CN112585869A

CN112585869A - 用于非同步tdd多频带操作的无线电单元

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Publication number: CN112585869A
Application number: CN201880096971.7A
Authority: CN
Inventors: 苏又平; 廖纪昌
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2038-08-27
Also published as: WO2020046180A1; US11862836B2; EP3844872A1; US20210399395A1; CN112585869B; EP3844872A4

Abstract

公开了一种用于无线通信系统中非同步TDD多频带操作的无线电单元（200）。无线电单元（200）包括第一谐振器布置（210），该第一谐振器布置（210）包括被调谐用于在第一频带（X）操作的一个或多个谐振器（211，212，213）。第一谐振器布置（210）的第一端子耦合到天线元件（260）。无线电单元（200）还包括第二谐振器布置（220），该第二谐振器布置（220）包括被调谐用于在第二频带（Y）操作的一个或多个谐振器（221，222，223）。第二谐振器布置（220）的第一端子耦合到天线元件（260）。无线电单元（200）还包括可调谐谐振器布置（230），该可调谐谐振器布置（230）包括至少四个可调谐谐振器（231、232、233、234）。可调谐谐振器布置（230）中的至少四个可调谐谐振器（231，232，233，234）根据不同的操作模式进行调谐。

Description

用于非同步TDD多频带操作的无线电单元

技术领域

本文的实施例涉及用于无线通信系统中非同步时分双工（TDD）多频带操作的无线电单元。特别地，本文的实施例涉及包括根据不同操作模式进行调谐的多个可调谐谐振器的无线电单元，以及包括所述无线电单元的无线电设备或电子设备。

背景技术

TDD多频带操作将是下一代或第五代（5G）新空口（NR）系统的关键无线电接入技术，尤其是对于高频带操作。射频（RF）技术足够成熟，以允许基站（BS）通过公共无线电单元支持同时多频带（MB）传输和/或接收。从而，对于用户设备（UE）和BS两者而言，使用一个公共无线电硬件来支持多频段操作是针对5G市场的关键推动力（enabler）。MB BS的最重要的特征是支持不同频带之间的动态功率共享，并且因此允许运营商在网络部署中更多灵活性。从站点工程的角度来看，MB BS可以降低相同站点处不同频带的安装复杂性。此外，因为不需要组合器，所以MB BS能减少对于天线共享多频带场景的插入损耗。

5G NR正被开发有考虑三个广泛的用例系列：增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类型通信（mMTC）和超可靠低时延通信（URLLC）。eMBB支持高容量和高移动性，例如，具有4ms用户平面时延的高达500 km/h无线电接入。URLCC以0.5ms用户平面时延提供紧急和可靠的数据交换。5G NR还支持具有10s时延的mMTC的不频繁、大规模和小分组传输。

NR帧结构支持TDD和频分双工（FDD）传输以及在许可和免许可频谱两者中的操作。NR物理层具有极其灵活和可扩展的设计，以支持具有极端要求的各种各样的用例。

为了在紧急数据到达时立即为URLLC分配资源，时隙中的正交频分复用（OFDM）符号必须能够是全部下行链路（DL）、全部上行链路（UL）、或至少一个下行链路部分和至少一个上行链路部分。因此，NR中的时分复用（TDM）方案比长期演进（LTE）中的更加灵活。

对于5G TDD MB，为了支持不同的用例，具有非同步MB TDD是至关重要的。也就是说，不同的频带可以具有不同的UL/DL时隙配置。灵活的TDD UL/DL调度是5G NR中的关键特性。然而，在其中操作在多个频带之间非同步的情况下，接收器（RX）和传送器（TX）同时操作，这要求RX和TX之间的隔离为100 dB的数量级，否则一个频带中的TX杂散发射将在其他频带中掩埋微弱的期望RX信号。

对于当前的单频带LTE TDD操作，隔离是通过结合高质量开关以及其他方案将传送器调谐关闭来实现的。对于MB非同步TDD操作，传送器不能关闭。

当前不存在好的解决方案来通过共享相同无线电硬件来处置非同步TDD频带。

发明内容

本文实施例的目的是提供能支持无线通信系统中非同步TDD多频带操作的无线电单元。

根据本文实施例的一个方面，该目的通过用于无线通信系统中非同步TDD多频带操作的无线电单元来实现。该无线电单元包括第一谐振器布置，该第一谐振器布置包括被调谐用于在第一频带操作的一个或多个谐振器。第一谐振器布置的第一端子耦合到天线元件。

该无线电单元还包括第二谐振器布置，该第二谐振器布置包括被调谐用于在第二频带操作的一个或多个谐振器。第二谐振器布置的第一端子耦合到天线元件。

无线电单元还包括可调谐谐振器布置，该可调谐谐振器布置包括至少四个可调谐谐振器。第一可调谐谐振器和第二可调谐谐振器的第一端子耦合到第一谐振器布置的第二端子，第三可调谐谐振器和第四可调谐谐振器的第一端子耦合到第二谐振器布置的第二端子，第二可调谐谐振器和第三可调谐谐振器的第二端子耦合到接收前端，第一可调谐谐振器和第四可调谐谐振器的第二端子耦合到传送前端。可调谐谐振器布置中的至少四个可调谐谐振器根据不同的操作模式进行调谐。

根据本文实施例的一个方面，该目的通过包括上述一个或多个无线电单元的无线电设备或电子设备来实现。无线电或电子设备可以是用于蜂窝通信系统的无线电基站或无线通信装置。

由于使用包括多个可调谐谐振器的可调谐谐振器布置，因此根据本文实施例的无线电单元具有高性能。因此，不需要有任何TDD开关。可调谐谐振器的质量（Q）值很高，因此对于DL和UL信号两者，插入损耗很低。可调谐谐振器根据不同的操作模式进行调谐，即，调谐为在特定频带谐振或远离特定频带谐振，以减轻一个频带向其他接收频带传送杂散发射，并减轻向该接收频带传送信号泄漏。它具有更好的敏感度和更少的功耗。

根据本文实施例的无线电单元通过一个公共无线电硬件（例如，接收和传送前端）来支持非同步MB TDD和通用TDD两者。与同步MB操作相比，每个频带能达到相对高的性能，并且已经增加了灵活性，并且减少了依赖性。这对于5G NR是重要的。由于多频带RF信号在相同传送前端被放大，因此不同的频带可以动态地共享功率放大器的输出功率，由此可以减小使用无线电单元的无线电或电子设备产品的大小、重量和成本。此外，功耗也可以降低。

因此，本文的实施例提供了一种无线电单元，其能利用对灵活性、功耗以及产品成本和大小方面改进的性能来支持无线通信系统中非同步TDD多频带操作。

附图说明

本文实施例的解决方案参考附图进行更详细地描述，在所述附图中：

图1是根据现有技术解决方案的切换网络的功能框图；

图2是图示根据本文实施例的无线电单元的示例的总体示意框图；

图3是图示根据本文实施例的无线电单元的另一个示例的总体示意框图；以及

图4是图示其中可以实现本文实施例的无线电或电子设备的框图。

具体实施方式

作为本文开发实施例的一部分，首先将讨论用于TDD操作的切换网络和用于带间非同步操作的隔离要求。

图1示出了根据现有技术的切换网络100。切换网络100包括天线110、天线双工器120、用于在第一频带X操作的第一带通滤波器131、用于在第二频带Y操作的第二带通滤波器132、第一频带开关141、第二频带开关142、传送双工器151、接收双工器152、功率放大器（PA）160和低噪声放大器（LNA）170。

对于MB非同步操作，传送器不能被关闭。例如，当频带Y处于传送（TX）模式时，频带X处于接收（RX）模式时，PA 160开（on）。在一个载波中传送的信号将不会被限制在这个载波中，但是还会由于传送器电路的受损而造成泄漏到相邻载波或频带中。正常情况下，这种泄漏比传送的信号小得多，但与潜在地由接收器接收到的微弱信号相比，该泄漏可能仍然很大。因此，来自PA 160的杂散发射可能引起LNA 170的阻塞或降低敏感度（desensitization）。为了实现在传送器和接收器之间所需的隔离，例如100dB，第一频带和第二频带开关141、142必须是特殊的、昂贵的和高质量的开关。

图2是示出根据本文实施例用于无线通信系统中非同步TDD多频带操作的无线单元200的框图。如图2所示，无线电单元200包括第一谐振器布置210，例如第一腔体滤波器，包括被调谐用于在第一频带X操作的一个或多个谐振器211、212、213。第一谐振器布置210的第一端子耦合到天线元件260。

无线电单元200还包括第二谐振器布置220，例如第二腔体滤波器，包括被调谐用于在第二频带Y操作的一个或多个谐振器221、222、223。第二谐振器布置220的第一端子耦合到天线元件260。

无线电单元200还包括可调谐谐振器布置230，该可调谐谐振器布置230包括至少四个可调谐谐振器231、232、233、234，例如可调谐腔体滤波器。第一可调谐谐振器231和第二可调谐谐振器232的第一端子耦合到第一谐振器布置210的第二端子，第三可调谐谐振器233和第四可调谐谐振器234的第一端子耦合到第二谐振器布置220的第二端子，第二可调谐谐振器232和第三可调谐谐振器233的第二端子耦合到接收前端240，第一可调谐谐振器231和第四可调谐谐振器234的第二端子耦合到传送前端250。

可调谐谐振器布置230中的至少四个可调谐谐振器231、232、233、234根据不同的操作模式进行调谐。

图2中的框图是从架构角度的说明。应注意的是，该图中的一个腔体滤波器在物理上可以由一个或若干个腔体组成。

尽管框图示出了双频带的示例，但是无线电单元200可以包括与第一谐振器布置210和第二谐振器布置220并联的第三谐振器布置或更多谐振器布置，如图3中的无线电单元300所示，其中第三谐振器布置310被显示为与第一谐振器布置210和第二谐振器布置220并联。第三谐振器布置310包括被调谐用于在特定频带操作的一个或多个谐振器。现在表示为330的可调谐谐振器布置230可以然后包括至少六个或更多个可调谐谐振器，并根据不同的操作模式进行调谐。根据本文的一些实施例，在天线元件侧可能存在公共腔体滤波器340以组合或拆分来自谐振器布置210、220、310的信号，在接收前端侧存在公共腔体滤波器350，并且在传送前端侧存在公共腔体滤波器360，以组合或拆分来自可调谐谐振器布置330中的可调谐谐振器的信号。无线电单元200、300可适用于LTE和NR，并且可适用于BS和UE两者。

根据本文实施例的无线电单元200、300使用可调谐滤波器来实现或达成针对每个单独频带的传送和接收之间的隔离，同时使用可调谐滤波器来实现从传送模式中的一个频带到接收模式中的其他频带的隔离。谐振器211、212、213专用于频带X，谐振器221、222、223专用于频带Y。谐振器211、212、213、221、222、223频率响应可能已经分别针对由设计者保证或生产中的固定频率进行了调谐。它们可能不需要重新调谐，并且可能是固定的腔体滤波器。

对于可调谐谐振器231、232、233、234，它们的频率响应可以在操作期间根据DL或UL时隙进行重新调谐。这些可调谐谐振器实现了针对每个单独频带的传送和接收之间的隔离，并且同时实现了从一个频带传送到另一个频带接收的隔离。这使得确保接收前端240中的LNA性能将不会从传送前端250中的PA输出中得到任何可见的降级。来自PA的输出可以是PA本底噪声（noise floor）、PA非线性产物、来自所有其他RF传送频带的PA输出信号等。正常情况下，PA输出本底噪声比LNA输入噪声高得多，因此可以采取措施来保护LNA。

取决于不同的频带，例如，在UL或DL时隙工作的频带X和频带Y，无线电单元可以在不同的模式下操作。

模式1：仅传送（TX）模式。在这种模式下，第一频带X和第二频带Y两者都在传送模式下工作，例如对于BS的DL时隙，或对于UE的UL时隙。可调谐谐振器231、232、233、234以如下方式进行调谐：

第一可调谐谐振器231被调谐为在第一频带X谐振；

第四可调谐谐振器234被调谐为在第二频带Y谐振；

第二可调谐谐振器232被调谐为在不同于第一频带X的其他频率谐振，即，远离第一频带x谐振。这意味着，该谐振器可以具有两个谐振频率，一个在频带X谐振，另一个谐振到另一个频率，诸如2*X频率，以保护接收前端240中的LNA；

第三可调谐谐振器233被调谐为远离第二频带Y谐振，以保护接收前端240中的LNA。

模式2：仅接收（RX）模式。在这种模式下，第一频带X和第二频带Y两者都工作在接收模式，例如，对于BS的UL时隙，或对于UE的DL时隙。可调谐谐振器231、232、233、234以如下方式进行调谐：

第二可调谐谐振器232被调谐为在第一频带X谐振；

第三可调谐谐振器233被调谐为在第二频带Y谐振；

第一可调谐谐振器231被调谐为远离第一频带X谐振，以将传送前端250与从天线元件260接收频带X信号隔离。

第四可调谐谐振器234被调谐为远离第二频带Y谐振，以将传送前端250与从天线元件260接收频带Y信号隔离。

模式3：传送和接收（TX/RX）模式。在此模式下，一个频带工作在接收模式下，例如，对于BS的UL时隙或对于UE的DL时隙，而其他频带工作在传送模式下，例如，对于BS的DL时隙，或者对于UE的UL时隙。此模式确定隔离要求的尺度。如图1所示，从一个频带TX到另一个频带RX可能需要大约100dB隔离。

根据本文的一些实施例，当第一频带X工作在RX模式而第二频带Y工作在TX模式时，可调谐谐振器231、232、233、234以如下方式进行调谐：

第二可调谐谐振器232被调谐为在第一频带X谐振；

第四可调谐谐振器234被调谐为在第二频带Y谐振；

第一可调谐谐振器231被调谐为远离第一频带和第二频带谐振，以减轻频带Y TX杂散发射泄漏到频带X接收器，并减轻频带Y TX信号泄漏到频带X接收器；

第三可调谐谐振器233被调谐为远离第一频带和第二频带谐振，以减轻频带Y TX杂散发射泄漏到频带X接收器，并减轻频带Y TX信号泄漏到频带X接收器。

TX信号泄漏这里意味着泄漏信号具有与传送信号相同的频率。TX杂散发射泄漏这里意味着泄漏信号与传送信号不一样，即，与传送信号相比，杂散发射的频率不同。

根据本文的一些实施例，当第一频带X工作在TX模式而第二频带Y工作在RX模式时，可调谐谐振器231、232、233、234以如下方式进行调谐：

第一可调谐谐振器231被调谐为在第一频带X谐振；

第三可调谐谐振器233被调谐为在第二频带Y谐振；

第二可调谐谐振器232被调谐为远离第一频带和第二频带谐振，以减轻频带X TX杂散发射泄漏到频带Y接收器，并减轻频带X TX信号泄漏到频带Y接收器；

第四可调谐谐振器234被调谐为远离第一频带和第二频带谐振，以减轻频带X TX杂散发射泄漏到频带Y接收器，并减轻频带X TX信号泄漏到频带Y接收器。

为了实现大约100dB隔离，对于第一可调谐谐振器231和第三可调谐谐振器233，可能需要若干物理可调谐腔体。

第一谐振器布置210和第二谐振器布置229中的每一个对于每个频带可能需要的固定腔体的数量可以取决于TX和RX带外抑制要求。

根据本文的一些实施例，可调谐谐振器231、232、233、234可以通过腔体滤波器、变容二极管、P-本征-N（PIN）二极管和微机电系统（MEMS）开关来实现。也可以使用组合的开关和电容器。

根据本文实施例的无线电单元200可适用于非同步MB TDD操作。它使用可调谐滤波器来减轻一个频带TX杂散发射泄漏到其他频带RX。与同步MB TDD操作相比，每个频带可以达到相对高的性能，并且已经增加了灵活性，并且减少了依赖性。注意，用于5G NR的大多数频带都是TDD频带。

根据本文实施例的无线电单元200也可适用于一般TDD操作。它利用可调谐滤波器代替TDD开关，以减轻一个频带TX信号泄漏到该频带RX。

根据本文实施例的无线电单元200可以达到高性能，因为可调谐谐振器，例如使用腔体滤波器，不需要TDD开关。可调谐谐振器的Q值很高，因此对于DL和UL信号两者，插入损耗是低的。

根据本文实施例的无线电单元200具有更好的敏感度和更少的功耗。

根据本文实施例的无线电单元200、300可以在各种无线电或电子设备中被采用。图4示出了无线电或电子设备400的框图。无线电或电子设备400包括一个或多个无线电单元200、300。无线电或电子设备400可以是无线电基站或无线通信装置，例如用于蜂窝通信系统/网络的用户设备或移动装置。无线电或电子设备400可以包括其他单元，诸如如图4所示的存储器420和处理单元430。

本领域技术人员将理解，根据本文实施例的无线电单元200、300可以通过不受半导体限制的任何技术来实现。

当使用词语“包括（comprise或comprising）”时，它应被解释为非限制性的，即，意味着“至少由...组成”。

本文的实施例不限于以上描述的优选实施例。可以使用各种备选方案、修改和等同方案。因此，以上实施例不应被视为限制本发明的范围，其由所附权利要求书来定义。

Claims

1.一种用于无线通信系统中非同步时分双工TDD多频带操作的无线电单元（200，300），所述无线电单元（200，300）包括：

第一谐振器布置（210），包括被调谐用于在第一频带（X）操作的一个或多个谐振器（211，212，213），其中所述第一谐振器布置（210）的第一端子耦合到天线元件（260）；

第二谐振器布置（220），包括被调谐用于在第二频带（Y）操作的一个或多个谐振器（221，222，223），其中所述第二谐振器布置（220）的第一端子耦合到所述天线元件（260）；

可调谐谐振器布置（230），包括第一可调谐谐振器（231）、第二可调谐谐振器（232）、第三可调谐谐振器（233）、第四可调谐谐振器（234），其中

所述第一可调谐谐振器和第二可调谐谐振器（231，232）的第一端子耦合到所述第一谐振器布置（210）的第二端子，

所述第三可调谐谐振器和第四可调谐谐振器（233，234）的第一端子耦合到所述第二谐振器布置（220）的第二端子，

所述第二可调谐谐振器和第三可调谐谐振器（232，233）的第二端子耦合到接收前端（240），

所述第一可调谐谐振器和第四可调谐谐振器（231，234）的第二端子耦合到传送前端（250）；并且其中

所述可调谐谐振器布置（230）中的所述第一、第二、第三和第四可调谐谐振器（231、232、233、234）根据不同的操作模式进行调谐。

2.如权利要求1所述的无线电单元（200，300），其中：

所述第一可调谐谐振器（231）被调谐为在所述第一频带（X）谐振；

所述第四可调谐谐振器（234）被调谐为在所述第二频带（Y）谐振；

所述第二可调谐谐振器（232）被调谐为远离所述第一频带（X）谐振；

所述第三可调谐谐振器（233）被调谐为远离所述第二频带（Y）谐振。

3.如权利要求1所述的无线电单元（200，300），其中：

所述第二可调谐谐振器（232）被调谐为在所述第一频带（X）谐振；

所述第三可调谐谐振器（233）被调谐为在所述第二频带（Y）谐振；

所述第一可调谐谐振器（231）被调谐为远离所述第一频带（X）谐振；

所述第四可调谐谐振器（234）被调谐为远离所述第二频带（Y）谐振。

4.如权利要求1所述的无线电单元（200，300），其中：

所述第一可调谐谐振器（231）被调谐为远离所述第一频带和所述第二频带（X，Y）谐振；

所述第三可调谐谐振器（233）被调谐为远离所述第一频带和所述第二频带（X，Y）谐振。

5.如权利要求1所述的无线电单元（200，300），其中：

所述第二可调谐谐振器（232）被调谐为远离所述第一频带和所述第二频带（X，Y）谐振；

所述第四可调谐谐振器（234）被调谐为远离所述第一频带和所述第二频带（X，Y）谐振。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的无线电单元（200，300），包括与所述第一谐振器布置和第二谐振器布置（210，220）并联的第三谐振器布置，其中所述第三谐振器布置包括被调谐用于在特定频带操作的一个或多个谐振器，并且其中包括至少六个可调谐谐振器的所述可调谐谐振器布置（230）根据不同的操作模式进行调谐。

7.一种无线电设备（400），包括根据权利要求1-6中的任一项所述的一个或多个无线电单元（200，300）。

8.一种电子设备（400），包括根据权利要求1-6中的任一项所述的一个或多个无线电单元（200，300）。

9.如权利要求8所述的电子设备（400），其中，所述电子设备是用于蜂窝通信系统的无线电基站或无线通信装置。