МНОГОДИАПАЗОННЫЙ РАДИОМОДУЛЬ Российский патент 2011 года по МПК H04B1/40 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к радиомодулю, конфигурированному для использования нескольких диапазонов в терминале связи.

Описание предшествующего уровня техники

Терминалы связи, такие как мобильные телефоны, зачастую оснащаются радиоинтерфейсами, обеспечивающими возможность связи в более чем одном частотном диапазоне, а также обеспечивающими возможность использования различных способов передачи, таких как WCDMA и GSM. EDGE (развитие стандарта GSM с увеличенной скоростью передачи данных) - это усовершенствование цифровых сотовых телефонных систем GSM и TDMA, которое предоставляет передачу данных на скорости до 384 кбит/с. В существующем решении для WEDGE, которое поддерживает высокие скорости передачи данных посредством WCDMA и EDGE, только пара диапазонов может быть использована вследствие высокой сложности переключения между различными диапазонами существующих решений для PA (усилителей мощности), компоновке и стоимости.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение разрешает реализацию многодиапазонной схемы, поддерживающей все четыре GSM диапазона и восемь WCDMA диапазонов включенными посредством RF-коммутаторов и радиомодуля только с одним антенным портом. Решение является минимальным и также дает возможность приема (RX) и передачи (TX) в TDMA- и CDMA-режиме (не одновременно) посредством RF-коммутаторов и специального решения для PA (многорежимного GSM, EDGE; WCDMA в одном PA-модуле) в телефоне без ограничений по пространству.

В первом аспекте изобретение предоставляет многодиапазонный радиомодуль, содержащий:

модуль усилителя мощности с антенным портом, подключаемым к антенне, и входным портом, подключаемым к передающей секции приемо-передающего устройства;

модуль входного каскада, подключаемый к антенному порту и приемной секции приемо-передающего устройства;

при этом упомянутый модуль усилителя мощности и упомянутый модуль входного каскада выполнены с возможностью покрытия ряда частотных диапазонов посредством упомянутого антенного порта.

В одном варианте осуществления модуль усилителя мощности содержит, по меньшей мере, две ветви передачи с фильтрами и усилителями мощности для низких и высоких частот, соответственно.

Предпочтительно, входной порт модуля усилителя мощности содержит ряд фильтров и средство коммутации для управления тем, какой диапазон передается из приемо-передающего устройства.

В одном варианте осуществления модуль входного каскада содержит, по меньшей мере, две ветви с фильтрами для низких и высоких частот, соответственно.

Предпочтительно, модуль входного каскада содержит ряд фильтров и средство коммутатора для управления тем, какой диапазон передается в приемо-передающее устройство.

Во втором аспекте изобретение предоставляет устройство связи, содержащее радиомодуль, имеющий:

модуль усилителя мощности с антенным портом, подключаемым к антенне, и входным портом, подключаемым к передающей секции приемо-передающего устройства;

модуль входного каскада, подключаемый к антенному порту и приемной секции приемо-передающего устройства;

при этом упомянутый модуль усилителя мощности и упомянутый модуль входного каскада выполнены с возможностью покрытия ряда частотных диапазонов посредством упомянутого антенного порта.

Устройством может быть портативный телефон, пейджер, коммуникатор, смартфон или электронный органайзер либо PC-карта.

Краткое описание чертежа

Далее изобретение подробно описывается со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображено схематичное представление многодиапазонного радиомодуля согласно варианту осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Изобретение описывается в связи с радиомодулем, подходящим для терминала связи, такого как портативный телефон, пейджер, коммуникатор, смартфон или электронный органайзер. Изобретение также может быть включено в карту PCMCIA, т.е. PC-карту, используемую для того, чтобы присоединять приемо-передающее радиоустройство к портативному компьютеру (стандартизированное посредством Personal Computer Memory Card International Association, San Jose, CA). Данное подробное описание ориентировано на компоненты, относящиеся к изобретению, хотя другие компоненты могут быть стандартными.

Один вариант осуществления содержит минимальное решение для предоставления четырех GSM- (GPRS и EDGE) и восьми WCDMA-диапазонов.

Далее приводятся диапазоны, задаваемые посредством WCDMA в 25.101 UTRAN FDD:

Рабочий
диапазон UL-частоты, передача посредством UE, прием посредством узла B DL-частоты, передача посредством UE, прием посредством узла B I 1920-1980 МГц 2110-2170 МГц II 1850-1910 МГц 1930-1990 МГц III 1710-1785 МГц 1805-1880 МГц IV 1710-1755 МГц 2110-2180* МГц V 824-849 МГц 869-894 МГц VI 830-840 МГц 875-885 МГц VII 2500-2570 МГц 2620-2690 МГц VIII 890-915 МГц 935-960 МГц IX 1750-1785 МГц 1845-1880 МГц

UL - восходящая линия связи

DL - нисходящая линия связи

UE - абонентское оборудование

Чтобы покрыть восемь этих диапазонов плюс четыре GSM-диапазона, радиомодуль обычно должен требовать высокого качества проектирования, существенных затрат и большой площади. Множество конструкций, используемых в настоящее время, применяют дуплексоры и усилители мощности, PA, для каждого из только двух из этих двенадцати диапазонов. Традиционные коммутаторы становятся все более и более сложными.

Предлагаемое решение должно минимизировать площадь, снизить затраты и предоставить возможность использования практически всех комбинаций диапазонов с одним радиочастотным (RF) модулем.

Решение основано на усилителе мощности (как низкого, так и высокого диапазона), который может охватывать стандарты GPRS (общая служба пакетной радиопередачи), а также EDGE/WCDMA. Предпочтительно, используется так называемый многорежимный PA, имеющий возможность усиления сигналов с использованием модуляций GSMK/8PSK/QPSK/16QAM в одном PA как для линейного режима, так и режима насыщения. Данный тип усилителя мощности имеется на рынке.

Можно использовать такие PA в PA-модуле, PAM, как описывается ниже со ссылкой на чертеж.

Вариант осуществления многодиапазонного радиомодуля показан на чертеже.

Радиомодуль сконфигурирован так, чтобы взаимодействовать с приемо-передающим устройством 11, которое может передавать и принимать сигналы с использованием EDGE-, WCDMA- и GSMK-модуляций. Приемо-передающее устройство должно иметь возможность декодировать GSMK/8PSK/QPSK/16QAM-модуляции, принимаемые по каждому из ряда портов LNA (малошумящего усилителя).

Приемо-передающее устройство 11 подключено к модулю 1 усилителя мощности (PAM), имеющему антенный порт 2 ANT для подключения к антенне. Дуплексор 3 используется для разделения низких диапазонов (WCDMA 5, 6, 8 и GSM 900 и 850) от высоких диапазонов (WCDMA 1, 2, 3, 4, 7, 9, DCS 1800 и PCS 1900, а также Bluetooth, WLAN и т.д.) на две ветви.

Такой дуплексор типично имеет вносимые потери порядка 0,3 дБ и действительно высокую развязку, которая должна минимизировать гармоники и паразитные излучения.

После антенного порта 2 происходит разделение на два тракта, для приема, RX, и передачи, TX, как для низких, так и для высоких диапазонов, как определено выше, посредством двух дуплексоров 4a и 4b. Требования, установленные для этих двух дуплексоров, не являются высокими. Дуплексор 4a низких диапазонов должен покрывать низкие диапазоны TX (824-915 МГц) и низкие диапазоны RX (869-960 МГц) с низкими вносимыми потерями (приблизительно максимум 0,5 дБ) и не такой высокой развязкой между TX и RX. Те же требования применимы для дуплексора 4b высоких диапазонов, который должен покрывать высокие диапазоны TX (1710-1980 МГц) и высокие диапазоны RX (1805-2180 МГц).

Оцененные вносимые потери TX составляют порядка 1 дБ максимум для всех GSM/EDGE и WCDMA во всех TX-режимах.

Тракты приема из антенного порта 2 соединены с модулем входного каскада FEM 8, имеющим коммутаторы 9a, 9b и фильтры 10 для каждого тракта, которые должны предоставлять возможность переключения, для тракта низких диапазонов RX, между: WCDMA 5 и 6/GSM 850 и WCDMA 8/GSM 900, и, для тракта высоких диапазонов RX, между: WCDMA 3 и 9/DCS 1800; WCDMA 2/PCS и WCDMA4 и 1 (диапазоны WCDMA, как определено выше). Таким образом, в показанном варианте осуществления сигналы приема в трактах разделяются на пять частотных групп посредством коммутаторов 9a, 9b, учитывающих двенадцать диапазонов частот/модуляции.

Можно использовать коммутаторы более высокого класса для приемо-передающих устройств, которые имеют больше входов малошумящих усилителей, LNA (например, вход LNA для каждой комбинации диапазона частот/модуляции).

RX-коммутаторы 9a, 9b предпочтительно должны иметь низкие вносимые потери (типично 0,5 дБ) и низкое интермодуляционное искажение (IMD) ниже -100 dBm, чтобы удовлетворять требованиям по блокировке.

Коммутатор 9a (коммутатор 3) для низких диапазонов RX является однополюсным и с двойной пропускной способностью, SP2T, а для высоких диапазонов RX коммутатор 9b (коммутатор 4) является однополюсным и с тройной пропускной способностью, SP3T, что означает, что три управляющих сигнала требуется для двух коммутаторов 9a, 9b.

Управляющие сигналы могут переключаться посредством процессора базовой полосы. Например, если используется GSM/EDGE (TDMA) или WCDMA TDD (дуплекс с временным разделением), система не будет передавать и принимать одновременно, и коммутаторы будут размыкаться и замыкаться перед приемом или передачей посредством управляющих сигналов, тогда как в WCDMA-режиме (CDMA-FDD, дуплекс с частотным разделением) передача и прием осуществляются одновременно, и коммутаторы будут оставлять предпочтительные тракты RX и TX (относительно каждого диапазона WCDMA) в открытом состоянии. Описанная система также имеет возможность работать как в сжатом режиме WCDMA, так и в несжатом режиме. Сжатый режим должен предоставлять возможность мобильному телефону переходить в GSM-режим и считывать информацию от других базовых станций либо искать другие WCDMA-частоты для роуминга. В несжатом режиме работа WCDMA является непрерывной.

После RX-коммутаторов 9a, 9b конструкция применяет полосовые фильтры 10 (к примеру, на поверхностной акустической волне (SAW); объемной акустической волне (BAW) или пленочном объемном акустическом резонаторе (FBAR)) для обеспечения высокого затухания вне полосы частот и низких флуктуаций внутри полосы. Полосовые фильтры 10 подключены через линии 13 к входам приемо-передающего устройства 1, предпочтительно, LNA-входам приемной секции приемо-передающего устройства.

Ожидаемые вносимые потери для низких и высоких диапазонов и LNA-входа максимум составляют 4 дБ.

Тракты передачи TX из передающей секции приемо-передающего устройства 11 выводятся через буферы (не показаны) в линиях 12 на входном порту модуля 1 усилителя мощности на два коммутатора: один коммутатор 7a - для низкого диапазона (коммутатор 1) и один коммутатор 7b для высокого диапазона (коммутатор 2).

Приемо-передающее устройство может использовать широкополосные TX-буферы, которые покрывают: один буфер для всех TX низких диапазонов (WCDMA 5, 6 и 8), как задано выше, + GSM 850/GSM 900, а другой TX-буфер для (WCDMA 1, 2, 3, 4, 9) и DCS 1800 и PCS 1900.

Коммутаторы 7a, 7b должны иметь возможность обрабатывать WCDMA (коммутатор замыкается только для соответствующего диапазона) либо они могут переключаться для модуляций TDD (дуплекса с временным разделением каналов), например: GMSK и 8PSK или WCDMA.

Коммутаторы 7a, 7b (1 и 2) предпочтительно являются RF-коммутаторами (CMOS, PIN-диоды, GaAs и т.д.) с низкими вносимыми потерями (предположительно максимум 0,6 дБ).

Коммутатор 7a (коммутатор 1) для низких диапазонов TX является однополюсным и с двойной пропускной способностью, SP2T, а для высоких диапазонов TX коммутатор 7b (коммутатор 2) является однополюсным и с тройной пропускной способностью, SP3T, что означает, что три управляющих сигнала требуется для двух коммутаторов 7a, 7b. В показанном варианте осуществления сигналы передачи на линиях 12 разделяются на пять частотных групп посредством коммутаторов 7a, 7b, приспосабливающих двенадцать полос частот/модуляции.

После коммутаторов 7a, 7b идут две гребенки фильтров (один выход, несколько входов) 5a, 5b с двумя и тремя полосовыми фильтрами, соответственно (к примеру, SAW-, BAW- или FBAR-фильтрами).

Гребенка 5a фильтров для низких диапазонов TX, которая следует за коммутатором 7a, покрывает WCDMA 5, 6/GSM 850 в одном полосовом фильтре и WCDMA 8 и GSM 900 в другом.

Гребенка 5b фильтров для высоких диапазонов TX, которая следует за коммутатором 7b, покрывает DCS 1800/WCDMA 3, 4 в одном полосовом фильтре, WCDMA2/PCS1900 в другом полосовом фильтре, а последний полосовой фильтр покрывает WCDMA 1.

Предпочтительно, гребенки 5a, 5b фильтров имеют большое затухание вне полосы частот и небольшие пульсации в полосе частот. Вносимые потери не являются ключевым фактором и могут быть достаточно высокими.

После гребенок 5a, 5b фильтров следуют соответствующие усилители PA1 и PA2 мощности. Усилитель PA1 мощности для низких диапазонов TX служит для (WCDMA 5, 6 и 8), как задано выше, + GSM 850/GSM 900, а усилитель PA2 мощности служит для высоких диапазонов TX (WCDMA 1, 2, 3, 4, 9) и DCS 1800/PCS 1900.

Существующие усилители мощности на рынке могут удовлетворять как стандартам EDGE/GMSK, так и WCDMA.

Коммутаторы и гребенки фильтров вместе с усилителями мощности могут быть реализованы как решение PA-модуля, который также может включать в себя регулирование мощности.

Блок 14 управления (например, процессор мобильного телефона) управляет коммутаторами 7a, 7b, 9a, 9b посредством передачи управляющих сигналов. Конкретный диапазон частот/модуляции может быть выбран пользователем посредством выбора требуемого оператора связи или задается автоматически посредством программного обеспечения в блоке управления на основе управляющей информации, принимаемой из сети при установлении соединения или в ходе процедуры передачи обслуживания и т.д.

Это решение не использует коммутацию таким же образом, как она используется в настоящее время, и снижает степень сложности решения для телефона с двенадцатью диапазонами. Вместо переключения на антенном порту, как в предшествующем уровне техники, в настоящем изобретении режимы переключаются близко к приемо-передающему устройству, обеспечивая прием и передачу как GSM TDD, так и WCDMA. Это приводит к тому, что требуется только один антенный порт, что снижает сложность антенного коммутатора.

На чертеже и в подробном описании раскрыт вариант осуществления, и хотя используются конкретные термины, они используются только в общем и описательном смысле, а не для целей ограничения. Например, число диапазонов, конкретные радиочастоты и способы модуляции могут варьироваться. Изобретение может быть реализовано посредством надлежащих комбинаций аппаратных средств и программного обеспечения. Объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к радиомодулю, выполненному с возможностью приспосабливать несколько полос в терминале связи. Технический результат заключается в поддержке всех имеющихся диапазонов стандартов GSM и WCDMA. Для этого радиомодуль содержит: модуль (1) усилителя мощности с антенным портом (2), подключаемым к антенне, и входным портом, подключаемым к передающей секции приемо-передающего устройства (11); модуль (8) приемного входного каскада, подключаемый к антенному порту и приемной секции приемо-передающего устройства; при этом упомянутый модуль усилителя мощности и упомянутый модуль входного каскада выполнены с возможностью покрытия ряда полос частот и/или модуляции посредством упомянутого антенного порта. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Многодиапазонный радиомодуль, содержащий
модуль усилителя мощности с антенным портом, подключаемым к антенне, и входным портом, подключаемым к передающей секции приемопередающего устройства, при этом модуль усилителя мощности содержит первый тракт для низких диапазонов частот и второй тракт для полос диапазонов высоких частот, причем каждый тракт содержит дуплексор, выполненный с возможностью разделять каждый тракт на приемный тракт и передающий тракт, усилитель мощности для диапазонов частот этого тракта и гребенку фильтров, подключаемую к коммутатору для диапазонов частот в соответствующем тракте; каждый тракт подключается к антенному порту через дуплексор; модуль приемного входного каскада, подключаемый к антенному порту и приемной секции приемопередающего устройства через первый и второй тракт модуля усилителя мощности, при этом упомянутый модуль усилителя мощности и упомянутый модуль входного каскада выполнены с возможностью покрытия ряда диапазонов частот и/или модуляции посредством упомянутого антенного порта.

2. Многодиапазонный радиомодуль по п.1, в котором модуль входного каскада дополнительно содержит первый тракт для низких диапазонов частот, подключаемый к первому тракту модуля усилителя мощности, и второй тракт для высоких диапазонов частот, подключаемый ко второму тракту модуля усилителя мощности, при этом каждый тракт содержит коммутатор для переключения между рядом диапазонов в пределах низких/высоких диапазонов частот.

3. Устройство связи, содержащее радиомодуль по любому из пп.1, 2.

4. Устройство связи по п.3, при этом устройство представляет собой портативный телефон, пейджер, коммуникатор, смартфон или электронный органайзер либо PC-карту.