射频前端发射电路、射频前端电路、收发机和基站设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域,特别是涉及一种射频前端发射电路、射频前端电路、收发机和基站设备。
背景技术
随着移动通信技术的发展,大众对即时数据需求倍增,第五代移动网络技术—5G应运而生,能够很好地满足这一日益增加的即时数据需求。5G技术的到来,使得数据传输速率更快,能够实现基站、汽车、家用电器及其他各类设备之间的万物互联,使城市变得更加智慧化。尽管5G技术有众多优点,然而5G技术仍存在很多技术难点,且5G基站、网络等需要重新布设,一段时间内还不能完全替代4G。若有一个通信设备能实现5G与4G信号的无缝对接,则可以更好地发挥两者的优势,既利用了4G覆盖范围广的特点,又利用了5G数据传输速率快的优点,使得用户可以在4G与5G网络之间实现无缝切换。
为了实现这一目的,传统的收发机设计方式是:一个频段使用一副基带模块,一副射频收发模块以及一副射频前端收发链路。在实现本发明过程中,发明人发现传统的收发机设计方式存在着成本较高的问题。
发明内容
基于此,有必要针对上述传统收发机设计方式中存在的问题,提供一种能够大幅降低成本的一种射频前端发射电路、一种射频前端电路、一种收发机以及一种基站设备。
为了实现上述目的,本发明实施例提供以下技术方案:
一方面,本发明实施例提供一种射频前端发射电路,包括:
预放大单元,用于对射频收发模组输出的射频信号进行预放大处理;射频信号包括不同频段的第一射频信号和第二射频信号;
合路单元,用于对预放大单元分别输出的第一射频信号和第二射频信号进行合路后,输出相应的宽带射频信号;
宽带功放单元,用于对宽带射频信号进行放大处理后,输出到天线。
在其中一个实施例中,宽带功放单元包括推动级功放和宽带末级功放;
推动级功放用于对宽带射频信号,进行次级放大处理;
宽带末级功放用于对推动级功放输出的宽带射频信号,进行宽带末级放大处理后输出到天线。
在其中一个实施例中,宽带末级功放为GaN功放器件。
在其中一个实施例中,预放大单元包括第一初级放大器和第二初级放大器;
第一初级放大器用于对第一射频信号进行预放大处理后输出至合路单元;
第二初级放大器用于对第二射频信号进行预放大处理后输出至合路单元。
在其中一个实施例中,合路单元包括二合一合路器,二合一合路器的第一输入端连接第一初级放大器的输出端,二合一合路器的第二输入端连接第二初级放大器的输出端,二合一合路器的输出端连接宽带功放单元的输入端。
在其中一个实施例中,上述的射频前端发射电路还包括信号隔离器,信号隔离器的第一端连接宽带功放单元的输出端,信号隔离器的第二端用于连接天线,信号隔离器的第三端用于连接射频前端接收电路的输入端;
信号隔离器用于隔离输出到天线的宽带射频信号的反射信号,以及对射频前端接收电路进行信号下行与信号上行隔离。
在其中一个实施例中,信号隔离器为环形器。
在其中一个实施例中,第一射频信号为4G信号,第二射频信号为5G信号。
另一方面,还提供一种射频前端电路,包括上述的射频前端发射电路。
在其中一个实施例中,上述射频前端电路还包括开关模组和射频前端接收电路;
开关模组用于控制射频前端接收电路与天线之间链路的导通或关断;
射频前端接收电路用于对开关模组输入的射频信号进行分频、滤波及放大处理后,输出到射频收发模组;
射频信号包括不同频段的第一射频信号和第二射频信号,且第一射频信号和第二射频信号之间的时隙配比相兼容。
在其中一个实施例中,开关模组包括负载开关和负载电阻;
负载开关的动端用于连接天线,负载开关的第一固定端连接射频前端接收电路的输入端,负载开关的第二固定端连接负载电阻的一端,负载电阻的另一端接地。
在其中一个实施例中,射频前端接收电路包括分频滤波单元和末级放大单元;
分频滤波单元的输入端连接开关模组的输出端,分频滤波单元的输出端连接末级放大单元的输入端,末级放大单元的输出端用于连接射频收发模组的上行输入端。
在其中一个实施例中,分频滤波单元包括双工器、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第一选路开关和第二选路开关,末级放大单元包括第一末级放大器和第二末级放大器;
双工器的输入端连接开关模组的输出端,双工器的第一输出端连接第一选路开关的动端,双工器的第二输出端连接第三滤波器的输入端;
第一选路开关的第一固定端通过第一滤波器连接至第二选路开关的第一固定端,第一选路开关的第二固定端通过第二滤波器连接至第二选路开关的第二固定端;
第二选路开关的动端连接第一末级放大器的输入端,第三滤波器的输出端连接第二末级放大器的输入端;第一末级放大器的输出端,以及第二末级放大器的输出端分别用于连接射频收发模组的上行输入端。
在其中一个实施例中,上述射频前端电路还包括带通滤波器,带通滤波器的第一端分别连接射频前端发射电路的输出端,以及开关模组的输入端,带通滤波器的第二端用于连接天线;
带通滤波器用于对射频前端发射电路输出的宽带射频信号进行带外信号抑制,以及用于从天线接收到的信号中选通输入开关模组的第一射频信号和第二射频信号;
第一射频信号为4G信号,第二射频信号为5G信号。
在其中一个实施例中,带通滤波器为三通带滤波器。
又一方面,还提供一种收发机,包括基带模组、射频收发模组和上述的射频前端电路;
基带模组用于收发基带信号;基带信号包括不同频段的第一基带信号和第二基带信号;
射频收发模组用于将基带信号转换为对应的射频信号,或者将射频信号转换为对应基带信号。
在其中一个实施例中,基带模组包括4G基带模块和5G基带模块,射频收发模组包括第一射频收发模块和第二射频收发模块;
4G基带模块用于输出第一基带信号,以及对第一射频收发模块转换输出的第一基带信号进行基带处理;
5G基带模块用于输出第二基带信号,以及对第二射频收发模块转换输出的第二基带信号进行基带处理;
第一射频收发模块用于将4G基带模块输出的第一基带信号,转换为对应的第一射频信号,或将射频前端电路输出的第一射频信号,转换为对应的第一基带信号输出到4G基带模块;
第二射频收发模块用于将5G基带模块输出的第二基带信号,转换为对应的第二射频信号,或将射频前端电路输出的第二射频信号,转换为对应的第二基带信号输出到5G基带模块。
在其中一个实施例中,第一射频收发模块包括串联的第一数模转换器、第一中频滤波器、第一可变增益放大器、第一混频器和第二可变增益放大器;以及串联的第一模数转换器、第二中频滤波器、第三可变增益放大器、第二混频器和第四可变增益放大器;
第一数模转换器的输入端连接4G基带模块的发送端,第二可变增益放大器的输出端连接射频前端电路的第一下行输入端;
第一模数转换器的输出端连接4G基带模块的接收端,第四可变增益放大器的输入端连接射频前端电路的第一上行输出端。
在其中一个实施例中,第二射频收发模块包括串联的第二数模转换器、第三中频滤波器、第五可变增益放大器、第三混频器和第六可变增益放大器;以及串联的第二模数转换器、第四中频滤波器、第七可变增益放大器、第四混频器和第八可变增益放大器;
第二数模转换器的输入端连接5G基带模块的发送端,第六可变增益放大器的输出端连接射频前端电路的第二下行输入端;
第二模数转换器的输出端连接5G基带模块的接收端,第八可变增益放大器的输入端连接射频前端电路的第二上行输出端。
再一方面,还提供一种基站设备,包括上述的收发机。
上述射频前端发射电路、射频前端电路、收发机和基站设备,通过在射频前端上应用预放大单元、合路单元和宽带功放单元搭建全新的射频前端发射电路,为射频收发模组输出的不同频段的射频信号提供共用的发射链路,实现对多频段的射频信号的兼容处理。如此,取代了传统的一个频段使用一个功放的设计方案,面对多频段射频信号的射频前端处理,可以缩减所需的射频前端发射电路的数量,使得射频前端功耗和维护成本等得到大幅下降;进而还可以大幅缩小射频前端发射电路所应用的收发机的体积、降低功耗,达到大幅降低成本的效果。
附图说明
图1为一个实施例中收发机的结构框图;
图2为一个实施例中射频前端发射电路结构框图;
图3为一个实施例中射频前端发射电路的第一结构示意图;
图4为一个实施例中射频前端发射电路的第二结构示意图;
图5为一个实施例中射频前端电路的第一结构示意图;
图6为一个实施例中射频前端电路的时隙配比示意图;
图7为一个实施例中时隙配比对应的上行与下行切换时序示意图;
图8为一个实施例中射频前端电路的第二结构示意图;
图9为一个实施例中射频前端电路的第三结构示意图;
图10为一个实施例中收发机的第一结构示意图;
图11为一个实施例中收发机的第二结构示意图;
图12为一个实施例中收发机的第三结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
射频前端作为基站、手机及其他通信终端的通讯功能的核心组件之一,所起到的作用的至关重要的。基带模块101与射频收发模块103、射频前端105以及天线107等共同构成收发机,射频前端105是射频收发模块103与天线107之间的链路组件,如图1所示。射频前端105的结构设计可以直接影响到所应用的基站和终端等设备的通讯性能和成本。从信号的发射(也即信号下行)和信号的接收(也即信号的上行)角度上看,射频前端105包含发射电路和接收电路两个组成部分,分别负责信号下行的射频前端处理和信号上行的射频前端处理。传统的收发机,无法同时支持多频收发处理,收发机的设计方式仍是一个频段使用一副基带模块101,一副射频收发模块103以及一副射频前端105收发链路。此外,随着5G时代的来临,将会有更多频段引入,使得射频前端105的作用也将更加显著。针对传统收发机设计方式中存在的问题,本申请提供以下技术方案:
请参阅图2,本发明实施例提供一种射频前端发射电路100,可以应用于如图1所示的应用环境中。射频前端发射电路100包括预放大单元12、合路单元14和宽带功放单元16。预放大单元12用于对射频收发模组09输出的射频信号进行预放大处理。射频信号包括不同频段的第一射频信号和第二射频信号。合路单元14用于对预放大单元12分别输出的第一射频信号和第二射频信号进行合路后,输出相应的宽带射频信号。宽带功放单元16用于对宽带射频信号进行放大处理后,输出到天线107。
可以理解,上述的射频收发模组09为射频收发模块组成的射频收发处理电路,用于对至少两种不同频段信号进行射频处理,例如在发射链路上(信号下行时)实现将基带模块输出的不同频段的两种基带信号转换为模拟信号、上变频至射频信号输出。又例如在接收链路上(信号上行时)实现将不同频段的两种射频信号下变频至模拟信号、转换为相应不同频段的两种基带信号,并分别输出至相应的基带模块。第一射频信号所在的频段可以与第二射频信号所在的频段无重叠,第一射频信号所在的频段中可以包含有一个或者两个以上的子频段。在射频前端发射电路100中同时传输的射频信号中,至少包含第二射频信号以及第一射频信号中任一子频段的射频信号。
预放大单元12为功放器件组成的信号预放大电路单元,可以对第一射频信号和第二射频信号进行信号放大处理。合路单元14为合路器组成的信号合路电路处理单元,可以由二合一合路器组成,也可以是其他N合一合路器组成,N为大于或者等于2的正整数。宽带功放单元16为工作带宽较大的功放器件组成的大带宽信号功放电路单元,用于对合路后信号带宽较大的宽带射频信号进行放大处理。
具体的,射频收发模组09分别输出的两路射频信号由预放大单元12进行预放大处理后,输出到合路单元14进行合路处理,输出一路大带宽的宽带射频信号到宽带功放单元16。宽带功放单元16进而对宽带射频信号进行再放大处理,以输出至天线107进行信号的无线发射处理。如此,在实际应用中不再需要针对不同的频段,分别使用不同的射频前端来进行处理,可以缩小基站发射机或者通信终端的体积,实现多频段多模式兼容。
上述射频前端发射电路100,通过在射频前端上应用预放大单元12、合路单元14和宽带功放单元16搭建全新的射频前端发射电路100,为射频收发模组09输出的不同频段的射频信号提供共用的发射链路,实现对多频段的射频信号的兼容处理。如此,取代了传统的一个频段使用一个功放的设计方案,面对多频段射频信号的射频前端处理,可以缩减所需的射频前端发射电路的数量,使得射频前端功耗和维护成本等得到大幅下降;进而还可以大幅缩小射频前端发射电路所应用的收发机的体积、降低功耗,达到大幅降低成本的效果。
请参阅图3,在一个实施例中,预放大单元12包括第一初级放大器122和第二初级放大器124。第一初级放大器122用于对第一射频信号进行预放大处理后输出至合路单元14。第二初级放大器124用于对第二射频信号进行预放大处理后输出至合路单元14。
可以理解,预放大单元12可以由两个功放组成,以分别对第一射频信号和第二射频信号进行预放大处理。两个功放可以是同种类型不同工作带宽的功率放大器,也可以是不同种类且不同工作带宽的功率放大器。具体的,射频收发模组09输出的第一射频信号进入第一初级放大器122的输入端,由第一初级放大器122进行预放大处理。射频收发模组09输出的第二射频信号进入第二初级放大器124的输入端,由第二初级放大器124进行预放大处理。
通过上述两个初级放大器的设置,可以同时实现对射频收发模组09输出的至少两种不同频段的射频信号的预放大处理,且不会增加射频前端发射链路的电路结构复杂度。
在一个实施例中,如图3所示,合路单元14包括二合一合路器。二合一合路器的第一输入端连接第一初级放大器122的输出端。二合一合路器的第二输入端连接第二初级放大器124的输出端。二合一合路器的输出端连接宽带功放单元16的输入端。
可以理解,二合一合路器可以是本领域中各型三端口合路器的任一类型,只要能够实现所需的两路射频信号的合路处理即可。具体的,在本实施例中,可以应用包含两个输入端口和一个输出端口的三端口合路器,来实现预放大处理后的两路射频信号的合路处理,从而将两路不同频段的射频信号合为一路射频信号输出到宽带功放单元16。
通过该二合一合路器的应用,可以有效实现不同频段的射频信号的合路处理。同时,简化射频前端发射电路100的组成结构,降低设计制造成本。
在一个实施例中,如图3所示,宽带功放单元16包括推动级功放162和宽带末级功放164。推动级功放162用于对宽带射频信号,进行次级放大处理。宽带末级功放164用于对推动级功放162输出的宽带射频信号,进行宽带末级放大处理后输出到天线107。
可以理解,推动级功放162可以是本领域中各型次级功率放大器,可以根据射频信号的频段和次级功率放大指标进行选择。宽带末级功放164为工作带宽较大末级功率放大器,至少覆盖第一射频信号的中心频点至第二射频信号的中心频点构成的工作带宽即可。推动级功放162可以是一个,也可以由两个或者以上数量的推动级功放162串联组成,具体可以根据所需的功率放大指标来选择。同理,宽带末级功放164可以是一个,也可以由两个或者以上数量的宽带末级功放164串联组成,具体可以根据所需的末级功率放大指标来选择。
具体的,合路器对两路射频信号合路后输出的相应宽带射频信号先经过推动级功放162进行继续放大,再经过宽带末级功放164进行最终的功率放大处理,以便送往天线107进行无线发射。
通过上述的推动级功放162和宽带末级功放164的组合设计,可以满足宽带射频信号进入天线107前的功率放大处理,取代了一个频段需使用一个功放的设计方案,利于减小射频前端发射电路100所应用的发射机的体积。
在一个实施例中,第一射频信号为4G信号。第二射频信号为5G信号。可以理解,在本实施例中,射频收发模组09输出的两路射频信号可以是一路4G信号和一路5G信号,也即是说,射频前端发射电路100同时处理的射频信号中,至少同时包含有4G信号和5G信号。例如,4G信号可以是1880MHz至1920MHz的信号(也即B39频段信号)以及2300MHz至2390MHz的信号(也即B40频段信号),5G信号可以是2496MHz至2690MHz的信号(也即n41频段信号),第一射频信号则可以是B39频段信号或者是B40频段信号,第二射频信号则为n41频段信号。如此,经过推动级功放162和宽带末级功放164放大处理后,信号由天线107馈出,实现了天线107的天线端口B39+n41或B40+n41的可选频段信号组合。
在一个实施例中,宽带末级功放164为GaN功放器件。可以理解,在本实施例中,可以应用GaN(氮化镓)功放器件作为上述的宽带末级功放164。GaN功放器件支持宽带宽且效率高,在1GHz至2.7GHz频带内,输出P-1(也即增益压缩1dB时候的最大输出功率)保持在46dBm。
在本实施例中,天线端口为双载波信号,以上述的B39+n41或B40+n41的可选频段信号组合为例,天线端口的第一载波是中心频点为1890MHz扩频信号,第二载波是中心频点为2625MHz扩频信号,也即相当于一个带宽为735MHz的宽带信号,GaN功放器件则完全可以满足该宽带信号的放大处理。使用GaN功放器件的设计,可取代一个频段使用一个功放的设计方案,利用减小所在发射机的体积。此外,在前述示例中,各载波的输出功率(平均功率)为30dBm,双载波共33dBm,GaN功放器件效率为30%,功耗约6W。若使用传统的LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,横向扩散金属氧化物半导体)功放器件,其效率仅15%左右,以双载波33dBm计算到需要消耗功率约13W。也即是说,应用GaN功放器件的设计方案可以更好地降低功耗。
请参阅图4,在一个实施例中,上述的射频前端发射电路100还包括信号隔离器18。信号隔离器18的第一端连接宽带功放单元16的输出端。信号隔离器18的第二端用于连接天线107。信号隔离器18的第三端用于连接射频前端接收电路的输入端。信号隔离器18用于隔离输出到天线107的宽带射频信号的反射信号,以及对射频前端接收电路进行信号下行与信号上行隔离。
可以理解,在上述实施例中,也可以设置二端口的信号隔离器18,以防止来自天线107一侧的反射信号进入宽带功放单元16,而对宽带功放单元16造成损坏,例如对于无需进行信号接收的通信终端,只需设置包含射频前端发射电路100的发射机即可,从而通过信号隔离器18来实现天线107一侧的反射信号的隔离。在本实施例中,信号隔离器18可以是本领域各类三端口隔离器中的任一类型,只要可以提供射频前端发射电路100与天线107之间所需的信号隔离作用,以及信号下行与信号上行隔离作用均可。
具体的,宽带功放单元16在经过信号隔离器18向天线107输出末级放大处理后的宽带射频信号时,信号隔离器18可以将宽带射频信号对应的、来自天线107一侧的反射信号隔离掉,以防止该反射信号进入宽带功放单元16而造成器件损坏。此外,还可以增加下行至上行之间的隔离度,防止下行的宽带射频信号功率耦合到射频前端接收电路,从而避免对上行链路的器件(也即射频前端接收电路的器件)造成损坏。
通过上述的三端口的信号隔离器18的设置,可以有效防止信号下行过程中的反射信号进入宽带功放单元16,以及避免下行信号功率耦合到上行链路,实现信号下行与信号上行的隔离,避免对上行链路的器件造成损坏,提高射频前端发射电路100的可靠性,也可以提升射频前端发射电路100所应用的收发机的可靠性。
在一个实施例中,信号隔离器18为环形器。可以理解,可以采用环形器作为上述的信号隔离器18,利用环形器单向传输的特点,可以有效防止宽带功放单元16至天线107方向产生的反射信号进入宽带功放单元16。此外,环形器在信号下行与信号上行之间有将近30dB的隔离度,可以有效防止下行信号功率耦合到上行后,对上行链路的器件造成损坏。环形器技术较为成熟且应用广泛,可以提供高可靠性的隔离保护功能,可以有效提升射频前端发射电路100的可靠性同时,降低应用成本。
在一个实施例中,还提供一种射频前端电路,包括上述的射频前端发射电路100。可以理解,射频前端电路可以包含上述的射频前端发射电路100,还可以包含其他辅助器件,例如滤除链路杂散信号的滤波器或者增加的功率放大器等。本领域技术人员还可以理解,在只需对外发射信号的单向交互的通信终端,其射频前端电路可以包含一个或者两个以上的前述射频前端发射电路100。在需要分别对外发射信号和接收信号的双向交互的通信终端,其射频前端电路可以包含一个或者两个以上的前述射频前端发射电路100,以及本领域的常规收发机中采用的射频前端接收电路。
上述的射频前端电路,通过应用全新的射频前端发射电路100,为射频收发模组09输出的不同频段的射频信号提供共用的发射链路,实现对多频段的射频信号的兼容处理。如此,取代了传统的一个频段使用一个功放的设计方案,面对多频段射频信号的射频前端处理,可以缩减所需的射频前端发射电路的数量,使得射频前端电路的整体功耗和维护成本等得到大幅下降;进而还可以大幅缩小射频前端电路所应用的收发机的体积、降低功耗,达到大幅降低成本的效果。
请参阅图5,在一个实施例中,射频前端电路200还包括开关模组22和射频前端接收电路24。开关模组22用于控制射频前端接收电路24与天线107之间链路的导通或关断。射频前端接收电路24用于对开关模组22输入的射频信号进行分频、滤波及放大处理后,输出到射频收发模组09。射频信号包括不同频段的第一射频信号和第二射频信号,且第一射频信号和第二射频信号之间的时隙配比相兼容。第一射频信号为4G信号。第二射频信号为5G信号。
其中,开关模组22可以是单刀单掷开关或者单刀双掷开关,又或者是其他多触点的继电器开关,只要能够在射频前端电路200所应用的收发机的控制作用下,自动实现射频前端接收电路24与天线107之间链路选通或关断功能即可。时隙配比可以预先通过收发机配置的控制器进行设置,以便第一射频信号和第二射频信号的时隙配比相互兼容,提供不同频段信号各自下行与上行传输时所需的准确时隙。关于第一射频信号为4G信号和第二射频信号为5G信号的部分,可以参见上述射频前端发射电路100的相应实施例进行同理理解。
具体的,在射频前端电路200中,信号下行传输时,下行的射频信号可以通过射频前端发射电路100进行下行传输,信号上行传输时,可以通过开关模组22接通射频前端接收电路24与天线107之间链路,使得天线107接收到的信号可以经过开关模组22进入射频前端接收电路24。射频前端接收电路24从而可以对输入的上行信号,也即开关模组22输入的射频信号进行分频处理,选出有用的第一射频信号和第二射频信号,并对第一射频信号和第二射频信号分别进行滤波放大等处理,最后输出到射频收发模组09进行后续处理。
如图6和图7所示,以4G信号和5G信号的一种时隙配比为例,对第二射频信号的时隙配比兼容第一射频信号的时隙配比的过程进行详细说明:如图6所示,对于4G信号(或称4G LTE(Long Term Evolution,长期演进)系统的信号):1个时隙为1ms,共分了10个时隙,其中包含6个下行时隙(D),3个上行时隙(U)和1个特殊时隙(S)。该特殊时隙被分为14份,11:1:2,其中11份被分到下行时隙(D),1份是保护时隙(S),2份是上行时隙(U),所占用时间分别是0.785ms,0.07ms和0.14ms。其中保护时隙的0.07ms,还可以分配为:0.03ms为下行时隙,0.03ms为下行-上行保护时隙,0.01ms为上行时隙。而5G信号(或称5G NR(New Radio,新空口)系统的信号)的1个时隙为0.5ms,需要用2个时隙与4G信号的1个时隙对应。为了兼容4G信号,5G信号的特殊时隙S1、S2和S3可分为28份:22:2:4,其中下行时隙占22份,2份是保护时隙,4份是上行时隙,所占用时间分别是0.785ms,0.07ms和0.14ms。收发机的控制器可以4G信号的时隙对下行链路(也即包含射频前端发射电路100的信号下行处理链路)功放及上行链路(也即射频前端接收电路24的信号上行处理链路)中的放大器进行切换。在该例子中,下行、上行切换时序为1ms(D):0.815ms(D),0.03ms(GP),0.15ms(U):3ms(U):5ms(D)。如此,即可以让5G信号的时隙配比兼容4G信号。
如图7所示,在本示例中,是使用了4G信号的1ms(D):1ms(S):3ms(U):5ms(D)的时隙配比方式。图7中示意性地标示出了10ms的下行、上行切换时序,时间上共分为10格,每格为1ms。D线表示下行切换时序,U线表示上行切换时序。其中,在1ms的特殊时隙中,作了11:1:2的时隙分配,其中11份被分到下行时隙,1份是保护时隙,2份是上行时隙,所占用时间分别是0.785ms,0.07ms和0.14ms。其中,保护时隙的0.07ms被分配为:0.03ms被分到下行时隙,0.03ms为下行—上行保护时隙,0.01ms则被分到上行时隙。因此,第2个1ms的下行、上行时间占用是0.815ms(D),0.03ms(GP),0.15ms(U)。本示例中可以看到,在第2个1ms内,下行控制信号(D线)关闭约0.03ms后,上行控制信号(U线)打开。避免了下行发射状态与上行接收状态重叠的情况。
通过上述的开关模组22和射频前端接收电路24的设计,以及时隙配比的配置,可以同时实现信号下行与上行均同时可以传输至少两种不同频段的射频信号,且下行与上行状态无重叠。
请参阅图8,在一个实施例中,开关模组22包括负载电阻222和负载开关224。负载开关224的动端用于连接天线107,负载开关224的第一固定端连接射频前端接收电路24的输入端,负载开关224的第二固定端连接负载电阻222的一端,负载电阻222的另一端接地。
其中,负载电阻222的规格参数可以根据射频前端电路200的工作频段和设计指标等进行选择。负载开关224为至少包含三个开关端口的射频开关器件,可以在收发机的控制器的控制下,完成上行链路的开关控制,帮助信号下行-上行以及上行-下行的切换实现。
具体的,当射频前端电路200工作在下行时隙时,负载开关224的动端与第二固定端相接,而接通负载电阻222,可以增加下行-上行隔离度,例如增加隔离度约30dB。当射频前端电路200工作在上行时隙时,负载开关224则的动端与第一固定端相接,而接通射频前端接收电路24,使得天线107的天线端口输出的射频信号通过负载开关224进入射频前端接收电路24。
通过上述的负载电阻222与负载开关224的设置,可以有效实现上行和下行链路的切换同时,可以增加下行-上行隔离度,进一步提高射频前端电路200的可靠性和稳定性。
在一个实施例中,如图8所示,射频前端接收电路24包括分频滤波单元242和末级放大单元244。分频滤波单元242的输入端连接开关模组22的输出端。分频滤波单元242的输出端连接末级放大单元244的输入端。末级放大单元244的输出端用于连接射频收发模组09的上行输入端。
可以理解,分频滤波单元242为双工器和滤波器等组成的分频、射频滤波电路单元,分频滤波单元242可以包含有至少一个双工器和至少两个滤波器,且分频滤波单元242的各器件的工作频段可以根据第一射频信号和第二射频信号所在的频段来进行选择。末级放大单元244为功放器件组成的信号放大电路单元,可以对分频滤波单元242输出的第一射频信号和第二射频信号进行信号放大处理。
具体的,负载开关224输出的射频信号进入分频滤波单元242后,分频滤波单元242即可以从该射频信号中分频选出第一射频信号和第二射频信号,并对该两种射频信号进行滤波处理后输出到末级放大单元244。末级放大单元244对输入的第一射频信号和第二射频信号进行末级放大处理后,即可输出到射频收发模组09的上行输入端,以便射频收发模组09进行相应的上行信号处理。
以上述的4G信号和5G信号为例,分频滤波单元242负责从输入的射频信号中,选出B39(或B40)以及n41两个频段的射频信号,也即第一射频信号和第二射频信号,并滤除其它带外信号。选出的第一射频信号和第二射频信号经过末级放大单元244放大后,进入射频收发模组09进行处理。
通过上述的分频滤波单元242和末级放大单元244的设置,可以实现不同频段的射频信号的兼容接收处理。在对多频段的射频信号收发时,不再需要针对不同的频段设置不同的射频前端接收电路24,可以降低射频前端电路200的成本和功耗。
请参阅图9,在一个实施例中,分频滤波单元242包括双工器D、第一滤波器F1、第二滤波器F2、第三滤波器F3、第一选路开关S1和第二选路开关S2。末级放大单元244包括第一末级放大器LNA1和第二末级放大器LNA2。双工器D的输入端连接开关模组22的输出端。双工器D的第一输出端连接第一选路开关S1的动端。双工器D的第二输出端连接第三滤波器F3的输入端。第一选路开关S1的第一固定端通过第一滤波器F1连接至第二选路开关S2的第一固定端。第一选路开关S1的第二固定端通过第二滤波器F2连接至第二选路开关S2的第二固定端。第二选路开关S2的动端连接第一末级放大器LNA1的输入端。第三滤波器F3的输出端连接第二末级放大器LNA2的输入端。第一末级放大器LNA1的输出端,以及第二末级放大器LNA2的输出端分别用于连接射频收发模组09的上行输入端。
可以理解,末级放大单元244可以由两个末级放大器LNA(Low Noise Amplifier,低噪声放大器)来组成。具体的,负载开关224输出射频信号后,首先由双工器D从该射频信号中选出第一射频信号和第二射频信号。双工器D的第一输出端输出第一射频信号,例如B39频段的信号或B40频段的信号,第二输出端输出第二射频信号,例如n41频段信号。第二射频信号由第三滤波器F3选出,并滤除其它带外信号。第一射频信号,则继续由第一选路开关S1和第二选路开关S2分别选通。当第一选路开关S1和第二选路开关S2选通第一滤波器F1时,第一射频信号(如B39频段信号)通过,当第一选路开关S1和第二选路开关S2选通第二滤波器F2时,第一射频信号(如B40频段信号)通过。如此,即实现了第二射频信号和任一种第一射频信号可选接收频段的组合输出。此外,通过各滤波器件,可选出所需频段的信号及滤除带外信号外,还可以抑制下行信号耦合至上行链路后在上行链路上形成的底噪,以提高接收机接收效果。
第一射频信号和第二射频信号分别由后级的第一末级放大器LNA1和第二末级放大器LNA2放大处理后,进入射频收发模组09进行处理。通过上述的各器件共同构成的射频前端接收电路24,可以实现对不同频段的上行信号进行射频前端处理,成本和功耗均可以得到大幅降低。
在一个实施例中,如图9所示,上述射频前端电路200还包括带通滤波器26。带通滤波器26的第一端分别连接射频前端发射电路100的输出端,以及开关模组22的输入端。带通滤波器26的第二端用于连接天线107。带通滤波器26用于对射频前端发射电路100输出的宽带射频信号进行带外信号抑制,以及用于从天线107接收到的信号中选通输入开关模组22的第一射频信号和第二射频信号。
可以理解,带通滤波器26可以是本领域各型带通滤波器26,通带的大小和数量可以根据发射和接收的信号的带宽来选择。以上述的4G信号(如B39频段信号与B40频段信号)以及5G信号(如n41频段信号)为例,带通滤波器26的通带可以分别对应于B39频段、B40频段和n41频段。
具体的,在射频前端发射电路100靠近天线107的一端,还可以设置有带通滤波器26,可以通过第一射频信号和第二射频信号组成的宽带射频信号,或者通过天线107从外部空间接收到的信号中所需要的宽带射频信号。在信号下行过程中,带通滤波器26在通过宽带射频信号同时,滤除来自发射机的杂散信号,以使发射指标满足3GPP(3rd GenerationPartnership Project,第三代合作伙伴计划)对杂散的要求。
在信号上行过程中,天线107从外部空间接收到的信号经过带通滤波器26,带通滤波器26从该接收的信号中选通所需要的宽带射频信号,例如B39频段+n41频段的信号,或者B40频段+n41频段信号;此外,带通滤波器26还可以对带外阻塞信号进行抑制,以使接收指标满足3GPP对阻塞的要求。
通过上述的带通滤波器26的设置,可以更有效地满足信号下行与上行的传输需要,降低信号干扰。
在一个实施例中,带通滤波器26为三通带滤波器。可选的,在本实施例中可以采用三通带的三通滤波器作为上述的带通滤波器26,如此在实现4G信号和5G信号的收发处理时,可以确保所需的信号通带同时,可以充分利用三通带滤波器所能提供的通带,避免采用更多通带的带通滤波器26时造成的通带资源过剩、利用效率低且成本高的问题。
请参阅图10,在一个实施例中,还提供一种收发机300,包括基带模组31、射频收发模组09和上述的射频前端电路200。基带模组31用于收发基带信号。基带信号包括不同频段的第一基带信号和第二基带信号。射频收发模组09用于将基带信号转换为对应的射频信号,或者将射频信号转换为对应基带信号。
其中,本领域技术人员可以理解,上述的收发机300除前述示出的各模组和射频前端电路200之外,还可以包括其他组成结构,本说明书中不再展开一一赘述。基带模组31可以是产生和处理处理不同频段基带信号的基带模块组成的基带处理模组,具体组成的基带模块可以根据所需收发处理的信号频段的数量来确定。关于上述的射频前端电路200可以参见上述各相应实施例中的说明进行理解。
上述的收发机300,通过应用全新的射频前端电路200,射频收发模组09输出的不同频段的射频信号提供共用的发射链路,实现对多频段的射频信号的兼容处理。如此,取代了传统的一个频段使用一个功放的设计方案,面对多频段射频信号的射频前端处理,可以缩减所需的射频前端发射电路的数量,使得射频前端电路200的整体功耗和维护成本等得到大幅下降,大幅缩小了收发机300的体积、降低功耗,达到大幅降低成本的效果。
请参阅图11,在一个实施例中,基带模组31包括4G基带模块312和5G基带模块314。射频收发模组09包括第一射频收发模块092和第二射频收发模块094。4G基带模块312用于输出第一基带信号,以及对第一射频收发模块092转换输出的第一基带信号进行基带处理。5G基带模块314用于输出第二基带信号,以及对第二射频收发模块094转换输出的第二基带信号进行基带处理。第一射频收发模块092用于将4G基带模块312输出的第一基带信号,转换为对应的第一射频信号,或将射频前端电路200输出的第一射频信号,转换为对应的第一基带信号输出到4G基带模块312。第二射频收发模块094用于将5G基带模块314输出的第二基带信号,转换为对应的第二射频信号,或将射频前端电路200输出的第二射频信号,转换为对应的第二基带信号输出到5G基带模块314。
可以理解,4G基带模块312为本领域的4G基带芯片或者以4G基带芯片为核心处理器件的电路模块。同理,5G基带模块314为本领域的5G基带芯片或者以5G基带芯片为核心处理器件的电路模块。第一射频收发模块092和第二射频收发模块094均可以是但不限于本领域的射频收发模块,也即RFIC(射频集成电路)芯片,或者是RFIC芯片为核心器件的电路模块。第一射频收发模块092和第二射频收发模块094可以在收发机300的本振电路输出的本振信号作用下,实现工作频段与所需处理的第一射频信号或者第二射频信号相对应。
具体的,在信号下行过程中,4G基带模块312产生的基带信号进入第一射频收发模块092,第一射频收发模块092将该基带信号转换为对应的第一射频信号输出到射频前端电路200。5G基带模块314产生的基带信号进入第二射频收发模块094,第二射频收发模块094将该基带信号转换为对应的第二射频信号输出到射频前端电路200。
在信号上行过程中,射频前端电路200输出的第一射频信号输出到第一射频收发模块092,第一射频收发模块092将该第一射频信号转换为对应的基带信号,并输出到4G基带模块312进行基带处理。射频前端电路200输出的第二射频信号输出到第二射频收发模块094,第二射频收发模块094将该第二射频信号转换为对应的基带信号,并输出到5G基带模块314进行基带处理。
通过上述的各基带模块和射频收发模块的应用,可以可靠地实现不同频段的基带信号的收发处理,以及射频收发处理,实现4G和5G频段的兼容收发处理,收发机体积小且成本不高。
请参阅图12,在一个实施例中,第一射频收发模块092包括串联的第一数模转换器DAC1、第一中频滤波器F4、第一可变增益放大器U1、第一混频器M1和第二可变增益放大器U2;以及串联的第一模数转换器ADC1、第二中频滤波器F5、第三可变增益放大器U3、第二混频器M2和第四可变增益放大器U4。第一数模转换器DAC1的输入端连接4G基带模块312的发送端。第二可变增益放大器U2的输出端连接射频前端电路200的第一下行输入端。第一模数转换器ADC1的输出端连接4G基带模块312的接收端。第四可变增益放大器U4的输入端连接射频前端电路200的第一上行输出端。
可以理解,第一射频收发模块092在工作时,可以由收发机300的本振电路输出相应的本振信号,以调整第一混频器M1和第二混频器M2的工作频段,使得第一混频器M1和第二混频器M2所在的射频链路的工作频段,适配于第一射频信号的频段。以上述的4G信号为例:
在信号上行过程中,若射频前端电路200选出的第一射频信号是B39频段信号,则B39频段信号进入第四可变增益放大器U4后,本振电路输出到第二混频器M2的本振信号的中心频率配置为1890MHz,与B39频段信号相适配。B39频段信号经过该第二混频器M2后,下变频至中频信号并经过第三可变增益放大器U3及第二中频滤波器F5后,由第一模数转换器ADC1转换为数字信号,也即对应于B39频段信号的基带信号,最后送入4G基带模块312进行基带处理。同理可以理解,若射频前端电路200选出的第一射频信号是B40频段信号,则B40频段信号进入第四可变增益放大器U4后,本振电路输出到第二混频器M2的本振信号的中心频率配置为2340MHz,与B40频段信号相适配。B40频段信号经过该第二混频器M2后,下变频至中频信号并经过第三可变增益放大器U3及第二中频滤波器F5后,由第一模数转换器ADC1转换为数字信号,也即对应于B40频段信号的基带信号,最后送入4G基带模块312进行基带处理。
相应的,在信号下行过程中,4G基带模块312输出的B39频段信号所对应的基带信号,由第一数模转换器DAC1转换为对应的中频信号后,经过第一中频滤波器F4进行滤波、第一可变增益放大器U1进行放大处理。该中频信号经第一混频器M1上变频至第一射频信号,也即B39频段信号并经第二可变增益放大器U2放大后,输出到射频前端电路200。对于下行过程中的B40频段信号的处理过程可以同理理解。
通过上述的第一射频收发模块092的收发链路,可以实现不同频段的第一射频信号的收发处理,链路结构简化,可进一步降低收发机300的成本。
在一个实施例中,如图12所示,第二射频收发模块094包括串联的第二数模转换器DAC2、第三中频滤波器F6、第五可变增益放大器U5、第三混频器M3和第六可变增益放大器U6;以及串联的第二模数转换器ADC2、第四中频滤波器F7、第七可变增益放大器U7、第四混频器M4和第八可变增益放大器U8。第二数模转换器DAC2的输入端连接5G基带模块314的发送端。第六可变增益放大器U6的输出端连接射频前端电路200的第二下行输入端。第二模数转换器ADC2的输出端连接5G基带模块314的接收端。第八可变增益放大器U8的输入端连接射频前端电路200的第二上行输出端。
可以理解,第二射频收发模块094在工作时,可以由收发机300的本振电路输出相应的本振信号,以调整第三混频器M3和第四混频器M4的工作频段,使得第三混频器M3和第四混频器M4所在的射频链路的工作频段,适配于第二射频信号的频段。以上述的5G信号为例:
在信号上行过程中,n41频段信号(也即第二射频信号)的进入第八可变增益放大器U8后,本振电路输出的本振信号的中心频率配置为2625MHz,与n41频段信号相适配。n41频段信号经过第四混频器M4下变频至中频信号,再经过第七可变增益放大器U7进行放大和第四中频滤波器F7滤波后,由第二模数转换器ADC2转换为相应的数字信号,也即n41频段信号对应的基带信号,最终送入5G基带模块314进行基带处理。
在信号下行过程中,5G基带模块314产生的n41频段信号对应的基带信号,由第二数模转换器DAC2转换为对应的中频信号后,经过第三中频滤波器F6进行滤波、第五可变增益放大器U5进行放大处理。该中频信号经第三混频器M3上变频至第二射频信号,也即n41频段信号并经第六可变增益放大器U6放大后,输出到射频前端电路200。通过上述的第二射频收发模块094的收发链路,可以实现5G信号的收发处理,链路结构简化,可进一步降低收发机300的成本。
在一个实施例中,还提供一种基站设备,包括上述的收发机300。
其中,基站设备可以是但不限于宏基站、微基站或者微微基站。本领域技术人员可以理解,基站设备中的收发机可以采用上述各实施例中的收发机300,来实现所需的信号收发处理。
上述的基站设备,通过应用全新的收发机300,使得不同频段的射频信号可以共用发射链路及接收链路,实现对多频段的射频信号的兼容处理,可同时覆盖多用户。如此,取代了传统的一个频段,使用一副基带模块,一副射频收发模块,一副射频前端收发链路的设计方案。面对多频段射频信号的射频前端处理,可以缩减所需的射频前端发射电路的数量,使得射频前端电路200的整体功耗和维护成本等得到大幅下降,大幅缩小了收发机的体积、降低功耗,达到大幅降低基站设备建设和运维成本的效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。