CN110445502A - 一种电路复用技术的tdd射频信号放大装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电路复用技术的TDD射频信号放大装置，包括射频放大滤波电路、同步单元和双掷模拟开关单元，射频放大滤波电路择一传输上行信号或下行信号，上行信号、下行信号的传输链路共享同一射频放大滤波电路；同步单元用于接收TDD基站信号并向双掷模拟开关单元送出指示信号；双掷模拟开关单元接收指示信号，控制上行信号传输链路或下行信号传输链路处于工作状态。本发明采用双掷模拟开关单元来替代常规设计对射频放大器开、关电动作，利用TDD‑LTE系统同一时刻只有一条链路处于工作状态的特征，让TDD‑LTE上、下行链路完全共享同一物理的射频放大、滤波通道，该射频放大滤波通道处于稳定工作状态，不需要频繁开、关电。

Description

一种电路复用技术的TDD射频信号放大装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种电路复用技术的TDD射频信号放大装置。

背景技术

射频信号放大设备是解决移动通信信号室内覆盖不足的有效方法。在TDD-LTE放大器系统中，设备工作首要是获取基站上下行同步信号，设备必须严格依照同步信号的指示去控制上、下行链路切换，才能达到信号覆盖的效果。

常规的设计方案是参考FDD信号放大设备(如图1所示)，上、下行链路采用独立的通道来处理，在与TDD-LTE基站建立同步信号后，利用获取的上、下行同步切换信号，对相应的上、下行链路实现开启，关闭控制，在天线端口，只需利用简单的环形器即可实现收发合路。

与FDD系统比较，TDD系统最显著的区别就是采用时分复用技术，上、下行同频。在同一时刻，只有一个链路在工作，所以该方案最大的缺点就是需要频繁对上、下行链路进行开启、关闭操作，产生开关噪声；其次器件选型必须支持快速开启和关闭，满足TDD系统对切换的时序要求，增加选型难度和成本。

为了降低成本及运行功耗，急需提供一种电路复用技术的TDD射频信号放大装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路复用技术的TDD射频信号放大装置，采用双掷模拟开关单元来替代常规设计对射频放大器开、关电动作，利用TDD-LTE系统同一时刻只有一条链路处于工作状态的特征，让TDD-LTE上、下行链路完全共享同一物理的射频放大、滤波通道，该射频放大滤波通道处于稳定工作状态，不需要频繁开、关电。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种电路复用技术的TDD射频信号放大装置，包括：

射频放大滤波电路，该射频放大滤波电路择一传输上行信号或下行信号，所述上行信号、下行信号的传输链路共享同一射频放大滤波电路；

同步单元，用于接收TDD基站信号并向双掷模拟开关单元送出指示信号；

双掷模拟开关单元，接收所述指示信号并控制上行信号传输链路或下行信号传输链路处于工作状态。

本发明采用双掷模拟开关单元来替代常规设计对射频放大器开、关电动作，利用TDD-LTE系统同一时刻只有一条链路处于工作状态的特征，让TDD-LTE上、下行链路完全共享同一物理的射频放大、滤波通道，该射频放大滤波通道处于稳定工作状态，不需要频繁开、关电。

作为本发明的进一步改进，所述双掷模拟开关单元由N个SPDT芯片组成，N个SPDT芯片串联在射频放大滤波电路上，通过同步单元控制每个SPDT芯片接通本SPDT芯片内部的任一通道。

作为本发明的进一步改进，当基站处于下行工作时，指示信号为低电平，同步单元向SPDT芯片输出低电平信号，包含所述射频放大滤波电路的下行信号传输链路处理工作状态；

当基站处于上行工作时，指示信号为高电平，同步单元向SPDT芯片输出高电平信号，包含所述射频放大滤波电路的上行信号传输链路处理工作状态。

作为本发明的进一步改进，当基站处于下行工作时，指示信号为高电平，同步单元向SPDT芯片输出高电平信号，包含所述射频放大滤波电路的下行信号传输链路处理工作状态；

当基站处于上行工作时，指示信号为低电平，同步单元向SPDT芯片输出低电平信号，包含所述射频放大滤波电路的上行信号传输链路处理工作状态。

作为本发明的进一步改进，所述SPDT芯片为高隔离双掷模拟开关芯片。

作为本发明的进一步改进，所述双掷模拟开关单元由四个SPDT芯片组成，四个SPDT芯片平均分成两组串接在射频放大滤波电路的两端。

作为本发明的进一步改进，所述射频放大滤波电路的两端各串接两个SPDT芯片，两个SPDT芯片之间串联，位于其一端的SPDT芯片连接施主天线口，另一端的SPDT芯片连接覆盖天线口。

作为本发明的进一步改进，每个SPDT芯片均具有公共引脚1、第一输出引脚2、第二输出引脚3；

第一个SPDT芯片的公共引脚1连接施主天线口，第一个SPDT芯片的第二输出引脚3连接第二个SPDT芯片的第二输出引脚3，第一个SPDT芯片的第一输出引脚2连接第三个SPDT芯片的第一输出引脚2；

第二个SPDT芯片的第一输出引脚2连接第四个SPDT芯片的第一输出引脚2，第二SPDT芯片的公共引脚1连接射频放大滤波电路的一端，第三SPDT芯片的公共引脚1连接射频放大滤波电路的另一端；

第三个SPDT芯片的第二输出引脚3连接第四个SPDT芯片的第二输出引脚3，第四个SPDT芯片的公共引脚1连接覆盖天线口。

作为本发明的进一步改进，所述同步单元向双掷模拟开关单元发送指令信号，第一个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第二个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第三个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第四个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，此时上行信号的传输链路处理工作状态；

所述同步单元向双掷模拟开关单元发送指令信号，第一个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第二个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第三个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第四个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，此时下行信号的传输链路处理工作状态。

作为本发明的进一步改进，所述同步单元接收TDD基站下行信号、解码分析基站下行导频信道的广播信息，从而达到与基站下行频率同步、时隙同步、以及知晓上下行时隙配比。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出射频信号放大滤波电路复用技术，使用高隔离开关将TDD LTE链路共享同一物理放大滤波通道，从而实现优化设计，降低产品成本及运行功耗等目的。

2、本发明采用双掷模拟开关单元来替代常规设计对射频放大器开、关电动作，利用TDD-LTE系统同一时刻只有一条链路处于工作状态的特征，让TDD-LTE上、下行链路完全共享同一物理的射频放大、滤波通道，该射频放大滤波通道处于稳定工作状态，不需要频繁开、关电。

附图说明

图1为背景技术中常规设计方案的示意图；

图2为本发明下行链路工作时的示意图；

图3为本发明上行链路工作时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1：

请参图1所示，图1为背景技术中常规设计方案的示意图，常规的设计方案是参考FDD信号放大设备，上、下行链路采用独立的通道来处理，在与TDD-LTE基站建立同步信号后，利用获取的上、下行同步切换信号，对相应的上、下行链路实现开启，关闭控制，在天线端口，只需利用简单的环形器即可实现收发合路。

该方案是上、下行链路独立，在端口设计只需要通过开关或者环形器就可以将上、下行实现汇合。同一时间只有一半电路在工作，而另一半电路处于关闭状态，可以提供足够大的环路隔离，所以无需考虑链路隔离度，自激等问题，链路容易实现。

如图2和图3所示，本实施例提供了一种电路复用技术的TDD射频信号放大装置，在充分计算系统增益后，采用高隔离器件，确保在上、下行链路之间提供足够大的隔离，不会产生自激，从而实现TDD收、发链路共享物理通道，保证产品稳定，正常工作的同时，有效降低成本及功耗。

TDD(Time Division Duplexing)时分双工技术，在移动通信技术使用的双工技术之一，与FDD相对应。在TDD模式的移动通信系统中，接收和传送在同一频率信道(即载波)的不同时隙，用保证时间来分离接收和传送信道。

如图2和图3所示，本实施例的电路复用技术的TDD射频信号放大装置，包括射频放大滤波电路、同步单元和双掷模拟开关单元，射频放大滤波电路择一传输上行信号或下行信号，上行信号、下行信号的传输链路共享同一射频放大滤波电路；同步单元用于接收TDD基站信号并向双掷模拟开关单元送出指示信号；双掷模拟开关单元接收指示信号并控制上行信号传输链路或下行信号传输链路处于工作状态。本实施例的同步单元是外购模块，例如上海瀚儒通信的HR-TD-03A同步模块。同步单元属于现有技术，同步单元接收TDD基站下行信号、解码分析基站下行导频信道的广播信息，从而达到与基站下行频率同步、时隙同步、以及知晓上下行时隙配比。

本实施例采用双掷模拟开关单元来替代常规设计对射频放大器开、关电动作，利用TDD-LTE系统同一时刻只有一条链路处于工作状态的特征，让TDD-LTE上、下行链路完全共享同一物理的射频放大、滤波通道，该射频放大滤波通道处于稳定工作状态，不需要频繁开、关电。

优选双掷模拟开关单元由N个SPDT芯片组成，N个SPDT芯片串联在射频放大滤波电路上，通过同步单元控制每个SPDT芯片接通本SPDT芯片内部的任一通道。

当基站处于下行工作时，指示信号为低电平，同步单元向SPDT芯片输出低电平信号，包含射频放大滤波电路的下行信号传输链路处理工作状态；当基站处于上行工作时，指示信号为高电平，同步单元向SPDT芯片输出高电平信号，包含射频放大滤波电路的上行信号传输链路处理工作状态。或者，当基站处于下行工作时，指示信号为高电平，同步单元向SPDT芯片输出高电平信号，包含射频放大滤波电路的下行信号传输链路处理工作状态；当基站处于上行工作时，指示信号为低电平，同步单元向SPDT芯片输出低电平信号，包含射频放大滤波电路的上行信号传输链路处理工作状态。

优选SPDT芯片为高隔离双掷模拟开关芯片，双掷模拟开关单元由四个SPDT芯片组成，四个SPDT芯片平均分成两组串接在射频放大滤波电路的两端。射频放大滤波电路的两端各串接两个SPDT芯片，两个SPDT芯片之间串联，位于其一端的SPDT芯片连接施主天线口，另一端的SPDT芯片连接覆盖天线口。

如图2和图3所示，每个SPDT芯片均具有公共引脚1、第一输出引脚2、第二输出引脚3；第一个SPDT芯片的公共引脚1连接施主天线口，第一个SPDT芯片的第二输出引脚3连接第二个SPDT芯片的第二输出引脚3，第一个SPDT芯片的第一输出引脚2连接第三个SPDT芯片的第一输出引脚2；第二个SPDT芯片的第一输出引脚2连接第四个SPDT芯片的第一输出引脚2，第二SPDT芯片的公共引脚1连接射频放大滤波电路的一端，第三SPDT芯片的公共引脚1连接射频放大滤波电路的另一端；第三个SPDT芯片的第二输出引脚3连接第四个SPDT芯片的第二输出引脚3，第四个SPDT芯片的公共引脚1连接覆盖天线口。

同步单元向双掷模拟开关单元发送指令信号，第一个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第二个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第三个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第四个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，此时上行信号的传输链路处理工作状态；同步单元向双掷模拟开关单元发送指令信号，第一个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第二个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第三个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第四个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，此时下行信号的传输链路处理工作状态。

本实施例提出射频信号放大滤波电路复用技术，使用高隔离开关将TDD LTE链路共享同一物理放大滤波通道，从而实现优化设计，降低产品成本及运行功耗等目的。本实施例采用双掷模拟开关单元来替代常规设计对射频放大器开、关电动作，利用TDD-LTE系统同一时刻只有一条链路处于工作状态的特征，让TDD-LTE上、下行链路完全共享同一物理的射频放大、滤波通道，该射频放大滤波通道处于稳定工作状态，不需要频繁开、关电。

实施例2：

本实施例采用高隔离SPDT芯片来替代常规设计方案，对射频放大器开、关电动作，利用TDD-LTE系统同一时刻，只有一条链路处于工作状态的特征，让TDD-LTE上、下行链路完全共享同一物理放大、滤波通道，该射频放大滤波通道处于稳定工作状态，不需要频繁开、关电。

同步模块是一种通用模块，其功能是接收TDD-LTE基站信号，完成与基站之间的时隙同步，并送出指示信号，当基站处于下行工作时，指示信号为低电平，当上行工作时，指示信号为高电平。该指示信号即可用来作为上下行同步控制信号。

SPDT的开关由同步模块送出的同步信号控制，当高电平施加于SPDT开关上时，SPDT开关的第1，2脚接通，1，3脚之间断开。即高电平时，信号在1，2脚之间插损极小，通常在1dB以内，1，3脚之间插损非常大，出现一个较高的隔离度。反之，当低电平施加于SPDT开关上时，SPDT开关的第1，3脚接通，1，2脚之间断开。即低电平时，信号在1，3脚之间插损极小，通常在1dB以内，1，2脚之间插损非常大，出现一个较高的隔离度。

上、下行时序各SPDT开关状态信息汇总

上、下行各SPDT的开关状态信息如图2和图3所示，无论是下行工作还是上行工作，都有2个SPDT芯片处于隔离状态，提供高隔离，确保放大、滤波电路稳定工作，不会产生环路自激。

本设计TDD LTE室内信号放大器最大输出能力20dBm。射频滤波及放大通道，设计总的最大增益70dBc，为保证环路稳定，不会产生自激，要求环路隔离度大于85dBc，由于链路总是有2个SPDT开关处于隔离状态，因此，单个SPDT需要提供不少于42.5dBc隔离度。3GPP定义TDD LTE上下行切换保护时间最小12.5us，放大器设备的切换要求尽量快速。SPDT器件的选型须要满足这些条件。当隔离度大于环路增益时链路不会自激。一般工程上要求隔离度至少大于增益加15DB。如果设备增益是70db，则隔离度大于70+15＝85db即可满足要求。

以常用的SKY13372-467LF为例，该SPDT器件在3GHZ频率下1dB压缩点不少于29dBm。单个SPDT器件在3GHZ频率下能提供不小于60dBc的隔离度，充分考虑空中辐射，电源耦合等方式，只需利用端口收、发合路的SW1、SW2、SW3、SW4，在施主天线端和重发天线端，在上、下行时序电路中，四个开关提供足够高的隔离度(所谓隔离指的是：当开关的1-2脚接通时，1-3脚即为隔离；当开关的1-3脚接通时，1-2脚即为隔离)，可以提供不小于120dBc的隔离度，远大于链路自激保护要求的85dBc。开关切换时间小于100ns。显然SKY13372-467LF可以满足本实施例的要求。即，本实施例是易于实现的。

电路复用技术的TDD射频信号放大装置，具体实施步骤是：(1)设计射频放大滤波电路，由LNA，滤波器及PA组成；(2)如图2所示，在LNA前串联两级高隔离SPDT开关器件SW1，SW2，在PA输出后串联两级高隔离SPDT开关器件SW3，SW4；(3)连接SW1的第1脚去施主天线口，连接SW4的第1脚去覆盖天线口；(4)施主天线口耦合信号送给同步模块；(5)同步模块输出同步控制信号。

当处于下行工作时，控制信号为低电平，4个开关1，3脚接通，1，2脚隔离；当处于上行工作时，控制信号为高电平，4个开关1，2脚接通，1，3脚隔离。

本实施例是利用TDD-LTE系统上下行同频时分特性，使用高隔离SPTD技术复用TDD-LTE上、下行射频放大、滤波物理链路，在保证系统稳定工作的同时，简化设计，降低产品成本和运行功耗。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种电路复用技术的TDD射频信号放大装置，其特征在于，包括：

射频放大滤波电路，该射频放大滤波电路择一传输上行信号或下行信号，所述上行信号、下行信号的传输链路共享同一射频放大滤波电路；

同步单元，用于接收TDD基站信号并向双掷模拟开关单元送出指示信号；

双掷模拟开关单元，接收所述指示信号并控制上行信号传输链路或下行信号传输链路处于工作状态。

2.根据权利要求1所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，所述双掷模拟开关单元由N个SPDT芯片组成，N个SPDT芯片串联在射频放大滤波电路上，通过同步单元控制每个SPDT芯片接通本SPDT芯片内部的任一通道。

3.根据权利要求2所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，当基站处于下行工作时，指示信号为低电平，同步单元向SPDT芯片输出低电平信号，包含所述射频放大滤波电路的下行信号传输链路处理工作状态；

当基站处于上行工作时，指示信号为高电平，同步单元向SPDT芯片输出高电平信号，包含所述射频放大滤波电路的上行信号传输链路处理工作状态。

4.根据权利要求2所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，当基站处于下行工作时，指示信号为高电平，同步单元向SPDT芯片输出高电平信号，包含所述射频放大滤波电路的下行信号传输链路处理工作状态；

当基站处于上行工作时，指示信号为低电平，同步单元向SPDT芯片输出低电平信号，包含所述射频放大滤波电路的上行信号传输链路处理工作状态。

5.根据权利要求2-4任一项所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，所述SPDT芯片为高隔离双掷模拟开关芯片。

6.根据权利要求1所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，所述双掷模拟开关单元由四个SPDT芯片组成，四个SPDT芯片平均分成两组串接在射频放大滤波电路的两端。

7.根据权利要求6所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，所述射频放大滤波电路的两端各串接两个SPDT芯片，两个SPDT芯片之间串联，位于其一端的SPDT芯片连接施主天线口，另一端的SPDT芯片连接覆盖天线口。

8.根据权利要求6或7所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，每个SPDT芯片均具有公共引脚1、第一输出引脚2、第二输出引脚3；

第一个SPDT芯片的公共引脚1连接施主天线口，第一个SPDT芯片的第二输出引脚3连接第二个SPDT芯片的第二输出引脚3，第一个SPDT芯片的第一输出引脚2连接第三个SPDT芯片的第一输出引脚2；

第二个SPDT芯片的第一输出引脚2连接第四个SPDT芯片的第一输出引脚2，第二SPDT芯片的公共引脚1连接射频放大滤波电路的一端，第三SPDT芯片的公共引脚1连接射频放大滤波电路的另一端；

第三个SPDT芯片的第二输出引脚3连接第四个SPDT芯片的第二输出引脚3，第四个SPDT芯片的公共引脚1连接覆盖天线口。

9.根据权利要求8所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，所述同步单元向双掷模拟开关单元发送指令信号，第一个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第二个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第三个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，第四个SPDT芯片的公共引脚1与其第一输出引脚2接通，此时上行信号的传输链路处理工作状态；

所述同步单元向双掷模拟开关单元发送指令信号，第一个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第二个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第三个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，第四个SPDT芯片的公共引脚1与其第二输出引脚3接通，此时下行信号的传输链路处理工作状态。

10.根据权利要求1所述的TDD射频信号放大装置，其特征在于，所述同步单元接收TDD基站下行信号、解码分析基站下行导频信道的广播信息，从而达到与基站下行频率同步、时隙同步、以及知晓上下行时隙配比。