CN110380754B - 一种双频时分信号收发放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频时分信号收发放大器，包括：两收发天线、分别与两收发天线电连接的双工器及两个频段放大电路模块；所述双工器用于接收信号，并根据不同的频段将信号发送至相应的频段放大电路模块；所述频段放大电路模块包括：基带同步模块、时隙执行模块及放大滤波模块；所述时隙同步模块用于接收双工器发送的频段信号并控制时隙执行模块执行相应的路径切换指令；所述放大滤波模块用于接收并处理时隙执行模块发送的频段信号。本发明通过双工器分频处理并结合基带同步模块提供的时隙切换信号，控制射频开关进行上下行时隙切换，从而实现双频段时分信号的同时收发控制。

Description

一种双频时分信号收发放大器

技术领域

本发明涉及通信领域的放大器，具体涉及一种双频时分信号收发放大器。

背景技术

TD-LTE，即Time Division Long TermEvolution(分时长期演进)，由3GPP组织涵盖的全球各大企业及运营商共同制定，LTE标准中的FDD和TDD两个模式实质上是相同的，两个模式间只存在较小的差异，相似度达90％。TDD即时分双工(Time Division Duplexing)，是移动通信技术使用的双工技术之一，与FDD频分双工相对应。TD-LTE是TDD版本的LTE的技术，FDD-LTE的技术是FDD版本的LTE技术。

TDD-LTE通信系统使用场景中，作为收发信号的链路基本上设计成单频段，不适用于两个频段的信号同时接收和发射。且满足适用于两个频段的接收系统，都设计独立的两个频段的接收链路，这样的系统设计方案一般用在常规的接收机系统，因此该类设计方案体现了设备体积比较大、功耗高、成本比较昂贵，系统设计比较复杂等，在场景的应用上，如站点设置、天线安装等都没有单台设备灵活和方便。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供了一种双频时分信号收发放大器，解决了这两种TDD双频段共存方式下，一种接收设备就可实现两种频率信号时分收发的方法，并且实现收发信号链路复用。

两收发天线、与一收发天线相连的第一双工器、与另一收发天线相连的第二双工器及两个频段放大电路模块；

所述第一双工器或第二双工器用于滤波收发天线的信号，并根据不同的频段将信号发送至相应的频段放大电路模块；或用于接收频段放大电路模块的信号并发送至相应的收发天线；

所述频段放大电路模块包括：

基带同步模块、时隙执行模块及放大滤波模块；

所述基带同步模块用于接收第一或第二双工器滤波的频段信号并控制时隙执行模块执行相应的上下行时隙切换指令；

所述放大滤波模块用于接收并处理时隙执行模块传递的频段信号。

所述时隙执行模块包括若干个联动的射频开关，时隙同步模块通过控制射频开关的动触点动向进而执行相应的上下行时隙切换指令。

所述时隙执行模块包括四个联动的射频开关，第一射频开关的RFC端与放大滤波模块的输出端相连，RF1端与第二射频开关的RF1端相连，RF2端与第四射频开关的RF2端相连；第二射频开关的RFC端与第一双工器的输出端相连，RF2端与第三射频开关端RF2端相连；第三射频开关的RFC端与放大滤波模块的输入端相连，RF1端与第四射频开关的RF1端相连；第四射频开关的RFC端与时隙同步模块的输入端及第二双工器的输出端相连；时隙同步模块的输入端与第二双工器的输出端通过信号耦合方式连接；

所述时隙同步模块的输出端分别与射频开关的控制端相连。

所述射频开关采用单刀双掷射频开关。

所述放大滤波模块包括依次连接的低噪声放大器、增益放大器、功率放大器，所述低噪声放大器的输入端与第三射频开关的RFC端相连，功率放大器的输出端与第一射频开关的RFC端相连。

所述放大滤波模块包括依次连接的低噪声放大器、增益放大器、功率放大器及滤波器，所述低噪声放大器的输入端与第三射频开关的RFC端相连，滤波器的输出端与第一射频开关的RFC端相连。

一收发天线与基站天线进行信号收发，另一收发天线与移动终端进行信号收发。

所述第一双工器或第二双工器采用介质双工器。

本发明中的施主天线(一收发天线)接收基站信号并发送至双工器2，双工器2接收并滤波基站信号，并根据不同的频段将信号发送至相应的基带同步模块(其中，2个基带同步模块可单独执行指令)，相应的基带同步模块控制自己的时隙执行模块(射频开关)，实现基带同步模块对时隙执行模块的上下行时隙切换控制，基站信号经过相应的通信路径并经放大滤波电路处理后发送至双工器1，双工器1接收处理后的基站信号，并发送至重发天线(另一收发天线)；

另一方面，重发天线接收终端信号并发送至双工器1，双工器1接收并滤波终端信号，双工器1接收并滤波终端信号，相应的基带同步模块控制自己的时隙执行模块，从而实现时隙执行模块的上下行时隙切换，终端信号经过相应的通信路径并经放大滤波电路处理后发送至双工器2，双工器2接收处理后的终端信号，并发送至施主天线。本发明能够实现双频段的同步接收与发射。

附图说明

图1为本发明双频时分信号收发放大器的结构示意图。

图2为本发明双频时分信号收发放大器的电路原理图。

图3为本发明双频时分信号收发放大器的上行时隙信号接收流程示意图。

图4为本发明双频时分信号收发放大器的下行时隙信号接收流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

应当理解的是，本文中的用语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

如图1、2所示，一种双频时分信号收发放大器，包括：重发天线、与重发天线点连接的双工器1，施主天线、与施主天线电连接的双工器2及两个对应的频段放大电路模块；

本发明的施主天线和重发天线信号接收和发射实现了双频共用，减小了双频天线的使用数量，更加切合实际设备安装和使用需求。

双工器1和双工器2用于滤波施主天线/重发天线的信号，并根据不同的频段将信号发送至相应的频段放大电路模块；或用于接收频段放大电路模块的信号并发送至相应的施主天线/重发天线；

本实施例包括Band38和Band40两路频段放大电路模块；

Band38频段放大电路模块包括：

Band38基带同步模块、四个联动的射频开关及放大滤波模块1；

Band38基带同步模块用于接收双工器2发送的频段信号并控制射频开关1～射频开关4执行相应的路径切换指令；

放大滤波模块1用于接收并处理射频开关发送的频段信号。

如图2所示，射频开关1的RFC端与放大滤波模块1的输出端相连，RF1端与射频开关2的RF1端相连，RF2端与射频开关4的RF2端相连；射频开关2的RFC端与双工器1的输出端相连，RF2端与射频开关3的RF2端相连；射频开关3的RFC端与放大滤波模块的输入端相连，RF1端与射频开关4的RF1端相连；射频开关4的RFC端与Band38基带同步模块的输入端及双工器2的输出端相连；

Band38基带同步模块的输出端分别与射频开关的控制端Vctl1、Vctl2、Vctl3、Vctl4相连。

同样的，Band40频段放大电路模块包括：

Band40基带同步模块、四个联动的射频开关及放大滤波模块2；

Band40基带同步模块用于接收双工器2发送的频段信号并控制射频开关5～射频开关8执行相应的路径切换指令；

放大滤波模块2用于接收并处理射频开关发送的频段信号。

如图2所示，射频开关6的RFC端与放大滤波模块2的输出端相连，RF1端与射频开关5的RF1端相连，RF2端与射频开关7的RF2端相连；射频开关5的RFC端与双工器1的输出端相连，RF2端与射频开关8的RF2端相连；射频开关8的RFC端与放大滤波模块2的输入端相连，RF1端与射频开关7的RF1端相连；射频开关7的RFC端与Band40基带同步模块的输入端及双工器2的输出端相连；

Band40基带同步模块的输出端分别与射频开关的控制端Vctl5、Vctl6、Vctl7、Vctl8相连。

本发明的TD-LTE基带同步模块支持Band38、Band39、Band40、Band41。通过更换链路中的滤波器和双工器，可以调整为同步模块支持的所有Band频段的信号，可灵活进行组合适应实际应用需求。

在本发明的实施例中，放大滤波模块1包括依次连接的低噪声放大器、增益放大器、功率放大器及Band38滤波器，低噪声放大器的输入端与射频开关3的RFC端相连，Band38滤波器的输出端与第一射频开关的RFC端相连。

放大滤波模块2包括依次连接的低噪声放大器、增益放大器、功率放大器及Band40滤波器，低噪声放大器的输入端与射频开关8的RFC端相连，Band40滤波器的输出端与射频开关6的RFC端相连。

本发明实施例中支持但不局限于频段Band38和Band40两路时分收发信号。施主天线与基站天线进行信号收发，重发天线与移动手机用户端进行信号收发。该方案中信号流向从重发天线到施主天线定义为上行，信号流向从施主天线到重发天线定义为下行。Band38和Band40收发链路的重发天线和施主天线处各有一个Band38/Band40双工器进行频分滤波，放大滤波模块包含三级放大器，分别是低噪声放大器、增益放大器、功率放大器，上行和下行信号接收放大链路上共用该三级放大器。上行信号接收和下行信号接收共用链路的时分切换通过链路上的多个SPDT单刀双掷射频开关实现，时分信号上下行的切换控制信号分别由Band38和Band40基带同步模块给出。Band38和Band40基带同步模块的信号通过耦合施主天线的输入信号，自动完成TD-LTE无线网络的小区搜索和无线信令处理，得到精确的TDD上下行时隙Timing，上下行时隙比等信息，通过模块上的GPIO口将上下行时隙同步信号输出到链路上的SPDT射频开关，进行上下行信号的切换控制。基带同步模块支持多Band时序同步信号输出，本实施中选用Band38和Band40的同步时隙控制信号。Band38和Band40放大滤波模块中还设有一个射频滤波器，提高信号链路的隔离度和抑制谐波杂散，用以防止高增益下两个链路的信号相互串扰。Band38和Band40放大滤波模块的前后分别设计了两级SPDT射频开关，给上下行链路信号共用做切换，提高信号输入与输出端口间的隔离度。该方案通过使用TDD-LTE基带同步模块耦合施主天线端口的基站信号，得到精确的TDD上下行时隙，给出同步控制信号，并支持多频段同步的功能，结合TD-LTE通信设备的实际应用场景需求，合理的运用时隙切换业务模式，实现了一种双频时分信号收发控制的电路设计，达到了实际场景的信号覆盖和应用需求。

本发明中Band38/Band40双工器选择GLEAD DDM08A2595L50/2350L100A。该介质双工器支持频段2.57-2.62GHz和2.3-2.4GHz，42×18×10mm，插损小，隔离度高，带内平坦度好。

Band38滤波器(频段2570-2620MHz)选择TST TA1968A。Band38滤波器(频段2300-2400MHz)选择TST TA2404B。该滤波器为国际标准型器件，满足带外抑制指标需求和隔离度指标。

低噪声放大器选择CREOTECHLXK6037。该器件支持频段0.7-6.0GHz，2×2mm QFN封装，在2GHz时噪声系数为0.5dB，增益在20dB左右。

增益放大器选择CREOTECHLXK6102A。该器件支持频段0.05-4.0GHz，SOT-89封装，50欧姆阻抗匹配，典型增益在20dB左右。

功率放大器选择NXP AFT27S010NT1。该器件支持频段0.7–3.6GHz，6×6.5mm SMT封装，典型增益在20dB左右，P-1输出功率在40dBm。

SP2T射频开关选择ANALOG ADRF5132单刀双掷开关。该器件支持频段0.7-5.0GHz，43dBm发射峰值功率，各端口信号切换无反射，隔离度高，插损小，3×3mm LFCSP封装，切换时间小于700nS，满足时隙切换要求。Vctl端是高电平信号时，则RFC与RF1关闭，RFC与RF2导通；Vctl端是低电平信号时，则RFC与RF1导通，RFC与RF2导通。

TD-LTE基带同步模块选择HJX HR-TD-03A，提供TD-LTE网络的高速数据接入服务，支持TD-LTE的Band38、Band39、Band40、Band41。集成RF Transceiver电路，支持多频段的射频收发处理；在TD-LTE 20MHz的MIMO模式下，接收灵敏度为-94dBm，功耗小于1W。

本发明可设计收发链路增益为50dB以上，LTE收发功率最大在33dBm，完全满足室内外Band38和Band40信号接收放大增强的目的，达到小型区域的增强覆盖要求。

如图3所示，为本发明双频时分信号收发放大器的上行时隙信号接收流程示意图。移动手机用户的发射信号Band38和Band40进入重发天线，按照图中信号的流向，从施主天线发送至基站。Band38移动手机发射信号经重发天线接收进入Band38/Band40双工器1，经过双工器滤波后从SPDT射频开关2的RFC口进入，RF2端口输出，再从SPDT射频开关3的RF2口进入，RFC端口输出，经过Band38信号放大链路，从SPDT射频开关1的RFC口进入，RF2端口输出，再从SPDT射频开关4的RF2口输入，RFC端口输出，最后经过Band38/Band40双工器2滤波后通过施主天线发射信号给基站接收。同理，Band40移动手发射信号经重发天线接收进入Band38/Band40双工器1，经过双工器滤波后从SPDT射频开关5的RFC口输入，RF2端口输出，再从SPDT射频开关8的RF2口输入，RFC端口输出，经过Band38信号放大链路，从SPDT射频开关6的RFC口输入，RF2端口输出，再从SPDT射频开关7的RF2口输入，RFC端口输出，最后经过Band38/Band40双工器2滤波后通过施主天线发射信号给基站接收。

如图4所示，为本发明双频时分信号收发放大器的下行时隙信号接收流程示意图。基站接收的信号Band38和Band40进入施主天线，按照图中信号的流向，从重发天线发送至移动手机用户。Band38基站发射的信号经施主天线接收进入Band38/Band40双工器2，经过该双工器滤波后从SPDT射频开关4的RFC口进入，RF1端口输出，再从SPDT射频开关3的RF1口进入，RFC端口输出，经过Band38信号放大链路，从SPDT射频开关1的RFC口进入RF1端口输出，再从SPDT射频开关2的RF1口进入，RFC端口输出，最后经过Band38/Band40双工器1滤波后通过重发天线发射信号。同理，Band40基站发射的信号经施主天线接收进入Band38/Band40双工器2，经过该双工器滤波后从SPDT射频开关7的RFC口进入，RF1端口输出，再从SPDT射频开关8的RF1口进入，从RFC端口输出，经过Band38信号放大链路，从SPDT射频开关6的RFC口进入，RF1端口输出，再从SPDT射频开关5的RF1口进入，RFC端口输出，最后经过Band38/Band40双工器1滤波后通过重发天线发射信号。

本发明选取两个TDD频段(Band38和Band40)，技术上解决了TDD-LTE两频段共存方式下，一种接收设备就可实现两个信号频段接收放大的方法。通过双工器分频处理并结合TD-LTE基带同步模块提供的时隙切换信号，控制射频开关进行上下行时隙切换，配合射频放大器、滤波器等硬件方法实现双频段时分信号的同时收发控制，通过施主天线和重发天线实现小信号接收和放大的需求。上下行链路中信号的接收和发射共用一路，通过开关切换，避免发射和接收独立产生的切换影响，用较少的成本方案解决了TDD信号收发并且支持TDD双频段收发，可以满足更多的场景应用。该设计方案新颖、电路简单、两个频段独立工作不相互干扰、链路一致性好，成本控制好，对于运营商室内外信号增强覆盖场景的应用效果非常好，广泛应用与楼道、电梯、隧道、地下室等室内外小范围区域的信号盲区覆盖。

本发明的双频时分信号收发放大器用在TDD信号覆盖信号设备中，根据现场的空间检测信号进行时分信号频段(Band38和Band40)的选择，实现上下行移动小信号的接收和放大，扩大信号的覆盖范围、提高信号的接收质量。

本发明的上下行链路中信号的接收和发射共用一路，实现用较少的成本方案解决了TDD双频信号进行收发并且设计了三级放大器，可以进一步调整放大器的数量来调整链路的放大倍数和功率等级，进一步适应特殊场景比如电梯井、隧道等应用。

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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种双频时分信号收发放大器，其特征在于，包括：

两收发天线、与一收发天线相连的第一双工器、与另一收发天线相连的第二双工器及两个频段放大电路模块；

所述第一双工器或第二双工器用于滤波收发天线的信号，并根据不同的频段将信号发送至相应的频段放大电路模块；或用于接收频段放大电路模块的信号并发送至相应的收发天线；

所述频段放大电路模块包括：

基带同步模块、时隙执行模块及放大滤波模块；

所述基带同步模块用于接收第一或第二双工器滤波的频段信号并控制时隙执行模块执行相应的上下行时隙切换指令；

所述放大滤波模块用于接收并处理时隙执行模块传递的频段信号，所述时隙执行模块包括四个联动的射频开关，第一射频开关的RFC端与放大滤波模块的输出端相连，RF1端与第二射频开关的RF1端相连，RF2端与第四射频开关的RF2端相连；第二射频开关的RFC端与第一双工器的输出端相连，RF2端与第三射频开关端RF2端相连；第三射频开关的RFC端与放大滤波模块的输入端相连，RF1端与第四射频开关的RF1端相连；第四射频开关的RFC端与时隙同步模块的输入端及第二双工器的输出端相连；时隙同步模块的输入端与第二双工器的输出端通过信号耦合方式连接；

所述时隙同步模块的输出端分别与射频开关的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的双频时分信号收发放大器，其特征在于：所述射频开关采用单刀双掷射频开关。

3.根据权利要求1所述的双频时分信号收发放大器，其特征在于：

所述放大滤波模块包括依次连接的低噪声放大器、增益放大器、功率放大器，所述低噪声放大器的输入端与第三射频开关的RFC端相连，功率放大器的输出端与第一射频开关的RFC端相连。

4.根据权利要求1所述的双频时分信号收发放大器，其特征在于：

所述放大滤波模块包括依次连接的低噪声放大器、增益放大器、功率放大器及滤波器，所述低噪声放大器的输入端与第三射频开关的RFC端相连，滤波器的输出端与第一射频开关的RFC端相连。

5.根据权利要求1所述的双频时分信号收发放大器，其特征在于：

一收发天线与基站天线进行信号收发，另一收发天线与移动终端进行信号收发。

6.根据权利要求1所述的双频时分信号收发放大器，其特征在于：

所述第一双工器或第二双工器采用介质双工器。

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