CN1871780B - 通信系统中使用的方法、通信装置、收发信机前端及模块 - Google Patents
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Abstract
收发信机前端具有在操作上连接到至少两个电气分离的天线的多个信号路径，用于以GSM和W-CDMA模式发送和接收多个频带的通信信号。如果一个信号路径的频带与另一个信号路径的频带部分交迭，则这两个信号路径连接到两个不同的天线。因此，可消除收发信机前端中的部分开关组件和匹配元件。因此可减少接收损耗。
Description
发明领域
一般来说，本发明涉及前端拓扑，更具体来说，涉及用于多频带和/或多模式移动蜂窝手机电子设备的前端配置。
发明背景
本公开中使用的术语“前端”表示天线与功率放大器或RF-ASIC(射频专用集成电路)之间的组件和功能，但是，一些前端模块还可包括功率放大器。多频带多模式引擎、特别是设计成满足MIMO(多输入多输出)和/或分集功能性的要求的那些引擎中的前端在构造和设计方面通常极为复杂。由于前端一般包括许多开关，因此它消耗大量电流，并且需要许多控制线路。在新的以及将来的移动终端中需要MIMO功能性，以及最初优先考虑Rx MIMO，因为在移动通信中，下行链路数据速率比上行链路对应物更重要。本质上，Rx MIMO要求在特定的工作频带上提供一个以上Rx路径。这些路径的输出则被监测及组合，以便提供增强的数据速率。到这些路径的每个的天线馈送相互独立。
目前，GSM/W-CDMA多模式引擎设计成具有独立GSM天线和独立W-CDMA天线。W-CDMA天线连接到具有用于W-CDMA模式的Rx以及Tx路径的通带滤波器的双工器。GSM天线连接到通常首先采用双工器等将1GHz频率与2GHz频带分隔的天线开关模块。各频率范围的Rx和Tx路径则由开关分隔。天线开关模块往往还包括功率放大器输出的谐波滤波，并且可包括表面声波(SAW)滤波器以便提供Rx路径的滤波。一种典型前端的典型框图如图1a和1b所示。如图1a所示，GSM模块包括四个部分：1GHz GSM Rx部分，1GHz GSM Tx部 分，2GHz GSM Rx部分以及2GHz GSM Tx部分。1GHz GSM Rx部分包括869-894MHz Rx路径110以及925-960MHz Rx路径130。共同表示为路径150的1GHz GSM Tx部分包括824-849MHz和880-905MH的两个频带。869-894MHz Rx路径110包括连接在端口112与平衡-不平衡变换器122之间的滤波器116。925-960MHz Rx路径130包括连接在端口132与平衡-不平衡变换器142之间的滤波器136。平衡-不平衡变换器功能性可根据滤波器技术结合到滤波器116和136中。Rx路径110和130在公共节点410处接合。这些Rx路径还经由匹配元件80在节点412处与824-849/880-905MHz Tx路径150的端口152接合。在这里，PIN二极管42和44用于Tx-Rx转换。或者，还可使用其它开关技术，例如CMOS或GaAs p-HEMT(假晶高电子迁移率晶体管)。但是，通过采用CMOS和p-HEMT开关，偏置和匹配元件的配置将经过少量修改。
2GHZ Rx部分包括共同称作1800GSM模式的1805-1880MHz Rx路径220以及共同称作1900GSM模式的1930-1990MHz Rx路径240。共同表示为路径260的2GHz GSM Tx部分包括1710-1758MHz和1850-1910MHz的两个频带。1805-1880MHz Rx路径220包括连接在端口222与平衡-不平衡变换器232之间的滤波器226。1930-1990MHz Rx路径240包括连接在端口242与平衡-不平衡变换器252之间的滤波器246。Rx路径220和240在公共节点414处与匹配电路或装置84、86接合。这些Rx路径还经由匹配元件82在节点416处与1710-1758/1850-1910MHz Tx路径260的端口262接合。在这里，PIN二极管46、48用于Tx-Rx转换。1GHz和2GHZ部分通过包括用于Tx路径150和260的谐波滤波器32、34的双工器30连接到GSM天线10的公共馈送点418。
在图1b中，W-CDMA模块具有两个路径：2110-2170MHz Rx路径320和1920-1980 MHz Tx路径340。Rx路径320包括连接在端口322与平衡-不平衡变换器332之间的滤波器326。但是，平衡-不平衡 变换器还可在滤波器之后或者在双工器的外部。1920-1980 Tx路径340具有通带滤波器346和端口342。Rx路径320在节点420与Tx路径340接合，以及经由匹配元件90与公共W-CDMA天线20接合。
为了使用用于GSM模式的一个天线以及用于W-CDMA模式的一个天线，要求前端包括匹配装置80、82、84、86以及还取决于所选开关技术的用于匹配和偏置的其它必要组件，以便分隔1805-1880MHzGSM Rx路径220和1930-1990MHz GSM Rx路径240。前端体系结构是复杂的，并且出现这些接收路径中的附加损耗。
有利且希望的是提供一种其中可降低复杂度的前端体系结构。
发明内容
通过将一个或多个2GHz GSM Rx路径与一个或多个W-CDMA路径组合，本发明降低前端设计的复杂度。通过这种组合，匹配元件和开关组件的数量可被减少甚至消除。因此，前端引擎中的电流消耗和损耗也可减小，并且需要更少的控制线路。
因此，根据本发明的第一方面，提供一种用于便携通信装置的收发信机前端，通信装置具有第一天线以及与第一天线电气分离的第二天线，收发信机前端具有用于在通信装置中传送通信信号的多个信号路径，其中至少包括用于传送第一频带中的通信信号的第一信号路径以及用于传送至少部分与第一频带交迭的第二频带中的通信信号的第二信号路径，所述前端包括：
第一馈迭点，在操作上连接到第一天线，用于经由第一天线传送通信装置中的第一信号路径中的通信信号；以及
第二馈送点，在操作上连接到第二天线，用于经由第二天线传送通信装置中的第二信号路径中的通信信号，使得部分交迭频带中的通信信号经由不同天线传送。
第一频带实质上覆盖1930MHz到1990MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖1920MHz到1980MHz的频率范围。
或者，第一频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围。
收发信机前端还包括
第一模块，在操作上连接到第一馈送点，用于安排发送通信信号的第一信号路径，以及
第二模块，在操作上连接到第二馈送点，用于安排接收通信信号的第二信号路径。
第二模块还包括用于在不同于第二频带的第三频带中接收的第三信号路径。
第三频带实质上覆盖2110MHz与2170MHz之间的频率范围。
第一和第二频带中的通信信号以GSM模式发送，以及第三频带中的通信信号以W-CDMA模式发送。
第二模块还包括用于以W-CDMA模式实质上在1920MHz到1980MHz的频率范围中发送的第四信号路径。
第一模块还包括用于实质上在1930MHz到1990MHz的频率范围中接收的第五信号路径。
或者，第一频带实质上覆盖用于发送的1710MHz到1785MHz的第一频率范围以及用于发送的1850MHz到1910MHz的第二频率范围，而第二频带实质上覆盖用于接收的1805MHz到1880MHz的第三频率范围。第一信号路径包括：
第一端；
第二端，在操作上连接到第一馈送点；
第一通带滤波器，设置在第一端与第二端之间，用于对第一频率范围中的通信信号滤波；
第二通带滤波器，与第一端与第二端之间的第一通带滤波器并联设置，用于对第二频率范围中的通信信号滤波；
第一匹配部件，在操作上连接到第一端；以及
第二匹配部件，在操作上连接到第二端。
第一馈送点还连接到用于接收实质上在1930MHz到1990MHz的频率范围中的通信信号的第三信号路径。
有利的是，开关电路在操作上连接到第一馈迭点，用于提供第一信号路径与第三信号路径之间的开关功能。开关部件包括
第一PIN二极管，与第一信号路径串联连接，
第二PIN二极管，以分流配置连接到第三信号路径，以及相移部件，连接在第一与第二PIN二极管之间。
或者，开关部件包括：
第一固态开关，与第一信号路径串联连接，以及
第二固态开关，与第三信号路径串联连接，其中，在第三信号路径中接收的通信信号以GSM模式发送。
有利的是，第一馈送点还连接到用于以在低于1000MHz的频率范围工作的GSM模式发送和接收通信信号的信号路径。
或者，第一频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围，用于发送通信信号，以及
第二频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围，用于接收通信信号，以及其中
第二馈送点还连接到用于接收实质上在1930-1990MHz的频率范围中的通信信号的第三信号路径。
或者，第一频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围，用于发送通信信号，以及
第二频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围，用于接收通信信号，以及其中
第一馈送点还连接到用于发送实质上在1920MHz-1980MHz的频率范围中的通信信号的第三信号路径。
有利的是，第一馈送点还连接到用于发送实质上在1920MHz-1980MHz的频率范围中的通信信号的第四信号路径。第一频带还覆盖实质上在1710MHz到1785MHz之间的另一个频率范围。第二馈送点 还连接到用于接收实质上在2110MHz与2170MHz之间的频率范围中的通信信号的第五信号路径。第一馈送点还连接到用于以在低于1000MHz的频率范围工作的GSM模式发送和接收通信信号的其它信号路径。
有利的是，便携通信装置还包括第三天线，所述收发信机前端还包括具有在操作上连接到第三天线的第三馈送点的第三模块，第三馈送点与第一和第二馈送点电气分离，其中，第三模块还包括
至少一个其它信号路径，用于接收实际上在以下频率范围之一中的通信信号：(1805-1880MHz)，(1930-1990MHz)，以及(2110-2170MHz)。
根据本发明的第二方面，提供一种用于减少便携通信装置中的接收损耗的方法，通信装置具有
第一天线，
第二天线，与第一天线电气分离，以及
收发信机前端，用于传送通信装置中的通信信号，其中，收发信机前端包括：
第一馈送点，在操作上连接到第一天线，
第二馈送点，在操作上连接到第二天线，以及
多个信号路径，至少包括用于传送第一频带中的通信信号的第一信号路径以及用于传送至少部分与第一频带交迭的第二频带中的通信信号的第二信号路径，所述方法包括以下步骤：
在操作上把第一信号路径连接到第一馈送点，以及
在操作上把第二信号路径连接到第二馈送点，使得部分交迭频带中的通信信号经由不同天线传送。
第一频带实质上覆盖1930MHz到1990MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖1920MHz到1980MHz的频率范围。
或者，第一频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围。
或者，第一频带实质上覆盖用于发送通信信号的1850MHz到1910MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖用于接收通信信号的1805MHz到1880MHz的频率范围，以及其中，还在第三信号路径中在实质上在2110MHz与2170MHz之间的频率范围中进行接收。该方法还包括以下步骤：
在操作上把第三信号路径连接到第二馈送点。
有利的是，还在第四信号路径中在实质上在1930MHz与1990MHz之间的频率范围进行发送。该方法还包括以下步骤：
在操作上把第四信号路径连接到第一馈送点。
或者，第一频带实质上覆盖用于发送通信信号的1850MHz到1910MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖用于接收通信信号的1805MHz到1880MHz的频率范围，以及其中还在第三信号路径中在实质上在2110MHz与2170MHz之间的频率范围进行接收。该方法还包括以下步骤：
在操作上把第三信号路径连接到第一馈送点。
有利的是，还在第四信号路径中在实质上在1930MHz与1990MHz之间的频率范围进行发送。该方法还包括以下步骤：
在操作上把第四信号路径连接到第二馈送点。
根据本发明的第三方面，提供一种便携通信装置，包括：
第一RF天线；
第二RF天线，与第一天线电气分离；以及
收发信机前端，具有用于在通信装置中传送通信信号的多个信号路径，其中至少包括用于传送第一频带中的通信信号的第一信号路径以及用于传送至少部分与第一频带交迭的第二频带中的通信信号的第二信号路径，其中前端还包括：
第一馈送点，在操作上连接到第一天线，用于经由第一天线传送通信装置中的第一信号路径中的通信信号；以及
第二馈送点，在操作上连接到第二天线，用于经由第二天线传送 通信装置中的第二信号路径中的通信信号，使得部分交迭频带中的通信信号经由不同天线传迭。
有利的是，前端还包括
第一模块，在操作上连接到第一馈送点，用于安排第一信号路径，以及
第二模块，在操作上连接到第二馈送点，用于安排第二信号路径。第一频带实质上覆盖1920MHz到1980MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖1930MHz到1990MHz的频率范围。
或者，第一频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围。
通信装置可能是移动电话或通信器装置等。
通过结合图2a至图8来阅读本说明，本发明将变得清楚。
附图概述
图1a是框图，说明先有技术前端模块的GSM部分。
图1b是框图，说明同样先有技术前端模块的W-CDMA部分。
图2a是框图，说明根据本发明的前端模块的一个实施例的GSM部分。
图2b是框图，说明图2a的前端模块的混合GSM/W-CDMA部分。
图2c是框图，说明GSM上频带部分的不同开关配置。
图2d是框图，说明GSM上频带部分的另一个不同开关配置。
图3是框图，说明根据本发明的前端模块的GSM部分的一个不同实施例。
图4a是框图，说明根据本发明的优选实施例、与1GHz GSM Tx/Rx模块结合的混合GSM/W-CDMA 2GHz Tx模块。
图4b是框图，说明根据本发明的优选实施例的混合GSM/W-CDMA 2GHz Rx模块。
图4c是框图，说明GSM上频带信号路径和W-CDMA路径中的 不同开关配置。
图4d是框图，说明其中的平衡功能用于图4b的接收模块的滤波器。
图4e是框图，说明另一个混合GSM/W-CDMA模块，在其中，任何两个频带之间的频率分隔至少为20MHz。
图4f是框图，说明在收发信机前端中与图4d的模块一起使用的混合GSM/W-CDMA模块。
图5a是示意表示，说明根据本发明的GSM/W-CDMA前端中的Tx-Rx天线隔离。
图5b是频率图，说明GSM与W-CDMA频率的交迭。
图6a是框图，说明在收发信机前端中解决GSM/W-CDMA 2GHzRx模块中的交叉频带隔离问题的开关的使用。
图6b是框图，说明在收发信机前端中解决GSM/W-CDMA 2GHzRx模块中的交叉频带问题的低噪声放大器的使用。
图7是框图，说明用于MIMO/分集接收机的两个接收模块。
图8是示意表示，说明根据本发明、具有收发信机前端的移动终端。
发明详细说明
通过重新定位引擎的前端中的GSM和W-CDMA路径的一部分，多频带多模式移动终端(或者通信器装置等)中的上(2GHz)GSM频带Rx和Tx性能可得到改进。移动终端1在图8中示意表示，它说明收发信机前端2包括在操作上连接到天线10的第一模块4以及在操作上连接到天线20的第二模块8。
根据本发明的一个实施例，1800GSM Rx(1805-1880MHz)从天线开关移动到W-CDMA双工器。如图2a所示，GSM模块的2GHz部分仅具有一个Rx路径240：1900GSM Rx(1930-1990MHz)。因此，可消除匹配元件84和86(参见图1a)。1800GSM Rx路径220共用W-CDMA 模块的上频带天线20，如图2b所示。由于W-CDMA双工器(Rx路径320和Tx路径340)与GSM之间的不同操作模式，1800GSM Rx路径220可以不需要开关直接连接到节点422。只有一个匹配电路92用来匹配滤波器之一。通过避免Tx-Rx转换的开关和双工器30等(参见图1a)引起的损耗，这种配置使这个特定Rx频带的损耗减少高达2dB。应当注意，如图2a所示的转换通过采用串联(48)/分流(46)配置的PIN二极管来实现，需要λ/4传输线或者90度移相器(82)。但存在备选方案：两种二极管可能串联(48，54)，如图2c所示。在这种情况中，它们还在收发信机前端以Rx模式工作时汲取电流。二极管也可由CMOS开关72、74、p-HEMT、MEMS开关等来代替，如图2d所示。这些开关具有极低的控制电流。TX分支(260)中的充分线性开关的使用有可能将开关46、48和54设置在天线与上频带Tx滤波器34(还用于双工)之间。这将减少Rx分支240中的损耗。这类开关的一种优秀候选者例如是SOI(绝缘体上硅结构)上的CMOS。
对于减少1900GSM Rx以及1800和1900GSM Tx的损耗的另一个改进可通过在(1710-1758)/(1850-1910)GSM Tx路径260中使用分开的通带滤波器来实现。如图3所示，分开的匹配电路270和分开的通带滤波器266用于1800GSM Tx(1710-1785MHz)，以及分开的匹配电路272和通带滤波器268用于1900GSM Tx(1850-1910MHz)。因此，开关元件46、48和82(参见图2a)以及谐波滤波器34被消除并由可选择的Tx通带滤波器266、268代替。这两个通带滤波器在两端与例如是可集成到模块中的无源元件的电路270、272匹配。开关和双工器/谐波滤波器的消除使得有可能使全部三个滤波器未经转换地匹配到单一天线馈送点510。在这种配置中，1900GSM Rx滤波器246和相应的1900GSM Tx滤波器268作用就像双工器。因此可减少插入损耗。
此外，图2b中的1920-1980MHz W-CDMA路径340和图3中的1900GSM Rx路径240可改变位置，如图4a和4b所示。如图4a所示，1920-1980MHz W-CDMA Tx路径340无需匹配元件92(参见图2b)直接 连接到天线馈送点510。如图4b所示，虽然有三个Rx路径220、240、320连接到具有一个天线馈送点520的天线20，但是，仅需要一个匹配电路274用于匹配滤波器之一。这种配置提供附加好处。
在图4a和图4b所示的配置中，所有上频带Rx和Tx路径被分隔。上频带Rx路径连接到天线20，而上频带Tx路径则连接到天线10。因此，Rx和Tx天线10、20可能是不平衡天线，其中每个天线处于分开的模块中。此外，各模块具有用于上频带的三个滤波器，它们通过一个匹配元件匹配到一个单馈送点。如同图2a中的开关元件48、46、82一样，图4a中的匹配元件可由CMOS或p-HEMT开关76、78代替，如图4c所示。因此，只有一个2GHz Tx滤波器34以及一个W-CDMA仅滤波器346是必要的。Tx路径中的开关需要是极为线性的。
用于Rx和Tx路径的分开的天线提供某种“免费”Tx到Rx衰减。术语“免费”在这个上下文中表示，为了具有不会过多受到相互影响(天线端口上的负荷条件等)的一个以上天线，必须在天线之间存在一定量的隔离，10dB通常为最小要求。即使在传统的GSM对W-CDMA天线配置中，情况也是这样。这意味着，通过适当的Rx和Tx配置，10至20dB的隔离也可用来获得预计Tx到Rx隔离的一部分。这导致对双工要求的某种放宽。此外，Rx天线20这时可对全方向性进行优化。同样，上频带Tx天线10可经过优化，以便为低辐射移动电话实现尽可能低的SAR(特殊吸收率)。此外，由于Rx链的阻抗等级通常高于Tx对应部分，因此，当Rx和Tx链连接到不同天线时，天线阻抗可设计成仅适合上频带Rx和上频带Tx。
以上所述的方法可用于美国目前或将来的W-CDMA频率的前端引擎，或者用于具有欧洲和美国W-CDMA频率的混合使用的前端引擎。更具体来说，本发明适用于频率接近但不交迭的至少三个频带的任何给定集合。例如，如图4a所示的2GHz GSM Tx路径260也可用于目前美国W-CDMA(US1，Tx 1850-1910MHz)以及新的美国W-CDMA(US2，Tx 1710-1755MHz)。这些模式与EU W-CDMA Tx路径 340共用相同的天线10。同样，如图4b所示的1900GSM Rx路径240也可用于目前美国W-CDMA(US1，Rx 1930-1990MHz)，以及欧洲W-CDMA Rx路径320也可用于新的美国W-CDMA(US2，Rx 2110-2155MHz)。应当注意，W-CDMA US2 Rx具有比欧洲对应部分(2110-2170MHz)更小的带宽。此外，并非所有GSM和W-CDMA频带都必须在Tx/Rx系统上实现。为了适应不同的W-CDMA标准，相关滤波器必须设计成具有不同的通带频率。
图4d说明如图4b所示的2GHz Rx模块的不同实施例。这些不同实施例中的滤波器226、246和326或者是完全平衡并且各与其前面的平衡-不平衡变换器关联，或者滤波器的每个具有包含在其中的单一平衡功能(声平衡-不平衡变换器)。这适用于所有平衡-不平衡变换器/滤波器组合。如图4d所示，各路径中的平衡-不平衡变换器和滤波器集成到包括单一平衡变换的滤波器中。Rx路径220、240和320中具有单一平衡变换的滤波器分别由参考标号228、248和328表示。
在图4a中，在相同模块4中的信号路径340(1920MHz-1980MHz)与信号路径260(1850MHz-1910MHz)之间的频率分隔仅为10MHz，从而使滤波器346和268的匹配困难。因此，优选的是，移动1850-1910MHz的发送信号路径到图4b的模块8，以及把模块8中的信号路径220移到模块4，如图4e和4f所示。因此，相同模块中的任何两个频带之间的最小频率分隔为20MHz。在图4f中，最小频率分隔出现在信号路径260b(1850-1910MHz)和信号路径240(1930-1990MHz)之间。在图4e中，最小频率分隔出现在信号路径220(1805-1880MHz)与信号路径340(1920-1980MHz)之间。在图4e和图4f中，项目281-285为匹配电路，它们可能是线圈、电容器、传输线等。项目226、246、266、268、326和346是可选择的带通滤波器。
通过一个Rx模块中的三个滤波器，如图4b和图4d所示，只有具有处于最低与最高频带之间的频率的滤波器才需要通常可采用一个电容器和一个或多个电感器实现的匹配电路。匹配也可采用带状线或者 线圈和电容器的不同配置来进行。如果这些滤波器之间的频率分隔不是太小，则至少三个滤波器到单一点的匹配一般是可行的(采用1GHz或2GHz的频率分隔的匹配是简单的)。频率分隔的限度取决于滤波器技术和选择性要求，但是，典型最小值大约为中心频率的1％(即，接近2GHz的滤波器、例如GSM 1800和1900、W-CDMA 2110 Rx滤波器有可能匹配，因为1800的上通带边沿与1900的下边沿之间的分隔具有50MHz的分隔，以及对于W-CDMA Rx，分隔更大)。具体来说，对于在这个时间点可实现的技术，分隔应当＞20MHz。在以上实例中，三个不同的频率范围是1805-1880MHz、1930-1990MHz和2110-2170MHz。
上频带中的Rx和Tx天线的分隔与陡Rx滤波器共同提供充分的Tx到Rx隔离，从而使得不需要任何附加Tx/Rx转换。此外，还能够设计滤波器，使得它们选择性足以实现Tx到Rx隔离。但是，交叉频带隔离的问题仍然有待解决。这个问题起因于以下事实：即使给定标准的Tx和Rx频带不交迭，在多频带引擎中也可能存在一种标准的Tx频率与另一种标准的Rx频率之间的交迭。例如，1900GSM标准在1850-1910MHz具有其Tx模式，以及在1930-1990MHz具有相应的Rx模式(因而具有20MHz的分隔)。Tx模式部分与以1805-1880MHz工作的1800GSM Rx交迭。这意味着，即使在来自Tx天线的信号在1900GSM Rx滤波器中正确衰减时，信号仍然能够通过1800GSM Rx滤波器。从系统角度来看，这是有问题的，因为Rx链中的下一个元件通常是已经集成到RF-ASIC中的LNA(低噪声放大器)。即使用于1800GSM的LNA通常处于“断开”状态，充分高的信号电平也可能存在于RF-ASIC芯片的输入端、例如接合线上，从而导致RF-ASIC的操作中的干扰。对于以极低电源电压、如1.2V工作的现代RF-ASIC，情况更是如此。在这种情况下，高电平输入信号甚至可能损坏RF-ASIC本身。此外，这些交叉频带情况中的唯一衰减由分开的天线提供，并且大约为10-15dB。这种衰减是不够的。对于涉及1800GSM、1900GSM 和欧洲W-CDMA的情况，这些可能的交叉频带频率如图5a和图5b所示。
如图5a所示，连接到天线10的上频带Tx链包括1800GSMTx_3(1710-1785MHz)：1900GSM Tx_4(1850-1910MHz)和W-CDMA(EU)Tx_7(1920-1980MHz)，以及连接到天线20的上频带Rx链包括1800GSM Rx_3(1805-1880MHz)、1900GSM Rx_4(1930-1990MHz)和W-CDMA(EU)Rx_7(2110-2170MHz)。因此，这些链中的频率交迭为：Tx_4-Rx_3(30MHz，从1850到1880MHz)，以及Tx_7-Rx_4(50MHz，从1930到1980MHz)。交叉频带问题又如图5b所示。例如，如果Tx模式的天线上的最大输出功率为30到33dBm(取决于系统标准)，以及在两个分开的天线之间可实现的典型隔离为10至20dBm之间，则Rx天线上的功率电平是从13到23dBm。在这种情况中，天线提供某种免费的Tx到Rx隔离，但是对于交叉频带，这是不够的，因为Rf-ASIC输入(Rx路径)上的通常可接受的最大功率电平在Tx时隙中大约为0dBm(即ASIC中的LNA断开)。因此，需要在这些交叉频带情况中提供附加衰减的某种部件。
基本上通过两种方法可在多频带引擎中实现充分的交叉频带隔离：在有问题的Rx路径中实现转换，或者将LNA的部分或全部从ASIC移到Rx模块。开关提供隔离的充分增加，但是也增加了插入损耗(开关可能具有不同的配置、例如以分流到地的形式)。采用开关的2GHzRx模块中的交叉频带隔离如图6a所示。例如，PIN二极管50用作1800GSM Rx路径220中的开关，使得PIN二极管50在使用1900GSMTx模式时被断开，以便提供对1800GSM Rx路径220的良好隔离。同样，PIN二极管52用作1900GSM Rx路径240中的开关，使得PIN二极管52在使用欧洲W-CDMA Tx模式时被断开，以便提供对1900GSMRx路径240的良好隔离。PIN只是如何可执行开关的一个实例。MEMS、CMOS和p-HEMT等也是可行的。如图6a所示，包括平衡-不平衡变换器232、252、332、匹配元件274和开关50、52的无源元 件可集成到子模块610中。滤波器226、246和326分开制作成分立子模块620、622和624。所有这些子模块可组装到Rx模块600中。
LNA方法基本上可提供这种隔离作为额外益处，因为未偏置(＝断开)LNA具有极优良的隔离(从输入到输出)，因此，“断开”状态的LNA的输出处的信号电平对于RF-ASIC足够小。将LNA从RF-ASIC移出到滤波器模块还具有稍后论述的其它若干好处。
采用LNA的交叉频带隔离如图6b所示。如图所示，在1800GSMRx路径220、1900GSM Rx路径240和W-CDMA Rx路径320中分别采用三个低噪声放大器224、244和324。低噪声放大器224、244和324集成到子模块630中。包括平衡-不平衡变换器232、252、332和匹配元件274的无源元件集成到子模块612中。滤波器226、246和326分开制作成分立子模块620、622和624。所有这些子模块可组装到Rx模块601中。以1900GSM Rx模式工作时，只有LNA 244“接通”，而1800GSM LNA 224则“断开”，以便提供必要的隔离。类似地，以W-CDMA(EU或US2)通过Rx路径320工作时，只有LNA 324为“接通”。1900GSM LNA 244为“断开”。这种配置的优点包括：处于断开状态的LNA“免费”提供隔离，并且它作为开关工作，以及滤波器与LNA之间的匹配可设计成实现最佳性能。应当注意，对于低噪声放大器仅需要双极过程。RF-ASIC可由CMOS组成。
如果Rx模块中的平衡-不平衡变换器不是声平衡-不平衡变换器，如图4d、6a和6b中所示，则它们可与无源匹配元件例如在极小的硅、其它半导体和玻璃芯片上结合。应当注意，1900GSM Rx路径240还用于目前美国W-CDMA(US1)Rx模式，以及欧洲W-CDMA Rx路径320还用于新的美国W-CDMA(US2)Rx模式。因此，接收模块是“WORLD”W-CDMA EU/US2/US1和1800/1900GSM Rx组合中的单天线模块。
分离上频带RX和Tx的附加好处在于，前端体系结构极适合支持Rx-MIMO/分集功能性。
在MIMO接收模块中，连接到两个不同天线的信号路径的至少两个同时用来接收相同频带中的相同模式的信号。例如，在W-CDMAEU/US2 MIMO和1800GSM Rx组合中，W-CDMA EU/US2路径320分开连接到两个天线。第二天线也匹配到1800GSM Rx路径220。
在分集中，唯一要求是模块的重复或者一个或多个信号路径。例如，两个相同的Rx模块可并列使用，如图7所示。在这种情况中，只有一个Tx模块(例如图4a或图4c)是必要的。
在包含上频带Tx路径、如1800和1900GSM Tx路径260和/或W-CDMA(EU)Tx路径340的模块中，在大部分情况中，1800GSM Tx频带和1900GSM Tx频带从一个公共功率放大器(PA)提供。因此，上频带GSM Tx路径的Tx滤波可采用具有足够宽的通带以覆盖两种GSM Tx频带的一个谐波滤波器、如图2a中的滤波器34来进行。或者，Tx滤波通过采用在输出端以及输入端相互匹配的两个通带滤波器、如图3和图4a中的滤波器266、268来实现。W-CDMA Tx路径340要求分开的滤波器、如图4a中的通带滤波器346。谐波滤波器34和通带滤波器266、268、346中的任一个可能是平衡滤波器，或者是执行单一平衡变换的滤波器，取决于功率放大器的任一个是否具有差分输出。
1GHz GSM频带110、130、150采用传统天线开关方法连接到Tx或者Rx天线。也就是说，天线之一必须经过设计，使得它还具有1GHz的谐振。其主要原因在于，1GHz天线是最大的，因此具有用于更低频带的分开的Tx和Rx天线看作是不可行的。
本发明的优点有许多(一部分可能取决于具体频带组合及实现)：
开关数量的减少：更低插入损耗、更少控制线路、更小电流消耗(一个PIN二极管汲取从4到10mA的电流)。开关关联的偏置元件减少；
分开的Rx和Tx天线：为了免费Tx到Rx隔离、不太严格的滤波要求(特别是在CDMA应用中)、更少数量的组件。
Rx模块中(或者在Rx滤波器所在的模块上)的LNA：断开状态的 LNA提供免费交叉频带隔离(不需要开关)，滤波器与LNA之间的匹配可理想设计，没有来自各种引擎板设计的未知因素(路线选择等)，仅需要双极，在大部分情况中改进系统级噪声指数，并且具有较少差异，在MIMO应用中，整个Rx模块可重复，并且因模块中的LNA到RF-ASIC更长的连接而仅引起噪声指数和增益的小差异(不同Rx分支中的相等噪声指数在MIMO接收机中是重要的)。
具有公共占用面积、I/O分配的模块可能仅与在模块制造阶段所选的内部芯片配合使用，取决于所需的构建。
采用实际选择性滤波器的GSM Tx的滤波消除了对开关的需要，因为没有频率交迭的至少三个滤波器可匹配到一个单馈送点。
Rx天线20可对于全方向性进行优化，同时上频带Tx天线10可经过优化，以便为来自移动终端的低辐射实现尽可能低的SAR(特殊吸收率)。
应当注意，如上所述的W-CDMA模式与W-CDMA EU/US1/US2相关。但是，本发明还适用于当前现有的以及将来开发的其它所有W-CDMA模式，只要它们实质上在相同频率范围工作。
因此，虽然针对本发明的一个优选实施例来描述了本发明，但本领域的技术人员会理解，可进行其形式和细节上的上述及其它各种变更、省略和偏离，而没有背离本发明的范围。
Claims (26)
1.一种收发信机前端，包括：
第一馈送点，配置用于连接到第一天线，用于经由第一天线传送第一信号路径中的第一频带中的通信信号；
第二馈送点，配置用于连接到与第一天线电气分离的第二天线，用于传送在第二信号路径中的第二频带中的通信信号，其中所述第二频带部分上与所述第一频带交迭，其中第一频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围，第二频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围；
第一模块，在操作上连接到第一馈送点，用于安排用来发送所述通信信号的第一信号路径，以及
第二模块，在操作上连接到第二馈送点，用于安排用来接收所述通信信号的第二信号路径，其中所述第二模块还包括用于在不同于第二频带的第三频带中接收的第三信号路径，该第三频带实质上覆盖2110MHz与2170MHz之间的频率范围。
2.如权利要求1所述的收发信机前端，其特征在于，第一频带中的所述通信信号以GSM模式发送，第二频带中的所述通信信号以GSM模式接收，以及第三频带中的所述通信信号以W-CDMA模式接收。
3.如权利要求2所述的收发信机前端，其特征在于，第二模块还包括用于以W-CDMA模式实质上在1920MHz到1980MHz的频率范围中发送的第四信号路径。
4.如权利要求3所述的收发信机前端，其特征在于，第一模块还包括用于实质上在1930MHz到1990MHz的频率范围中接收的第五信号路径。
5.如权利要求1所述的收发信机前端，其特征在于，第一频带实质上进一步覆盖用于发送的1710MHz到1785MHz的另一个频率范围。
6.如权利要求5所述的收发信机前端，其特征在于，所述第一信号路径包括：
第一通带滤波器，用于对所述第一频带覆盖的1710MHz到1785MHz的所述另一频率范围中的所述通信信号滤波；以及
第二通带滤波器，与第一通带滤波器并联设置，用于对所述第一频带覆盖的1850MHz到1910MHz的所述频率范围中的所述通信信号滤波。
7.如权利要求5所述的收发信机前端，其特征在于，第一馈送点还连接到用于接收实质上在1930MHz到1990MHz的频率范围中的通信信号的另一信号路径。
8.如权利要求7所述的收发信机前端，其特征在于，开关电路在操作上连接到第一馈送点，用于提供第一信号路径与所述另一信号路径之间的开关功能。
9.如权利要求8所述的收发信机前端，其特征在于，所述开关电路包括：
第一PIN二极管，与第一信号路径串联连接；
第二PIN二极管，以分流配置连接到所述另一信号路径，以及
移相部件，连接在第一与第二PIN二极管之间。
10.如权利要求8所述的收发信机前端，其特征在于，所述开关电路包括：
第一固态开关，与第一信号路径串联连接，以及
第二固态开关，与所述另一信号路径串联连接。
11.如权利要求7所述的收发信机前端，其特征在于，在所述另一信号路径中接收的所述通信信号以GSM模式接收。
12.如权利要求11所述的收发信机前端，其特征在于，第一馈送点还连接到用于以在低于1000MHz的频率范围工作的GSM模式发送和接收通信信号的信号路径。
13.如权利要求1所述的收发信机前端，其特征在于
第二频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围，用于接收所述通信信号，以及
第一频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围，用于发送所述通信信号，以及在于
第二馈送点还连接到用于接收实质上在1930-1990MHz的频率范围中的通信信号的另一信号路径。
14.如权利要求1所述的收发信机前端，其特征在于
第二频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围，用于接收所述通信信号，以及
第一频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围，用于发送所述通信信号，以及在于
第一馈送点还连接到用于发送实质上在1920MHz-1980MHz的频率范围中的通信信号的另一信号路径。
15.如权利要求13所述的收发信机前端，其特征在于，第一馈送点还连接到用于发送实质上在1920MHz-1980MHz的频率范围中的通信信号的第四信号路径。
16.如权利要求15所述的收发信机前端，其特征在于，第一频带还覆盖实质上在1710MHz与1785MHz之间的另一个频率范围。
17.如权利要求16所述的收发信机前端，其特征在于，第一馈送点还连接到用于以在低于1000MHz的频率范围工作的GSM模式发送和接收通信信号的其它信号路径。
18.一种在通信系统中使用的方法，包括：
在操作上把第一信号路径连接到用于经由第一天线传送第一频带中的通信信号的第一馈送点，以及
在操作上把第二信号路径连接到用于传送第二频带中的通信信号的第二馈送点，其中所述第一频带部分上与所述第二频带交迭，其中第一频带实质上覆盖用于通信信号发送的1850MHz到1910MHz的频率范围，第二频带实质上覆盖用于通信信号接收的1805MHz到1880MHz的频率范围，其中还在第三信号路径中在实质上在2110MHz与2170MHz之间的频率范围中进行该接收，所述方法进一步包括：
在操作上把第三信号路径连接到第二馈送点。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还在第四信号路径中在实质上在1930MHz与1990MHz之间的频率范围中进行该发送，所述方法的特征还在于：
在操作上把第四信号路径连接到第一馈送点。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，第一频带实质上覆盖用于发送所述通信信号的1850MHz到1910MHz的频率范围，还在1710-1785MHz的频率范围中进行发送。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还在第四信号路径中在实质上在1930MHz与1990MHz之间的频率范围中进行发送，所述方法的特征还在于：
在操作上把第四信号路径连接到第一馈送点。
22.一种便携通信装置，其特征在于：
第一射频天线；
第二射频天线，与第一射频天线电气分离；以及
收发信机前端，具有用于在所述通信装置中传送通信信号的多个信号路径，其中至少包括用于传送第一频带中的通信信号的第一信号路径以及用于传送部分与第一频带交迭的第二频带中的通信信号的第二信号路径，其中所述前端还包括：
第一馈送点，在操作上连接到第一射频天线，用于经由第一射频天线传送所述通信装置中的第一信号路径中的所述通信信号；以及
第二馈送点，在操作上连接到第二射频天线，用于经由第二射频天线传送所述通信装置中的第二信号路径中的所述通信信号，使得所述部分交迭频带中的所述通信信号经由不同天线传送，
第一模块，在操作上连接到第一馈送点，用于安排第一信号路径，以及
第二模块，在操作上连接到第二馈送点，用于安排第二信号路径，其中第一频带实质上覆盖1920MHz到1980MHz的频率范围，以及第二频带实质上覆盖1930MHz到1990MHz的频率范围，以及其中所述第一模块还包括用于传送覆盖2110-2170MHz的频率范围的第三频带中的通信信号的另一信号路径。
23.如权利要求22所述的便携通信装置，其特征在于
第一模块还包括用于传送1805MHz到1880MHz的频率范围中的通信信号的信号路径，以及
第二模块还包括用于传送1850MHz到1910MHz的频率范围中的通信信号的信号路径。
24.如权利要求22所述的便携通信装置，其特征在于，包括移动电话。
25.如权利要求22所述的便携通信装置，其特征在于，包括通信器装置。
26.一种收发信机前端模块，包括：
用于经由第一天线传送第一信号路径中的第一频带中的通信信号的装置，其被配置为连接到通信装置的第一天线，
用于传送第二信号路径中的第二频带中和第三信号路径中的第三频带中的通信信号的装置，其被配置为连接到该通信装置中的第二天线，其中所述第一天线与所述第二天线电气隔离，所述第二频带部分上与所述第一频带交迭，以及其中第二频带中的通信信号被配置为经由第二天线在第二信号路径中传送，使得所述部分交迭频带中的所述通信信号经由不同天线传送；
用于对第一频带覆盖的频率范围中的通信信号进行滤波的装置，其布置在第一信号路径中，
用于对第二频带覆盖的频率范围中的通信信号进行滤波的装置，其布置在第二信号路径中，以及
用于对第三频带覆盖的频率范围中的通信信号进行滤波的装置，其布置在第三信号路径中，
其中第一频带实质上覆盖1805MHz到1880MHz的频率范围，第二频带实质上覆盖1850MHz到1910MHz的频率范围，以及第三频率范围实质上覆盖在2110MHz与2170MHz之间的频率范围。
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