CN105099481A - 一种射频收发方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频收发方法及系统，所述方法包括：将射频收发系统的功率放大器的输出直接接入射频收发系统的天线；当所述射频收发系统切换到发射模式时，所述射频收发系统的功率放大器将发射信号无插入损耗地传送给天线；当所述射频收发系统切换到接收模式时，将所述射频收发系统的天线形式变换成一种补偿型天线，补偿所述射频收发系统的接收信号性能。本发明具有改善射频链路发射性能的作用，尤其是提升射频发射功率。

Description

一种射频收发方法及系统

技术领域

本发明涉及一种可应用于移动终端的射频收发方法及系统。

背景技术

随着无线通信技术的高速发展和深入普及，用户已经能够深入感受到新技术具有的高速和便捷所带来的无线移动生活方式。当前，欧美日等发达国家和地区的长期演进(LongTermEvolution，LTE)网络已全面普及，中国、中亚、拉美等发展中国家和地区已经展开规模化网络建设。LTE作为新一代(4G)移动通信的标准技术，已经进入了实际应用和高速发展时期。面向用户使用的移动终端产品，如功能手机(FeaturePhone)/智能手机(SmartPhone)/数据卡(Datacard)/便携WiFi热点(HotSpot)等产品得到了广泛的普及和推广。

目前的第四代移动通信技术标准(4G)是第三代合作伙伴计划组织(The3rdGenerationPartnershipProject，3GPP)定制的第三代移动通信技术标准(3G)的长期演进(LTE)标准，其技术特点是引入了正交频分复用技术(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)和多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Out-put，MIMO)天线等关键传输技术，有效增加了频谱效率和数据传输速率，同时支持多种带宽分配，使得频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖显著提升。LTE无线网络架构更加扁平化，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本，并支持与其他3GPP系统的互操作。第四代移动通信技术标准包含两个分支：时分长期演进(TimeDivision-LongTermEvolution，TD-LTE)和频分双工长期演进(FrequencyDivisionDuplexing-LongTermEvolution，FDD-LTE)。与频分双工长期演进(FDD-LTE)上行和下行功能工作在成对的对称频段不同，TD-LTE的上行和下行功能共用同一频段，在实际使用中根据用户实际需求调整上下行帧结构配比，提高LTE网络和系统资源的利用率，具有更强的灵活性。

在4G网络已经建成或者在建的国家和地区中，运营商对于移动终端的具体要求，除了参考3GPP定制标准规范外，还结合本国或地区的网络部署特点及实际用户需求等多方面因素，制定了相关的标准规范，其中很重要的一条就是移动终端的屏蔽暗室的空中下载(OverTheAir，OTA)指标，包括总全向辐射功率(TotalRadiatedPower，TRP)和总全向灵敏度(TotalIsotropicSensitivity，TIS)，该指标直接关系到用户切身体验，是运营商选择移动终端产品的重要的标准。在达到3GPP规定的传导功率和接收灵敏度的前提下，具有更高的总全向辐射功率(TRP)和总全向灵敏度(TIS)的产品更具竞争力，这意味着在离网络基站天线更远的地方，移动终端产品仍然能保持良好的上下行服务功能。对无线移动终端产品而言，搭载一个高辐射效率的终端天线，辅以一个低链路损耗的射频通路，无疑可以为用户提供更优质的用户体验。

然而，目前移动通信终端所使用的功率放大器(PowerAmplifier，PA)大多为单片集成放大器，它是将输入输出匹配网络、直流偏置电路以及放大管管芯等度集成在一块很小的GaAs为衬底的芯片上面，具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低等特点，同时可免去使用者对输入输出匹配网络和静态工作点的重设计，从而节省了设计时间。但受当前技术及工艺水平限制，此类PA最大输出功率约为28～30dBm，加之1dB压缩点的影响，功率放大器实际可用的输出功率约为27～29dBm，难以达到更高的水平。

与此同时，对于TD-LTE制式，传统的射频链路设计布局会在功率放大器后连接一个高功率发射滤波器(HighPowerTxFilter)，再经过射频开关(RFSwitch)及射频测试座(RFCoaxialConnector)，然后将信号传输到天线触点簧片。对于信号发射通路，信号由射频收发芯片发出，经过滤波器滤波后进入功率放大器，随后被放大的信号再经过滤波器、射频开关、射频测试座传输到天线馈电弹片。而功率放大器后的射频器件均会引入插入损耗(InsertionLoss，IL)，根据目前器件应用情况，这些器件大概会给射频链路中引入1.8～3.3dB的插入损耗，其中射频开关引入的插入损耗大致在0.6～1.5dB，考虑到功率放大器(PA)的最大可用输出功率为27～29dBm，而到达天线馈电弹片的功率仅为23.7～27.2dBm，加上天线的辐射损耗，实际的OTA指标难以满足某些运营商的要求，同时增大了天线的调试难度，不利于提高产品设计的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频收发方法及系统，能够改善射频链路的发射性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种射频收发方法，包括：

将射频收发系统的功率放大器的输出直接接入射频收发系统的天线；

当所述射频收发系统切换到发射模式时，所述射频收发系统的功率放大器将发射信号无插入损耗地传送给天线；

当所述射频收发系统切换到接收模式时，将所述射频收发系统的天线形式变换成一种补偿型天线，补偿所述射频收发系统的接收信号性能。

优选地，在射频收发系统的接收链路中设置射频开关，通过控制所述射频开关，将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式。

优选地，所述射频开关包括第一射频开关和第二射频开关，所述第一射频开关和第二射频开关分别与发射链路并接。

优选地，通过把所述第一射频开关和第二射频开关均切换到悬空端，将所述射频收发系统切换到发射模式。

优选地，通过把所述第一射频开关切换到接收链路且把所述第二射频开关切换到接地端，将所述射频收发系统切换到接收模式。

根据本发明的另一方面，提供了一种射频收发系统，包括：

天线；

基带单元，用于将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式；

功率放大器，用于在所述射频收发系统切换到发射模式时，将已进行功率放大处理的发射信号无插入损耗地直接传送给天线；

其中，在所述射频收发系统切换到接收模式时，所述天线形式变换为一种补偿型天线，补偿所述射频收发系统的接收信号性能。

优选地，还包括：

设置在射频收发系统的接收链路中的射频开关，用于在所述基带单元的控制下，将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式。

优选地，所述射频开关包括第一射频开关和第二射频开关，所述第一射频开关和第二射频开关分别与发射链路并接。

优选地，所述基带单元通过把所述第一射频开关和第二射频开关均切换到悬空端，将所述射频收发系统切换到发射模式。

优选地，所述基带单元通过把所述第一射频开关切换到接收链路且把所述第二射频开关切换到接地端，将所述射频收发系统切换到接收模式。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

本发明通过将功率放大器的输出直接接入天线，避免了在发射通路中设置射频开关带来的插入损耗，从而具有改善射频链路发射性能的作用，尤其是提升射频发射功率指标。

附图说明

图1是本发明提供的改善射频收发系统的射频链路发射性能的方法原理框图；

图2是本发明提供的射频收发系统框图；

图3是本发明实施例提供的TD-LTE射频链路布局方案及原理示意图；

图4是本发明实施例提供的射频收发系统在发射工作模式下的天线性能仿真实例示意图；

图5是本发明实施例提供的射频收发系统在发射工作模式下的天线性能仿真结果示意图；

图6是本发明实施例提供的射频收发系统在接收工作模式下的天线性能仿真实例示意图；

图7是本发明实施例提供的射频收发系统在接收工作模式下的天线性能仿真结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明提供的改善射频收发系统的射频链路发射性能的第一方法原理框图，如图1所示，步骤包括：

步骤S101：将射频收发系统的功率放大器的输出直接接入射频收发系统的天线。

步骤S102：当所述射频收发系统切换到发射模式时，所述射频收发系统的功率放大器将发射信号无插入损耗地传送给天线。

也就是说，所述射频收发系统的功率放大器将发射信号直接传送给天线，发射链路中不存在射频开关引入的插入损耗，从而有效地改善发射信号的质量。

步骤S103：当所述射频收发系统切换到接收模式时，将射频收发系统的天线形式变换成一种补偿型天线，补偿所述射频收发系统的接收信号性能。

进一步地，在射频收发系统的接收链路中设置射频开关，通过控制所述射频开关，将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式。其中，所述射频开关包括第一射频开关和第二射频开关，所述第一射频开关和第二射频开关分别与发射链路并接。具体地说，通过把所述第一射频开关和第二射频开关均切换到悬空端，将所述射频收发系统切换到发射模式；通过把所述第一射频开关切换到接收链路且把所述第二射频开关切换到接地端，将所述射频收发系统切换到接收模式，从而将射频收发系统的天线变换成一种补偿型天线。

图2是本发明提供的射频收发系统框图，如图2所示，包括：

天线11；

基带单元15，用于将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式；

功率放大器12，用于在所述射频收发系统切换到发射模式时，将已进行功率放大处理的所述发射信号无插入损耗地直接传送给天线11；

其中，在所述射频收发系统切换到接收模式时，所述天线形式变换成一种补偿型天线，补偿所述射频收发系统的接收信号性能。

所述系统还包括：设置在射频收发系统的接收链路中的射频开关，用于在所述基带单元的控制下，将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式。进一步说，所述射频开关包括第一射频开关和第二射频开关，所述第一射频开关和第二射频开关分别与发射链路并接。所述基带单元15通过控制所述第一射频开关13和第二射频开关14，将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式。进一步地，所述基带单元15通过把所述第一射频开关13和第二射频开关14均切换到悬空端，将所述射频收发系统切换到发射模式；通过把所述第一射频开关13切换到接收链路且把所述第二射频开关14切换到接地端，将所述射频收发系统切换到接收模式。

上述射频链路可用于功能手机(FeaturePhone)/智能手机(SmartPhone)/数据卡(Datacard)/便携WiFi热点(HotSpot)等无线通信产品。

本发明不仅适用于TD-LTE，同样也适用于2G制式(GSM)和3G(例如TDS-CDMA)制式。

本发明不受天线形式的影响，可与多种主流终端天线形式配合使用。

例如，应用本发明技术的移动终端射频发射系统，包括已完成贴片的PCB板、射频收发控制芯片(RFIC)、基带芯片(BBIC)、功率放大器(PA)、发射滤波器(TxFilter)、接收滤波器(RxFilter)、射频开关(RFSwitch)、射频测试座(RFCoaxialConnector)、50Ohm电阻及天线，包含这些构成本发明的基本元器件，但不局限于这些元器件。

本发明接收链路与发射链路处于两种不同的工作模式下，两种模式间的切换会导致射频链路结构发生变化，进而影响终端天线辐射性能，本发明引入了一种新的天线补充结构来适应这种射频链路结构上的变化；

应用本发明设计的移动终端，其射频发射链路由射频收发芯片发出信号，经过发射滤波器滤波，再通过功率放大器放大后，得到的高功率信号传输到天线馈电弹片，从功率放大器到天线馈电弹片间省去了天线开关，降低了链路插入损耗，有效提升了发射链路射频输出功率。

应用本发明设计的移动终端，其射频接收链路由天线接收到耦合信号，经与发射链路并接的一个射频开关流向接收滤波器，信号滤波后进入射频收发芯片；另一与发射链路并接的开关串接50Ohm电阻后接地，构成射频链路中天线的一个接地枝节，接地枝节长度为天线谐振波长的四分之一。

本发明设计中在功率放大器输出链路中并接的两个射频开关均受基带芯片的逻辑控制，通过对两个开关的控制实现发射和接收链路工作的切换；连接状态上，射频开关A为2T开关，其输出一端连接到接收滤波器，另一端做悬空处理；射频开关B亦为2T开关，其输出一端连接一个50Ohm电阻并接地，另一端做悬空处理。

工作模式实现如下：

测试发射指标时，基带芯片控制射频开关A切换到悬空端，射频开关B切换到悬空端，射频信号由功率放大器发出后直接进入射频测试座，发射链路工作，可以进行发射指标测试，此时不存在开关引入的插入损耗，有效地改善了射频发射信号质量；测试接收指标时，基带信号控制射频开关A切换到与接收滤波器连接一端，射频开关B切换到与50Ohm串接并接地一端，接收链路工作，可以进行接收指标测试，此时接收链路结构发生变化，与原天线构成一个新的IFA(Inverted-FAntenna)天线，等效于给原天线并联一个电感，若选择合适的接地微带线长或预先对天线进行调试，则会抵消或避免该接地枝节对天线造成的负面影响。

发射与接收状态的射频链路中，开关周边会设置相应的匹配电路或其他电路元件，用以调节开关所在枝节电路的阻抗特性，以使收发状态下射频性能指标达到最佳，起到指标优化调节的作用。

以下结合图3-图7分别对传统TD-LTE射频布局方案、本发明实施例所提供的详细射频布局方案、本发明中接收链路工作模式下的天线结构、以及例举应用本发明单板的实际测试方法以示意图或原理图的方式进行详细描述。

传统TD-LTE射频布局中，系统发射通路工作时，对基带芯片输出的基带信号进行调制处理、抑制带外杂波处理、功率放大处理后，经由射频开关和射频测试座传输到天线，辐射到自由空间。由此可知，信号在发射链路中将因射频开关带来的插入损耗而衰减，信号功率降低比较严重。本发明通过在发射通路中省去射频开关改善信号质量。

图3是本发明实施例提供的TD-LTE射频链路布局方案及原理示意图，如图3所示，该系统发射通路工作时，基带芯片(BBIC)211输出基带信号到射频收发芯片(RFIC)210，射频收发芯片对此信号进行调制处理，输出一个低功率的射频信号到发射滤波器(TxFilter)209，经过滤波器抑制带外杂波后将信号传输至功率放大器(PA)208进行功率放大，最后被放大后的信号经射频测试座212直接传输到天线201，辐射到自由空间。

该系统接收通路工作时，射频开关(RFSwitch)207打至50ohm接地205一侧，天线201从自由空间捕获微波信号，经过射频测试座212传输到射频开关(RFSwitch)202，信号受开关控制传输到接收滤波器(RXFilter)203进行带外干扰信号抑制，滤波后的信号再传输到射频收发芯片(RFIC)210进行解调处理，最后传输到基带芯片(BBIC)211进行相关信息处理。

射频收发工作模式切换通过控制射频开关(RFSwitch)202、207的逻辑控制实现。当发射通路工作时，射频开关(RFSwitch)202切换至悬空204一侧，射频开关(RFSwitch)207切换至悬空206一侧，及两条开关通路开路；当接收通路工作时，射频开关(RFSwitch)202切换至接收滤波器(RXFilter)203一侧，射频开关(RFSwitch)207切换至50ohm接地205一侧。

在图3系统中，信号仅在接收链路中需要经过射频开关，在发射链路工作时通过功率放大器(PA)208直接传输到天线201，省去了发射通路的开关设置，避免了射频开关带来的插入损耗，从而有效改善射频发射性能指标。

本发明所提供的射频收发系统不受天线类型限制，可与目前终端产品中广泛应用的多种天线形式配合使用。

本发明所提供的射频收发系统工作在发射和接收模式下时，其天线结构会因射频链路开关切换发生变化，图4至图7已仿真实例的形式给出了收发工作模式下，天线的不同工作结构，并解释了如何消除结构变化对天线性能造成的负面影响。

图4是本发明实施例提供的射频收发系统在发射工作模式下的天线性能仿真实例示意图，当系统工作在发射模式下时，天线主要辐射结构为谐振频率为2.4GHzWiFi工作频段的PCB天线301；此时，射频信号通过天线馈电点302直接传输到的PCB天线301，在由天线301将信号辐射到自由空间；图中303为仿真模拟的旁路射频链路，304为介质表面参考地设置，301为工作频率为2.4HzWiFi频段的PCB天线，灰色衬底为介电常数为4.4的介质基板，302为天线馈电点。

图5是本发明实施例提供的射频收发系统在发射工作模式下的天线性能仿真结果示意图，当系统工作在发射模式下时，天线模型仿真实例结果显示，其仿真S11参数及参考辐射效率在2.4GHzWiFi工作频段满足天线性能要求。

图6是本发明实施例提供的射频收发系统在接收工作模式下的天线性能仿真实例示意图，当系统工作在接收模式下时，天线结构与发射模式不同，受到射频开关接地效果影响，天线的主要辐射体401及馈电点402前端等效加载了一个射频链路接地枝节403，接地枝节403前端还可能包括一段悬空的微带线404，这等同于在天线匹配网络中并联一个容性或感性器件，其具体属性取决于所述加载接地枝节的位置选取，亦即接地枝节的长度选取；经实践证实，选择合适的接地位置，即射频开关的接地位置可以避免该短路枝节对天线主要辐射体401的辐射性能影响，因此这种在射频链路中做短路接地的天线附加结构，可以通过优化布局实现对天线性能的零影响，甚至性能更好。

图7是本发明实施例提供的射频收发系统在接收工作模式下的天线性能仿真结果示意图，当系统工作在接收模式下时，天线模型仿真实例结果显示，其仿真S11参数及参考辐射效率相比于发射模式下的天线性能未见恶化，甚至优于发射模式下的天线性能。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

本发明的射频收发系统，包含一种新的射频链路设计布局和一种适用于此设计布局的天线形式，能够降低传统射频发射链路中的插入损耗，提高射频发射功率，改善移动终端的TRP指标。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种射频收发方法，其特征在于，包括：

将射频收发系统的功率放大器的输出直接接入射频收发系统的天线；

当所述射频收发系统切换到发射模式时，所述射频收发系统的功率放大器将发射信号无插入损耗地传送给天线；

当所述射频收发系统切换到接收模式时，将所述射频收发系统的天线形式变换成一种补偿型天线，补偿所述射频收发系统的接收信号性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在射频收发系统的接收链路中设置射频开关，通过控制所述射频开关，将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述射频开关包括第一射频开关和第二射频开关，所述第一射频开关和第二射频开关分别与发射链路并接。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过把所述第一射频开关和第二射频开关均切换到悬空端，将所述射频收发系统切换到发射模式。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过把所述第一射频开关切换到接收链路且把所述第二射频开关切换到接地端，将所述射频收发系统切换到接收模式。

6.一种射频收发系统，其特征在于，包括：

天线；

基带单元，用于将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式；

功率放大器，用于在所述射频收发系统切换到发射模式时，将已进行功率放大处理的发射信号无插入损耗地直接传送给天线；

其中，在所述射频收发系统切换到接收模式时，所述天线形式变换成一种补偿型天线，补偿所述射频收发系统的接收信号性能。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：

设置在射频收发系统的接收链路中的射频开关，用于在所述基带单元的控制下，将所述射频收发系统切换到发射模式或接收模式。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述射频开关包括第一射频开关和第二射频开关，所述第一射频开关和第二射频开关分别与发射链路并接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述基带单元通过把所述第一射频开关和第二射频开关均切换到悬空端，将所述射频收发系统切换到发射模式。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述基带单元通过把所述第一射频开关切换到接收链路且把所述第二射频开关切换到接地端，将所述射频收发系统切换到接收模式。