CN107017912A - 一种多标准全双工二次变频式收发机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多标准全双工二次变频式收发机，包括发射链路、接收链路、用于提供抵消信号的射频抵消电路和为发射链路、接收链路提供本振信号的频率源；系统中使用的放大器、振荡器和混频器等电路都可以工作在两个频段下，从而使得此收发系统支持多个通信标准。所述射频抵消电路产生在不同标准下与发射链路、接收链路间泄露信号的幅度相同、相位相反的抵消信号，且该信号与泄露信号在接收链路前级被抵消；所述发射链路的射频信号由基带信号经两次上变频得到；所述接收链路的基带信号由射频信号经两次下变频得到；其不仅可以工作于不同通信标准下，可以解决信号泄露的问题，实现单信道全双工，还可以提高本振抑制度、解决直接变频式收发机中直流失调的问题。

Description

一种多标准全双工二次变频式收发机

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种多标准全双工二次变频式收发机。

背景技术

随着全球经济一体化进程和信息化浪潮的推进无线通信和物联网，无线电技术及其应用对于各行各业生产的推动作用越来越明显。以28GHz、37GHz、39GHz、45GHz和60GHz等波段为代表的毫米波技术以其带宽等优势受到5G未来通信关注。但在迄今为止的研究中毫米波通信系统仅适用于一种标准，无法工作于多个频段下。商用移动通信终端为实现多标准、多频段的融合，只能在系统中使用多个收发系统芯片，这样将大大提高移动终端的体积，不符合低成本、小型化和低功耗的要求。

现有的移动通信系统采用的全双工方式是频分双工和时分双工。随着技术的进步和发展，为了尽可能的提升数据传输速率，5G通信提出了单信道全双工的概念。单信道全双工的方式可以更加有效的利用频谱资源，相比现有的频分双工和时分双工技术可以加倍地提升数据传输速率。然而射频通信系统中，收发链路之间存在信号泄露的问题，泄露的信号可能比所需接收的射频信号要大上几个数量级，因此信号泄露问题对同频全双工系统的设计带来了巨大的挑战。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种多标准全双工二次变频式收发机。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多标准全双工二次变频式收发机，包括发射链路、接收链路、用于提供抵消信号的射频抵消电路和为发射链路、接收链路提供本振信号的频率源；

所述抵消信号与发射链路、接收链路间泄露信号的幅度相同、相位相反，且该信号与泄露信号在接收链路前级被抵消；

所述发射链路的射频信号由基带信号经两次上变频得到；所述接收链路的基带信号由射频信号经两次下变频得到。

收发链路之间存在信号泄露问题，是现在不能实现同频全双工的重要原因。如何解决信号泄露问题，是研发的重点。发明人经过一系统的研究工作，在发射链路上一部分射频信号通过耦合方式输入到射频抵消电路，射频抵消电路对耦合信号的幅度和相位进行调节，使该耦合信号与泄露信号的幅度相同且相位相反并耦合至接收链路中，以抵消收发链路间的泄露信号，解决信号泄露的问题，从而使同频全双工系统不受信号泄露的影响。发射链路和接收链路分别经过两次变频，提高了此收发机的本振抑制度，且解决了直接变频式收发机中直流失调的问题。

为了实现多标准下收发链路间泄露信号的抵消，射频抵消电路可以通过在不同模式下调整电路中衰减器的衰减量和移相器的移相量，来实现对多标准的支持；也可以在系统中添加两个针对不同标准的抵消电路，所述的两个抵消电路分别用于抵消不同通信标准下的泄露信号，并且通过抵消电路中选频网络的设计，两个抵消电路之间具有较高的隔离度。

作为优选，所述发射链路包括依次连接的两路为第一混频器提供输入信号的前级电路、第一混频器、功率放大器和发射天线，所述前级电路包括依次连接的第一低通滤波器、第一数控增益放大器、第二混频器和输出端连接在第一混频器上的第一放大器；I/Q两路基带信号经发射链路的第一低通滤波器进行低通滤波处理，第一数控增益放大器用于控制发射链路的整体增益，经过数控放大的基带信号输入到差分输入的第二混频器，上变频到微波频段得到第二中频信号，第一放大器对I/Q两路第二中频信号放大后相加，输出到第一混频器，进行第二次上变频，得到所需的射频信号，功率放大器对射频信号进行功率放大后一小部分耦合至射频抵消电路，射频信号的主要功率输出到直通端口，通过天线发射；

所述接收链路包括依次连接的接收天线、低噪声放大器、第三混频器、第二放大器和两路后级电路，所述后级电路包括依次连接的第四混频器、第二低通滤波器和第二数控增益放大器，所述第二放大器的输出端连接在第四混频器上；接收链路的接收天线在前级与射频抵消电路的抵消信号相抵消。射频抵消电路的信号可在前级的低噪声放大器的输入端接入或者在低噪声放大器的输出端接入，经低噪声放大器放大后的射频信号输入第三混频器进行下变频处理得到第二中频信号，第四混频器对第四放大器的输出信号进行第二次下变频，第二低通滤波器对第四混频器的输出信号进行低通滤波得到中频信号，再经过第二数控增益放大器对中频信号放大，分为I/Q两路输入给基带信号处理电路；

为了使收发系统支持多标准的通信模式，所述频率源、功率放大器、第一数控增益放大器、第二数控增益放大器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、低噪声放大器均可工作在两个频段。

作为优选，所述射频抵消电路包括：

用于将发射链路中输出射频信号的一部分耦合至射频抵消电路的前级耦合电路；

调节前级耦合电路输出信号幅度的相位的调节电路；

用于将调节电路的信号耦合至接收链路的后级耦合电路。

进一步的，所述调节电路包括依次相连的第一衰减器、移相器、放大器和第二衰减器。

作为优选，所述频率源包括锁相环电路、两路分别连接在第一混频器和第三混频器上的第一缓冲器、两路分别连接在第二混频器和第四混频器上的正交信号产生电路，所述正交信号产生电路包括连接在锁相环电路上的第三放大器、对第三放大器输出信号进行分频处理的分频器、和放大正交信号的缓冲器，为产生两路相互正交的本振信号所述分频器具有移相功能。

进一步的，第二混频器的本振信号由第一混频器的本振信号分频得到。

作为优选，所述多标准全双工直接变频式收发机中的天线可以使用双频天线来实现对多标准的支持；也可以通过切换使用不同频率的天线来实现对多标准的支持。

进一步的，天线设计应当提高对泄露信号的抑制，并且保证多个标准下信号间的隔离度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明利用射频抵消电路对耦合发射链路的一部分射频信号并对该信号的幅度和相位进行调节，使该耦合信号与泄露信号的幅度相同且相位相反并耦合至接收链路中，以抵消收发链路间的泄露信号，解决信号泄露的问题，从而使单信道全双工系统不受信号泄露的影响。

2、本发明的所有放大器、混频器和频率源均可工作在两个频段，使其满足支持多标准的工作的需求。

3、本发明的发射链路和接收链路分别经过两次变频，提高了收发机的本振抑制度，并且解决了直接变频式收发机中直流失调的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明使用耦合器进行泄露抵消的结构示意图。

图2为本发明添加两种针对不同标准抵消电路的结构示意图。

图3为本发明使用功率合成器进行泄露抵消的电路结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

11、发射天线，12、功率放大器，13、第一混频器，14、第一放大器，15、第二混频器，16、第一数控增益放大器，17、第一低通滤波器，21、接收天线，22、低噪声放大器，23、第三混频器，24、第二放大器，25、第四混频器，26、第二低通滤波器，27、第二数控增益放大器，31、第一衰减器，32、移相器，33、放大器，34第二衰减器，41、锁相环电路，42、第一缓冲器，43、第三放大器，44、第二缓冲器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、图2和图3所示一种多标准全双工二次变频式收发机，包括发射链路、接收链路、用于提供抵消信号的射频抵消电路和为发射链路、接收链路提供本振信号的频率源；

抵消信号与发射链路、接收链路间泄露信号的幅度相同、相位相反且该信号与泄露信号在接收链路前级被抵消；

发射链路的射频信号由基带信号经两次上变频得到；所述接收链路的基带信号由射频信号经两次下变频得到。

实施例2

发射链路和接收链路可采用现有的电路结构实现，为了优化其性能，基于实施例1，本实施例在其基础上公开一发射链路和接收链路两次变频电路的优选方式。

发射链路包括依次连接的两路为第一混频器提供输入信号的前级电路、第一混频器13、功率放大器12和发射天线11，所述前级电路包括依次连接的第一低通滤波器17、第一数控增益放大器16、第二混频器15和输出端连接在第一混频器上的第一放大器14；

接收链路包括依次连接的接收天线21、低噪声放大器22、第三混频器23、第二放大器24和两路后级电路，所述后级电路包括依次连接的第四混频器25、第二低通滤波器26和第二数控增益放大器27，所述第二放大器的输出端连接在第四混频器上；

所述频率源、功率放大器、第一数控增益放大器、第二数控增益放大器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、低噪声放大器均可工作在两个频段。

发射天线11、接收天线21采用双频天线。

本实施例中发射链路和接收链路采用两次变频结构，发射链路中变频增益主要由第一数控增益放大器来控制。接收链路的变频增益主要由低噪声放大器和第二数控增益放大器的工作模式控制。为了提高接收机的动态范围，接收链路中的低噪声放大器具有粗略的增益控制功能，即低噪声放大器具有低增益和高增益两种工作模式。

实施例3

本实施例在上述实施例的基础上公开一射频抵消电路的优选实例，射频抵消电路包括依次连接的前级耦合电路、调节电路和后级耦合电路。

前级耦合电路将发射链路中输出射频信号的一部分耦合至射频抵消电路；调节电路以调节前级耦合电路输出信号幅度的相位；后级耦合电路将调节电路的信号耦合至接收链路。

具体的，调节电路包括依次相连的第一衰减器31、移相器32、放大器33和第二衰减器34。前级耦合电路可采用耦合器实现；后级耦合电路也可采用耦合器实现，也可采用功率合成器实现。基于实施例2的电路结构，射频抵消电路的前级耦合电路接入功率放大器的输入端对输出射频信号的一小部分进行耦合，后级耦合电路可采用耦合器在低噪声放大器前进行射频抵消，如图1所示；也可采用功率合成器在低噪声放大器后进行射频抵消，如图2所示。衰减器和放大器用于调节耦合信号的幅度，移相器用于调节耦合信号的相位，经过处理的耦合信号通过耦合器耦合至接收链路中，用于抵消收发链路间的泄露信号。当耦合信号与泄露信号幅度相同、相位相反时接收链路将不再受泄露信号的影响。

收发机工作于不同通信标准时，由于工作频段不同，收发链路间泄露信号的强度也不同，射频抵消电路应该有两种工作状态。针对不同的应用场景，当所述多标准全双工直接变频式收发机一个时间仅工作于一个标准，即通过切换模式的方式工作于不同通信标准时，可以通过调整衰减器的衰减量和移相器的移相量的方式来保证在不同的通信标准下泄露信号的抵消，如图1、图3所示。当所述多标准全双工直接变频式收发机可以同时工作于两个通信标准时，如图2所示，收发系统中应当添加两个射频抵消电路，分别用于抵消不同通信标准下泄露信号，，两个抵消电路之间应当具有较高的隔离度，两个射频抵消电路之间的隔离可采用现有技术实现。

在上述所有实施例中，放大器可采用工作频段覆盖两个频段的宽带放大器，也可以使用工作模式可以切换的可重构放大器，以便使多标准全双工变频式收发机不受放大器形式的限制。

实施例4

本实施例在上述实施例的基础上对频率源的实现方式进行细化。

频率源包括双频锁相环电路41、两路分别连接在第一混频器13和第三混频器23上的第一缓冲器42、两路分别连接在第二混频器15和第四混频器25上的正交信号产生电路，所述正交信号产生电路包括连接在锁相环电路上的第三放大器43、对第三放大器输出信号分频处理的分频器和放大正交信号的第二缓冲器44，所述分频器具有移相功能。由于混频器需要较高功率的本振信号，为了推动混频器，缓冲器用于对本振信号进行功率放大，随后输入至混频器。其中，分频器中具有移相电路用来生成两路正交信号，为了提高数据传输速率、降低误码率，分频器输出正交信号的平衡度要尽可能高。

如图1和图2所示，第二混频器的本振信号由第一混频器的本振信号分频得到。

进一步的，锁相环电路采用现有的电路结构，包括压控振荡器、分频器、鉴相器和外部参考时钟。为避免一个系统中两个不相干的频率源之间相互干扰，发射链路和接收链路中第二混频器的本振信号由锁相环输出信号分频得到，这样也无需两个频率综合电路，减小了电路的体积和功耗。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多标准全双工二次变频式收发机，包括发射链路、接收链路，其特征在于，还包括用于提供抵消信号的射频抵消电路和为发射链路、接收链路提供本振信号的频率源；

所述抵消信号与发射链路、接收链路间泄露信号的幅度相同、相位相反且该信号与泄露信号在接收链路前级被抵消；

所述发射链路的射频信号由基带信号经两次上变频得到；所述接收链路的基带信号由射频信号经两次下变频得到。

2.根据权利要求1所述的一种多标准全双工二次变频式收发机，其特征在于：

所述发射链路包括依次连接的两路为第一混频器提供输入信号的前级电路、第一混频器、功率放大器和发射天线，所述前级电路包括依次连接的第一低通滤波器、第一数控增益放大器、第二混频器和输出端连接在第一混频器上的第一放大器；

所述接收链路包括依次连接的接收天线、低噪声放大器、第三混频器、第二放大器和两路处理正交信号的后级电路，所述后级电路包括依次连接的第四混频器、第二低通滤波器和第二数控增益放大器，所述第二放大器的输出端连接在第四混频器上；

所述频率源、功率放大器、第一数控增益放大器、第二数控增益放大器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、低噪声放大器均可工作在两个频段。

3.根据权利要求2所述的一种多标准全双工二次变频式收发机，其特征在于：所述接收天线和发射天线为双频天线。

4.根据权利要求1所述的一种多标准全双工二次变频式收发机，其特征在于：所述射频抵消电路包括：

用于将发射链路中输出射频信号的一部分耦合至射频抵消电路的前级耦合电路；

调节前级耦合电路输出信号幅度的相位的调节电路；

用于将调节电路的信号耦合至接收链路的后级耦合电路。

5.根据权利要求4所述的一种多标准全双工二次变频式收发机，其特征在于：所述调节电路包括依次相连的第一衰减器、移相器、放大器和第二衰减器。

6.根据权利要求5所述的一种多标准全双工二次变频式收发机，其特征在于：所述的射频抵消电路通过调节第一衰减器的衰减量和移相器的移相量具有两种状态，分别用于抵消工作于不同通信标准下的泄露信号。

7.根据权利要求4所述的一种多标准全双工二次变频式收发机，其特征在于：所述射频抵消电路有两个，分别用于抵消工作于不同通信标准下的泄露信号。

8.根据权利要求1所述的一种多标准全双工二次变频式收发机，其特征在于：所述频率源包括锁相环电路、两路分别连接在第一混频器和第三混频器上的第一缓冲器、两路分别连接在第二混频器和第四混频器上的正交信号产生电路，所述正交信号产生电路包括连接在锁相环电路上的第三放大器、对第三放大器输出信号进行分频的分频器和放大正交信号的缓冲器，为产生两路相互正交的本振信号所述分频器具有移相功能。

9.根据权利要求7所述的一种多标准全双工二次变频式收发机，其特征在于：第二混频器的本振信号由第一混频器的本振信号分频得到。