CN111130592A - 用于5g非独立组网的支持lte/nr双连接的射频前端模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，该模块包括用于产生4G全频段信号和5G频段信号的基带芯片（1）和开关组（2），所述基带芯片（1）的输出端分别经所述开关组（2）加载于下级电路。本发明提供的前端模块结合产生4G全频段信号和5G频段信号的基带芯片和开关组，实现了4G频段和5G refarming频段的EN‑DC，规避了外挂5G功率放大器的必要性；而且通过开关组导通/断开能够实现不同频段的输出。

Description

用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块

技术领域

本发明属于开关领域，尤其是一种用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块。

背景技术

无线传输是指利用无线技术进行数据传输的一种方式，无线传输和有线传输是对应的。随着无线技术的日益发展，无线传输技术被现代化交通、运输、水利、航运、铁路、治安、消防、边防检查站、景区、小区等等领域所使用。

无线传输分为：模拟微波传输和数字微波传输；模拟微波传输是把视频信号直接调制在微波的信道上，通过天线发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，然后再通过微波接收机解调出原来的视频信号。数字微波传输是先把视频编码压缩，然后通过数字微波信道调制，再通过天线发射出去，接收端则相反，天线接收信号，微波解扩，视频解压锁，最后还原模拟的视频信号。

移动通信作为无线传输方式中一种，利用移动网络实现了数据的传递。随着技术的不断发展，移动通信经历了2G、3G和4G时代，为了满足日益增长的移动流量需求，第五代移动通信技术（5G）产生了。

与早期的2G、3G和4G移动网络一样，5G网络是数字蜂窝网路，在这种网络中，供应商覆盖的服务区域被划分为许多被称为蜂窝的小地理区域。表示声音和图像的模拟信号在手机中被数字化，由模数转换器转换并作为比特流传输。蜂窝中的所有5G无线设备通过无线电波与蜂窝中的本地天线阵和低功率自动收发器（发射机和接收机）进行通信。收发器从公共频率池分配频道，这些频道在地理上分离的蜂窝中可以重复使用。本地天线通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。与现有的手机一样，当用户从一个蜂窝穿越到另一个蜂窝时，他们的移动设备将自动“切换”到新蜂窝中的天线。

5G网络的主要优势在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4GLTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟（更快的响应时间），低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。

目前普遍来看，5G有两种组网方式，一个是非独立组网（Non-Standalone，NSA），另一个则是独立组网（Standalone，SA）。非独立组网（NSA）指的是使用现有的4G基础设施，进行5G网络的部署，基于NSA架构的5G载波仅承载用户数据，其控制信令仍通过4G网络传输。而独立组网（SA）指的是新建5G网络，包括新基站、回程链路以及核心网。NSA的组网模式能够让5G网络尽快处于就绪状态，也是目前5G组网普遍采用的模式，SA则是5G业务在5G基站的直接控制下接入5G核心网，是5G网络演进的最终目标。

5G NSA 的优势主要包括：

1.借助目前成熟的4G网络扩大5G 覆盖范围，通过与4G联合组网的方式（NSA）可以实现5G单站覆盖范围的扩大。

2.NSA相较SA标准敲定的时间更早，因此相应的产品和测试工作基本已经完成，理论上产品更成熟。

3.在NSA组网下，5G基站将利用现有4G核心网，省去5G核心网络的建设。

5G NSA在快速部署5G方面具有很大的优势，它可以在原有4G基站的基础上进行升级，如此一来可以在5G建设初期大规模快速地实现5G信号覆盖，并且用户不换卡不换号就能升级到5G网络。

目前5G NSA依赖于LTE/NR双连接(EN-DC)技术实现，也就是说，手机同时跟4G和5G都进行通信。在射频前端的层面，EN-DC技术的实现通常是通过4G功率放大器和外挂的5G功率放大器同时工作来实现，增加了元器件的使用量。

发明内容

本发明在此的目的在于提供一种规避外挂5G N41功率放大器，能够实现兼容4G频段和5G频段的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块。

为实现本发明的目的，在此提供的用于5G非独立组网的支持ENDC的射频前端模块包括用于产生4G全频段信号和5G频段信号的基带芯片和开关组，所述基带芯片的输出端分别经所述开关组加载于下级电路。

进一步的，所述开关组包括第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关。采用单刀双掷开关构成开关组，简化了电路结构，支持5G NSA组网模式下的所有4G+5G N41频段的EN-DC组合配置。

进一步的，所述基带芯片输出5G信号、4G-HB信号、4G-MB信号和4G-LB信号，输出的5G信号和4G-HB信号分别加载于所述第一单刀双掷开关的两个不动端上；输出的4G-HB信号还加载于所述第二单刀双掷开关的一个不动端上，所述第二单刀双掷开关的另一个不动端上加载4G-MB信号；所述第一单刀双掷开关和所述第二单刀双掷开关的动端分别作为输出端。

进一步的，还包括全频段射频前端模组，所述4G-LB信号加载于所述全频段射频前端模组的输入端。

进一步的，所述全频段射频前端模组为兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块。

本发明的有益效果是：本发明提供的前端模块结合产生4G全频段信号和5G频段信号的基带芯片和开关组，实现了4G频段和5G refarming频段的EN-DC，规避了外挂5G功率放大器的必要性；而且通过开关组导通/断开能够实现不同频段的EN-DC(LTE/NR双连接)输出。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明提供的射频前端模块的结构图；

图2为本发明提供的射频前端模块的4G-LTE工作原理图；

图3为本发明提供的射频前端模块的4G MB+5G N41 ENDC工作原理图；

图4为本发明提供的射频前端模块的4G LB+5G N41 ENDC工作原理图；

图5为本发明提供的射频前端模块的4G B40+5G N41 ENDC工作原理图；

图6为本发明提供的全频段射频前端模组的电路结构示意图之一；

图7为本发明提供的全频段射频前端模组的电路结构示意图之二；

图8示出了本发明提供的放大组的电路结构示意图；

图9示出了本发明提供的偏置电路的电路结构示意图；

图10示出了本发明提供的偏置电路与放大组之间的电路连接图；

附图中：1-基带芯片，2-开关组，3-全频段射频前端模组，21-第一单刀双掷开关，22-第二单刀双掷开关，31-第一放大组，32-第二放大组，33-第三放大组，34-控制器，35-开关、36-输入匹配电路，37-第一级放大器，38-中间匹配电路，39-第二级放大器，310-输出匹配电路，341-第一偏置电路，342-第二偏置电路，343-第三偏置电路。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。然而，示例性实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例性实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能会夸大部分元件的尺寸或加以变形。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、元件等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法或者操作以避免模糊本公开的各方面。

图1-5示出了本发明提供的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块的原理结构，该前端模块具体结构通过下列示例体现。

示例一

该示例提供的前端模块包括用于产生4G全频段信号和5G频段信号的基带芯片1和开关组2，基带芯片1的输出端分别经开关组2加载于下级电路。

示例二

本示例提供的前端模块包括了示例一提供给的前端模块的所有技术特征，在此还包括全频段射频前端模组3，还包括全频段射频前端模组3，基带芯片1输出的4G全频段信号和5G频段信号经开关组2加载于全频段射频前端模组3的输入端。

在此，全频段射频前端模组3为兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块。

本公开中兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块可以采用任意一种能够兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块，在此提供一种一种结构简单的兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块。图6-10所示，示出了该兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块的示例性结构，在本文中，以第一放大组1支持N41 5G频段和4G HB频段，第二放大组2支持4G MB频段，第三放大组3支持4G LB频段为例介绍本公开实施例的功率放大器架构，但是本领域技术人员将了解，以第一放大组1支持N41 5G频段和4G HB频段，第二放大组2支持4G MB频段，第三放大组3支持4GLB频段仅是示例性的，并不作为本公开实施例的功率放大器架构的限制。

该兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块包括以下几种结构：

第一种结构，包括了第一放大组31、第二放大组32和第三放大组33，第一放大组31用于支持N41 5G频段和4G HB频段，第二放大组32用于支持4G MB频段，第三放大组33用于支持4G LB频段。第一放大组31、第二放大组32和第三放大组33分别为独立的HB/N41 PA模块、MBPA模块和LB PA模块，HB/N41 PA模块的输入引脚为HB/N41-IN，输出引脚为HB/N41-OUT；MBPA模块的输入引脚为MB-IN，输出引脚为MB-OUT；LB PA模块的输入引脚为LB-IN，输出引脚为LB-OUT，如图6-图7所示。

其中，N41 5G频段范围为2496 MHz -2690MHz，4G HB频段范围为2305MHz-2690MHz；4G MB频段范围为1710MHz-1980MHz；4G LB频段范围为660 MHz -915MHz。

第一种结构提供的兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块的工作模式包括：N41 /HB和MB，N41 /HB和LB。第一放大组1同时支持5G N41频段和4G HB频段，不需要额外配备5G N41 PA模块。

第一种结构提供的兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块的工作原理是：基带芯片1产生的5G N41频段、4G HB频段、4G MB频段、4G MB频段分别由HB/N41-IN引脚、MB-IN引脚、LB-IN引脚输入对应的HB/N41 PA模块、MB PA模块和LB PA模块，经HB/N41 PA模块、MB PA模块和LB PA模块对输入的频段进行处理后从HB/N41-OUT引脚、MB-OUT引脚、LB-OUT引脚输出。

第二种结构，包括了第一种结构提供的兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块的所有技术特征，还包括第一电源引脚N41_HB_VCC1、第二电源引脚N41_HB_VCC2、第三电源引脚MB_LB_VCC1和第四电源引脚MB_LB_VCC2，第一放大组31使用第一电源引脚N41_HB_VCC1和第二电源引脚N41_HB_VCC2；第二放大组32和第三放大组33共用第三电源引脚MB_LB_VCC1和第四电源引脚MB_LB_VCC2，如图6-图7所示。

第一电源引脚N41_HB_VCC1、第二电源引脚N41_HB_VCC2、第三电源引脚MB_LB_VCC1和第四电源引脚MB_LB_VCC2可以通过单电源供电，在此第一电源引脚N41_HB_VCC1和第二电源引脚N41_HB_VCC2由DC-DC电源2供电，第三电源引脚MB_LB_VCC1和第四电源引脚MB_LB_VCC2分别由DC-DC电源1供电；双电源供电，提高了各放大组之间的隔离度，减低了干扰。

第三种结构，包括了第一种结构、第二种结构提供的兼容5G refarming频段(包括5G N41)的4G全频段射频模块的所有技术特征，还包括为第一放大组31、第二放大组32、第三放大组33提供偏置电流的控制器34。

该控制器34包括了以下两种结构：

如图6所示，第一种控制器34结构：包括第一偏置电路341和第二偏置电路342，第一偏置电路341与第一放大组31电连接，为第一放大组31提供偏置电流；第二偏置电路342分别与第二放大组32和第三放大组33电连接，分别为第二放大组32和第三放大组33提供偏置电流。通过第一偏置电路341控制第一放大组31的工作，第二偏置电路342控制第二放大组32和第三放大组33同时工作，或者仅控制第二放大组32或第三放大组33工作。

第一偏置电路341、第二偏置电路342可以是仅一路偏置，也可以是多路偏置，在此采用三路偏置，即第一偏置电路341、第二偏置电路342分别包括三路偏置，如图9所示。

当第一偏置电路341和第二偏置电路342为三路偏置时，与第一放大组31、第二放大组32和第三放大组33之间的电路连接关系如图10所示，第一偏置电路341的三路偏置直接加载于第一放大组31上，第二偏置电路342的三路偏置分别经开关35加载于第二放大组32、第三放大组33上。

多路偏置和开关35的设计实现了频段选择的可控性，开关35可以是单刀双掷开关，或单刀多掷开关。

如图7所示，第二种控制器34结构：包括分别为第一放大组31、第二放大组32和第三放大组33提供偏置信号的第一偏置电路341、第二偏置电路342和第三偏置电路343。第一偏置电路341、第二偏置电路342、第三偏置电路343可以同时控制第一放大组31、第二放大组32和第三放大组33工作，也可以仅控制第一放大组31、第二放大组32和第三放大组33中的一个或两个工作。

第一偏置电路341、第二偏置电路342、第三偏置电路343可以是仅一路偏置，也可以是多路偏置，本结构中采用三路偏置，即第一偏置电路341、第二偏置电路342、第三偏置电路343分别包括三路偏置，如图9所示；或是第一偏置电路341、第二偏置电路342、第三偏置电路343中的一个或两个包括三路偏置，其余为一路或两路偏置。

第一偏置电路341、第二偏置电路342、第三偏置电路343的输出直接加载于第一放大组31、第二放大组32和第三放大组33上。

第一种、第二种控制器中的第一偏置电路341、第二偏置电路342、第三偏置电路343可以采用任何一种，在此采用一个或多个COM电流源构成的偏置电路，如图9、图10所示。

图8示出了本公开记载的第一放大组31、第二放大组32和/或第三放大组33的具体的电路结构，包括输入匹配电路36、第一级放大器37、中间匹配电路38、第二级放大器39和输出匹配电路310。

示例一、示例二中提供的前端模块中所记载的开关组2包括多个通路，每个通路的输入端加载由基带芯片1输出的不同频段信号；外部信号控制开关组2中的某一路或某几路通路的通、断即可实现不同频段的输出。多个通路可以由独立的开关构成，即开关组3包括多个开关，每个开关作为一路通路。

为了简化电路结构，减少元器件的使用，在此采用第一单刀双掷开关21和第二单刀双掷开关22构成开关组2。在此以基带芯片1输出5G信号、4G-HB信号、4G-MB信号和4G-LB信号为例说明第一单刀双掷开关21和第二单刀双掷开关22的具体连接关系。如图1-5所示，输出的5G信号和4G-HB信号分别加载于第一单刀双掷开关21的两个不动端上；输出的4G-HB信号还加载于第二单刀双掷开关22的一个不动端上，第二单刀双掷开关22的另一个不动端上加载4G-MB信号；第一单刀双掷开关21和第二单刀双掷开关22的动端分别作为输出端。

第一单刀双掷开关21和基带芯片1的5G信号之间形成1-1路经，4G-HB信号之间形成1-2路径；第二单刀双掷开关2和基带芯片1的4G-HB信号之间形成2-1路径， 4G-MB信号之间形成2-2路径。

在示例二的基础上，基带芯片1输出的4G-LB信号直接加载于全频段射频前端模组3的输入端。

在此结合附图2-5说明本发明采用第一单刀双掷开关21和第二单刀双掷开关22构成开关组2时，其工作模式包括4G-LTE、4G MB+5G N41 ENDC、4G LB+5G N41 ENDC和4G B40+5G N41 ENDC。

如图2所示，4G-LTE工作模式，第一单刀双掷开关21中的动端打到1-2路径，第二单刀双掷开关22打到2-2路，4G LB/MB/HB PA中任意一个工作。

如图3所示，4G MB+5G N41 ENDC工作模式，第一单刀双掷开关21打去1-1路径，第二单刀双掷开关22打去2-2路径；4G MB PA和兼容N41的HB PA同时工作.。

如图4所示，4G LB+5G N41 ENDC工作模式，第一单刀双掷开关21打去1-1路径，第二单刀双掷开关22打去2-1或2-2路径；4G LB PA和兼容N41的HB PA同时工作。

如图5所示，4G B40+5G N41 ENDC工作模式，第一单刀双掷开关21打去1-1路径，第二单刀双掷开关22打去2-1路径；MB PA拓展带宽后，用于支持4G B40的功率放大；HB PA同时工作，作为N41功率放大器。

本发明提供的前端模块可用于代替传统EN-DC解决方案中的两颗(4G全频段功率放大器和外挂5G N41功率放大器)。

本公开中使用的英语术语定义为：

HB=High Band（高频段），MB=Mid Band（中频段），LB=Low Band（低频段），PA=poweramplifier（功率放大器），N41为5G频段。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (11)

1.一种用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：该模块包括用于产生4G全频段信号和5G频段信号的基带芯片（1）和开关组（2），所述基带芯片（1）的输出端分别经所述开关组（2）加载于下级电路。

2.根据权利要求1所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：所述开关组（2）包括第一单刀双掷开关（21）和第二单刀双掷开关（22）。

3.根据权利要求2所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：所述基带芯片（1）输出5G信号、4G-HB信号、4G-MB信号和4G-LB信号，输出的5G信号和4G-HB信号分别加载于所述第一单刀双掷开关（21）的两个不动端上；输出的4G-HB信号还加载于所述第二单刀双掷开关（22）的一个不动端上，所述第二单刀双掷开关（22）的另一个不动端上加载4G-MB信号；所述第一单刀双掷开关（21）和所述第二单刀双掷开关（22）的动端分别作为输出端。

4.根据权利要求3所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：还包括全频段射频前端模组（3），所述4G-LB信号加载于所述全频段射频前端模组（3）的输入端。

5.根据权利要求4所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：所述全频段射频前端模组（3）为兼容5G refarming频段的4G全频段射频模块。

6.根据权利要求1-2任意一项所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：还包括全频段射频前端模组（3），所述基带芯片（1）输出的4G全频段信号和5G频段信号经所述开关组（2）加载于所述全频段射频前端模组（3）的输入端。

7.根据权利要求6所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：所述全频段射频前端模组（3）为兼容5G refarming频段的4G全频段射频模块。

8.根据权利要求4-7任意一项所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：所述全频段射频前端模组（3）包括：

第一放大组，用于支持5G频段和4G频段；

第二放大组，用于支持4G频段；以及，

第三放大组，用于支持4G频段；

所述第一放大组、所述第二放大组和所述第三放大组所支持的4G频段的频段相同或不同。

9.根据权利要求8所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：还包括第一电源引脚、第二电源引脚、第三电源引脚和第四电源引脚，所述第一放大组使用所述第一电源引脚和所述第二电源引脚；所述第二放大组和所述第三放大组共用所述第三电源引脚和所述第四电源引脚。

10.根据权利要求9所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：所述第一电源引脚和所述第二电源引脚由一个电源供电，所述第三电源引脚和所述第四电源引脚由另一个电源供电。

11.根据权利要求8所述的用于5G非独立组网的支持LTE/NR双连接的射频前端模块，其特征在于：还包括为所述第一放大组、所述第二放大组和所述第三放大组提供偏置电流的控制器。

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