CN111164898B

CN111164898B - 用于放大终端设备和天线之间的无线电信号的方法和装置

Info

Publication number: CN111164898B
Application number: CN201880064203.3A
Authority: CN
Inventors: 赫尔穆特·考奇; 拉尔斯·莱曼; 马库斯·维格尔特
Original assignee: Molex CVS Dabendorf GmbH
Current assignee: Molex Technology Co ltd
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: EP3635873B1; WO2019086248A1; US20230134863A1; CN111164898A; EP3635873A1; DE102017219685B3; US11855678B2

Abstract

本发明着眼于具有在第一频带和第二频带中放大终端器件和天线之间的无线电信号的电路装置的操作程序以及相应的电路装置。第一个频带根据频分双工(FDD)方法提供信号传输，第二个频带根据时分双工(TDD)方法提供信号传输。根据该方法，在第一频带和第二频带的电路顺序上没有传输信号时，将激活第一和第二频带中的接收信号放大。为了响应对电路的传输信号的检测，对检测到的传输信号进行检查，以确定检测到的传输信号是否可以唯一地分配给第一频带或第二频带。如果测试表明不能将检测到的发射信号唯一地分配给第一频带或第二频带，则激活第一发射放大器路径以放大第一频带中的发射信号，并激活第一接收放大器路径以放大第一频带中的接收信号。

Description

用于放大终端设备和天线之间的无线电信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在第一频带和第二频带中放大终端器件和天线之间的无线电信号的程序方法，以及执行该程序方法的电路装置。

背景技术

对于在机动车辆中的无线电信号，例如移动电话、智能手机或紧急发射器 (以下简称移动无线设备)发射和接收的信号，机动车辆的车体充当了“法拉第笼子”的功能。也就是说，车体屏蔽无线电信号。车体会削弱移动设备的信号传输和接收。在某些情况下，甚至会导致无法在车辆中使用移动设备。

因此，在车辆中使用移动设备时，下列做法会产生积极影响：通过天线结构将移动设备连接到车辆的外部天线，以补偿由车体屏蔽产生的移动设备信号损耗。这样做一方面能够在车体屏蔽信号的情况下仍能安全操作移动设备，另一方面，防止移动无线电操作过程中产生的辐射进入车辆内部。为此，相应的信号放大设备具有多个单独可切换的放大路径，用于放大不同频带中的无线电信号。这些频带通常用于移动无线电系统中的上行链路和下行链路传输。

移动终端设备(如移动电话或智能手机)通常支持各种不同的频率范围和通信标准，例如使用不同传输方式的全球移动通信系统(GSM)、通用移动电信系统(UMTS)、长期演进(LTE)等。为了在使用不同的通信标准和/或不同频率范围时提供可靠的操作，用于放大终端设备和天线之间无线电信号的电路安排必须支持这些不同的标准和/或频率范围，且特别需要具备多频带能力。例如，这种电路装置必须为不同的频率范围提供经过专门调试的放大器。但是，由于用于某个频率范围的一个或多个激活的放大器可能会干扰一个或多个其他放大器的频率范围，因此通常仅放大终端设备当前使用的频率范围。相反，目前未使用的频率范围的放大器通常不激活，以避免相互干扰，此举还能减少电路布置的功耗。

无线电应用和移动无线电频带数量的增加导致频谱压缩，这意味着可使用频率范围越来越接近。例如，在现有移动频带的频率间隙中分配新的移动频带，于是新的移动频带直接与现有移动频带相邻。

在两个相邻移动无线电频带的边界区域中，频谱重叠区域由市场上可购买到的特定的带通滤波器形成。使用已知的检测方法经常发生以下问题：不能基于在重叠区域中测量的无线电信号的功率(即，信号电平)来唯一地确定每个相应活跃的移动无线电频带。因此，也不可能明确地确定要在放大器设备中激活或切换哪个放大器路径，以实现无线电信号的最佳放大。

要克服上述问题和缺陷，可取的途径是：改进在终端设备和天线之间放大无线电信号的程序方法以及执行该方法的相应电路装置。期待相应的改进程序方法和电路装置特别达到以下目的：即使在直接相邻或重叠的频带的情况下，也支持最佳操作

发明内容

在独立权利要求中定义的本发明为上述问题和缺陷提出解决方案。在从属权利要求中定义了有利的实施例。

基于上述问题，本发明旨在提供一种操作电路装置的方法，该电路装置用于放大第一频带和第二频带中的终端和天线之间的无线电信号。第一频带根据频分双工(FDD)方法提供信号传输，第二频带根据时分双工(TDD)方法提供信号传输。根据该方法，在第一频带和第二频带的电路装置上没有发射信号的情况下，激活第一和第二频带中的接收信号的放大。响应电路装置上的发射检测，测试检测到的发射信号是否可以唯一地分配给第一频带或第二频带。如果测试显示检测到的发射信号无法唯一地分配给第一频带或第二频带，则激活(130)第一发射放大器路径，以放大第一频带中的发射信号，并激活(130) 第一接收放大器路径，以放大第一频带中的接收信号。

即使在频带直接相邻或重叠的情况下，上述方法也可以支持最佳操作。本发明支持FDD频带的全双工操作和TDD频带的半双工操作。

在一项有利的实施例中，在测试表明不能将检测到的发射信号唯一地分配给第一频带或第二频带的情况下，将用于放大第二频带中的发射信号的第二发射放大器路径停用。如果第二个发射放大器路径已被禁用，则它保持禁用状态。这可确保只有第一个频带的放大器路径处于激活状态。如果检测到的发射信号是TDD发射信号，则还可以通过激活第一发射放大器路径来放大FDD频带来对其进行支持和放大。FDD频带的发射放大器路径和接收放大器路径的同时激活会导致较高的电路复杂性，并在使用带通滤波器的重叠范围内造成传输方向的干扰。其形式为传输信号的破坏性和建设性覆盖叠加。

在另一项有利的实施例中，第一和第二频带为移动网络的相邻或重叠频带。在这些情况下，此前提出的方案特别适合于确保相应电路装置的最佳操作。

在另一项有利的实施例中，对于监测到的发射信号是否可以唯一确定分配给第一频带或者第二频带的测试包括一个决定因素，即在某一频带监测到的信号电平高于一个预定的阀值，或者在某一频带监测到的信号电平高于在另一频带的信号电平，且高出的值是一个预定阀值。

在另一项有利的实施例中，如果测试(120)表明可以将检测到的发射信号唯一地分配给第一频带或第二频带：激活(140)第一个发射放大器路径或第二个发射放大器路径，以及禁用其他发射放大器路径。

在另一个有利的实施例中，如果基于发射信号的持续时间和/或周期，能够清楚地将发射信号分配给第一频带或第二频带，进行相应发射和/或接收放大器路径的激活。

在另一项有利的实施例中，如果发射信号的持续时间超过预定的持续时间阈值，则第一发射和接收放大器路径被激活。

在另一项有利的实施例中，每个所述发射放大器路径包括至少一个发射放大器，和/或其中每个接收放大器路径包含至少一个接收放大器。

在另一项有利的实施例中，检测到的发射信号的一部分被分离并定向到探测器单元。

在另一个有利的实施例中，探测器单元(220)识别到的信号被送入控制单元。

在另一项有利的实施例中，所述探测器单元(220)至少为所述第一频带和所述第二频带提供对应的第一和对应的第二探测器路径，其中每个探测器路径包括一个或多个带通滤波器，该滤波器设置为过滤各频带中的信号。

在另一项有利的实施例中，发射信号由终端(9)发送，以及其中所述接收信号由天线单元(10)接收。

在另一项有利的实施例中，在放大之前，分别通过分频器(3)、耦合器或开关(4)，通过相应的放大器路径来划分所述发射信号和所述接收信号。

为了实现上述目标，本发明还提供了一种相应的电路装置，用于在第一频带和第二频带中放大终端设备和天线之间的无线电信号，包括执行上述方法的器件。

上述一般描述和详细描述均以示例为述，旨在解释所此处提到的发明。以下描述、图纸和声明将进一步阐明本发明的优点和特点

附图说明

本发明的功能在所附权利要求书中作了更详细的解释。然而若要最好的理解本发明自身特性，请参考依照本发明的示例性实施例所绘制的图纸以及其阐述的详细内容。在图纸中显示：

图1示出了根据本发明实施例绘制的用于操作用于放大终端和天线之间的无线电信号的电路装置程序方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例绘制的用于放大终端与天线之间的无线电信号的电路布置；

图3示出了两个频带的频带重叠的传递函数的示例，

图4示出了若干个相邻或相交的频带的示例，以及

图5示出根据本发明的另一实施例绘制的用于放大终端与天线之间的无线电信号的电路布置。

具体实施方式

附图、技术内容和详细说明均参考本发明的优选实施例，但是，其不应被理解为本发明的限制。这些权利要求涵盖了根据本发明的所附权利提及的所有等同差异和改变。

在下文中，将参照图纸详细描述本发明。

图1示出了根据本发明的实施例，用于操作电路装置200的程序方法100 流程图。该电路装置200用于在第一频带和第二频带中放大终端9与天线单元10之间的无线电信号。相应的电路装置200在图2中示出并且将在下面详细描述。

该程序方法中使用的第一频带根据频分双工FDD程序方法提供信号传输，而第二频带根据时分双工TDD程序方法提供信号传输。如引言中所述，当第一和第二频带代表频谱中的相邻且特别是连续并列或相交的频带时，本程序方法的应用具有特别优势。连续频带的示例是E-UTRA频带1和39，其中频带1使用FDD，频带39使用TDD。另一个示例是E-UTRA频带7(FDD) 和38(TDD)。如图4所示，这两个E-UTRA频带彼此直接相邻。

尽管在所列举的示例性情况中两个频带显示出彼此直接相邻，并且特别是至少理论上没有重叠区域，但其实仍然存在一定的重叠区域，这是由各种情况下使用的带通滤波器导致的。例如，两个相邻频带的技术上产生的重叠范围取决于所使用的频带滤波器的侧翼斜率。对于E-UTRA频带1和39的示例，普通带通滤波器的该重叠范围大约为40MHz。

图4还示出了在E-UTRA频带41示例上的频带重叠，其从2496MHz延伸到2690MHz并且因此与E-UTRA频带7(FDD)重叠。

图1首先示出了关于是否检测到传输信号的情况的区别(“TX？”)。根据所提出的程序方法，在第一频带(FDD)和第二频带(TDD)两者的电路装置中都没有(如图1中"否"的情况)发射信号的情况下，激活第一和第二频带的110 上的接收信号放大，从而获得TDD和FDD接收信号的放大。该放大可以例如通过图2中所示的电路装置200的FDD和TDD(标记为“B”和“C”)接收放大器路径来实现，其中FDD频带的路径"B"具有发射放大器和接收放大器。且在这种情况下，传输放大器路径已停用。另一种可能性是，在电路装置中设置为FDD和TDD接收信号的放大的接收放大路径。此处关键在于在没有发射信号的情况下电路装置的配置方式使只有接收信号被放大。

一旦在电路布置上检测到传输信号(如图1中"是"的情况)，就会对检测到的传输信号进行120响应检查，无论这是第一频带(FDD)还是第二频带 (TDD)所独有信号可以分配。这在图1中作为第二种情况区分(“唯一？”) 进行了说明。

如果测试120显示检测到的传输信号不能唯一地分配给第一个频带或第二个频带(图1中相应的"否"的情况)，则在步骤130中激活一个第一频带传输放大器路径(FDD)，用于在第一个FDD频带中放大发射信号，并激活一个第一频带接收放大器路径(FDD)，以放大第一个FDD频带中的接收信号。这意味着，整个FDD双工路径“B”被激活以支持FDD频带(第一频带)。第二个发射放大器路径(即TDD发射放大器路径)最好同时停用，以确保只有FDD 频带的放大器路径处于活动状态。以此可以避免例如由TDD和FDD发射放大器路径之间相互干扰所产生的故障。如果当前检测到的传输信号是TDD发射信号，则还可以通过激活第一条发射放大器路径来放大FDD频带来支持和放大该信号。

激活放大器路径意味着放大器路径连通，以便它可以放大相应频带的信号。必须通电连接相应的发射放大器1或接收放大器2。但是这并不意味各个不在“激活”状态下的放大器需要被无电流接通。

参考本发明，测试120(即对传输信号是否可以清楚唯一地分配给第一 FDD频带或第二TDD频带的监测，以及是否明确是FDD信号还是TDD信号的检测)包含一个决定因素，即确定其中一个频带中的检测到的信号电平是否高于在另一个频带中监测到的信号电平，且其数值是一个预定值。

图3以上述E-UTRA频带1和39的重叠区域带通滤波器传递函数为例。水平轴绘制了1880至1980MHz的频带范围。E-UTRA-频带39(TDD) 开始于1880MHz，结束于1920MHz。E-UTRA-频带1(FDD)开始于1920MHz，结束于1980MHz。在图3所示图的垂直轴上绘制了可以在功率探测器上作为功率差可测的传输特性的图表，作为在这些频带中检测到的信号是FDD还是 TDD信号的判别标准，在相邻频带中检测到的信号其可测量功率差将被记录。可测量的频谱带宽谱范围主要取决于所使用的带通滤波器的侧翼斜率。如图3 所示，在功率差为例如6dB的情况下，上述大约40MHz的两个频带之间的重叠区域导致仅根据所测量的信号电平不可能将信号唯一地分配给两个频带之一。该6dB的功率差对应于前述的在两个频带之一中检测到的信号电平的预设波值。6dB的值是示范性的，具体取决于预期的信号形式、所使用的探测器以及控制单元7的测量分辨率。

在另一种情况下，测试120显示，可以将检测到的传输信号唯一清楚地分配给第一频带或第二频带(图1中对应“是”的情况)，则需进一步区分是关于 FDD还是TDD信号的情况(图1中的"FDD/TDD")。在接下来的步骤140 中，如果检测到的传输信号可以分配给第一频带(FDD)，则激活第一频段传输放大器路径(FDD)。如果可以将检测到的传输信号分配给第二频段(TDD)，则在步骤140中激活第二频段传输放大器路径(TDD)。同时，另一发射放大器路径需被停用，以避免发射放大器的相互干扰以及同步减少电路装置的能量需求。

除了上述基于信号电平确定每种情况下使用的频带外，在一些实施例中还测量了检测到的传输信号的持续时间和/或持续周期。术语"持续时间"是指从终端不间断地发送上行链路信号或传输信号的时间段。术语"持续周期"是指重复发送上行链路信号的时间周期。在LTE-TDD标准中，这也称为"下行链路到上行链路交换点周期性”。因此在一些实施例中，除了对使用的频带进行基于上述执行信号电平的测定外，还根据传输持续时间和/或传输信号的周期性重复来分析传输信号的时间行为。

基于传输信号的持续时间和/或周期，检测是否可以将传输信号唯一地分配给第一频带或第二频带。在这种情况下，需激活相应的发送和/或接收放大器路径。

例如，如果发射信号的持续时间超过预定时间阈值，则执行第一个发射和接收放大器路径(即FDD放大器路径)的激活。因为在这种情况下，不可能是TDD信号。持续时间阈值由相应电信标准中为相应传输信号规定的持续时间段确定。例如，默认情况下，TDD时间帧的标准周期为5ms或10ms (LTE-TDD)或5ms(TD-SCDMA)。根据不同发送和接收时隙的配置，发生在上行链路中发送的最大时间约为TTD-SCDMA≈4.2ms和TLTE-TDD≈ 3.2ms。要检测FDD频带，活动信号的基长最好高于TDD频带上行链路信号的最大允许持续时间。在LTE-TDD和TD-SCDMA标准下，检测到的信号必须时间长于4.2ms，以便能够将其清楚地识别为FDD信号。该值对应于上述持续时间阈值。

为了确定相应的频带，检测到的传输信号的一部分将被输出并传递到探测器单元220。由探测器单元220检测到的信号被馈送给控制单元7以进行进一步处理，该控制单元设置为控制(即激活和停用)发射和接收放大器路径1、2。

图2示出了根据本发明实施例绘制的用于在第一频带和第二频带中放大终端9与天线单元10之间的无线电信号的电路装置200，其包括用于执行上述程序方法的装置。

电路装置200优选地借助于传输单元11接收终端9的传输信号，以借助于电路装置200进行基于线路的进一步处理。并且在由电路装置200进行进一步处理之后将天线单元10的接收信号传输至终端9。但是，传输单元11不是本电路装置必需的部分。传输信号方向连接耦合器8到传输单元11，该接口用于将终端9的传输信号分为(至少)第一信号部分和第二信号部分，并将第一信号部分馈送到传输信号功率探测器6，并将第二信号部分馈送到放大单元 210。

图2示出传输和/或接收放大器路径A、B、C。设置每个放大器路径以放大其中一个频带。例如，放大器路径B表示上面支持FDD频带的FDD双工路径，并且每个路径都包括一个发送及接收放大器路径。放大器路径A代表用于TDD频带的发射放大器路径。放大器路径C代表用于TDD频带的对应的接收放大器路径。每个发射放大器路径A、B包括一个发射放大器1，且每个接收放大器路径B、C包括一个接收放大器2。

终端9和天线单元10的接收和发射信号经由分频器3、耦合器(图2中未示出)和/或高频开关4互相分离。终端9的传输信号从耦合器8馈送到探测器单元220，该探测器单元220包括一个或多个分频器3、高频开关4、耦合器(图2中未示出)，若干个带通滤波器5和一个探测器6。探测器单元220 包括与第一频带和第二频带其中至少一个相应的第一和第二个探测器路径。每个探测器路径包括一个或多个带通滤波器5，所述带通滤波器5被设置为对各个频带中的信号进行滤波。根据上述程序方法，设置控制单元7与探测器6耦合，用于评估探测器6向其发送的信号以及发射和接收放大器1、2的相应控制(即激活和禁用)。该控制基于探测器6向其发送的信号。

图5显示了相应的电路装置300，其具有放大单元310。与图2所示的电路装置200的放大单元210相比，放大单元310具有多个接收放大器路径 C，每个接收放大器路径都有一个接收放大器2。同样，对应于电路装置300的探测器单元320具有多个带通滤波器5，因此也具有多个探测器路径。在图5 所示的电路装置300中，相应地适配了诸如分频器3、高频开关4和/或耦合器之类的其他部件，用于在放大之前通过各个放大器路径对发送和接收信号进行分频。如图5所示，本发明的电路装置以及有关频带数和相应放大器路径的相应程序方法是任意可扩展的。特别是此电路装置可以处理两个以上的频带，也可以使用具有相应数量放大器的任意多的放大器路径。

参考符号列表

1 发送放大器

2 接收放大器

3 分频器、耦合器、分配器(功率分配器)

4 高频开关

5 高频滤波器

6 发射信号功率探测器

7 控制单元

8 耦合器

9 终端

10 天线

11 传输单元

100 程序方法

110-140 程序步骤

200,300 电路装置

210,310 放大单元

220,320 探测器单元

Claims

1.用于操作电路装置(200、300)的方法(100)，该电路装置(200、300)用于放大第一频带和第二频带中的终端(9)和天线(10)之间的无线电信号，其中，该第一频带根据频分双工(FDD)方法提供信号传输，第二频带根据时分双工(TDD)方法提供信号传输，包括：

-在第一频带和第二频带中的电路装置上都没有发射信号的情况下，激活(110)第一和第二频带中的接收信号的放大；

-响应所述电路装置上的发射信号检测：

-测试(120)检测到的发射信号是否可以唯一地分配给第一频带或第二频带；

-如果测试显示检测到的发射信号无法唯一地分配给第一频带或第二频带，则激活(130)第一发射放大器路径，以放大第一频带中的发射信号，并激活(130)第一接收放大器路径，以放大第一频带中的接收信号，

其中，关于检测到的发射信号是否可以唯一分配给第一频带或第二频带的测试(120)包括确定其中一个频带中的检测信号电平是否高于预定阈值和/或其中一个频带中的检测信号电平是否比另一个频带中检测到的信号电平高一个预定值。

2.按照权利要求1所述的方法，其中在测试表明不能将检测到的发射信号唯一地分配给第一频带或第二频带的情况下，将用于放大第二频带中的发射信号的第二发射放大器路径停用。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中第一和第二频带为移动网络的相邻或重叠频带。

4.按照权利要求1或2所述的方法且进一步包括：

如果测试(120)表明可以将检测到的发射信号唯一地分配给第一频带或第二频带:

-激活(140)第一个发射放大器路径或第二个发射放大器路径，以及

-禁用其他发射放大器路径。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其中如果基于发射信号的持续时间和/或周期，能够清楚地将发射信号分配给第一频带或第二频带，进行相应发射和/或接收放大器路径的激活。

6.按照权利要求5所述的方法，其中如果发射信号的持续时间超过预定的持续时间阈值，则第一发射和接收放大器路径被激活。

7.按照权利要求1或2所述的方法，其中每个所述发射放大器路径包括至少一个发射放大器，和/或其中每个接收放大器路径包含至少一个接收放大器。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其中检测到的发射信号的一部分被分离并定向到探测器单元(220)。

9.按照权利要求8所述的方法，其中探测器单元(220)识别到的信号被送入控制单元。

10.按照权利要求8所述的方法，其中所述探测器单元(220)至少为所述第一频带和所述第二频带提供对应的第一和对应的第二探测器路径，其中每个探测器路径包括一个或多个带通滤波器，该滤波器设置为过滤各频带中的信号。

11.按照权利要求1或2所述的方法，其中发射信号由终端(9)发送，以及其中所述接收信号由天线单元(10)接收。

12.按照权利要求1或2所述的方法，其中在放大之前，分别通过分频器(3)、耦合器或开关(4)，通过相应的放大器路径来划分所述发射信号和所述接收信号。

13.电路装置(200、300)，用于在第一频带和第二频带中放大终端设备和天线之间的无线电信号，包括执行根据权利要求1至12中的任何一个所述方法的器件。