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CN101534141A - 一种射频模块的支持多频段共存的方法及装置 - Google Patents

一种射频模块的支持多频段共存的方法及装置 Download PDF

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CN101534141A
CN101534141A CN200910132056A CN200910132056A CN101534141A CN 101534141 A CN101534141 A CN 101534141A CN 200910132056 A CN200910132056 A CN 200910132056A CN 200910132056 A CN200910132056 A CN 200910132056A CN 101534141 A CN101534141 A CN 101534141A
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CN
China
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signals
different
radio
radio frequency
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吕锐
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Huawei Technologies Co Ltd
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Abstract

本发明实施例提供一种射频模块的支持多频段共存的方法及射频模块，所述方法包括：接收至少两个频段的射频信号；将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的中频信号；将不同频段对应的不同频率范围的中频信号进行频域合并；将合并后的中频信号送入一个双通道或多通道模拟数字转换器进行中频模拟数字转换处理。本发明实施例可以简单地利用一个射频模块实现对两个以上频段信号的同时处理。

Description

一种射频模块的支持多频段共存的方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术，具体地涉及一种射频模块的支持多频段共存的方法及装置。
背景技术
射频前端作为基站和终端等无线通信设备的重要组成部分，主要实现对于无线信号的接收和发射功能，在无线通信系统中起着举足轻重的作用。射频前端一般由发射机和接收机两部分构成，统称为收发信机(TRX)。
在民用通信基站中，不同的频段需要用不同的射频前端模块(简称射频模块)来实现与终端设备之间建立起无线信号的上下行通信。在第3代伙伴计划技术规范(3GPP TS)36.104协议中定义了14种频分双工(FDD，FrequencyDivision Duplex)基本频段(Band)：频段1～14，如表1所示。
表1.14种频分双工(FDD)基本频段
Figure A200910132056D00041
目前需要有至少14种不同频段的射频模块来支撑全球不同频谱资源的需求。业界射频模块主要有两种主流型态：射频拉远单元(RRU)和射频单元(RFU)，一般地，RRU为用于分布式基站的射频模块，RFU为应用于机柜式基站的射频模块。以广域覆盖的宏RRU和宏RFU为例，由于要支持多个频段同时工作，常规的做法是用不同频段的射频模块组合在一起来实现多个频段同时工作。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：随着宽带化技术的不断发展，同一射频模块同时支持多频段同时工作已经成为未来发展的趋势，但是如何简单地、低成本地利用一个射频模块实现对两个以上频段信号的同时处理是一个尚待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种射频模块的支持多频段共存的方法及装置，以简单地利用一个射频模块实现对两个以上频段信号的同时处理。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种射频模块的支持多频段共存的方法，该方法包括：
接收至少两个频段的射频信号；
将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的中频信号；
将不同频段对应的不同频率范围的中频信号进行频域合并；
将合并后的中频信号送入一个多通道模拟数字转换器进行中频模拟数字转换处理。
本发明实施例还提供一种射频模块，该模块包括：
至少一个多工器，各自用于接收至少两个频段的射频信号；
至少两个混频单元，用于分别将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的中频信号；
至少一个合路器，各自用于将每一多工器接收的经下混频后的不同频率范围的中频信号进行频域合并；
一个模拟数字转换器，用于将合并后的中频信号进行中频模拟数字转换处理。
本发明实施例的方法及装置可以简单、低成本地利用一个射频模块实现对两个以上频段信号的同时处理。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为一种支持两个频段的射频模块的结构示意图；
图2为图1对应的射频模块的频段特性示意图；
图3为本发明实施例1的射频模块的结构示意图；
图4为本发明实施例2的射频模块的结构示意图；
图5为本发明实施例2的射频模块中实现接收的示意图；
图6为本发明实施例2的射频模块中实现混频的示意图；
图7为本发明实施例2的射频模块中实现滤波及合并的示意图；
图8为本发明实施例2的射频模块中实现同频阻塞干扰的原理示意图；
图9为本发明实施例2的射频模块中实现模拟数字转换处理的示意图；
图10为本发明实施例3的射频模块的结构示意图；
图11为本发明实施例3的射频模块中实现同频阻塞干扰的原理示意图；
图12为本发明实施例4的射频模块的结构示意图；
图13为本发明实施例5中一种射频模块的支持多频段共存的方法流程图；
图14为本发明实施例5中另一种射频模块的支持多频段共存的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
3GPP TS 36.104协议中，频段12-频段14这连续三个频段的发射频段靠得很近，带宽40MHz，接收频段分离得较远，跨度100MHz。这种场景下，可以相对容易地实现用一个射频模块支持两个或多个频段同时工作，本发明实施例以对频段12至频段14中的两个以上(包括两个)频段的处理为例来进行说明。
下面先介绍一种能够实现同时处理两个频段(例如频段12及频段13)的射频模块(收发信机)的结构。如图1所示，该射频模块110为采用三工器的2T2R(双发双收)射频模块。该射频模块的频段特性如图2所示，射频模块中三工器的发射频段频率范围为：FTX＝FTX1+FTX2，其中FTX1为频段12内的发射频率范围，FTX2为频段13内的发射频率范围。三工器的发射部分用一个发射腔体带通滤波器(未图示)直接覆盖整个FTX的频率范围，同时实现对接收频段FRX1和FRX2的抑制。三工器的接收部分用两个接收带通腔体滤波器(未图示)，频率范围分别为FRX1(频段12的接收频率范围)和FRX2(频段13的接收频率范围)，该两个接收带通腔体滤波器同时可以实现对发射频段FTX的抑制。图1中，一个三工器有一个发射腔、两个接收腔及四个接口：一个ANT(天线)接口，一个与发射腔之间的接口，两个与接收腔之间的接口。对于2T2R接收模式，具有两个三工器，相应地具有：两个发射腔，四个接收腔，两个天线接口ANTA、ANTB，两个与发射腔之间的接口，四个与接收腔之间的接口。
图1中，整个FTX频率范围的下行发射信号TX，经过放大后分别通过天线接口ANTA和天线接口ANTB发射出去，两路信号之间可以形成发射分集。在多模多载波系统中，受制于整个模块的功耗，还可以将不同模式的信号或者将多个载波拆分成两部分，分别从ANTA和ANTB发射出去。
对于接收，收发信机利用三工器的接收腔接收来自ANTA和ANTB的频段12的两路信号RX1，形成主分集接收，经过滤波的两路主分集信号RX1通过同一个本振信号将射频信号下混频到相同频率范围的中频信号上，经过中频滤波器后送给一个双通道ADC进行模拟数字转换处理。对来自ANTA和ANTB的频段13的两路信号RX2的接收和处理过程和信号RX1相同，中频信号经过滤波后送给另一双通道ADC进行模拟数字转换处理。
通过图1所示的收发信机结构实现了一个射频模块对于两个频段信号的同时处理。
但如上的射频模块，为了实现同时处理两个频段的信号，除了用到本振外，需要用到4个独立的接收通道、两个双通道ADC，不仅接收机结构复杂，硬件规模大，成本高，而且随着硬件规模的增大，器件数目相应增多，所以同时还带来可靠性低，功耗大等问题。
基于此，本发明实施例中，对如上射频模块的结构进行改造，通过巧妙的设计接收机形式的变化，来降低射频模块TRX结构的复杂度和成本，并提升射频模块的可靠性，同时降低功耗。
下面对本发明实施例的射频模块及其对应的实现方法进行详细说明。
实施例一
本实施例提供一种能够实现同时处理两个以上波段的射频模块(收发信机)。
该射频模块310的结构如图3所示，包括：
至少一个多工器，各自用于接收至少两个频段的射频信号。在接收两个频段的射频信号时，上述多工器例如可为三工器，在接收三个频段的射频信号时，该多工器例如可为四工器，在接收四个频段的射频信号时，该多工器例如可为五工器，但本发明并不限于此。在采用两个以上(包括两个)的多工器时，所述两个以上的多工器接收的射频信号形成主分集接收，即该两个以上多工器接收的射频信号分别为主集和分集射频信号。
至少两个混频单元，用于分别将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的中频信号。前述混频单元可包括混频器和本振。在多工器接收两个频段的射频信号时，所述射频模块可以包括两个混频单元，如图3中Mixer1和Mixer2，用于分别将每一频段的射频信号通过本振进行下混频，获得两个频段对应的不同频率范围的两路中频信号，两路中频信号的频率范围分别为IF1和IF2。
至少一个合路器，各自用于将每一多工器接收的经混频后的不同频率范围的中频信号进行频域合并。例如，将频率范围分别为IF1和IF2的两路中频信号进行频域合并，即频谱合成，合并成一个频谱较宽的中频信号，频域合并后的中频信号的频率范围为IF1+IF2。
多通道模拟数字转换器(ADC)，用于将频域合并后的中频模拟信号进行模拟数字转换处理。该ADC例如为一片包括双通道或更多通道的多通道ADC，以将频域合并后的中频模拟信号进行模拟数字转换处理。对于ADC来说，只要中频模拟信号的频率范围在ADC处理工作带宽范围内，那么无论是窄带，如频率范围为IF1或者IF2，还是宽带，如频率范围为IF1+IF2，其处理过程和原理都是相同的，因此在此不进行过多描述。
通过如上射频模块，利用一片双通道或多通道ADC就可以对多频段接收信号进行同时处理，大大简化了接收机的复杂度，降低了硬件规模及成本，从而使可靠性得到提升，功耗也随之降低。
实施例2
本实施例提供一种支持两频段的2T2R(2发2收)射频模块(收发信机)。该射频模块结合当前的三工器技术实现两个频段的同时处理。本实施例的采用三工器的射频模块如图4所示。
在图4所示的射频模块410包括：两个三工器、两个混频电路、两个合路器及一个双通路ADC。
其中，每一三工器用于接收不同频段的射频信号RX1和RX2。两个三工器接收的射频信号形成主分集接收，即两个三工器接收的射频信号分别为主集和分集信号。
两个混频电路，用于分别将主分集信号进行混频处理。如图4所示，混频器Mixer1、Mixer2分别与本振LO1、LO2组成所述两个混频电路。该两个混频电路分别将不同频段的射频信号，如RX1和RX2，下混频到不同的中频频率范围上，获得两路不同频率范围的中频信号，该两路中频信号的频率范围分别为IF1和IF2。
每一合路器用于将该两路不同频率范围的中频信号进行频域合并，即频谱合成，合并成一个频谱较宽的中频信号，频域合并后的中频信号的频率范围为IF1+IF2。合路器将频域合并后的整个中频信号送入一片双通道ADC进行处理。
所述双通道ADC用于对所述合并后的中频模拟信号进行模拟数字转换处理，将模拟信号转换为数字信号。
该结构大大降低复杂度，节约了硬件规模及成本，从而使可靠性得到提升，功耗也随之降低。
本实施例中是采用了2个三工器实现2T2R，每一三工器具有一个发射腔、两个接收腔、以及四个接口：一个天线接口(ANTA或ANTB)，一个与发射机TX之间的接口，两个与接收机RX之间的接口。图4中的两个三工器分别接收来自ANTA和ANTB的两路信号，形成主分集接收。
本实施例中三工器对发射信号的处理同前述射频模块110中三工器对发射信号的处理。
本实施例射频模块的实现原理如下：
(1)如图5所示，三工器接收来自天线接口ANTA和ANTB的两个频段的射频信号，经过三工器的主分集接收腔体滤波器(未图示)后，形成频域独立的射频信号RX1和RX2。
(2)如图6所示，射频信号RX1和RX2经过放大器的射频放大后，分别利用不同混频电路，将射频信号RX1和RX2分别下混频到具有一定带宽的不同频率范围中频信号上。
每一混频电路可包括混频器及本振，不同混频电路可对应不同的本振。这样射频信号RX1和RX2可通过混频器及两个不同的射频本振分别下混频到不同频率范围上，混频后的中频信号的频率范围分别为IF1和IF2。
(3)如图7所示，利用中频滤波器BPF1和BPF2对混频后的两路中频信号分别进行中频滤波。
两个频段信号共存时，一个频段的阻塞信号可能会成为另一个频段阻塞信号的同频干扰，中频通道的滤波器BPF1和BPF2可用于抑制同频干扰，滤波器BPF1和BPF2对于同频干扰的抑制度可按照中频镜频抑制度的要求来考虑。
以信号RX1的阻塞信号对信号RX2造成干扰的过程为例，可以体现出滤波器的作用：
如图8所示，信号RX1所在频段存在阻塞信号，信号RX1和RX2分别经过混频后，获得频率范围分别为IF1和IF2的中频信号，此时存在的阻塞信号会对频率范围为IF2的信号造成同频干扰。而将两路中频信号别通过中频滤波器BPF1和BPF2进行滤波后，阻塞信号基本上被过滤掉，因此有效得抑制了阻塞信号对频率范围为IF2的信号的同频干扰。
(4)如图7所示，两路中频信号分别经过中频滤波后，用合路器进行频域合并，合并为一路中频信号。
合路器用于对两路中频信号进行频域合并，即合并两路中频信号的频谱，从而获得频率范围为IF1+IF2的一路中频信号。合并后的中频信号可以采用一个放大滤波电路进行滤波放大。
(4)如图9所示，合并后的中频信号的主分集信号同时送入一片双通道ADC进行处理。
所述双通道ADC例如可采用目前ADI公司的AD6655模数转换芯片。随着ADC处理带宽的不断增加，可以对更多频段的信号同时进行处理。
由于采用一片双通道ADC来处理两个频段主分集接收信号，本发明实施例中的4个接收通道并不是独立的接收通道，降低了接收机结构的复杂度。
如上所述的本实施例的射频模块，通过巧妙的变化收发信机中接收机的结构，将不同频段的射频信号下混频到不同的中频频率范围上，合并接收中频信号，将合并后的中频信号送入一片双通道ADC进行处理，最终实现了一个2T2R射频模块同时支持多个频段同时工作。由于利用一片双通道ADC来支持对两个频段主分集接收信号的同时处理，因此本发明实施例大大降低了射频模块硬件复杂度，节约了成本，并降低了功耗。应用本发明，对于多发多收系统会有更大的成本优势。随着ADC并行处理通道数的增加以及处理带宽的增加，这一优势将更加突出。
实施例3
本实施例另提供一种支持两频段的2T2R射频模块(收发信机)。
在实施例2的射频模块中，设置了中频滤波器BPF1、BPF2来解决同频阻塞干扰问题，但是设置中频滤波器BPF1、BPF2后增加了通道的复杂度。因此本实施例中，无需设置中频滤波器BPF1、BPF2，而通过适当配置本振LO1、LO2的频率，来抑制同频阻塞干扰。本实施例中的射频模块的结构框图如图10所示。
本实施例中的射频模块510与实施例2的射频模块410的区别在于：没有设置中频滤波器BPF1、BPF2，而为每一频段对应的本振设置了一个本振调整单元，分别为011和021。
所述本振调整单元011和021，用于分析空口阻塞反馈信息，根据空口阻塞反馈信息中空口阻塞信号的位置调整每一频段对应的本振的频率，以调整对每一频段的射频信号进行下混频后获得的中频信号的频率偏移，来避免同频阻塞干扰。所述本振调整单元可以为软件功能模块，通过软件配置来实现。
图11为利用本振调整单元来配置本振，实现对阻塞信号的抑制的过程示意图。图中可以看出，通过适当配置本振LO1、LO2的频率，增大或者减小，将阻塞干扰放置在BPF3通带以外，从而抑制同频阻塞干扰。图11与图10相比，中频信号IF1与IF2的相对位置发生了变化。本实施例的结构及所采用的方法更加灵活，可以根据空口阻塞的实际情况变化，自适应实现对于同频阻塞信号的抑制。
实施例4
如上实施例2和3提供的是能够同时对两个频段的信号进行接收的射频模块，但本发明并不限于此，本发明同样能够解决同时对三个或更多个频段进行处理的问题。
图12所示为本实施例提供的支持N个频段同时工作的2T2R射频前端的射频模块(收发信机)610架构示意图。
如图12所示，每一多工器用于接收多个频段的射频信号RX1、RX2、……、RXN。
N个混频电路用于分别将该不同频段的射频信号RX1、RX2、……、RXN下混频到不同的中频频率范围上，获得N路不同频率范围的中频信号IF1、IF2、……、IFN。图12中，混频器Mixer1、Mixer2、……、MixerN分别与本振LO1、LO2、……、LON组成所述N个混频电路。
每一N路合路器用于将所述N路不同频率范围的中频信号进行频域合并，合并为一路中频信号，将合并后的整个中频信号送入一片双通道ADC进行处理。
所述双通道ADC用于对所述合并后的N个频段的中频信号进行模拟数字转换处理。
本发明实施例将不同频段的射频信号下混频到不同的中频频率范围上，合并接收中频信号，将合并后的中频信号送入一片双通道ADC进行处理，最终实现了一个2T2R射频模块同时支持多个频段同时工作，大大降低了射频模块硬件复杂度即成本，从而使可靠性得到提升，并降低了功耗。
虽然如上实施例是以2T2R射频模块为例进行的说明，但本发明并不限定于2T2R，而同样适用于其他多发多收系统。应用于多发多收系统时，通过多根天线主集、多路分集接收多个频段的射频信号，对所述主、多路分集信号分别进行混频及混频后频域的合并处理，并利用一个多通道ADC对合并后的来自于主集、多路分集接收的N个频段射频信号，经过下混频并经过合路后的中频信号进行模拟数字转换处理。应用本发明，对于多发多收系统会有更大的成本优势。随着ADC并行处理通道数的增加以及处理带宽的增加，这一优势将更加突出。
本发明实施例不仅适用于3GPP TS 36.104协议中多个E-UTRA频段的场景，同样适用于其他频段频谱的场景。
本发明技术方案不仅可以应用在GSM、UMTS、LTE、CDMA等所有移动通信基站的RRU或者RFU射频模块中，同样可以应用在考虑多频段同时工作时的其他射频、微波通信领域的射频前端架构中。
实施例5
本实施例提供一种射频模块的支持多频段共存的方法，如图13所示，该方法包括：
步骤S1300，接收至少两个频段的射频信号。
在2T2R系统中，可利用至少两个多工器主分集接收所述至少两个频段的射频信号，每一频段的射频信号包括主集射频信号和分集射频信号。
步骤S1302，将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的中频信号。
在2T2R系统中，可将同一频段的主集射频信号和分集射频信号通过相同本振下混频至相同中频频率范围，将不同频段的主集射频信号和分集射频信号通过不同本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的主集和分集中频信号。
步骤S1304，将不同频段对应的不同频率范围的中频信号进行频域合并。
对于2T2R系统，可分别将主集的多路中频信号及分集的多路中频信号进行频域合并，获得主集合路信号及分集合路信号。
步骤S1306，将合并后的中频信号送入一个模拟数字转换器进行中频模拟数字转换处理。
对于2T2R系统，将所述主集中频信号及分集中频信号送入一个双通道模拟数字转换器进行中频模拟数字转换处理。
本发明另一实施例中，步骤S1304之前还包括：步骤S1303，对各频段对应的中频信号进行中频滤波。该步骤可以抑制同频阻塞信号。
本发明另一实施例中，步骤S1306之前还包括：
步骤S1305，将合并后的中频信号进行中频滤波放大。
本发明另一实施例中，如图14所示，步骤S1302之前还包括：
步骤S1301，分析空口阻塞反馈信息，根据空口阻塞信号的位置配置每一频段对应的本振的频率，以调整对每一频段的射频信号进行下混频后获得的各频段对应的不同频率范围中频信号的频率偏移。该步骤可以比步骤530更加灵活地抑制同频阻塞信号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种支持多频段共存的方法，其特征在于，该方法包括：
接收至少两个频段的射频信号；
将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的中频信号；
将不同频段对应的不同频率范围的中频信号进行频域合并；
将合并后的中频信号送入一个多通道模拟数字转换器进行模拟数字转换处理。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将不同频段对应的不同频率范围的中频信号进行频域合并之前还包括：
对不同频段对应的中频信号进行中频滤波。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围之前还包括：
根据空口阻塞信号的位置调整每一频段对应的本振的频率。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收至少两个频段的射频信号包括：
利用至少两个多工器主分集接收所述至少两个频段的射频信号，每一频段的射频信号包括主集射频信号和分集射频信号。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的中频信号包括：
将同一频段的主集射频信号和分集射频信号通过本振下混频至相同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的主集和分集中频信号。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将不同频段对应的不同频率范围的中频信号进行合并包括：
分别将主集中频信号和分集中频信号中不同频率范围的中频信号进行频域合并，获得主集合路信号及分集合路信号。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将合并后的中频信号送入一个多通道模拟数字转换器进行中频模拟数字转换处理包括：
将所述主集合路信号及分集合路信号送入一个多通道模拟数字转换器进行中频模拟数字转换处理。
8、一种射频模块，其特征在于，包括：
至少一个多工器，各自用于接收至少两个频段的射频信号；
至少两个混频单元，用于分别将不同频段的射频信号通过本振下混频至不同中频频率范围，获得不同频段对应的不同频率范围的中频信号；
至少一个合路器，各自用于将每一多工器接收的经下混频后的不同频率范围的中频信号进行频域合并；
一个模拟数字转换器，用于将合并后的中频信号进行中频模拟数字转换处理。
9、根据权利要求8所述的射频模块，其特征在于，还包括：
至少两个第一中频滤波器，各自连接一混频单元和合路器，用于对各频段对应的中频信号进行中频滤波。
10、根据权利要求8所述的射频单元，其特征在于，还包括：
本振调整单元，用于根据空口阻塞信号的位置调整每一频段对应的本振的频率。
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