CN115102566A - 无线通信系统及其信号收发装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种无线通信系统及其信号收发装置，包括信号发射电路、信号接收电路、主控制器、发射开关电路与接收开关电路，信号发射电路与信号接收电路直流耦合后与天线连接，主控制器根据预设时间间隔得到信号收发装置的工作状态；在工作状态为发射状态时，输出发射导通指令至发射开关电路，输出接收关断指令至接收开关电路；在工作状态为接收状态时，输出接收导通指令至接收开关电路，输出发射关断指令至发射开关电路，无需在天线与信号收发装置之间增加额外的选择器件，即可使信号发射电路与信号接收电路对应各自时隙交替导通工作，实现无线通信系统的双工通信，降低了信号在传输路径上的损耗，提高了无线通信系统的性能与灵敏度。

Description

无线通信系统及其信号收发装置

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种无线通信系统及其信号收发装置。

背景技术

随着射频技术的发展，基于射频收发机的双向无线通信系统取得广泛应用。射频收发机一般包括信号发射器、信号接收器与天线，发射器可基于需要发送的数据信息产生射频电流，天线可将射频电流转换为无线信号并以无线电波的形式传输，还可将接收的无线信号转换回射频电流，信号接收器可基于天线转换回射频电流进行放大和滤波输出电信号，以供无线通信系统中其他模块提取数据信息。

从无线通信系统的双工方式来看，可分为时分复用(Time Division Duplexing，TDD)无线通信系统与频分复用(Frequency Division Duplexing，FDD)无线通信系统。其中，TDD无线通信系统因其可最大化使用带宽、节省电能等优点使用较多。

在传统的TDD通信系统中，信号发射器(TX)和信号接收器(RX)不同时工作，而是由系统控制在短时隙内在二者之间高速切换从而实现双工通信。目前，通常是采用射频开关或环形器等选择器件连接在天线与TX、RX之间进行选择，实现其高速切换。但这也带来了信号在传输路径上的额外损耗，导致通信灵敏度降低。

发明内容

基于此，有必要针对传统TDD通信系统中信号损耗导致通信灵敏度降低的问题，提供一种无线通信系统及其信号收发装置。

一种无线通信系统的信号收发装置，包括：信号发射电路、信号接收电路、主控制器、发射开关电路与接收开关电路，所述信号发射电路与所述信号接收电路直流耦合，所述信号发射电路与所述信号接收电路直流耦合后的公共端与无线通信系统的天线连接，所述信号发射电路与所述信号接收电路还均连接所述无线通信系统的信号处理装置，所述主控制器连接所述发射开关电路与所述接收开关电路，所述发射开关电路连接所述信号发射电路，所述接收开关电路连接所述信号接收电路；

所述信号发射电路用于接收所述信号处理装置输出的第一信号，并将所述第一信号通过所述天线进行无线发射，所述信号接收电路用于通过所述天线接收第二信号，并将所述第二信号输出至所述信号处理装置；

所述主控制器用于根据预设时间间隔判断得到信号收发装置的工作状态；

所述主控制器在所述工作状态为发射状态时，输出发射导通指令至所述发射开关电路，并输出接收关断指令至所述接收开关电路；所述主控制器在所述工作状态为接收状态时，输出接收导通指令至所述接收开关电路，并输出发射关断指令至所述发射开关电路；

所述发射开关电路用于根据所述发射导通指令与所述发射关断指令，切换所述信号发射电路的开闭状态；所述接收开关电路用于根据所述接收导通指令与所述接收关断指令，切换所述信号接收电路的开闭状态。

在其中一个实施例中，上述信号收发装置还包括第一负载与第二负载，所述信号接收电路包括第一放大管与第二放大管，所述第一放大管与所述第二放大管的控制端均连接所述接收开关电路，所述第一放大管的第一端连接所述天线的第一端，所述第一放大管的第一端还通过所述第一负载连接供电端子，所述第一放大管的第二端连接所述第二放大管的第一端，所述第二放大管的第二端连接所述信号处理装置，所述第二放大管的第二端还通过所述第二负载接地。

在其中一个实施例中，所述信号发射电路包括第三放大管与第四放大管，所述第三放大管的控制端连接所述发射开关电路，所述第三放大管的第一端连接所述天线的第一端，所述第三放大管的第一端还通过所述第一负载连接所述供电端子，所述第三放大管的第二端连接所述第四放大管的第一端，所述第四放大管的控制端连接所述信号处理装置，所述第四放大管的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述第一负载与所述第二负载均为差分，所述信号接收电路还包括第五放大管与第六放大管，所述第五放大管与所述第六放大管的控制端均连接所述接收开关电路，所述第五放大管的第一端连接所述天线的第二端，所述第一负载的第一端连接所述第一放大管的第一端，所述第一负载的第二端连接所述第五放大管的第一端，所述第一负载的公共端连接所述供电端子，所述第五放大管的第二端连接所述第六放大管的第一端，所述第六放大管的第二端连接所述信号处理装置，所述第二负载的第一端连接所述第二放大管的第二端，所述第二负载的第二端连接所述第六放大管的第二端，所述第二负载的公共端接地。

在其中一个实施例中，所述信号发射电路还包括第七放大管与第八放大管，所述第七放大管的控制端连接所述发射开关电路，所述第七放大管的第一端连接所述天线的第二端，所述第一负载的第一端还连接所述第三放大管的第一端，所述第一负载的第二端还连接所述第七放大管的第一端，所述第七放大管的第二端连接所述第八放大管的第一端，所述第八放大管的控制端连接所述信号处理装置，所述第八放大管的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述信号发射电路中的各放大管为N沟道型场效应管或P沟道型场效应管，所述信号接收电路中的各放大管为P沟道型场效应管或N沟道型场效应管。

在其中一个实施例中，所述发射开关电路包括发射偏置电压输出电路与发射控制开关，所述发射偏置电压输出电路的输入端连接所述供电端子，所述发射偏置电压输出电路的输出端连接所述发射控制开关的第一端，所述发射控制开关的第二端接地，所述发射控制开关的第三端连接所述第三放大管控制端与所述第七放大管的控制端，所述发射控制开关的控制端连接所述主控制器。

在其中一个实施例中，所述接收开关电路包括第一接收偏置电压输出电路、第一接收控制开关、第二接收偏置电压输出电路与第二接收控制开关，所述第一接收偏置电压输出电路与所述第二接收偏置电压输出电路的输入端均连接所述供电端子，所述第一接收偏置电压输出电路的输出端连接所述第一接收控制开关的第一端，所述第一接收控制开关的第二端连接所述供电端子，所述第一接收控制开关的第三端连接所述第一放大管的控制端与所述第五放大管的控制端，所述第二接收偏置电压输出电路的输出端连接所述第二接收控制开关的第一端，所述第二接收控制开关的第二端连接所述供电端子，所述第二接收控制开关的第三端连接所述第二放大管的控制端与所述第六放大管的控制端，所述第一接收控制开关与所述第二接收控制开关的控制端均连接所述主控制器。

在其中一个实施例中，上述信号收发装置还包括输入输出转换电路，所述信号发射电路通过所述输入输出转换电路连接所述天线，所述天线通过所述输入输出转换电路连接所述信号接收电路。

在其中一个实施例中，提供一种无线通信系统，包括天线、信号处理装置与上述的信号收发装置，所述信号处理装置连接所述信号收发装置，所述信号收发装置连接所述天线。

上述无线通信系统及其信号收发装置，通过信号发射电路与信号接收电路直流耦合后与天线连接，同时信号发射电路与信号接收电路受主控制器、发射开关电路与接收开关电路控制，在各自对应的时隙内交替导通工作，实现无线通信系统的双工通信，无需在天线与信号发射电路、信号接收电路之间增加额外的选择器件进行选择，降低了信号在传输路径上的损耗，提高了无线通信系统的性能与灵敏度。

附图说明

图1为一实施例中两个无线通信系统之间实现通信时的结构示意图；

图2为一实施例中信号收发装置的电路示意图；

图3为另一实施例中信号收发装置的电路示意图；

图4为另一实施例中信号收发装置的电路示意图；

图5为另一实施例中信号收发装置的电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如背景技术所述，基于射频收发机的双向无线通信系统取得广泛应用。而从无线通信系统的双工方式来看，可分为时分复用(Time Division Duplexing，TDD)无线通信系统与频分复用(Frequency Division Duplexing，FDD)无线通信系统。其中，TDD无线通信系统因其可最大化使用带宽、节省电能等优点使用较多。在传统的TDD通信系统中，信号发射器(TX)和信号接收器(RX)不同时工作，而是由系统控制在短时隙内在二者之间高速切换从而实现双工通信。目前，通常是采用射频开关或环形器等选择器件连接在天线与TX、RX之间进行选择，实现其高速切换。但这也带来了信号在传输路径上的额外损耗，导致通信灵敏度降低，进一步降低无线通信系统的性能。

基于此，提供了一种无线通信系统及其信号收发装置，通过信号发射电路与信号接收电路直流耦合后与天线连接，同时信号发射电路与信号接收电路受主控制器、发射开关电路与接收开关电路控制，在各自对应的时隙内交替导通工作，实现无线通信系统的双工通信，无需在天线与信号发射电路、信号接收电路之间增加额外的选择器件进行选择，降低了信号在传输路径上的损耗，提高了无线通信系统的性能与灵敏度。

本申请实施例提供的基于TDD技术的无线通信系统及其信号收发装置，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，无线通信系统100与无线通信系统200均可以是本申请实施例对应提供的无线通信系统，可实现双向短距离通信系统，例如目前广泛使用的Wi-Fi系统与BLE(Bluetooh Low Energy，低功耗蓝牙)系统等。具体地，无线通信系统100的天线130与无线通信系统200的天线230进行无线通信。

以无线通信系统100为智能家居中电器设备的蓝牙模块，无线通信系统200为对应控制端插座或音响的蓝牙模块为例对上述双向通讯过程进行解释。用户可采用语音或遥控等方式输出控制指令至无线通信系统200，其信号处理装置220将音频信号或控制信号转换为无线电信号，然后经过信号收发装置210与天线230发射该无线电信号，无线通信系统100的天线130接收到该无线电信号，并经过信号收发装置110传输至信号处理装置120进行转换处理为控制指令后执行用户的操作。进一步地，无线通信系统100也可以通过信号处理装置120、信号收发装置110与天线130，发出表征操作已执行完毕的无线电信号，无线电信号可经无线通信系统200的天线230、信号收发装置210与信号处理装置220将接受的无线电信号转换为音频信号，并向用户输出。

在一个实施例中，以无线通信系统100中的信号收发装置110为例进行解释说明，如图1所示，无线通信系统100的信号收发装置110包括：信号发射电路111、信号接收电路112、主控制器113、发射开关电路114与接收开关电路115，信号发射电路111与信号接收电路112直流耦合，信号发射电路111与信号接收电路112直流耦合后与无线通信系统100的天线130连接，信号发射电路111与信号接收电路112还均连接无线通信系统100的信号处理装置120，主控制器113连接发射开关电路114与接收开关电路115，发射开关电路114连接信号发射电路111，接收开关电路115连接信号接收电路112。

信号发射电路111用于接收信号处理装置120输出的第一信号，并将第一信号通过天线130进行无线发射，信号接收电路112用于通过天线130接收第二信号，并将第二信号输出至信号处理装置120；主控制器113用于根据预设时间间隔判断得到信号收发装置110的工作状态；主控制器113在工作状态为发射状态时，输出发射导通指令至发射开关电路114，并输出接收关断指令至接收开关电路115；主控制器113在工作状态为接收状态时，输出接收导通指令至接收开关电路115，并输出发射关断指令至发射开关电路114；发射开关电路114用于根据发射导通指令与发射关断指令，切换信号发射电路111的开闭状态；接收开关电路115用于根据接收导通指令与接收关断指令，切换信号接收电路112的开闭状态。

具体地，信号发射电路111与信号接收电路112二者在短时隙内高速交替工作从而实现无线通信系统100的双工通信。其中，在信号发射电路111工作的时隙内，信号收发装置110的工作状态对应为发射状态；在信号接收电路112工作的时隙内，信号收发装置110的工作状态对应为接收状态。可以理解，信号发射电路111或信号接收电路112交替工作的时隙，可以是两者以等时长的预设时间间隔进行切换，也可以是两者以各自预设时长对应进行切换，切换的方式以及对应的时长可根据具体无线通信系统100采用的通讯协议来确定。在本实施例中，均以两者为等时长的预设时间间隔进行切换为例进行说明。

对应地，在根据具体的通信协议确定切换的预设时间间隔后，主控制器113根据预设时间间隔判断得到当前信号收发装置110对应的工作状态。其中，预设时间间隔的取值并不唯一，例如可以是1-10微秒。进一步地，主控制器113在确定当前信号收发装置110对应的工作状态后，即可对应输出指令至发射开关电路114与接收开关电路115用于高速切换信号发射电路111与信号接收电路112交替工作。此外，主控制器113可以是直接采用无线通信系统的信号处理装置的控制器实现，也可以是另外加装的控制器。主控制器113的类型也并不唯一，可以是MCU(Micro Control Unit，微控制单元)芯片，也可以是FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)芯片。在本实施例中，主控制器113采用FPGA芯片实现。

具体地，主控制器113在工作状态为发射状态时，输出发射导通指令至发射开关电路114，并输出接收关断指令至接收开关电路115。对应地，发射开关电路114根据发射导通指令切换信号发射电路111为导通状态，接收开关电路115根据接收关断指令切换信号接收电路112为关闭状态。进一步地，主控制器113在工作状态为接收状态时，输出接收导通指令至接收开关电路115，并输出发射关断指令至发射开关电路114。对应地，接收开关电路115根据接收导通指令切换信号接收电路112为导通状态，发射开关电路114根据发射关断指令切换信号发射电路111的关闭状态。

进一步地，在信号收发装置110对应的工作状态为发射状态、信号发射电路111为导通状态时，信号处理装置120将需要发送的数字信号转换成模拟信号，再经过混频得到频率比原始信号高的射频的第一信号，输出给信号发射电路111，第一信号经过信号发射电路111放大到适当的功率电平以及进行带宽限制，通过天线130进行无线发射。此外，在信号收发装置110对应的工作状态为接收状态、信号接收电路112为导通状态时，信号接收电路112通过天线130接收天线230传输来的第二信号，并对第二信号进行放大和滤波后输出给信号处理装置120，信号处理装置120先通过将模拟的第二信号转换为数字信号，再经过数字混频将中频数字信号频谱下变频到基带信号，然后完成抽取滤波恢复输出原始信号，提取数据信息。

上述信号收发装置，信号发射电路与信号接收电路直流耦合后与天线连接，同时信号发射电路与信号接收电路受主控制器、发射开关电路与接收开关电路控制，在各自对应的时隙内交替导通工作，实现无线通信系统的双工通信，无需在天线与信号发射电路、信号接收电路之间增加额外的选择器件进行选择，降低了信号在传输路径上的损耗，提高了无线通信系统的性能与灵敏度。

可以理解，上述通过天线发射出去的第一信号与通过天线接收进来的第二信号可以是均以单端信号的形式传输，也可以均以差分信号的形式传输，还可以是第一信号以差分形式传输，第二信号以单端信号的形式传输。

在一个实施例中，当第一信号与第二信号均以单端信号的形式传输时，可以理解，信号发射电路111、信号接收电路112与天线130的输入输出端口均为单端形式。如图2所示，上述信号收发装置110还包括第一负载与第二负载，信号接收电路112包括第一放大管与第二放大管，第一放大管与第二放大管的控制端均连接接收开关电路115，第一放大管的第一端连接天线130的第一端，第一放大管的第一端还通过第一负载连接供电端子，第一放大管的第二端连接第二放大管的第一端，第二放大管的第二端连接信号处理装置120，第二放大管的第二端还通过第二负载接地。

具体地，第一放大管的控制端通过VB1端子连接接收开关电路115，第二放大管的控制端通过VB2端子连接接收开关电路115，第一放大管的第一端连接天线130的第一端，第一放大管的第一端还通过第一负载连接VDD供电端子获取供电，第二放大管的第二端通过LNA_OUT端子连接信号处理装置120。可以理解，在信号收发装置110对应的工作状态为接收状态、信号接收电路112为导通状态时，单端天线130的第二端接地，并通过其第一端将第二信号传输至信号接收电路112的第一放大管与第二放大管，接收开关电路115通过VB1端子输入第一导通电压至第一放大管，通过VB2端子输入第二导通电压至第二放大管，使得第一放大管与第二放大管处于放大状态，并对第二信号进行放大和滤波后通过LNA_OUT端子输出给信号处理装置120。

其中，第一放大管与第二放大管可以是采用双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)，也可以是采用金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)实现。在本申请中，信号收发装置中的放大管均采用MOSFET管实现。具体地，第一放大管为MOS管M1，第二放大管为MOS管M2。MOS管M1与MOS管M2的型号并不唯一，可以是N沟道型场效应管，也可以是P沟道型场效应管，不做限定。在实施例中，均以是N沟道型场效应管为例进行解释说明。MOS管M1的栅极作为第一放大管的控制端，MOS管M1的源极作为第一放大管的第一端，MOS管M1的漏极作为第一放大管的第二端。MOS管M2的栅极作为第二放大管的控制端，MOS管M2的源极作为第二放大管的第一端，MOS管M2的漏极作为第二放大管的第二端。其中，MOS管M2作为MOS管M1的分压器件，可以提高信号接收电路112的耐压能力。在其他实施例中，也可以省略MOS管M2，直接采用MOS管M1的漏极通过LNA_OUT端子连接信号处理装置120。

进一步地，在一个实施例中，如图2所示，信号发射电路111包括第三放大管与第四放大管，第三放大管的控制端连接发射开关电路114，第三放大管的第一端连接天线130的第一端，第三放大管的第一端还通过第一负载连接供电端子，第三放大管的第二端连接第四放大管的第一端，第四放大管的控制端连接信号处理装置120，第四放大管的第二端接地。

具体地，第三放大管的控制端通过VB3端子连接发射开关电路114，第三放大管的第一端连接天线130的第一端，第三放大管的第一端还通过第一负载连接VDD供电端子获取供电，第四放大管的控制端通过PA_in端子连接信号处理装置120。可以理解，在信号收发装置110对应的工作状态为发射状态、信号发射电路111为导通状态时，第四放大管接收信号处理装置120通过PA_in端子发送来的第一信号，发射开关电路114通过VB1端子输入第三导通电压至第三放大管，使得第三放大管处于放大状态，第一信号经过第四放大管与第三放大管放大到适当的功率电平以及进行带宽限制，再通过天线130进行无线发射。

其中，第三放大管与第四放大管也均为金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，第三放大管为MOS管M3，第四放大管为MOS管M4。在实施例中，MOS管M3与MOS管M4均以是P沟道型场效应管为例进行解释说明。MOS管M3的栅极作为第三放大管的控制端，MOS管M3的漏极作为第三放大管的第一端，MOS管M3的源极作为第三放大管的第二端。MOS管M4的栅极作为第四放大管的控制端，MOS管M4的漏极作为第四放大管的第一端，MOS管M4的源极作为第四放大管的第二端。其中，MOS管M3作为MOS管M4的分压器件，可以提高信号发射电路111的耐压能力，对应地，在其他实施例中，也可以省略MOS管M3，MOS管M4的漏极直接供电端子以及天线130的第一端。

此外，第一负载与第二负载为连接在供电端子与信号发射电路111、信号接收电路112之间，在信号发射电路111或信号接收电路112为导通状态时产生电流进行供电的器件。第一负载与第二负载的类型并不唯一，可以是无源负载，例如电阻、电感与电容等器件，或者电阻、电感与电容等器件的组合形式，也可以是有源负载，例如晶体管等器件。在申请本实施例中，第一负载为电感L1，第二负载为电感L2。

在一个实施例中，当第一信号与第二信号均以差分信号的形式传输时。可以理解，信号发射电路111、信号接收电路112与天线130的输入输出端口均为差分形式。如图3所示，第一负载与第二负载均为差分负载，天线130也为差分天线，信号接收电路112还包括第五放大管与第六放大管，第五放大管与第六放大管的控制端均连接接收开关电路115，第五放大管的第一端连接天线130的第二端，第一负载的第一端连接第一放大管的第一端，第一负载的第二端连接第五放大管的第一端，第一负载的公共端连接供电端子，第五放大管的第二端连接第六放大管的第一端，第六放大管的第二端连接信号处理装置120，第二负载的第一端连接第二放大管的第二端，第二负载的第二端连接第六放大管的第二端，第二负载的公共端接地。

具体地，电感L1与电感L2均为差分电感。第五放大管的控制端通过VB1端子连接接收开关电路115，第六放大管的控制端通过VB2端子连接接收开关电路115，第一放大管的第一端连接差分天线130的第一端，第五放大管的第一端连接差分天线130的第二端，电感L1的公共端连接VDD供电端子获取供电给信号接收电路112，第六放大管的第二端也通过LNA_OUT端子连接信号处理装置120。此外，在信号收发装置110对应的工作状态为接收状态、信号接收电路112为导通状态时，差分信号通过信号接收电路112传输的原理与单端信号类似，在此不做赘述。

其中，第五放大管与第六放大管均为金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，第五放大管为MOS管M5，第六放大管为MOS管M6。在实施例中，MOS管M5与MOS管M6均以N沟道型场效应管为例进行解释说明。MOS管M5的栅极作为第五放大管的控制端，MOS管M5的源极作为第五放大管的第一端，MOS管M5的漏极作为第五放大管的第二端。MOS管M6的栅极作为第六放大管的控制端，MOS管M6的源极作为第六放大管的第一端，MOS管M6的漏极作为第六放大管的第二端。其中，MOS管M1与MOS管M5为共栅输入级，第二信号从MOS管M1与MOS管M5的源极输入，MOS管M2与MOS管M6作为共源共栅管可提高信号接收电路112的输出阻抗，同时作为MOS管M1与MOS管M5的分压器件，也可以提高信号接收电路112的耐压能力，MOS管M2与MOS管M6也可以省略。

进一步地，在一个实施例中，如图3所示，信号发射电路111还包括第七放大管与第八放大管，第七放大管的控制端连接发射开关电路114，第七放大管的第一端连接天线130的第二端，第一负载的第一端还连接第三放大管的第一端，第一负载的第二端还连接第七放大管的第一端，第七放大管的第二端连接第八放大管的第一端，第八放大管的控制端连接信号处理装置120，第八放大管的第二端接地。

具体地，第七放大管的控制端也通过VB3端子连接发射开关电路114，第三放大管的第一端连接天线130的第一端，第七放大管的第一端连接天线130的第二端，第四放大管的控制端通过PA_inp端子连接信号处理装置120，第八放大管的控制端通过PA_inn端子连接信号处理装置120。此外，在信号收发装置110对应的工作状态为发射状态、信号发射电路111为导通状态时，差分信号通过信号发射电路111传输的原理与单端信号类似，在此不做赘述。

其中，第七放大管与第八放大管也均为金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，第七放大管为MOS管M7，第八放大管为MOS管M8。在实施例中，MOS管M7与MOS管M8均以是P沟道型场效应管为例进行解释说明。MOS管M7的栅极作为第七放大管的控制端，MOS管M7的漏极作为第七放大管的第一端，MOS管M7的源极作为第七放大管的第二端。MOS管M8的栅极作为第八放大管的控制端，MOS管M8的漏极作为第八放大管的第一端，MOS管M8的源极作为第八放大管的第二端。其中，MOS管M4与MOS管M8为共源输入级，第一信号从MOS管M4与MOS管M8的栅极输入，MOS管M3与MOS管M7作为共源共栅管，提高信号发射电路111的输出阻抗，同时作为MOS管M4与MOS管M8的分压器件，也可以提高信号发射电路111的耐压能力，MOS管M3与MOS管M7也可以省略。

在一个实施例中，在第一信号以差分形式传输，第二信号以单端形式传输时，如图4与图5所示，上述信号收发装置110还包括输入输出转换电路116，信号发射电路111通过输入输出转换电路116连接天线130，天线130通过输入输出转换电路116连接信号接收电路112。

具体地，输入输出转换电路116用于实现差分形式的信号与单端形式的信号之间的转换，例如可将差分形式的第一信号转换为单端形式进行传输，或者将单端形式的第二信号转换为差分形式传输。

输入输出转换电路116的形式并不唯一，例如可采用巴伦变压器实现。如图4与图5所示，巴伦变压器包括第一绕组与第二绕组，单端天线130通过巴伦变压器的第一绕组接地，巴伦变压器的第二绕组的第一端连接第一放大管的第一端与第三放大管的第一端，巴伦变压器的第二绕组的第二端连接第五放大管的第一端与第七放大管的第一端。此外，在本实施例中，可将巴伦变压器的第二绕组直接作为连接VDD供电端子的第一负载，通过在第二绕组的中间输出抽头连接VDD供电端子。在一个实施例中，输入输出转换电路116还包括第一可调电容C1与第二可调电容C2，可以根据信号发射电路111与信号接收电路112的需求，在工作状态为发射状态或接收状态的时隙内，配置不同的电容值以实现阻抗变换的需求。

可以理解，传统的TDD通信系统中，在天线与TX、RX之间增加射频开关或环形器等选择器件，信号会根据选择器件的选择在不同时隙经不同的传输线路进行传输。而本实施例中的巴伦变压器为连接在天线130与信号发射电路111、信号接收电路112之间进行单端与差分转换的器件，信号流经巴伦变压器时不会切换传输线路，则在传输路径上的信号损耗也较低。

此外，信号发射电路111中的各放大管的型号与信号接收电路112中的各放大管的型号为相反类型。在一个实施例中，信号发射电路111中的各放大管为N沟道型场效应管或P沟道型场效应管，对应地，信号接收电路112中的各放大管为P沟道型场效应管或N沟道型场效应管。例如，图2、图3与图4所示的信号收发装置110，信号发射电路111中的各放大管均为N沟道型场效应管，信号接收电路112中的各放大管均为P沟道型场效应管。而图5所示的信号收发装置110，信号发射电路111中的各放大管均为P沟道型场效应管，信号接收电路112中的各放大管均为N沟道型场效应管。在此结构下，信号发射电路111中放大管的漏极和信号接收电路112中放大管的源极可以直接连接在一起，具有相同直流电平，不经过隔直器件，达到节省成本、降低信号在传输路径上的损耗的目的。

在一个实施例中，发射开关电路包括发射偏置电压输出电路与发射控制开关，发射偏置电压输出电路的输入端连接VDD供电端子，发射偏置电压输出电路的输出端连接发射控制开关的第一端，发射控制开关的第二端接地，发射控制开关的第三端连接第三放大管控制端与第七放大管的控制端，发射控制开关的控制端连接主控制器。

具体地，发射偏置电压输出电路用于根据VDD供电端子的供电电压，进行降压后输出第三导通电压，并将第三导通电压输出至发射控制开关的第一端。发射控制开关用于根据主控制器的发射导通指令与发射关断指令，交替将其第一端、第二端与第三端导通，将发射偏置电压输出电路输出的第三导通电压或地电平输出至第三放大管控制端与第七放大管的控制端。

其中，在发射控制开关的控制端接收到发射导通指令时，发射控制开关的第一端与第三端导通，将发射偏置电压输出电路输出的第三导通电压输出至第三放大管控制端与第七放大管的控制端，使第三放大管控制端与第七放大管处于放大状态。在发射控制开关的控制端接收到发射关断指令时，发射控制开关的第一端与与第二端导通，将地电平输出至第三放大管控制端与第七放大管的控制端，使第三放大管控制端与第七放大管处于关闭状态。

在一个实施例中，接收开关电路包括第一接收偏置电压输出电路、第一接收控制开关、第二接收偏置电压输出电路与第二接收控制开关，第一接收偏置电压输出电路与第二接收偏置电压输出电路的输入端均连接供电端子，第一接收偏置电压输出电路的输出端连接第一接收控制开关的第一端，第一接收控制开关的第二端连接供电端子，第一接收控制开关的第三端连接第一放大管的控制端与第五放大管的控制端，第二接收偏置电压输出电路的输出端连接第二接收控制开关的第一端，第二接收控制开关的第二端连接供电端子，第二接收控制开关的第三端连接第二放大管的控制端与第六放大管的控制端，第一接收控制开关与第二接收控制开关的控制端均连接主控制器。

具体地，第一接收偏置电压输出电路用于根据VDD供电端子的供电电压，进行降压后输出第一导通电压，并将第一导通电压输出至第一接收控制开关的第一端。第一接收控制开关用于根据主控制器的接收导通指令与接收关断指令，交替将其第一端、第二端与第三端导通，将第一接收偏置电压输出电路输出的第一导通电压或供电电压输出至第一放大管的控制端与第五放大管的控制端。第二接收偏置电压输出电路用于根据VDD供电端子的供电电压，进行降压后输出第二导通电压，并将第二导通电压输出至第二接收控制开关的第一端。第二接收控制开关用于根据主控制器的接收导通指令与接收关断指令，交替将其第一端、第二端与第三端导通，将第二接收偏置电压输出电路输出的第二导通电压或供电电压输出至第二放大管的控制端与第六放大管的控制端。

对应地，根据接收导通指令与接收关断指令控制第一放大管、第二放大管、第五放大管与第六放大管的开闭状态的原理，与上述发射控制开关一致，在此不赘述。

可以理解，第一导通电压、第二导通电压与第三导通电压为输入至各放大管的控制端，使得各放大管处于放大状态的电压值，具体取值并不限定，可根据实际电路中使用的放大管的处于放大状态的导通阈值确定。其中，第二导通电压与第三导通电压在两级输入采用的相同的放大管型号时，可以取值相同，对应也可以使用一套接收偏置电压输出电路与接收控制开关输出即可。

此外，发射偏置电压输出电路、第一接收偏置电压输出电路与第二接收偏置电压输出电路可采用降压稳压等电路结构或装置实现，发射控制开关、第一接收控制开关与第二接收控制开关可采用单刀双掷开关或继电器实现。

在一个实施例中，如图1所示，提供一种无线通信系统100，包括天线130、信号处理装置120与上述的信号收发装置110，信号处理装置120连接信号收发装置110，信号收发装置110连接天线130。

具体地，在信号收发装置110对应的工作状态为发射状态时，信号处理装置120将需要发送的数字信号转换成模拟信号，再经过混频得到频率比原始信号高的射频的第一信号，输出给信号收发装置110，第一信号经过信号收发装置110放大到适当的功率电平以及进行带宽限制，通过天线130进行无线发射。在信号收发装置110对应的工作状态为接收状态时，信号收发装置110通过天线130接收天线230传输来的第二信号，并对第二信号进行放大和滤波后输出给信号处理装置120，信号处理装置120先通过将模拟的第二信号转换为数字信号，再经过数字混频将中频数字信号频谱下变频到基带信号，然后完成抽取滤波恢复输出原始信号，提取数据信息。

上述所提供的一个或多个无线通信系统实施例中的具体限定可以参见上文中对于信号收发装置的限定，在此不再赘述。

在本实施例中，无需在天线与信号收发装置之间增加额外的选择器件进行选择，即可实现发射时隙与接收时隙内的交替导通工作，实现无线通信系统的双工通信，降低了信号在传输路径上的损耗，提高了无线通信系统的性能与灵敏度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线通信系统的信号收发装置，其特征在于，包括：信号发射电路、信号接收电路、主控制器、发射开关电路与接收开关电路，所述信号发射电路与所述信号接收电路直流耦合，所述信号发射电路与所述信号接收电路直流耦合后的公共端与无线通信系统的天线连接，所述信号发射电路与所述信号接收电路还均连接所述无线通信系统的信号处理装置，所述主控制器连接所述发射开关电路与所述接收开关电路，所述发射开关电路连接所述信号发射电路，所述接收开关电路连接所述信号接收电路；

所述信号发射电路用于接收所述信号处理装置输出的第一信号，并将所述第一信号通过所述天线进行无线发射，所述信号接收电路用于通过所述天线接收第二信号，并将所述第二信号输出至所述信号处理装置；

所述主控制器用于根据预设时间间隔判断得到信号收发装置的工作状态；

所述主控制器在所述工作状态为发射状态时，输出发射导通指令至所述发射开关电路，并输出接收关断指令至所述接收开关电路；所述主控制器在所述工作状态为接收状态时，输出接收导通指令至所述接收开关电路，并输出发射关断指令至所述发射开关电路；

所述发射开关电路用于根据所述发射导通指令与所述发射关断指令，切换所述信号发射电路的开闭状态；所述接收开关电路用于根据所述接收导通指令与所述接收关断指令，切换所述信号接收电路的开闭状态。

2.根据权利要求1所述的信号收发装置，其特征在于，还包括第一负载与第二负载，所述信号接收电路包括第一放大管与第二放大管，所述第一放大管与所述第二放大管的控制端均连接所述接收开关电路，所述第一放大管的第一端连接所述天线的第一端，所述第一放大管的第一端还通过所述第一负载连接供电端子，所述第一放大管的第二端连接所述第二放大管的第一端，所述第二放大管的第二端连接所述信号处理装置，所述第二放大管的第二端还通过所述第二负载接地。

3.根据权利要求2所述的信号收发装置，其特征在于，所述信号发射电路包括第三放大管与第四放大管，所述第三放大管的控制端连接所述发射开关电路，所述第三放大管的第一端连接所述天线的第一端，所述第三放大管的第一端还通过所述第一负载电感连接所述供电端子，所述第三放大管的第二端连接所述第四放大管的第一端，所述第四放大管的控制端连接所述信号处理装置，所述第四放大管的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的信号收发装置，其特征在于，所述第一负载与所述第二负载均为差分负载，所述信号接收电路还包括第五放大管与第六放大管，所述第五放大管与所述第六放大管的控制端均连接所述接收开关电路，所述第五放大管的第一端连接所述天线的第二端，所述第一负载的第一端连接所述第一放大管的第一端，所述第一负载的第二端连接所述第五放大管的第一端，所述第一负载的公共端连接所述供电端子，所述第五放大管的第二端连接所述第六放大管的第一端，所述第六放大管的第二端连接所述信号处理装置，所述第二负载的第一端连接所述第二放大管的第二端，所述第二负载的第二端连接所述第六放大管的第二端，所述第二负载的公共端接地。

5.根据权利要求4所述的信号收发装置，其特征在于，所述信号发射电路还包括第七放大管与第八放大管，所述第七放大管的控制端连接所述发射开关电路，所述第七放大管的第一端连接所述天线的第二端，所述第一负载的第一端还连接所述第三放大管的第一端，所述第一负载的第二端还连接所述第七放大管的第一端，所述第七放大管的第二端连接所述第八放大管的第一端，所述第八放大管的控制端连接所述信号处理装置，所述第八放大管的第二端接地。

6.根据权利要求2至5任意一项所述的信号收发装置，其特征在于，所述信号发射电路中的各放大管为N沟道型场效应管或P沟道型场效应管，所述信号接收电路中的各放大管为P沟道型场效应管或N沟道型场效应管。

7.根据权利要求5所述的信号收发装置，其特征在于，所述发射开关电路包括发射偏置电压输出电路与发射控制开关，所述发射偏置电压输出电路的输入端连接所述供电端子，所述发射偏置电压输出电路的输出端连接所述发射控制开关的第一端，所述发射控制开关的第二端接地，所述发射控制开关的第三端连接所述第三放大管控制端与所述第七放大管的控制端，所述发射控制开关的控制端连接所述主控制器。

8.根据权利要求5所述的信号收发装置，其特征在于，所述接收开关电路包括第一接收偏置电压输出电路、第一接收控制开关、第二接收偏置电压输出电路与第二接收控制开关，所述第一接收偏置电压输出电路与所述第二接收偏置电压输出电路的输入端均连接所述供电端子，所述第一接收偏置电压输出电路的输出端连接所述第一接收控制开关的第一端，所述第一接收控制开关的第二端连接所述供电端子，所述第一接收控制开关的第三端连接所述第一放大管的控制端与所述第五放大管的控制端，所述第二接收偏置电压输出电路的输出端连接所述第二接收控制开关的第一端，所述第二接收控制开关的第二端连接所述供电端子，所述第二接收控制开关的第三端连接所述第二放大管的控制端与所述第六放大管的控制端，所述第一接收控制开关与所述第二接收控制开关的控制端均连接所述主控制器。

9.根据权利要求1所述的信号收发装置，其特征在于，还包括输入输出转换电路，所述信号发射电路通过所述输入输出转换电路连接所述天线，所述天线通过所述输入输出转换电路连接所述信号接收电路。

10.一种无线通信系统，其特征在于，包括天线、信号处理装置与权利要求1-9中任意一项所述的信号收发装置，所述信号处理装置连接所述信号收发装置，所述信号收发装置连接所述天线。

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