率，则仅需要单个LO，并且所有其他的LO能够被切断电源，从而显著降低发射机电路250的功率使用。在另一方面，如果每个发射路径是操作在与其他路径不同的频率上的CA信道，则每个发射路径将通过复用器280设有单独的LO。

类似于位于接收机电路200中的复用器240，复用器280从基带处理器/控制器接收控制信号。这样的控制信号配置复用器280以基于频率需求向发射路径提供LO。

注意，基于不同的双工方案（诸如TDD和FDD），对于发射机和接收机来说也可能共享LO。例如，如果上行链路和下行链路使用TDD，则发射机和接收机能够都工作于同一频率并且共享LO。图3示出图示了根据本发明实施例的示例性RF收发机的图。

在图3中，RF收发机300包括多路径接收电路302、多路径发射电路304、复用器306、若干LO（诸如LO_1312和LO_k314）和基带控制器308。多路径接收电路302包括多个接收路径，其中每个接收路径类似于在图2A中所示的接收路径202或者204。类似的，多路径发射电路304包括多个发射路径，其中每个发射路径类似于在图2B中所示的发射路径252或者254。复用器306耦合LO和多个接收/发射路径。在一个实施例中，复用器306是(m+p)×k的复用器，其中m是接收路径的数量，n是发射路径的数量并且k是LO的数量。在另一实施例中，k≤m+p。基带控制器308负责生成并发送控制信号用于配置复用器306。注意，类似于被图2A和2B所示的电路，在图3所示的结构允许通过配置复用器306将任何LO耦合到任何接收或者发射路径。这种在提供LO方面的灵活性使得对于收发机300可能支持不同标准的服务或者由不同的服务提供商提供的服务。例如，一些标准可以利用CA，从而具有在不同频率操作的多个发射和/或者接收路径。为了支持这些标准，不同的LO能够被用于耦合到不同的发射/接收路径。此外，根据双工方案，该发射和接收路径可以操作于相同或者不同的频率。例如，对于TDD，发射和接收路径可以操作于相同的频率，因而能够LO共享。在另一方面，当FDD被使用时，不同的LO需要被激活从而对发射和接收路径提供频率支持

在一个实施例中，接收电路302包括两个MIMO信道和两个CA信道，具有总的操作在两个分开的频率上的四个接收路径。此外，发射电路304包括操作于两个分开的频率上的两个CA路径。如果双工方案是TDD，则该发射路径和接收路径能够在同一频率操作。因此，两个LO足以满足该四个接收路径和该两个发射路径一起的频率需求。这两个选择的LO能够通过复用器306耦合到那些发射路径和接收路径。另一方面，如果双工方案是FDD，则该发射路径和接收路径需要在不同频率操作。因此，将需要四个LO（两个用于接收路径以及两个用于发射路径）以满足整个收发机的频率需求。

当收发机300由从小区到小区移动的用户使用，网络环境可能动态变化，意味着激活的接收或者发射路径以及他们的操作频率也可以动态更新。作为结果，复用器306需要被动态配置以允许动态的基于频率需求的LO的提供。在一个实施例中，当收发机300通电时，基带控制器308确定目前激活的标准，发射/接收路径的需要，以及他们的操作频率。基于发射/接收路径的频率需求，基带控制器308生成被发送到复用器306的控制信号。这种控制信号能够被用于配置复用器306从而将合适的LO耦合到对应的发射/接收路径。在一个实施例中，只有最小数量的LO被激活以节省功率。

图4示出图示了根据本发明实施例的提供本地振荡器（LO）的示例性过程的流程图。操作期间，系统确定发射和接收路径的数量以及他们的频率需求（操作402）。基于发射/接收路径的频率需求，系统生成控制信号（操作404），并且发送控制信号到复用器（操作406）。基于控制信号，复用器更新其配置从而将一些LO耦合到发射/接收路径(操作408)。然后系统激活选择的LO（操作410）。所有其他的LO保持电源切断以节省功率。

通常，本发明的实施例提供一种解决方案用于向多个发射/接收路径灵活提供RF资源。注意，图2A到图3所示的结构仅是示例性的，并且不应该限制本公开的范围。例如，在图2A到图3中，一组LO由多个发射和接收路径共享。实际上，根据每个发射/接收路径的需要，RF部件的其他类型，诸如混频器、移相器、放大器和滤波器可以由多个发射/接收路径共享。

在具体实施方式一节所描述的方法和过程能够被实施为代码和/或数据，如上所述该代码和/或数据能够被存储在计算机可读存储介质中。当计算机系统读取并执行存储在计算机可读存储介质中的该代码和/或数据时，计算机系统执行在计算机可读存储介质中被实施为数据结构和代码的该方法和过程。

另外，下面描述的方法和过程能够被包括在硬件模块中。例如，硬件模块能够包括但不限于，专用集成电路（ASIC）芯片，现场可编程门电路阵列（FPGA）和其他现在已知的或者后来开发出的可编程逻辑设备。当该硬件模块被激活时，该硬件模块执行被包括在硬件模块中的方法和过程。

本发明实施例的前面的描述已经仅为示例和描述的目的而给出。他们并非旨在穷举的或者限制本公开。因此，许多修改和变形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的权利要求所限定。

Claims (18)

1.一种无线接收机，包括

多个接收路径，其中特定的接收路径能够被配置为在与不同的接收路径的频率相同或者不同的频率处操作；

若干RF部件；以及

可配置的复用器，其中所述复用器以允许特定的RF部件耦合到所述多个接收路径的子集的方式被配置，由此使得能够灵活提供所述RF部件，

其中所述RF部件包括本地振荡器，

以及其中所述复用器包括直接耦合至所述本地振荡器的多个输入和耦合至所述多个接收路径的多个输出。

2.根据权利要求1所述的接收机，进一步包括基带控制器，所述基带控制器被配置为：

确定所述多个接收路径的操作频率；

基于所述多个接收路径的所述操作频率生成控制信号；以及

将所述控制信号发送到所述复用器以配置所述复用器。

3.根据权利要求1所述的接收机，其中特定的本地振荡器被配置为耦合到在同一频率下操作的所述多个接收路径的子集。

4.根据权利要求1所述的接收机，其中每个接收路径包括从所耦合的本地振荡器接收正弦波的解调器。

5.根据权利要求1所述的接收机，其中所述多个接收路径包括下列中一个或者多个：

多输入多输出(MIMO)路径；以及

信道聚合路径。

6.根据权利要求1所述的接收机，其中被耦合到所述接收路径的一个或者多个RF部件被激活，并且其中没有被耦合到所述多个接收路径中任何一个接收路径的其余RF部件保持不激活。

7.一种无线发射机，包括：

多个发射路径，其中特定的发射路径能够被配置为在与不同的接收路径的频率相同或者不同的频率处操作；

若干RF部件；以及

可配置的复用器，其中所述复用器被以允许特定的RF部件耦合到所述多个发射路径的子集的方式被配置，由此使得能够灵活提供所述RF部件，

其中所述RF部件包括本地振荡器，

以及其中所述复用器包括直接耦合至所述本地振荡器的多个输入和耦合至所述多个接收路径的多个输出。

8.根据权利要求7所述的发射机，进一步包括基带控制器，所述基带控制器被配置为：

确定所述多个发射路径的操作频率；

基于所述多个发射路径的所述操作频率生成控制信号；以及

将所述控制信号发送到所述复用器以配置所述复用器。

9.根据权利要求7所述的发射机，其中特定的本地振荡器被配置为耦合到在同一频率下操作的所述多个发射路径的子集。

10.根据权利要求7所述的发射机，其中每个发射路径包括从所耦合的本地振荡器接收正弦波的调制器。

11.根据权利要求7所述的发射机，其中所述多个发射路径包括下列中一个或者多个：

多输入多输出(MIMO)路径；以及

信道聚合路径。

12.根据权利要求7所述的发射机，其中被耦合到所述发射路径的一个或者多个RF部件被激活，并且其中没有被耦合到所述多个发射路径中任何一个发射路径的其余RF部件保持不激活。

13.一种无线收发机，包括：

多个接收路径；

多个发射路径；

若干RF部件；以及

可配置的复用器，其中所述复用器以允许特定的RF部件耦合到所述接收路径的子集和/或所述发射路径的子集的方式被配置，由此使得能够灵活提供所述RF部件，

其中所述RF部件包括本地振荡器，

以及其中所述复用器包括直接耦合至所述本地振荡器的多个输入和耦合至所述多个接收路径的多个输出。

14.根据权利要求13所述的收发机，进一步包括基带控制器，所述基带控制器被配置为：

确定所述多个接收路径和所述多个发射路径的操作频率；

基于所述多个接收路径和所述多个发射路径的所述操作频率生成控制信号；以及

将所述控制信号发送到所述复用器以配置所述复用器。

15.根据权利要求13所述的收发机，其中特定的本地振荡器被配置为耦合到在同一频率下操作的所述多个接收路径的子集和/或在同一频率操作的所述发射路径的子集。

16.根据权利要求13所述的收发机，其中每个接收路径包括从所耦合的本地振荡器接收正弦波的解调器，并且其中每个发射路径包括从所耦合的本地振荡器接收正弦波的调制器。

17.根据权利要求13所述的收发机，其中所述多个接收路径和/或所述多个发射路径包括下列中一个或者多个：

多输入多输出(MIMO)路径；以及

信道聚合路径。

18.根据权利要求13所述的收发机，其中被耦合到所述接收路径和/或所述发射路径的一个或者多个RF部件被激活，并且其中没有被耦合到所述多个接收路径和所述多个发射路径中的任何一个路径的其余RF部件保持不激活。