CN114270712A - 时分双工天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及如下的时分双工(TDD，Time‑Division Duplex)天线装置，分离天线装置的发送器电路和接收器电路，将接收器电路的低噪声放大器(LNA)配置在接收器的接收天线与接收滤波器之间来减少信号损耗，由此，可将系统的噪声系数(NF，Noise Figure)最小化并扩大系统的上行链路覆盖范围(coverage)。本发明实施例的时分双工天线装置包括：发送器，包括至少一个发送天线模块，通过第一路径发送下行链路信号；接收器，包括至少一个接收天线模块，通过第二路径接收上行链路信号，上述第二路径以没有与上述第一路径重叠的部分的方式从上述第一路径分离；以及控制器，以时分双工方式控制上述发送器和上述接收器。

Description

时分双工天线装置

技术领域

本发明涉及时分双工天线装置(Time-division duplex antenna apparatus)，尤其，涉及如下的时分双工天线装置，即，分离天线装置的发送器电路和接收器电路，将接收器电路的低噪声放大器(LNA，Low noise Amplifier)配置在接收器的接收天线与接收滤波器之间来减少信号损耗，由此，通过将噪声系数(NF，Noise Figure)最小化来扩大系统的上行链路覆盖范围。

背景技术

现有的天线装置的接收器结构主要由信号接收端和信号处理端组成，上述信号接收端包括接收天线和滤波器，上述信号处理端包括低噪声放大器(LNA，Low noiseAmplifier)、模数(AD)转换器及现场可编程门阵列(FPGA)等。例如，作为代表性的信号处理端有通过连接天线来执行收发无线信号的处理的射频拉远头(RRH，Remote Radio Head)等。

通常，信号接收端和信号处理端通过电缆相连接，信号接收端通过电缆将通过接收天线接收并进行滤波的接收信号传输到信号处理端，信号处理端将通过电缆输入的接收信号转换为数字信号后，处理数字信号并向天线控制器传输。

另一方面，利用一个传输线或天线一同共享收发信号的方法有频分双工(FDD，frequency-division duplex)方式和时分双工(TDD，Time-division duplex)方式。

图1为示出现有技术的天线装置的结构图，图1的(a)部分示出频分双工(FDD)方式天线装置的结构。参照图1的(a)部分，当作为终端的移动站和基站之间收发信号时，频分双工方式天线装置10通过用于发送信号的发送方滤波器15(Tx Filter)和用于接收信号的接收方滤波器12(Rx Filter)使用互不相同的频率，由此分离发送通道和接收通道来进行通信。

为此，频分双工方式天线装置10具有如下结构，即，发送方的功率放大器14(PA，Power Amplifier)与发送方滤波器15相连接，接收方的低噪声放大器13(LNA，Low NoiseAmplifier)与接收方滤波器12相连接，发送方滤波器15及接收方滤波器12与单个收发天线11相连接。在频分双工方式天线装置10的情况下，当通过电缆向信号处理端传输通过收发天线接收的接收信号时，信号损耗(Signal Loss)将会增加。具体地，当通过天线进入的信号与热噪声(thermal noise)一同通过电缆移动时，信号功率会减少与电缆线路的损耗相同程度，这种损耗会随着电缆的长度而增加，由此，将导致噪声系数(NF，Noise Figure)的恶化并限制系统的上行链路覆盖范围(coverage)的扩大。

图1的(b)部分示出了时分双工方式天线装置20的结构。参照图1的(b)部分，当移动站和基站之间收发信号时，时分双工方式天线装置20通过一个滤波器22(Filter)使用相同频率，但是，通过变化其使用时间来分离发送信号和接收信号。时分双工方式天线装置20具有如下结构，即，发送方的功率放大器25(PA，Power Amplifier)、接收方的低噪声放大器24(LNA，Low noise Amplifier)分别与开关23(Switch)相连接，在此情况下，开关23具有将发送方的功率放大器25或接收方的低噪声放大器24连接到与收发天线21相连接的滤波器22的结构。

在时分双工方式天线装置20的情况下，除将通过收发天线21接收的接收信号通过电缆向信号处理端传输的过程外，也会在收发转换开关(时分双工开关)发生信号损耗，由此，将导致噪声系数(NF，Noise Figure)的恶化并限制系统的上行链路覆盖范围(coverage)的扩大。如上所述，为了防止因噪声系数的恶化及上行链路覆盖范围扩大受限而导致的天线装置的性能降低，需进行用于将信号损耗(signal loss)最小化的努力。

由于，上行链路尤其是限制移动通信中的基站覆盖范围的因素，因此，应基于上行链路设计网络。对上行链路的接收性能产生影响的主要因素为从天线到低噪声放大器的信号损耗。如5G系统，所使用频率越增加，在传播特性上，自由空间传播损耗也会增加，由此，基站的上行链路覆盖范围将急剧减少。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于，提供如下的时分双工天线装置，即，分离时分双工方式的天线装置的发送器电路和接收器电路，将接收器电路的低噪声放大器(LNA)配置在接收器的接收天线与接收滤波器之间来减少信号损耗，由此，可将系统的噪声系数最大化并扩大系统的上行链路覆盖范围。

本发明的技术问题并不限定于以上提及的技术问题，本发明所属领域的普通技术人员可通过以下内容明确理解未提及的其他技术问题。

技术方案

为了实现上述目的，本发明一实施例的时分双工天线装置以时分双工方式收发下行链路信号和上行链路信号，其包括：发送器，包括至少一个发送天线模块，通过第一路径发送下行链路信号；接收器，包括至少一个接收天线模块，通过第二路径接收上行链路信号，上述第二路径以没有与上述第一路径重叠的部分的方式从上述第一路径分离；以及控制器，以时分双工方式控制上述发送器和上述接收器。

上述发送天线模块可包括：功率放大器，设置在上述第一路径上，用于放大发送信号的功率；发送滤波器，设置在上述第一路径上，针对由上述功率放大器放大的发送信号的频率进行滤波并生成上述下行链路信号；以及至少一个发送天线，设置在上述第一路径上，用于发送被上述发送滤波器滤波而生成的上述下行链路信号。

上述接收天线模块可包括：至少一个接收天线，设置在上述第二路径上，用于接收上述上行链路信号；低噪声放大器，设置在上述第二路径上，针对由上述接收天线接收的上述上行链路信号进行低噪声放大；以及接收滤波器，设置在上述第二路径上，针对由上述低噪声放大器进行低噪声放大的上述上行链路信号的频率进行滤波。上述低噪声放大器可沿着接收上述上行链路信号的上述第二路径配置在上述接收天线与上述接收滤波器之间。

沿着上述第二路径的上述接收天线与上述低噪声放大器之间的距离可小于沿着上述第一路径的上述发送天线与上述功率放大器之间的距离。

上述接收天线模块可包括多个上述接收天线。上述接收天线模块还可包括合成器，沿着上述第二路径设置在上述低噪声放大器与上述接收滤波器之间，用于合成由多个接收天线接收的多个上行链路信号。上述低噪声放大器可沿着上述第二路径设置在多个上述接收天线的各个接收天线与上述合成器之间。

上述接收天线模块还可包括滤波器，沿着上述第二路径设置在各个上述接收天线与上述低噪声放大器之间，用于防止上述低噪声放大器的饱和。上述接收滤波器沿着上述第二路径设置在上述合成器的输出端与上述控制器之间，可用于在通过上述合成器从多个上述上行链路信号合成输出的接收信号中阻隔带外(Out of band)信号。

上述接收器可包括多个上述接收天线模块。上述接收器还可包括巴勒特矩阵(Butler Matrix)，沿着上述第二路径设置在多个接收天线模块与上述控制器之间，结合通过多个上述接收天线模块生成的多个接收信号来形成多波束。

上述接收器可不包括收发转换开关，用于在上述第二路径上以时分双工方式控制上述发送器和上述接收器。上述接收器可由与上述发送器分离的单独的电路组成。当发送下行链路信号时，上述控制器使上述功率放大器进行工作并中止上述低噪声放大器的工作，当接收上行链路信号时，上述控制器可中止上述功率放大器的工作并使得上述低噪声放大器进行工作。

其中，上述低噪声放大器可直接连接在上述接收天线的输出端。

发明的效果

根据本发明，本发明具有如下效果，即，分离时分双工方式的天线装置的发送器电路和接收器电路，将接收器电路的低噪声放大器配置在接收器的接收天线与接收滤波器之间来减少信号损耗，由此，可将系统的噪声系数最小化来扩大系统的上行链路覆盖范围。并且，本发明具有如下的效果，即，随着系统噪声系数的最小化，天线增益增加，尤其，提高上行链路的小区覆盖范围。

附图说明

图1为示出现有技术的天线装置的结构图。

图2为示出本发明一实施例的时分双工天线装置的结构图。

图3为示出本发明一实施例的时分双工天线装置的发送器及接收器的结构图。

图4为构成本发明一实施例的时分双工天线装置的接收器的结构图。

图5为用于说明本发明实施例的时分双工天线装置的工作的图。

图6为本发明再一实施例的时分双工天线装置的结构图。

图7为构成本发明另一实施例的时分双工天线装置的接收器的结构图。

附图标记的说明

100：时分双工天线装置 110：发送器

110a：发送天线模块 112：功率放大器

113：隔离器 114：发送滤波器

115：发送天线 116：分配器

120：接收器 120a、120b、121：接收天线模块

122：接收天线 123：低噪声放大器

124：接收滤波器 125：信号处理部

126：模数转换器 127：信号处理器

128：滤波器 129：合成器

130：控制器 140：巴勒特矩阵

具体实施方式

以下，参照例示的附图，详细说明本发明的多个实施例。在向各个附图中的结构要素附加附图标记的过程中，需要注意的是，即使呈现在不同的附图中，对相同的结构要素尽可能赋予相同的附图标记。并且，在说明本发明实施例的过程中，在判断为对于相关的公知结构或功能的具体说明妨碍对本发明实施例的理解的情况下，将省略对其的详细说明。

在说明本发明实施例的结构要素的过程中，可以使用第一、第二等术语。这种术语仅用于对一个结构要素和其他结构要素进行区分，对应结构要素的本质或顺次或顺序等并不局限于上述术语。并且，只要没有其他定义，包括技术术语或科学术语在内的在此使用的所有术语的含义则与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同。通常使用的词典定义的术语的含义与相关技术的文脉所具有的含义相同，只要在本申请中并未明确定义，则不能被解释成理想或过度形式的含义。

在本说明书中，当某部分“包括”某结构要素时，除非存在特别相反的记载，否则意味着还可包括其他结构要素，而并非排除其他结构要素。并且，在说明书中所记载的术语“～部(例如，信号处理部等)”、“～器(例如，控制器、信号处理器等)”作为处理至少一个功能或工作的单位，例如，是指软件、现场可编程逻辑阵列或硬件结构要素。术语“～部”、“～器”所提供的功能可通过多个结构要素分开执行，或者，也可以与其他额外结构要素合并。本说明书中的“～部”、“～器”并不限定于软件或硬件，可存储在能够寻址的存储介质，或者，也可再生一个或一个以上的处理器。

本发明实施例的时分双工天线装置以时分双工方式收发下行链路信号和上行链路信号，通过发送器与接收器未重叠的多个路径来以时分双工方式收发下行链路信号及上行链路信号。发送器和接收器分别由独立的电路形成，并不共享用于频率滤波的滤波器。

在接收器中，在低噪声放大器与接收天线之间可不包括电缆、滤波器及收发转换开关(时分双工开关)中的至少一个，因此，可将接收天线与低噪声放大器之间的距离最小化来减少信号损耗。由此，可将时分双工天线装置的噪声系数最小化来扩大时分双工天线装置的上行链路覆盖范围。

在时分双工方式的天线装置中，低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)的重要特性为噪声系数(以下，称为“NF”)。噪声系数表示输入和输出之间的信噪比(SNR，signalto noise ratio)的比例，若低噪声放大器的噪声系数较大，则在低噪声放大器产生的噪声增加，从而产生低等级的信号被噪声覆盖的问题。

为了解决上述问题，输入信号的等级需变大，在此情况下，将产生发生输入信号的终端的电池消耗变大或因基站的小区覆盖范围减少而需要增加基站数量的问题。尤其，在使用高于现有频率的3.5GHz的5G环境中，将发生电波衰减变得严重，尤其，上行链路的小区覆盖范围减小的问题。

在图1示出的现有的天线结构中，单个收发天线与滤波器相连接，在此情况下，滤波器分别与发送方功率放大器及接收方低噪声放大器相连接，通过天线接收的信号被滤波器滤波后传输到低噪声放大器。

对噪声系数产生影响的最大因素为损耗(Loss)，在低噪声放大器前端中，损耗将直接恶化噪声系数。并且，确定整体系统的噪声系数的最重要部分为接收部最前部分的噪声系数值，在接收部前部分的噪声系数小且增益大的情况下，将大幅改善系统的噪声系数。

根据图1示出的现有的天线结构，从天线到低噪声放大器的过程中，在滤波器、电缆、收发转换开关(时分双工开关)中发生损耗，因这种损耗而导致整体系统的噪声系数恶化的问题。因此，应在接收端中将从天线输入到低噪声放大器前端的损耗最小化。

图2为示出本发明一实施例的时分双工天线装置的结构图，图3为示出本发明一实施例的时分双工天线装置的发送器及接收器的结构图。参照图2及图3，时分双工天线装置100包括：发送器110；接收器120；以及控制器130，以时分双工方式控制发送器110和接收器120。

发送器110包括至少一个发送天线模块。接收器120包括至少一个接收天线模块。在图3示出的实施例中，虽然发送器110和接收器120可分别由一个发送天线模块110a和一个接收天线模块120a组成，但是，发送器110和/或接收器120也可由多个发送天线模块和/或多个发送天线模块组成。

在本发明实施例的时分双工天线装置100中，发送器110和接收器120可由相互分离的单独的电路组成。在本说明书中，发送器110与接收器120的“分离”是指发送器110与接收器120之间并不共享相同的信号传输线(电缆)，而不能被限定解释成两个电路以不具有物理结合关系的形态分离。

根据本发明的实施例，发送器110和接收器120可通过相互分离的不同路径P1、P2以时分双工方式收发下行链路信号及上行链路信号。

发送器110可通过第一路径P1发送下行链路信号。接收器120可通过第二路径P2接收上行链路信号。接收器120可通过以没有与在发送器110中发送下行链路信号的第一路径P1重叠的部分的方式从第一路径P1分离的第二路径P2接收上行链路信号。

发送天线模块110a可包括功率放大器112、发送滤波器114及至少一个发送天线115。功率放大器112可设置在第一路径P1上，为了发送下行链路信号而将发送信号的功率放大规定等级以上。

例如，功率放大器112可以为线性功率放大器(LPA，Linear Power Amplifier)、高功率放大器(HPA，High Power Amplifier)等，但并不限定于此，只要能够放大发送信号的功率，则可以没有特别限制地使用。

可根据下行链路发送模式或上行链路接收模式，功率放大器112的工作受到控制器130的控制。当通过接收器120接收上行链路信号时，功率放大器112中止(停止)工作，仅当通过发送器110发送下行链路信号时进行工作。

例如，功率放大器112的工作中止可通过防止工作电压施加于设置在功率放大器112的多个有源器件(例如，多个晶体管)或施加用于中止多个有源器件的工作电压等方法来执行。

相反，可通过向设置在功率放大器112的多个有源器件(例如，多个晶体管)施加工作电压等方法来使功率放大器112进行工作。但是，功率放大器112的工作或工作中止并不限定于以上例示的方法。

通过功率放大器112放大的发送信号可输入到发送滤波器114。发送滤波器114可设置在第一路径P1上，可利用内部共振器(未图示)来对通过功率放大器112放大的发送信号的频率进行滤波。随着规定频带的信号被发送滤波器114滤波，可生成下行链路信号。

根据设定的下行链路频率，发射滤波器114可以为带通滤波器、带阻滤波器、低通滤波器、高通滤波器等，但并不限定于此。

被发送滤波器114滤波而生成的下行链路信号可输入到发送天线115。发送天线115设置在第一路径P1上，可向外部发送被发送滤波器114滤波而生成的下行链路信号。发送天线115可以为偶极(dipole)天线、单极(monopole)天线等，但并不限定于此，可使用能够发送下行链路信号的方向性或无方向性的多种天线。

其中，偶极天线是指通过并排设置以两个直线形成的导体并发射电波或接收电波的天线，单级天线是指作为偶极天线的一半进行工作的天线。并且，方向性天线是指向特定方向辐射、放射信号或接收特定方向的信号的天线。无方向性天线是指在没有特定方向的情况下，在单个平面上呈现全方向性的放射图案的天线。

接收天线模块120a可包括至少一个接收天线122、低噪声放大器123及接收滤波器124。接收天线122设置在第二路径P2上，可接收上行链路信号。接收天线122可以为偶极(dipole)天线、单极(monopole)天线等，但并不限定于此，可使用能够接收上行链路信号的方向性或无方向性的多种天线。

由接收天线122接收的上行链路信号可输入到低噪声放大器123。低噪声放大器123设置在第二路径P2上，可针对由接收天线122接收的上行链路信号进行低噪声放大处理。

例如，低噪声放大器123可以为隧道二极管(Esaki diode)放大器、参量(Parametric)放大器、脉塞(Maser)放大器等，只要能够对接收信进行低噪声放大处理，则可以不受特别限制地使用。

在实施例中，低噪声放大器123可直接连接在接收天线122的输出端。或者，低噪声放大器123也可通过电缆等信号线连接在接收天线122的输出端。

除收发转换开关(时分双工开关)外，在接收天线122与低噪声放大器123之间还可额外连接有滤波器等部件。在此情况下，相比于发送器110的发送滤波器114，连接在接收天线122与低噪声放大器123之间的滤波器等部件可具有相对较小的尺寸。

从发送器110的发送线输出的发送信号的功率大于接收线的接收信号的功率，因此，为了严格控制发送信号，用于发送线的发送滤波器114的尺寸相对较大，但在本发明实施例的时分双工天线装置中，单独使用发送线和接收线，因此，无需在接收天线122与低噪声放大器123之间使用如同发送滤波器114的大尺寸滤波器。

因此，即使在接收天线122与低噪声放大器123之间设置滤波器，也需考虑接收信号(上行链路信号)的噪声系数来使用小尺寸滤波器便足矣，因此，应用于接收天线122与低噪声放大器123之间的滤波器尺寸相对较小，从而可以减少从接收端输入到低噪声放大器123的接收信号的损耗。

根据下行链路发送模式或上行链路接收模式，低噪声放大器123的工作可受到控制器130的控制。当通过发送器110发送下行链路信号时，低噪声放大器123中止(停止)工作，仅在通过接收器120接收上行链路信号时进行工作。

例如，低噪声放大器123的工作中止可通过防止工作电压施加于设置在低噪声放大器123的多个有源器件(例如，多个晶体管)或施加用于中止多个有源器件的工作电压等方法来执行。

相反，可通过向设置在低噪声放大器123的多个有源器件(例如，多个晶体管)施加工作电压等方法来使低噪声放大器123进行工作。但是，低噪声放大器123的工作或工作中止并不限定于以上例示的方法。

通过低噪声放大器123进行低噪声放大处理的上行链路信号可输入到接收滤波器124。接收滤波器124设置在第二链路P2上，可利用内部共振器(未图示)对通过低噪声放大器123进行低噪声放大的上行链路信号的频率进行滤波。根据设定的上行链路频率，接收滤波器124可以为带通滤波器、带阻滤波器、低通滤波器、高通滤波器等，但并不限定于此。

在本发明的实施例中，低噪声放大器123可沿着接收上行链路信号的第二路径P2设置在接收天线122与接收滤波器124之间。在接收器120的第二路径P2有可能不设置现有的收发转换开关(时分双工开关)。

根据如上所述的接收天线122、低噪声放大器123及接收滤波器124的配置结构，滤波器或收发转换开关(时分双工开关)等未配置在接收天线122与低噪声放大器123之间，可将低噪声放大器123配置在接近于接收天线122的距离，因此，可沿着第二路径P2将接收天线122与低噪声放大器123之间的距离最小化。

在实施例中，沿着第二路径P2的接收天线122与低噪声放大器123之间的距离可小于沿着第一路径P1的发送天线155与功率放大器112之间的距离。并且，接收器120的接收天线122与低噪声放大器123之间的距离也可小于发送器110的发送天线115与发送滤波器114之间的距离。

当在不使用电缆的情况下在接收天线122的输出端直接结合低噪声放大器123时，接收天线122与低噪声放大器123之间的距离可以为0。在此情况下，输入到低噪声放大器123的接收信号可维持原始信号或仅包括最低限度的噪声。

根据本发明的实施例，可将从接收天线122到低噪声放大器123前端的信号损耗最小化，由此改善系统整体的噪声系数来提高天线性能。参照图4的实施例，进一步详细说明接收器120的详细结构。

控制器130可处理内部的信号并通过发送器110向外部发送。并且，控制器130可处理通过接收器120接收的信号来向与天线装置相连接的装置传输接收信号所包含的特定信息。控制器130可根据是否发送下行链路信号或接收上行链路信号来控制发送器110的功率放大器112及接收器120的低噪声放大器123的工作。

当发送下行链路信号时，控制器130可以使发送器110的功率放大器112运行，同时中止运行接收器120的低噪声放大器123。并且，当接收上行链路信号时，控制器130可中止运行发送器110的功率放大器112，同时可使接收器120的低噪声放大器123运行。

图4为构成本发明一实施例的时分双工天线装置的接收器的结构图。参照图4，接收器120可包括接收天线模块121和信号处理部125。首先，接收天线模块121可包括一个以上的接收天线122、低噪声放大器123及接收滤波器124。

一个以上的接收天线122可接收外部的信号并向接收天线模块121的低噪声放大器123输出。例如，接收天线122可以为贴片天线。

低噪声放大器123可以与各个接收天线122对应配置。各个低噪声放大器123可以与对应的接收天线122的输出端相连接，可放大从相应接收天线122输出的接收信号。

在此情况下，随着在接收天线122的输出端连接低噪声放大器123，输入到低噪声放大器123的接收信号可维持原始信号或仅包括最低限度的噪声。

各个低噪声放大器123可放大从对应的接收天线122输入的接收信号并向接收滤波器124输出。在此情况下，接收滤波器124可将由低噪声放大器123放大的接收信号滤波成接收频带并传输到信号处理部125。信号处理部125可通过电缆与接收天线模块121相连接。

信号处理部125可包括模数(Analog to Digital，AD)转换器126及信号处理器127。若通过接收滤波器124滤波的信号通过电缆输入，则模数转换器126可将所输入的模拟形态的接收信号转换为数字信号。

模数转换器126可将所转换的数字信号传输到信号处理器127。其中，信号处理器127可相当于现场可编程门阵列(FPGA，field programmable gate array)。当然，除此之外，可相当于处理天线接收器的信号的任何电路结构。信号处理器127可向控制器130输出由模数转化器126转换的数字信号。

图5为用于说明本发明实施例的时分双工天线装置的工作的图。参照图2至图4及图5，当发送下行链路信号S1时，控制器130可使发送器110的功率放大器112进行工作并中止接收器120的低噪声放大器123的工作。当接收上行链路信号S2时，控制器130可中止发送器110的功率放大器112的工作并使接收器120的低噪声放大器123进行工作。

在实施例中，控制器130可根据运营方所发送的信号大小(例如，0V～3.3V)来识别是否为发送信号或接收信号，当输入发送信号大小的信号时，使相当于发送器110的多个部件进行工作，当输入接收信号大小的信号时，使相当于接收器120的多个部件进行工作。

如图5所示，在实施例中，当在下行链路发送和上行链路接收之间转换模式时，控制器130可同步功率放大器112与低噪声放大器123的控制指令来同时转换功率放大器112和低噪声放大器123的工作。

在本发明的再一实施例中，控制器130可控制功率放大器112和低噪声放大器123的控制指令的时序，以便在不同的时间点执行功率放大器112和低噪声放大器123的工作转换。作为一例，为了将从发送器110发送的下行链路信号因多种周围环境而反射并传输到接收器120的干扰现象最小化，当从下行链路发送S1向上行链路接收S2转换模式时，控制器130中止功率放大器112的工作后，在从功率放大器112中止工作的时间点经过设定时间△T后，可使低噪声放大器123进行工作。

例如，确定功率放大器112的中止工作时间点与低噪声放大器123的开始工作时间点之间时差的设定时间△T可从因下行链路信号传输到接收器120而发生的干扰信号小于设定的基准干扰等级的时间计算。作为另一例，控制器130能够以多种方式改变功率放大器112的中止工作时间点与低噪声放大器123的开始工作时间点之间的时差并测定在接收器120中的发送信号与接收信号之间的干扰等级和/或接收信号的噪声系数、可从接收器120的发送信号与接收信号的干扰等级小于基准干扰等级的时间或接收信号的噪声系数最小的时间等计算设定时间△T。

图6为本发明再一实施例的时分双工天线装置的结构图。在说明图6所示的实施例的过程中，将省略对与上述实施例相同或相应结构要素的重复说明。图6所示的实施例与上述说明的实施例的差异在于，在时分双工天线装置100中，接收器120还包括滤波器128和合成器129(Combiner)。

参照图2及图6，接收器120的接收天线模块可包括多个接收天线122。多个接收天线122也可组成阵列天线(array antenna)。合成器129可沿着接收器120的第二路径P2设置在低噪声放大器123与接收滤波器124之间。合成器129可合成通过多个接收天线122接收的多个上行链路信息。低噪声放大器123可沿着第二路径P2设置在各个接收天线122与合成器129之间。

滤波器128可沿着第二路径P2设置在各个接收天线122与低噪声放大器123之间。例如，在实施例中，滤波器128可防止当施加基于第三代合作伙伴计划(3GPP，3rdGeneration Partnership Project)带外阻塞(Out of band blocking)规格的信号时有可能发生的低噪声放大器123的饱和(Saturation)。

接收滤波器124可沿着第二路径P2设置在合成器129的输出端与控制器130之间。接收滤波器124可在通过合成器129从多个上行链路信号合成并输出的接收信号中阻隔带外信号。

发送器110的发送天线模块可包括多个发送天线115。多个发送天线115也可组成阵列天线(array antenna)。分配器116(Divider)可分配下行链路信号的功率并向多个发送天线115分配并输出。可在功率放大器112与发送滤波器114之间设置隔离器(isolator)。

在图6的实施例的时分双工天线装置100中，在接收天线122与低噪声放大器123之间未配置收发转换开关(时分双工开关)。因此，可将低噪声放大器123配置在接近于接收天线122的距离，从而可将沿着第二路径P2的接收天线122与低噪声放大器123之间的距离最小化。

在实施例中，沿着第二路径P2的接收天线122与低噪声放大器123之间的距离可小于沿着第一路径P1的发送天线115与功率放大器112之间的距离。因此，可将从接收天线122到低噪声放大器123前端的信号损耗最小化，由此改善系统整体的噪声系数来提高天线性能。

为了对相对较高功率的发送信号进行滤波，发送器110的发送滤波器114被设计成具有较大的尺寸，但是，相比于在发送器110中使用的发送滤波器114的尺寸，设置在接收天线122与低噪声放大器123之间的滤波器128可具有相对较小的尺寸。因此，在图6的实施例中，接收器120的低噪音放大器123与接收天线122之间的距离可小于发送器110的发送天线115与功率放大器112之间的距离。

根据图6的实施例，为了减少噪声系数，可通过在接收器120的低噪声放大器123前端设置滤波器128来减少低噪声放大器123前端的噪声系数，可通过在低噪声放大器123的后端与控制器130的前端之间设置接收滤波器124来减少由多个低噪声放大器123放大后合成的上行链路信号的噪声系统，可从噪声保护控制器130的数字端。由此，可通过由滤波器128和接收滤波器124组成的双层滤波器来均有效减少低噪声放大器123的前后端的噪声系数及控制器130的数字端前端的噪声系数。

现有的时分双工天线装置存在如下的缺点，即，发送线的功率较大且规格比接收线更为严格，因此，只能按发送线来使用更大尺寸的滤波器，由此接收端的信号损耗较大，但是，根据本发明的实施例，本发明具有如下的效果，即，由于单独使用发送线和接收线，因此，接收线只要考虑接收信号(上行链路信号)的噪声系数来使用所需尺度的滤波器即可，从而，可提供减少接收端的信号损耗的优点。

图7为构成本发明另一实施例的时分双工天线装置的接收器的结构图。在说明图7所示的实施例的过程中，将省略与上述实施例相同或相应结构要素的重复说明。图7所示的实施例与上述说明的实施例的差异在于，在时分双工天线装置100中，接收器120还包括多个接收天线模块120a、120b及巴勒特矩阵140(Butler Matrix)。

其中，巴勒特矩阵140可用于将一个输入信号分配为N个信号或将N个输入信号结合为一个输出端子。根据所传输信号的大小，这种巴勒特矩阵使用微带线(microstripline)、带状线(strip line)、同轴线(Coaxial line)、波导管(wave guide)等。

参照图2及图7，巴勒特矩阵140可沿着第二路径P2设置在多个接收天线模块120a、120b与控制器130之间。巴勒特矩阵140可包括混合耦合器(hybrid coupler)和相位调整器(phase shifter)。巴勒特矩阵140为能够利用多个混合耦合器来实现波束成形的结构，在前端设置有开关，从而，若选择一个端口，则确定与其相对应的一种天线辐射图案。

通过巴勒特矩阵140，可结合(Combine)由多个接收天线模块120a、120b生成的多个接收信号来获得接收波束的转向性或接收多波束(multi-beam)特性，可提高天线增益(Gain)。巴勒特矩阵140均可使用2×2矩阵、4×4矩阵、8×8矩阵等多种类型。

在本发明实施例的时分双工天线装置的接收器中，低噪声放大器可以与接收天线的输出端直接连接，而接收天线与低噪声放大器之间并非通过电缆连接。在此情况下，输入到低噪声放大器的接收信号的噪声系数为1.6dB，相比于现有的时分双工天线装置，接收信号的噪声系数减少了4dB，由此，可使得接收天线的增益提高1.5dB。因此，根据本发明的实施例，相比现有的天线装置，可获得距离约为其1.68倍、面积约为其2.82倍的上行链路覆盖范围改善效果。

以上说明的实施例可通过硬件结构要素、软件结构要素和/或硬件结构要素及软件结构要素的组合实现。例如，在实施例中说明的装置、方法及结构要素中的一部分(例如，信号处理器部、信号处理器、控制器等)可利用如处理器、控制器、算术逻辑单元(ALU，arithmetic logic unit)、数字信号处理器(digital signal processor)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA，field programmable gate array)、可编程逻辑单元(PLU，programmable logic unit)、微型处理器或可执行并响应指令(instruction)的其他装置的一个以上的通用计算机或特殊目的计算机体现。

处理装置可执行操作系统及在上述操作系统上执行的一个以上的软件应用程序。并且，处理装置可响应软件的执行来访问、存储、操作、处理及生成数据。为了便于理解，虽然仅说明了使用一个处理装置的情况，但是，本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解处理装置可包括多个处理要素(processing element)和/或多个类型的处理要素。

例如，处理装置可包括多个处理器或一个处理器及一个控制器。并且，还可包括如同并联处理器(parallel processor)的其他处理结构(processing configuration)。软件可包括计算机程序(computer program)、代码(code)、指令(instruction)或它们中的一种以上的组合，能够以按需要进行工作的方式构成处理装置或者独立或结合性(collectively)地对处理装置下达指令。

软件和/或数据可为了通过处理装置解释或者为了向处理装置提供指令或数据永久或暂时具体化(embody)在任何类型的机械、结构要素(component)、物理装置、虚拟装置(virtual equipment)、计算机存储介质或装置或传输的信号波(signal wave)。软件分散在通过网络连接的计算机系统上，从而可通过分散的方法存储或执行。软件及数据可存储于一个以上的计算机可读记录介质。

以上的说明仅为例示性说明本发明的技术思想，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不脱离本发明的基本特征的范围内进行多种修改及变形。因此，本发明公开的实施例仅用于说明本发明，并不限定本发明的技术思想，本发明的技术思想的范畴并不限定于上述实施例。本发明的保护范围应基于所附的发明要求保护范围加以解释，并且，与其等同范围内的所有技术思想应均属于本发明的发明要求保护范围内。

产业上的可利用性

在本发明实施例的时分双工天线装置的接收器中，低噪声放大器可以与接收天线的输出端直接连接，而接收天线与低噪声放大器之间并非通过电缆连接。在此情况下，输入到低噪声放大器的接收信号的噪声系数为1.6dB，相比于现有的时分双工天线装置，接收信号的噪声系数减少了4dB，由此，可使得接收天线的增益提高1.5dB。因此，根据本发明的实施例，相比现有的天线装置，可获得距离约为其1.68倍、面积约为其2.82倍的上行链路覆盖范围的改善效果。

Claims (11)

1.一种时分双工天线装置，以时分双工方式收发下行链路信号和上行链路信号，其特征在于，包括：

发送器，包括至少一个发送天线模块，通过第一路径发送下行链路信号；

接收器，包括至少一个接收天线模块，通过第二路径接收上行链路信号，上述第二路径以没有与上述第一路径重叠的部分的方式从上述第一路径分离；以及

控制器，以时分双工方式控制上述发送器和上述接收器。

2.根据权利要求1所述的时分双工天线装置，其特征在于，

上述发送天线模块包括：

功率放大器，设置在上述第一路径上，用于放大发送信号的功率；

发送滤波器，设置在上述第一路径上，针对由上述功率放大器放大的发送信号的频率进行滤波并生成上述下行链路信号；以及

至少一个发送天线，设置在上述第一路径上，用于发送被上述发送滤波器滤波而生成的上述下行链路信号，

上述接收天线模块包括：

至少一个接收天线，设置在上述第二路径上，用于接收上述上行链路信号；

低噪声放大器，设置在上述第二路径上，针对由上述接收天线接收的上述上行链路信号进行低噪声放大；以及

接收滤波器，设置在上述第二路径上，针对由上述低噪声放大器进行低噪声放大的上述上行链路信号的频率进行滤波，

上述低噪声放大器沿着接收上述上行链路信号的上述第二路径配置在上述接收天线与上述接收滤波器之间。

3.根据权利要求2所述的时分双工天线装置，其特征在于，沿着上述第二路径的上述接收天线与上述低噪声放大器之间的距离小于沿着上述第一路径的上述发送天线与上述功率放大器之间的距离。

4.根据权利要求2所述的时分双工天线装置，其特征在于，

上述接收天线模块包括多个上述接收天线，

上述接收天线模块还包括合成器，沿着上述第二路径设置在上述低噪声放大器与上述接收滤波器之间，用于合成由多个接收天线接收的多个上行链路信号，

上述低噪声放大器沿着上述第二路径设置在多个上述接收天线的各个接收天线与上述合成器之间。

5.根据权利要求4所述的时分双工天线装置，其特征在于，上述接收天线模块还包括滤波器，沿着上述第二路径设置在各个上述接收天线与上述低噪声放大器之间，用于防止上述低噪声放大器的饱和。

6.根据权利要求5所述的时分双工天线装置，其特征在于，上述接收滤波器沿着上述第二路径设置在上述合成器的输出端与上述控制器之间，用于在通过上述合成器从多个上述上行链路信号合成并输出的接收信号中阻隔带外信号。

7.根据权利要求4所述的时分双工天线装置，其特征在于，

上述接收器包括多个上述接收天线模块，

上述接收器还包括巴勒特矩阵，沿着上述第二路径设置在多个接收天线模块与上述控制器之间，结合通过多个上述接收天线模块生成的多个接收信号来形成多波束。

8.根据权利要求4所述的时分双工天线装置，其特征在于，上述接收器不包括收发转换开关，用于在上述第二路径上以时分双工方式控制上述发送器和上述接收器。

9.根据权利要求4所述的时分双工天线装置，其特征在于，上述接收器由与上述发送器分离的单独的电路组成。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的时分双工天线装置，其特征在于，

当发送下行链路信号时，上述控制器使上述功率放大器进行工作并中止上述低噪声放大器的工作，

当接收上行链路信号时，上述控制器中止上述功率放大器的工作并使得上述低噪声放大器进行工作。

11.根据权利要求2至9中任一项所述的时分双工天线装置，其特征在于，上述低噪声放大器直接连接在上述接收天线的输出端。

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