CN213403006U - 射频系统和客户前置设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种射频系统和客户前置设备，其中，射频系统包括：天线组，包括至少一发射天线和至少一接收天线；射频收发模块，被配置有天线端口，用于支持射频信号的放大处理；开关电路，开关电路的第一端与天线端口连接，开关电路的多个第二端分别与发射天线、接收天线一一对应连接，用于选择导通发射天线所在的发射通路和接收天线所在的接收通路；射频收发器，与射频收发模块连接，实现了发射通路和接收通路的解耦，在满足地区性法规对于发射天线等效全向辐射功率上限要求的同时，也保证了接收通路依然可以使用高性能的接收天线作为通讯通道。
Description
技术领域
本申请涉及射频通信技术领域，特别是涉及一种射频系统和客户前置设备。
背景技术
随着互联网业务的发展，用户对宽带上网的网络质量的要求越来越高。然而，为了保证网络质量，可在农村、城镇、医院、单位、工厂、小区等区域设置客户前置设备(CustomerPremise Equipment，CPE)。
传统的客户前置设备的天线设计朝着多极化和高增益的方向持续的演进，但受限地域法规的限制，对发射天线的增益有明确限制。同时，由于客户前置设备的发射和接收均使用同一个天线，天线的指标固定不变，为了要满足地区性法规对于发射天线等效全向辐射功率上限要求，则必须降低发射天线的性能，也意味着接收通路的性能也将随之衰退。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种射频系统和客户前置设备，可在满足法规的要求上保证了接收通路依然可以使用高性能的接收天线作为通讯通道。
一种射频系统，包括：
天线组，包括至少一发射天线和至少一接收天线；
射频收发模块，被配置有天线端口，用于支持射频信号的放大处理；
开关电路，所述开关电路的第一端与所述天线端口连接，所述开关电路的多个第二端分别与所述发射天线、接收天线一一对应连接，用于选择导通所述发射天线所在的发射通路和所述接收天线所在的接收通路；
射频收发器，与所述射频前端模块连接。
一种客户前置设备，包括：如前述的射频系统。
上述射频系统和客户前置设备，可以最大限度保留原有射频系统中的射频收发器、射频收发模块不变，通过设置开关电路、发射天线和接收天线，实现了发射通路和接收通路的解耦，在满足地区性法规对于发射天线等效全向辐射功率上限要求的同时，也保证了接收通路依然可以使用高性能的接收天线作为通讯通道。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中射频系统的结构示意图之一；
图2为一个实施例中射频系统的结构示意图之二；
图3为一个实施例中射频系统的结构示意图之三；
图4为一个实施例中射频系统的结构示意图之四；
图5为一个实施例中射频系统的结构示意图之五；
图6为一个实施例中射频系统的结构示意图之六；
图7为一个实施例中T型衰减网络的电路图；
图8为一个实施例中π型衰减网络的电路图；
图9为一个实施例中客户前置设备的结构框图。
元件标号说明：
射频收发器：110；射频收发模块：120；开关电路：130；天线组：140；发射天线：B1；接收天线：A1；天线端口：ANT；时分双工开关：131；第一开关单元：132；第二开关单元：133；第三开关单元：134；接收电路：150；第一接收电路：150-1；第二接收电路：150-2；第三接收电路：150-3；接收模块：151；第四开关单元：152；衰减网络：160；存储器：20；处理器：30；基带处理器：101。
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，此处所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。
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，可以将第一开关单元132称为第二开关单元133，且类似地，可将第二开关单元133称为第一开关单元132。第一开关单元132和第二开关单元133两者都是开关单元，但其不是同一开关单元。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
本申请实施例提供一种射频系统。该射频系统可内置在客户前置设备(CustomerPremise Equipment，CPE)中，以实现对预设频段射频信号的收发。客户前置设备用于实现网络接入功能，将运营商公网WAN转换到用户家庭局域网LAN。按目前的互联网宽带接入方式，可分为FTTH(光纤接入)，DSL(数字电话线路接入)，Cable(有线电视线接入)，Mobile(移动接入，即无线CPE)。客户前置设备是一种接收移动信号并以无线WIFI信号转发出来的移动信号接入设备，它也是一种将高速4G或者5G信号转换成WiFi信号的设备，可支持多个移动终端同时接入网络。
如图1所示，在其中一个实施例中，射频系统包括射频收发器110、射频收发模块120、开关电路130和天线组140。其中，天线组140，包括至少一发射天线(例如，发射天线B1)和至少一接收天线(例如，接收天线A1)。其中，发射天线用于发射射频信号，接收天线用于接收射频信号。其中，接收天线的数量可以为一个，也可以为多个，发射天线的数量可以为一个，也可以为多个。
发射天线和接收天线可以使用任何合适类型的天线形成。例如，发射天线和接收天线可以包括由以下天线结构形成的具有谐振元件的天线：阵列天线结构、环形天线结构、贴片天线结构、缝隙天线结构、螺旋形天线结构、带状天线、单极天线、偶极天线中的至少一种等。不同类型的天线可以用于不同的频段和频段组合。例如，可至少包括用于接收或发射发毫米波频段、sub-6GHz频段、2G、3G、4G频段的天线。示例性的，以发射天线为用于发射毫米波频段的毫米波天线为例进行说明。毫米波天线可包括毫米波天线阵列也即多个称阵列设置的多个辐射贴片。该毫米波天线可以为定向天线，也可以为非定向天线，也可以是固定的，或者可以是可旋转调节的。
射频收发模块120可以其将来自于射频收发器110的信号进行发射放大处理，也可以将来自天线的信号进行接收放大处理，实现射频信号的远距离传输的收发通信。具体的，该射频收发模块120可以理解为射频前端模块。射频收发模块120可被配置有天线端口，该天线端口ANT用于与开关电路130连接。该射频收发模块120可以为射频前端电路中用于发射和接收信号的器件，其可包括功率放大器(PA)，开关，滤波器，合路器，双工器，低噪声放大器(LNA)等器件在内组成的模块，也叫L-PAMiD(LNA-Power Amplifier Module withintegrated Duplexer，集成低噪声放大器、双工器的功放模块)器件。
开关电路130分别与射频收发模块120的天线端口ANT、至少一接收天线、至少一发射天线连接。该开关电路130用于选择性导通与之连接的任一接收天线所在的接收通路，和选择性导通与之连接的任一发射天线所在的发射通路。其中，发射通路可以理解为在客户前置设置中，能够实现对射频信号发射控制的通信链路。示例性的，发射通路上可包括射频收发器110、功率放大器、滤波器、开关电路130、发射天线等。接收通路可以理解为在客户前置设置中，能够实现对射频信号接收控制的通信链路。示例性的，接收通路上可包括射频收发器110、低噪声放大器、滤波器、开关电路130、接收天线等。在本申请实施例中，对发射通路、接收通路上具体所包括的器件不做进一步的限定。
需要说明的是，接收天线、发射天线的天线的数量不同，其对应的开关电路130也不相同，其对应的切换导通方式也就不同。
基于上述射频系统，在接收信号时，基于该开关电路130，射频收发模块120可接收到来自接收天线的射频信号，并对接收的射频信号进行低噪声放大、滤波等处理后，传递至射频收发器110，射频收发器110对接收的射频信号进行处理以生成数字基带信号，然后传输至基带处理器，以还原出射频信号。在发送信号时，射频收发器110还用于接收来自基带处理器的数字信号，并将该数字信号转化为模拟小信号的射频信号，然后经该开关电路130传输至射频收发模块120进行滤波、功率放大等处理后处理后，再传递至发射天线，以将射频信号辐射出去。
上述射频系统可以最大限度保留原有射频系统中的射频收发器110、射频收发模块120不变，通过设置开关电路130、发射天线和接收天线，实现了发射通路和接收通路的解耦，在满足地区性法规对于发射天线等效全向辐射功率(Equivalent IsotropicallyRadiated Power，EIRP)上限要求的同时，也保证了接收通路依然可以使用高性能的接收天线作为通讯通道。
如图2所示，在其中一个实施例中，天线组140内的发射天线、接收天线的数量均为一个，开关电路130包括时分双工开关131。时分双工开关131的第一端与天线端口ANT连接，时分双工开关131的两个第二端分别与发射天线、接收天线连接，用于分时导通发射通路和接收通路。具体的，该时分双工开关131可以为SPDT(Single Pole Double Throw)开关，其中，该SPDT开关的单端子与射频收发模块120的天线端口ANT连接，SPDT开关的选择端(T1)与发射天线连接，SPDT开关的选择端(T2)与接收天线连接。该SPDT开关还可与射频收发器110连接，用于接收射频收发器110的控制指令，以控制该SPDT开关的导通状态。示例性的，当该射频系统需要发射射频信号时，射频收发器110可控制SPDT开关导通单端子与选择端(T1)之间的通路；当该射频系统需要接收射频信号时，射频收发器110可控制SPDT开关导通单端子与选择端(T2)之间的通路。
本实施例中的射频系统，可以用尽量少的软硬件改动，最大限度保留原有射频系统中的射频收发器110、射频收发模块120不变，通过设置时分双工开关131、发射天线和接收天线，实现了发射通路和接收通路的解耦，在满足地区性法规对于发射天线EIRP上限要求的同时，也保证了接收通路依然可以使用高性能的接收天线作为通讯通道；同时可以降低成本，提高射频系统中各器件的布局空间利用率，并且降低了对该时分双工开关131的控制复杂度。
在其中一个实施例中，发射天线的天线增益小于接收天线的天线增益。示例性的，若发射天线的天线增益为3dBi，则接收天线的天线增益可以为3dBi、5dBi、7dBi、10dBi或其他大于3dBi的数值。
本实施例中的发射天线和接收天线的增益不同，且发射天线的增益小于接收天线的增益，这样可以满足法规中对于发射EIRP限值的要求，以最大程度的保留高增益带来的弱信号下的远覆盖及强信号下的大吞吐量等好处，同时也可以将发射信号引入到一个低EIRP的发射天线上，达到法规上对于发射天线的上限EIRP的要求。
如图3所示，在其中一个实施例中，天线组140包括两支发射天线B1、B2和两支接收天线A1、A2，开关电路130包括第一开关单元132、第二开关单元133和第三开关单元134。其中，第一开关单元132的第一端与天线端口ANT连接，第一开关单元132的一第二端与第二开关单元133的第一端连接，第二开关单元133的两个第二端分别与两支发射天线B1、B2连接；第一开关单元132的另一第二端与第三开关单元134的第一端连接，第三开关单元134的两个第二端分别与两支接收天线A1、A2连接。
具体的，第一开关单元132、第二开关单元133和第三开关单元134可以均为SPDT开关，其中，SPDT开关的单端子可以作为各个开关单元的第一端，SPDT开关的选择端可以作为各个开关单元的第二端。
本实施例中的天线组140包括两个接收天线和两个发射天线，通过拓展发射天线和接收天线的数量，可以提高该射频系统的通信性能，同时，通过设置该开关电路130，可以实现发射天线和接收天线间的切换，可以拓展该射频系统的技术功能，例如，天线切换分集(Antenna Switching Diversity，ASDiV)技术，且能够实现发射通路和接收通路的解耦，在满足地区性法规对于发射天线EIRP上限要求的同时，也保证了接收通路依然可以使用高性能的接收天线作为通讯通道，进而提升射频系统的通信性能。
如图4所示，在其中一个实施例中，天线组140还包括两支发射天线B1、B2和八支接收天线，射频系统还包括：射频收发模块120、开关电路130和三个接收电路150。其中，射频收发模块120通过开关电路130分别与两支接收天线A1、A2、两支发射天线B1、B2连接。每一接收电路150分别与两支接收天线A1、A2连接，用于支持对任一接收天线接收的射频信号的放大处理。三个接收电路150可分别记为第一接收电路150、第二接收电路150和第三接收电路150，其中，第一接收电路150分别与接收天线A3、A4连接，第二接收电路150分别与接收天线A5、A6连接，第三接收电路150分别与接收天线A7、A8连接。
在其中一个实施例中，接收电路150包括接收模块151和第四开关单元152，第四开关单元152的第一端与接收模块151连接，第四开关单元152的两个第二端分别与两支接收天线A1、A2一一对应连接。其中，第四开关单元152可以选择导通与之连接的任一接收天线与对应的接收模块151之间的射频通路，进而导通各接收天线的接收通路。第四开关单元152可以为SPDT开关，SPDT开关的单端子对应与接收模块151连接，SPDT开关的两个选择端分别与两个接收天线一一对应连接。
其中，接收模块151可为将低噪声放大器、滤波器等元器件集成在同一器件中的DRX(diversity receive，分集接收)器件、LFEM(Low noise amplifier front endmodule，射频低噪声放大器模组)器件等，以提高器件的集成度，压缩整机的占用空间。在本申请实施例中，对接收模块151的具体类型不做限定。
基于如图4所示的射频系统，射频系统可支持4*4MIMO技术实现接收天线赋形，最终使下行4x4MIMO获得最佳数据传输性能，进而提升该射频系统的通信性能。另外，该射频系统还可以控制开关电路130和第四开关单元152按照预设切换策略同时导通任意4个接收天线所在的接收通路，每4个接收天线构成一接收天线组，并基于多个接收天线组对应获取的网络信息确定目标接收天线组，进而可根据该目标接收天线组的主要来波方向确定目标发射天线。也即，该射频系统可以基于当前的接收天线组来实现两支发射天线间的切换，以选择具有更好性能的目标发射天线定向地的向基站发射射频信号，进而提高吞吐量。
如图5和图6所示，在其中一个实施例中，上述任一实施例中的射频系统还包括衰减网络160。其中，该衰减网络160设置在发射通路中，用于衰减发射天线的天线增益。也即，该衰减网络160设置在发射通路中，可用于调节用于发射天线的天线增益(发射增益)。具体的，可实现对发射天线的增益衰减，而不改变接收天线的天线增益(接收增益)。具体的，该衰减网络160可以设置在开关电路130与发射天线之间的射频通路上，例如，可以设置在发射天线B1与时分双工开关131之间，也可以设置在第二开关单元133的两个第二端与发射天线B1和/或发射天线B2之间等。
需要说明的是，本申请实施例中，对衰减网络160的设置位置不做进一步的限定。
前述射频系统，通过在发射通路上设置该衰减网络160，可控制开关电路130来动态实现发射通路和接收通路间的切换，当切换至发射通路时，基于该衰减网络160可以衰减天线的发射增益，当切换至接收通路时，不改变对天线的接收增益，进而可在满足法规的要求上实现接收增益的最大化，以实现射频系统最优的接收性能。
在其中一个实施例中，衰减网络160为π型或T型衰减网络160。如图7，T衰减网络160可以为T对称衰减网络160。可选的，T衰减网络160还可以为T非对称衰减网络160。和图8所示，π型衰减网络160为π型对称衰减网络160。可选的，π型衰减网络160还可为π型非对称衰减网络160。
可选的，衰减网络160还可以为增益可调的低噪声放大器、数字衰减器等。
需要说明的是，在本申请实施例中，对衰减网络160的具体类型不做进一步的限定，衰减网络160的衰减倍数N的设定可以根据射频系统所在地区的发射天线的天线增益要求来设定，并使衰减后的发射天线的天线增益能够满足当地电信通信的法规要求。
通过在该射频系统中设置衰减网络160，根据射频系统的收发模式，当切换至发射通路时，基于该衰减网络160可以衰减天线的发射增益，当切换至接收通路时，不改变对天线的接收增益，进而可在满足法规的要求上实现接收增益的最大化，以实现该射频系统最优的接收性能。
在其中一个实施例中，若该射频系统中发射天线和接收天线的天线增益为非对称设置的，则发射天线、衰减网络160的衰减增益值以及发射天线的产生的发射功率均需要符合客户前置设备所在地区的电信规范要求。通过将发射天线和接收天线的天线增益设置为非对称，也即不相同，即便是在衰减网络160发生故障时，也可以确保发射天线的天线增益能够满足所在地区的电信规范要求。
本申请实施例还提供一种客户前置设备。如图9所示，在其中一个实施例中，客户前置设备包括前述任一实施例中的射频系统10、存储器20、处理器30以及通信总线。本领域技术人员可以理解，图9中示出的客户前置设备的结构并不构成对客户前置设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置，本申请实施例对此不做限定。
其中，射频系统还可包括基带处理器101。基带处理器101可将网络信息提供给处理器30。网络信息可以包括与所接收的天线信号的无线性能度量相关联的原始和处理后的信息，诸如接收功率、发射功率、参考信号接收功率(Reference Signal Receiving Power，RSRP)、参考信号接收质量(Reference Signal Receiving Quality，RSRQ)、接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)、信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)、MIMO信道矩阵的秩(Rank)、载波干扰噪声比(Carrier to Interference plus NoiseRatio，RS-CINR)、帧误码率、比特误码率、基于信号质量数据(诸如Ec/lo或c/No数据)的信道质量测量、关于是否正在从基站接收与来自移动终端的请求相应的响应(应答)的信息、关于网络接入过程是否成功的信息等等。
基带处理器101可以接收将从处理器30发射的数字数据，并且还可以利用射频收发器110来发射相应的天线信号。射频前端单元103可以耦合在射频收发器110与天线之间，并且可以用于将由发射器和生成的射频信号传递到天线。射频前端单元103可以包括射频开关、阻抗匹配电路、滤波器、以及用于形成天线与射频收发器110之间的接口的其他电路。
其中，该处理器30用于提供计算和控制能力，支撑整个客户前置设备的运行。该处理器30是该客户前置设备的控制中心，该处理器30可以是一个通用中央处理器30、微处理器30、特定应用集成电路，或一个或多个用于控制本方案程序执行的集成电路。处理器30可以对接收的网络信息进行分析，并且作为响应，处理器30(或者，基带处理器101)可以发出用于控制射频系统的控制命令。例如，处理器30可以发出切换控制信号以控制开关电路130的导通状态，以选择导通发射天线所在的发射通路或接收天线所在的接收通路。
存储器20可包括非易失性存储介质及内存储器20。非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。内存储器20为非易失性存储介质中的操作系统计算机程序提供高速缓存的运行环境。处理器30和存储器20可以通过通信总线传送信息。
本申请所使用的对存储器20、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器20。非易失性存储器20可包括只读存储器20(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器20可包括随机存取存储器(RAM)，它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)。
以上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本申请专利范围的限制。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)
1.一种射频系统，其特征在于，包括：
天线组，包括至少一发射天线和至少一接收天线；
射频收发模块，被配置有天线端口，用于支持射频信号的放大处理；
开关电路，所述开关电路的第一端与所述天线端口连接，所述开关电路的多个第二端分别与所述发射天线、接收天线一一对应连接，用于选择导通所述发射天线所在的发射通路和所述接收天线所在的接收通路；
射频收发器，与所述射频收发模块连接。
2.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于，所述发射天线、接收天线的数量均为一个，所述开关电路包括时分双工开关，所述时分双工开关的第一端与所述天线端口连接，所述时分双工开关的两个第二端分别与所述发射天线、接收天线连接，用于分时导通所述发射通路和所述接收通路。
3.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于，所述天线组包括两支发射天线和两支接收天线，所述开关电路包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，其中，
所述第一开关单元的第一端与所述天线端口连接，所述第一开关单元的一第二端与所述第二开关单元的第一端连接，所述第二开关单元的两个第二端分别与两支所述发射天线连接；所述第一开关单元的另一第二端与所述第三开关单元的第一端连接，所述第三开关单元的两个第二端分别与两支所述接收天线连接。
4.根据权利要求3所述的射频系统，其特征在于，所述天线组还包括六支接收天线，所述射频系统还包括：三个接收电路；其中，每一接收电路分别与两支所述接收天线连接，用于支持对任一接收天线接收的射频信号的放大处理。
5.根据权利要求4所述的射频系统，其特征在于，所述接收电路包括接收模块和第四开关单元，所述第四开关单元的第一端与所述接收模块连接，所述第四开关单元的两个第二端分别与两支接收天线一一对应连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的射频系统，其特征在于，所述射频系统还包括：
衰减网络，设置在所述发射通路中，用于衰减所述发射天线的天线增益。
7.根据权利要求6所述的射频系统，其特征在于，所述衰减网络包括为π型或T型衰减网络。
8.根据权利要求6所述的射频系统，其特征在于，所述衰减网络设置在所述开关电路与所述发射天线之间的射频通路上。
9.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于，所述发射天线的天线增益小于所述接收天线的天线增益。
10.一种客户前置设备，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的射频系统。
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