CN100417036C - 时分双工无线通信系统收发信机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种时分双工无线通信系统收发信机，该收发信机包括一天线和基带处理单元，以及连接天线与基带处理单元的发射电路和接收电路，该发射电路和接收电路通过切换开关共同电连接双向共用射频滤波器、一双向混频器和可调衰减器器件，实现发射电路与接收电路对这些器件的共用，从而降低成本，节约功耗，有利于提高电路设计的集成度。

Description

时分双工无线通信系统收发信机

技术领域

本发明涉及时分双工无线通信领域，尤其涉及时分双工无线通信系统收发信机。

背景技术

时分双工(TDD)无线通信系统，是发射和接收使用同一个频率，只是利用不同的时间来区分基站信号和用户信号，也就是说，时分双工通信系统的工作方式，使得收信机和发信机工作频率相同，但是不同时工作。

现有的收发信机电路设计，参见图1和图2，发信机和收信机共享天线和基带电路，但是介于天线和基带电路之间的发射路径和接收路径是相互独立的两条链路，通过开关1或1’选通两条链路，接通天线与发射电路或接收电路。图1中，接收电路和发射电路都分别包括一与分配器(SPLITTER)连接的混频器(2、20)、与混频器连接的射频滤波器(3、30)以及中频滤波器(4、40)。图2中，采用了数字中频(DIF)技术，对中频采样信号进行数字信号处理后直接输出基带IQ数字信号。对于发射通路，接收基带IQ数字信号后经过数信号处理后，采用DUC(数字上变频)，在DAC上直接输出模拟中频信号。相似地，接收电路和发射电路都分别包括一与分配器(SPLITTER)连接的混频器(2’、20’)、与混频器连接的射频滤波器(3’、30’)以及中频滤波器(4’、40’)。由此可见，现有技术中采用的收发电路中使用了具有相同功能的两组电子器件，如混频器、中频滤波器和射频滤波器。这些相同功能的电子器件增加了功率和成本，占用了电路板面积，不利于实现电路设计的高度集成化。

在一般终端设计中还应用了一种发射信号路径和接收信号路径共用一个双向中频滤波器的收发信机，开关电路负责接通该双向中频滤波器到接收电路或发射电路。但是该收发信机中仅仅是对中频滤波器的共用，其混频器或其他器件没有共用。其实，对于中频和射频滤波器，一般都是双向的，可以直接用于收信机和发信机。实际上由图1可以看出，天线和射频开关中间是收发共用滤波器的，对于时分双工系统，这种滤波器的共用的设计很普遍，只是需要合理的安排共用的位置。一般终端用的混频器由于要求较低，基本采用有源混频器，所以只能对于上变频或下变频采用不同的混频器。因此，在一般终端中混频器不共用。并且，一般终端增益调整用的可变增益放大器，调节范围大，指标要求低，特别是线性度，有方向性，也不能共用。收发信机共用器件，首先要求器件必须是双向的，而对于现有设计中的混频器和增益调节器，很多是有源的，单向的。因此，这些器件通常不共用。

另外，收信机和发信机工作在不同频率上的通信系统中，如频分双工系统，发射电路上的混频器或其他器件在发射时的工作频率与接收电路上的混频器或其他器件在接收时的工作频率不同，无法方便地实现这些器件的共用。

此外，射频滤波器，混频器，可调衰减器的价格都比较昂贵，如果能使发射和接收电路共用这些器件，则可以降低成本，节约功耗，减少这些器件占用的电路板面积。

发明内容

本发明的目的是提供一种时分双工无线通信系统收发信机，该收发信机的发射电路和接收电路共用射频滤波器，混频器，可调衰减器器件，从而降低成本，节约功耗，减少这些器件占用的电路板面积。

本发明的时分双工无线通信系统收发信机实现方案是：

一种时分双工无线通信系统收发信机，其包括天线、基带处理单元以及连接天线与基带处理单元的发射电路和接收电路，该发射电路和接收电路包括共用的第一切换开关，并且通过该第一切换开关连接天线，其特征在于，该发射电路和接收电路还包括共同电连接的双向混频器和一组在第一切换开关与混频器之间的第二切换开关；

该发射电路和接收电路通过第二切换开关共同电连接共用射频滤波器，该共用射频滤波器连接在该第二切换开关与所述混频器之间；

该发射电路包括顺序连接的与基带处理单元连接的调制器或数字调制器、发射中频滤波器(211)、发射中频放大器(212)、第三切换开关、混频器、共用射频滤波器、第二切换开关、发射可变增益放大器(213)、发射射频滤波器(214)、发射低噪声放大器(215)以及第一切换开关(003)，其中，混频器还连接本振；该接收电路包括顺序连接的第一切换开关、接收低噪声放大器、接收射频滤波器、接收可变增益放大器、第二切换开关、共用射频滤波器、混频器、第三切换开关、接收中频放大器、接收中频滤波器、以及连接基带处理单元的解调器或数字解调器；

所述第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关分别由第一切换控制信号和第二切换控制信号控制，当收发信机处于接收状态时，通过时序控制使第一切换控制信号为高电平，第二切换控制信号为低电平，当收发信机处于发射状态时，通过时序控制使第一切换控制信号为低电平，第二切换控制信号为高电平。

较佳的，所述时分双工无线通信系统的空中无线信号包括上行时隙、保护时隙和下行时隙，所述第二切换开关在发射使能时将共用射频滤波器和混频器接入发射电路；在接收使能时将共用射频滤波器和混频器接入接收电路，该发射使能与接收使能之间的切换时间在该保护时隙内。

较佳的，该混频器直接连接本振或者该混频器通过缓冲放大器与本振连接。

较佳的，该发射电路和接收电路共同电连接一双向可调衰减器，该可调衰减器连接该混频器和该第三切换开关。

较佳的，所述可调衰减器可以连接在中频链路也可以连接在射频链路上。

较佳的，该发射电路和接收电路通过切换开关共同电连接一中频滤波器，该中频滤波器连接在该混频器与第三切换开关之间。

较佳的，该中频滤波器连接在可调衰减器与第三切换开关之间，或者连接在混频器与可调衰减器之间。

附图说明

图1是现有无线收发信机电路图；

图2是采用数字中频技术的现有收发信机电路图；

图3是本发明无线收发信机第一实施例电路示意图；

图4是图3中无线收发信机的时序控制示意图；

图5是本发明无线收发信机第二实施例电路示意图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员实施与理解本发明，下面分别参照附图通过实施例描述本发明。

通过前面的介绍，可以看出，收信机和发信机的很多器件在收发链路中所起到的作用是相同的，特别是在TDD无线通信系统中。由于TDD系统中发射和接收时，收发信机工作频率相同，发射电路中射频滤波器和中频滤波器与接收电路中的射频滤波器和中频滤波器是完全相同的。对于混频器，如果采用无源混频器，其可以作为上变频器和下变频器使用。由于TDD是时分工作，在同一时刻只有一个方向的链路处于工作状态，这就为发射电路和接收电路上的器件共用提供了可能。对于相同的无源器件可以时分复用到接收电路和发射电路，也就是在接收时，该无源器件连接到接收电路上，在发射时，该无源器件连接到发射电路上。因此本发明提出一种用于TDD的无线收发信机电路，在发射和接收电路中共用射频滤波器和变频器，以及可调衰减器。

具体结合图3，本发明第一实施例中的收发信机包括一天线001、基带处理单元100以及连接天线与基带处理单元的发射电路和接收电路。接收电路包括顺序连接的第一射频滤波器002、第一切换开关003、接收低噪声放大器(LNA)110、接收射频滤波器111、接收可变增益放大器112、第二切换开关004、共用射频滤波器010、混频器011、可调衰减器012、第三切换开关005、接收中频放大器113、接收中频滤波器114、以及连接基带处理单元100的解调器115。其中，开关003、004、005分别由切换控制信号SW1和SW2控制，混频器011还连接本振008。可以理解，该本振008也可以通过缓冲放大器(未图示)与混频器011连接。

开关003、004、005根据基站或终端的时序控制进行切换。图4是基站的控制时序图。在此只对基站的控制时序作说明，终端的控制时序和基站的控制时序类似，只是时间点不一样：当基站处于发射使能时，终端处于接收使能；当基站处于接收使能时，终端处于发射使能。无论基站，还是终端，所有的转换控制都是在系统的保护时隙GT0和GT1内实现的。

在图4中示意性表示了时分双工通信系统中基站的控制时序。时分双工通信系统的空中无线信号包括多数个帧，其中，每一帧有两个保护时隙GT0和GT1，有N个下行时隙(slot 0至slot N-1)和M个上行时隙(slot N至slot N+M-1)，该保护时隙介于上行时隙和下行时隙之间。在下行时隙，发射使能，SW1低电平，SW2高电平，开关003、004、005中C点连接S2点，基站发射电路接通。在保护时隙GT0，基站由发射使能状态转为接收使能状态，控制信号SW1为高电平，SW2为低电平，三组开关003、004、005的C点都连接S1点，使接收电路接通。在保护时隙GT1，基站由接收使能状态又转为发射使能状态，SW1低电平，SW2高电平，开关003、004、005中C点连接S2点，导通发射电路。

回到图3，当收发信机处于接收状态时，通过时序控制使控制信号SW1上电平为高，SW2为低，开关003，004，005的C点和S1点连通。其信号流向如下：无线信号从天线001输入，经第一射频滤波器002滤波，经过开关003，此时003的C点和S1点是连通的，信号输入到接收低噪声放大器110，信号放大后，再经接收射频滤波器111滤波，经过接收可变增益放大器112放大后，信号输入到开关004的C点，此时开关003的C点和S1点是连通的，所以信号输入到共用射频滤波器010，经过混频器011，此时由于信号是从混频器的射频入口输入，和本振(RF_LO)008的本振信号混频后，输出中频信号，此时的混频器011起一个下变频器的作用。混频器011输出的中频信号经012可调衰减器进一步调整信号电平，送入开关005，此时的005的C点和S1点是连通的，中频信号送入到接收中频放大器113。经接收中频滤波器114滤波后到解调器115。将中频信号解调为I、Q基带信号，送入基带处理单元100，进行后续的基带处理。

本发明收发信机的发射电路包括顺序连接的与基带处理单元100连接的解调器210、发射中频滤波器211、发射中频放大器212、第三切换开关005、可调衰减器012、混频器011、共用射频滤波器010、第二切换开关004、发射可变增益放大器213、发射射频滤波器214、发射低噪声放大器215、第一切换开关003以及第一射频滤波器002与天线001电连接。其中，混频器011还连接本振008。

当收发信机处于发射状态时，此时控制信号SW1为低电平，SW2为高电平，开关003，004，005的C点和S2点连通。基带处理单元100输出的I，Q基带信号通过调制器210，将基带信号调制为中频信号，经发射中频滤波器211滤波以及发射中频放大器212放大后输入到开关005的S2点，此时开关005的C点和S2点是连通的，中频信号送入可调衰减器012，进行第一次功率控制，经过混频器011，此时由于信号是从混频器011的中频入口输入，和本振LO 008输出的本振信号混频后，输出射频信号，此时的混频器011起一个上变频器的作用。混频器011输出的射频信号经射频滤波器010，送入开关004，此时开关004的C点和S2点是连通的，射频信号进入发射射频可变增益放大器213，经发射射频滤波器214进一步滤波后，由发射低噪声放大器215功放输出到开关003，此时的开关003的C点和S2点是连通的，射频信号通过滤波器002到天线001发射出去。

该发收信机中的发射电路和接收电路通过开关电路共用射频滤波器，混频器，可调衰减器，为了实现共用，这些器件都应当是双向的。另外，双向混频器在不同工作状态下，起不同的作用：在接收状态时，做为下变频器，实现射频信号到中频信号的向下频谱搬移；在发射状态时，做为上变频器，实现中频信号到射频信号的向上频谱搬移。

本发明的收发信机共用了比较昂贵的射频滤波器、混频器以及可调衰减器。同时，对于本振而言，不用功率分配器就可以直接连接混频器。采用这种设计可以降低成本，节约功耗，有利于提高电路设计的集成度。

需要指出的是，共用的可调衰减器可以设置在中频链路，也可以设置在射频链路上。发射电路和接收电路中的中频滤波器可以根据需要实现共用。共用中频滤波器时，该中频滤波器连接在双向混频器011与切换开关005之间，或者连接在可调衰减器012与开关005之间，或者连接在双向混频器011与可调衰减器012之间。

图5中所示的是本发明第二实施例，是在1次变频技术中应用了数字中频技术的收发信机电路示意图。该收发信机的工作原理和第一实施例中采用2次变频技术的无线收发信机类似，但是，对于接收电路将解调器115变为数字解调器115’；对于发射电路，将调制器210变为数字调制器210’。数字解调器115’由高速ADC(模数转化器)和数字下变频器组成。数字解调器115’对中频滤波器114输出的中频信号进行数字解调，直接输出数字信号给基带处理单元100。对于发射通道，数字调制器210’由数字上变频器和高速DAC(数模转化器)组成。数字调制器210’直接接收基带处理单元100的数字信号I、Q信号，进行数字调制后输出模拟中频信号给中频滤波器211。

本发明通过切换开关将共用的射频滤波器、混频器、可调衰减器连接到发射电路或接收电路上。切换开关受使能信号控制，在发射使能时将射频滤波器和混频器接入发射电路；在接收使能时将射频滤波器和混频器接入接收电路。可以理解，可调衰减器也可以分别连接在发射电路和接收电路上，不共用。为了补偿收发信机的不同增益要求，实际上收发链路上已经分别加了不同的可变增益放大器。这个共用可调衰减器是为了进一步扩展控制范围。

本发明主要针对基站使用，基站对可调衰减器，混频器的要求都比较高。采用共用混频器，需要对混频器提出特殊的要求，只能采用无源混频器，且能作为上变频器和下变频器使用。通常，对于上下变频器的技术指标要求不同，共用变频器设计时需要确认接收电路和发射电路的指标分配，才能保证正确的共用混频器。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (6)

1. 一种时分双工无线通信系统收发信机，其包括天线(001)、基带处理单元(100)以及连接天线与基带处理单元的发射电路和接收电路，该发射电路和接收电路包括共用的第一切换开关(003)，并且通过该第一切换开关连接天线，其特征在于，该发射电路和接收电路还包括共同电连接的双向混频器(011)和一组在第一切换开关与混频器之间的第二切换开关(004)；

该发射电路和接收电路通过第二切换开关共同电连接共用射频滤波器(010)，该共用射频滤波器连接在该第二切换开关与所述混频器之间；

该发射电路包括顺序连接的与基带处理单元连接的调制器或数字调制器、发射中频滤波器(211)、发射中频放大器(212)、第三切换开关、混频器、共用射频滤波器、第二切换开关、发射可变增益放大器(213)、发射射频滤波器(214)、发射低噪声放大器(215)以及第一切换开关(003)，其中，混频器还连接本振；该接收电路包括顺序连接的第一切换开关、接收低噪声放大器、接收射频滤波器、接收可变增益放大器、第二切换开关、共用射频滤波器、混频器、第三切换开关、接收中频放大器、接收中频滤波器、以及连接基带处理单元的解调器或数字解调器；

所述第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关分别由第一切换控制信号和第二切换控制信号控制，当收发信机处于接收状态时，通过时序控制使第一切换控制信号为高电平，第二切换控制信号为低电平，当收发信机处于发射状态时，通过时序控制使第一切换控制信号为低电平，第二切换控制信号为高电平。

2. 如权利要求1所述的收发信机，其特征在于，所述时分双工无线通信系统的空中无线信号包括上行时隙、保护时隙和下行时隙，所述第二切换开关在发射使能时将共用射频滤波器和混频器接入发射电路；在接收使能时将共用射频滤波器和混频器接入接收电路，该发射使能与接收使能之间的切换时间在该保护时隙内。

3. 如权利要求1所述的收发信机，其特征在于，所述混频器直接连接本振(008)或者该混频器通过缓冲放大器与本振连接。

4. 如权利要求2或3所述的收发信机，其特征在于，所述发射电路和接收电路共同电连接一双向可调衰减器(012)，该可调衰减器连接所述混频器和所述第三切换开关。

5. 如权利要求4所述的收发信机，其特征在于，所述可调衰减器可以连接在中频链路也可以连接在射频链路上。

6. 如权利要求5所述的收发信机，其特征在于，所述发射电路和接收电路共同电连接一中频滤波器，该中频滤波器连接在所述可调衰减器与所述第三切换开关之间，或者连接在所述混频器与所述可调衰减器之间。

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