用於無線通信的收發信機的製作方法
2023-08-11 09:22:11 3
專利名稱：用於無線通信的收發信機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於無線通信的收發信機。更具體地講(但不是僅限於此)，本發明涉及這樣一種收發信機，它具有兩種工作方式，其中，在第一種工作方式中，由該收發信機接收的信號和發射的信號處於不同的頻段，在第二種工作方式中，接收的和發射的信號處於相同的頻段。
在大多數蜂窩式電信網絡中，在與一個收發信基站相關的一個網孔中，移動站採用第一頻段向收發信基站發射信號。收發信基站則採用第二個不同的頻段，向與此收發信基站相關的網孔中的移動站發射信號。這就是公知的頻分雙工(FDD)通信方式，並且已經應用於模擬蜂窩式電信系統以及目前的諸如GSM之類的數字蜂窩式電信系統中。
參照
圖10a，此圖示出了在頻分多址系統中FDD操作的原理。將第一頻段F1用於從移動站向基站發射信號，將第二頻段F2用於從基站向移動站發射信號。實際上，頻段F1和F2又各自分為多個較小的頻段f1和f2。因此，在一個特定的網孔中的一個移動站將被配置一個較小的頻段f1，以便與該網孔相聯繫的基站通信，與此移動站處於該網孔中。同樣，基站將被配置一個較小的頻段f2，以便與移動站通信。
在諸如GSM系統之類的採用時分多址(TDMA)的系統中，將每一個較小的頻段又分為多幀(frame)100，其中的一幀顯示在圖10d中。每幀100包括多個時隙102。基站將在連續的幀中被分配一個特定的時隙102，以便與一個較小的頻段f2中的一個給定的移動站通信。同樣，移動站將在連續的幀中被配置一個特定的時隙，以便與一個較小的頻段f1中的基站通信。
還已提出了這樣的技術，即，在某些系統中，收發信基站與移動站通信採用的頻段也可以和移動站與基站通信採用的頻段相同。這就是公知的時分雙工(TDD)通信方式，並且被(例如)應用於DECT系統中。也可採用圖10d中所示的幀和時隙結構。由此，在TDD方式中，每幀中的某些時隙將被分配用於由移動站向收發信基站發射信號。每幀中的其餘時隙將被用於由收發信基站向移動站發射信號。
已經提出了具有兩種工作方式的移動站，這種移動站例如可以採用GSM和DECT兩種工作方式。
在前面所述的採用時分多址的系統中，一個移動站不能同時接收和發射信號。因此，沒有必要考慮由移動站接收和發射的信號的隔離問題。
另一種無線通信接入方法是碼分多址(CDMA)方法，這種方法也是對於從移動站向收發信基站發射的信號採用第一頻段F1，而對於從收發信基站向移動站發射的信號採用第二頻段F2。就象上述的FDMA/TDMA系統那樣，如圖10b所示，CDMA系統將第一和第二頻段分成較小的頻段。不過，不採用相同的幀和時隙結構。而是每個信號在一個較小的頻段中被發射，並且同一較小頻段中的多個信號通過施加至信號中的擴展碼(spreading code)來區分。在CDMA方法中，移動站可以同時接收和發射信號。因此，採用CDMA方法的移動站具有一個連接至天線的雙工濾波器(duplex filter)。此雙工濾波器需要具有足夠的隔離度(isolation)，以防止接收的信號和發射的信號相互幹擾。
為了實現可以工作在FDD和TDD通信方式中並且可以在FDD工作方式中同時接收和發射信號的移動站，本發明人已經考慮了三種不同的收發信機。在這兩種工作方式中，採用CDMA、TDMA或任何其它合適的方法。應當指出的是，圖1-3中所示的這三種收發信機不能作為現有技術的組成部分。
這三種收發信機中的第一種顯示在圖1中，現在對其進行詳細描述。一個天線2被設置用於接收信號並且還用於發射信號。天線2在頻段F1中發射信號，並且在頻段F2和F1中接收信號。天線2連接至一個開關4，此開關選擇性地將一個雙工濾波器6或者一個帶通濾波器8連接至天線2。開關4的位置取決於工作方式，這將在後面進行詳細討論。雙工濾波器6包括一個接收濾波器部分6a和一個發射濾波器部分6b，前者被調諧至頻段F2，後者被調諧至頻段F1。帶通濾波器8被調諧至頻段F1。一個開關10選擇性地將濾波器8或者雙工濾波器6的接收濾波器部分6a連接至一個低噪聲放大器12。低噪聲放大器12的輸出連接至一個混頻器14，此混頻器將接收的信號與從一個高頻合成器16輸出的一個信號相混合。高頻合成器16起到一個本機振蕩器的作用。混頻器14的輸出為中頻(IF)，此中頻通常低於由天線2接收的信號的頻率。此收發信機的其它部分是本領域的技術人員公知的，因此將不再說明。
按照相似的方式，要發射的信號以中頻被輸入至第二混頻器18。第二混頻器18還有一個輸入來自於第二高頻合成器20，此高頻合成器也起到本機振蕩器的作用。第二混頻器18的輸出表示要以射頻(RF)發射的信號，並且處於頻段F1中。此射頻是信號在信道上向收發信基站發射的頻率。第二混頻器18的輸出被輸入至一個功率放大器22，此放大器對信號進行放大。功率放大器22的輸出由雙工濾波器6的發射部分6b接收，在此信號被濾波，以去除頻段F1之外的不希望的信號分量和噪聲。
圖1中所示的收發信機具有兩種工作方式。在FDD工作方式中，開關4將天線2連接至雙工濾波器6的接收濾波器部分6a。天線2不連接到濾波器8。第二開關10將雙工濾波器6的接收部分6a連接至低噪聲放大器12。由此，由天線2接收的信號通過雙工濾波器6的接收濾波器部分6a到達低噪聲放大器12。從低噪聲放大器12，所接收的信號被傳送至混頻器14。
在FDD方式中，要發射的信號從第二混頻器18傳送至功率放大器22。隨後，要發射的信號由雙工濾波器6的發射部分6b濾波並輸出到天線2。在這種工作方式中，天線2可以同時接收和發射信號。
在TDD工作方式中，開關4和10處於圖1中所示的位置。天線2連接至帶通濾波器8，後者又通過開關10連接至低噪聲放大器12。雙工濾波器6不連接至天線2或低噪聲放大器12。在TDD方式中，天線2不同時發射和接收信號。如果要發射一個信號，開關4的位置將需要改變。發射和接收的信號都將處於頻段F1中。
這種收發信機具有以下缺點兩個開關4和10都需要具有良好的隔離度。通常，這些開關所需的隔離度的總量級在50-60分貝之間。要求這種隔離度是為了防止在FDD工作方式中發射的信號部分地通過帶通濾波器8饋入低噪聲放大器12，即使在開關4將天線2連接至雙工濾波器6時，也是需要的。如果要發射的信號到達低噪聲放大器12，因為第一和第二開關4和10不具備足夠的隔離度來防止這種情況發生，在要以頻段F1發射的信號與應以頻段F2接收的信號之間會產生幹擾。如果到達低噪聲放大器12的發射信號部分具有比應接收的信號高得多的功率電平，應接收的信號可能被阻礙。由應接收的信號所承載的信息可能因此丟失或出錯。
這個問題是由這樣的事實形成的發射的信號將具有比接收的信號大得多的強度。如果兩個開關4和10具有足夠的隔離度來防止發射的信號的反饋，這個問題可以避免。具有處理這個問題所需的隔離度的射頻開關是昂貴的並且難以在實際中實現。
與圖1中所示的收發信機相關的另一個問題是為防止要由天線2發射的信號的失真，第一開關4需要具有良好的線性。這進一步增加了與第一開關4相關的造價以及與這個開關的實現相關的困難。尤其是，實現具有良好的隔離度以及良好的線性的開關是困難的。
圖2示出了第二種雙工收發信機，它具有FDD工作方式和TDD工作方式。FDD工作方式可以採用CDMA，而TDD工作方式可以採用TDMA或CDMA/TDMA混合工作方式。與圖1中相同的元件以相同的參考數字標識，並且將不再描述。圖2和圖1的結構之間的主要區別是雙工濾波器6包括一個可調諧的接收濾波器部分6′a和發射濾波器部分6b。發射濾波器部分6b與圖1的雙工濾波器6的此部分相同。
在FDD工作方式中，接收濾波器部分6′a被調諧至頻段F2。由此該收發信機能夠以頻段F2中的頻率接收信號，並以頻段F1中的頻率發射信號。在TDD工作方式中，接收濾波器部分6′a被調諧至頻段F1。因此，在TDD工作方式中，信號是以頻段F1接收和發射的，雖然接收和發射不是同時的。不過，實現這樣一種可調諧的雙工濾波器同樣是困難的，即，這種雙工濾波器具有足夠的隔離度，以防止在FDD方式中至少部分要發射的信號到達低噪聲放大器12。例如，可能需要50-60分貝的隔離度。隔離度是標準雙工濾波器的一個固有問題，但如果雙工濾波器具有一個可調諧的濾波器部分，這個問題會變得更為惡化。
第三種收發信機顯示於圖3中。與圖1中相同的元件以相同的參考數字表示，並且將不再對這些元件進行描述。天線2連接至一個雙工濾波器6，此濾波器具有一個接收濾波器部分6a和一個發射濾波器部分6b，前者被調諧至頻段F2，後者被調諧至頻段F1。設置有一個開關23。在FDD工作方式中，開關23處於圖3中所示的位置，並且將接收濾波器部分6a連接至低噪聲放大器12。接收的信號通過接收濾波器部分6a，並經開關23傳送至低噪聲放大器12。要發射的信號從功率放大器22傳送至雙工濾波器6的發射濾波器部分6b。
在TDD工作方式中，開關23將雙工濾波器6的發射濾波器部分6b連接至低噪聲放大器12，以便接收的信號通過發射濾波器部分6b到達低噪聲放大器12。這種結構的缺點是開關23要處理射頻信號，並且要提供良好的隔離度，通常為50-60分貝。在FDD工作方式中，如果由開關23提供的隔離不足，要發射的信號與接收的信號之間可能產生幹擾。這個問題與圖1中所示的結構產生的問題相似。另外，開關23還需要有良好的線性，其原因與結合圖1描述的情況相同。實現既具有所需的線性又具有所需的隔離度的開關是困難的和昂貴的。
在公知的CDMA和TDMA系統中，為提高性能，有時採用最大比值合併空間分集技術。採用這種技術的一種收發信機顯示於圖4中。這種收發信機僅僅是針對單一通信方式的系統(FDD或TDD)而被採用的，對於雙工方式的移動站，尚未使用這種收發信機。與圖1-3中所示的相同的元件以相同的參考數字表示。圖4中所示的結構包括一個天線2，它連接至一個雙工濾波器6，雙工濾波器6具有一個調諧至頻段F2的接收濾波器部分6a和一個調諧至頻段F1的發射濾波器部分6b。雙工濾波器6的接收濾波器部分6a的輸出被輸入至一個低噪聲放大器12，後者的輸出連接至第一混頻器14。第一混頻器14接收來自於一個高頻合成器16的輸入信號，於是，混頻器14的輸出是以中頻表示的接收信號。
要發射的信號的路徑由第二混頻器18、功率放大器22和雙工濾波器6的發射濾波器部分6b構成，混頻器18也具有來自於第一高頻合成器16的輸入。
圖4的收發信機包括第二天線30，它與第一天線2物理地(physically)隔離。第二天線30僅僅用於接收信號，並且連接至一個接收濾波器32，此濾波器被調諧至頻段F2。濾波器32的輸出連接至第二低噪聲放大器34，後者的輸出連接至第三混頻器36。第三混頻器36具有來自於第二高頻合成器38的輸入，於是，第三混頻器36的輸出是以中頻表示的接收信號。
第二天線30用作一個分集接收機。例如，如果來自於一個基站的信號未能由天線2強接收，它可能由天線30強接收，反之亦然。這是因為由第一和第二天線接收的信號是沿不同的路徑從基站至移動站。由天線2和30接收的信號可以採用最大比值合併技術相干(coherently)合併，這種技術能給出更好的性能，或者按另一種方式，選擇最強的信號。信號的合併或最強信號的選擇是由該收發信機的在圖4中未示出的元件實現的。
本發明的實施例的目的是要提供一種收發信機，這種收發信機能夠支持兩種工作方式，並且至少能減少前面討論的結構所存在的問題。這兩種工作方式最好為TDD工作方式和FDD工作方式。
根據本發明的一個方面，提供了一種用於無線通信的收發信機，它包括第一天線和與之耦合的第一濾波器裝置，用於發射第一頻段中的信號；第二天線和與之耦合的第二濾波器裝置，根據該收發信機的工作方式接收第一頻段中的信號或不同的第二頻率的信號，由此，在該收發信機的第一種工作方式中，該收發信機通過第一天線發射第一頻段中的信號，並且通過第二天線接收第二頻段中的信號，而在第二工作方式中，該收發信機通過第二天線接收第一頻段中的信號。
由於信號是由不同的天線接收和發射的，所需的隔離度降低了。這是因為天線之間將存在耦合損耗，這種損耗會降低所需的隔離度。這種耦合損耗產生的原因是第一和第二天線被彼此物理地隔開。
本發明的實施例可以與使用不同的頻段的任何系統聯用，用於上行線路和下行線路通信。
第一工作方式可以是FDD工作方式，而第二工作方式可以是TDD工作方式。
雖然所有信號可僅由第二天線接收，並且所有信號僅由第一天線發射，但最好是，在第一種工作方式中，第一天線和第一濾波器裝置用於接收第二頻段中的信號。在這種結構中信號最好僅通過第一天線發射。
最好是，處理裝置處理在第一種工作方式中由所述第一天線和所述第二天線接收的信號，以提供空間分集，從而改善性能。信號可以相干合併，或者可以選擇由第一和第二天線接收的信號中的較強信號。合併可以是相干合併諸如最大比值合併。由該收發信機接收的信號通常將通過多個不同的路徑傳輸。這被稱為多徑效應。由於信號傳輸的路徑導致信號衰減所引起的任何問題通過另外的路徑傳輸到達另一天線的信號足夠強可以減輕。因此，本發明的實施例能夠既提供空間分集又提供，能夠工作在FDD和TDD工作方式中的收發信機，但它不會產生前面討論的結構的缺點。
第一濾波器裝置最好包括一個雙工濾波器，此雙工濾波器具有調諧至第一頻段的第一部分和調諧至第二頻段的第二部分，由此在使用時要發射的信號由第一部分濾波，而接收的信號由所述第二部分濾波。
第二濾波器裝置可包括調諧至第一頻段的第一濾波器和調諧至第二頻段的第二濾波器。最好設置開關裝置，以用於在第一種工作方式中將第二天線耦合至第二濾波器，並且在第二種工作方式中將第二天線耦合至第一濾波器。由於第一和第二天線之間的耦合損耗，開關裝置不需要提供與前面討論的結構所需的相同的隔離度。因此，開關裝置可以更容易地和更便宜地實現。
或者，第二濾波器裝置可以包括一個可調諧濾波器，在第一種工作方式中此可調諧濾波器調諧至第二頻段，而在第二種工作方式中將它調諧至第一頻段。同樣，由於天線之間的耦合損耗，降低了需要由此可調諧濾波器提供的隔離度。因此，這個可調諧濾波器可以比圖2中所示的公知結構更容易地實現。
第一和第二濾波器裝置的輸出最好耦合至相應的放大器裝置和混頻器裝置。在第一種工作方式中，該收發信機最好用於同時接收和發射信號。不過，在第二種工作方式中，該收發信機設置成不同時發射和接收信號。在第二種工作方式中，該收發信機最好設置成通過第一天線發射第一頻段中的信號，該收發信機在第二種工作方式中不是同時發射和接收信號。
第一頻段可以具有第一部分和第二部分，在第一種工作方式中，所述第一天線以第一頻段的第一部分發射信號，在第二種工作方式中，所述第二天線以第一頻段的第二部分接收信號。在第二種工作方式中，第一天線最好設置成以第一頻段的第二部分發射信號。
該收發信機最好設置成以碼分多址格式、時分多址格式或者任何其它的合適格式接收和發射信號。
因此，本發明的實施例可以與任何其它的擴展頻譜或非擴展頻譜接入技術聯用。移動站最好包括前面描述的收發信機。
為了更好地理解本發明及其如何實施，下面將以舉例方式參照附圖進行描述，附圖中圖1顯示出提出的第一種收發信機，該收發信機支持兩種工作方式；圖2顯示出提出的第二種收發信機，該收發信機支持兩種工作方式；圖3顯示出提出的第三種收發信機，該收發信機支持兩種工作方式；圖4顯示出第四種收發信機，該收發信機僅支持單一工作方式並且採用最大比值合成空間分集技術；圖5是本發明的第一實施例的示意圖，此實施例支持兩種工作方式；圖6是本發明的第二實施例的示意圖，此實施例支持兩種工作方式；圖7是本發明的第三實施例的示意圖，此實施例支持兩種工作方式；圖8是本發明的第四實施例的示意圖，此實施例支持兩種工作方式並且採用直接轉換；
圖9是一種蜂窩式電信網絡的部分示意圖，其中可以採用本發明的實施例；圖10a顯示出用於F/TDMA系統的FDD工作方式的原理；圖10b顯示出為CDMA工作方式採用FDD工作方式的一個系統；圖10c顯示出採用FDD工作方式和TDD工作方式的一個系統；圖10d顯示出圖10a的系統中使用的幀結構。
現在參照圖5，此圖顯示出本發明的第一實施例。應當理解的是，與前面的各圖中相同的元件仍由相同的參考數字表示。
圖5中所示的結構具有兩種工作方式。最佳方案是，FDD工作方式採用CDMA,TDD工作方式採用TDMA或TDMA/CDMA混合工作方式。在FDD工作方式中，第一天線2以頻段F1發射信號。應當理解的是，信號將是在第一頻段內的信道之一中發射的。要發射的信號以中頻輸入至第二混頻器18。第二混頻器18具有來自於第一高頻合成器16的輸入，高頻合成器16按給定的頻率產生一個信號。第二混頻器18的輸出是射頻的發射信號。隨後，此射頻信號由功率放大器22放大。功率放大器22的輸出通過雙工濾波器6的發射濾波器部分6b傳送。雙工濾波器6的發射濾波器部分6b濾除包括接收頻段F2中的頻率在內的不希望的頻率。
在FDD工作方式中，第一天線2接收一個信號，此信號的所需要的部分處於射頻頻段F2中。同樣，信號將是在第二頻段內的信道之一中被接收的。F1和F2限定了不同的、不重疊的頻段。這兩個頻段可能是分離的。接收濾波器部分6a將濾除處於所要求的頻段F2之外的任何信號，包括由天線以頻段F1發射的信號。所接收的並經濾波的信號被輸入至低噪聲放大器12，後者對信號進行放大。放大的信號被輸入至第一混頻器14。通過第一混頻器14，接收的信號與來自於第一合成器16的一個信號混合，從而提供一個輸出信號，此信號是以中頻表示的接收信號。
另外，在FDD工作方式中，第二天線30用於接收處於頻率F2的信號。第一開關40處於這樣的位置第二天線30連接至第一接收濾波器32。第一開關40在一側連接至第二天線30，在另一側連接至第一接收濾波器32或者第二接收濾波器44。第二接收濾波器44的用途將在後面討論。第一接收濾波器32對接收的信號進行濾波，去除不處在頻段F2中的任何分量。第一和第二接收濾波器32和44均是帶通濾波器。
第二開關42將第一接收濾波器32的輸出連接至第二低噪聲放大器34。第二開關42在一側連接至第一接收濾波器32或第二接收濾波器44，在另一側連接至第二低噪聲放大器34。第二低噪聲放大器34的輸出被輸入至第三混頻器36，第三混頻器還接收來自於第二高頻合成器38的輸入信號。由此，第三混頻器36使接收的信號從射頻降頻至中頻，因此第三混頻器36的輸出是以中頻表示的接收信號。這個中頻可以與第一混頻器14輸出的信號或者輸入第二混頻器18的信號的中頻相同，也可以不同。
因此，在FDD工作方式中，圖5中所示的電路將採用空間分集技術。兩個天線2和30通常隔開與終端的尺寸相應的距離。一般情況下，天線之間的間隔越大越有利。間隔可以(例如)等於1/2-1波長。同一信號將由這兩個天線2和30接收。不過，由這兩個天線接收的信號可能經過了不同的路徑，並因此具有不同的強度和不同的多徑效應。從這兩個天線2和30接收的信號可以簡單地採用最大比值合成方法相干合成，或者，採用由這兩個天線2和30接收的兩個信號中的較強的一個信號，而廢棄較弱的一個信號。
FDD工作方式允許接收頻段F2中的信號和發射頻段F1中的信號。信號可以同時接收和發射。另外，要接收的信號可以由兩個分開的天線接收，由此給出接收信號的空間分集。
在TDD工作方式中，第一開關40將處於圖5中所示的位置，並且將第二天線30連接至第二接收濾波器44。第二接收濾波器44調諧至頻段F1，這是在FDD工作方式中發射信號採用的頻率。由第二天線30接收的信號通過第二接收濾波器44濾波，去除不處在頻段F1中的任何分量。第二開關42處於圖5中所示的位置，並且將第二接收濾波器44的輸出連接至第二低噪聲放大器34的輸入。接收信號由此被放大。低噪聲放大器34的輸出連接至第三混頻器36，正如FDD工作方式中那樣。接收信號從射頻降頻至中頻。
如果第二合成器38僅僅提供與FDD工作方式中相同的頻率，那麼在FDD和TDD工作方式中從第三混頻器36輸出的中頻將是不同的。不過，由第二合成器38輸出的頻率是可以改變的，這樣，在FDD和TDD工作方式中第三混頻器36的輸出可以是相同的。
在TDD工作方式中，信號將由第二天線30在頻段F1中接收。由於連接至第一天線的雙工濾波器6的接收濾波器部分6a被調諧至頻段F2，所接收的具有頻率F1的信號將被接收濾波器部分6a濾出並因此去除。在TDD工作方式中，要接收的信號僅僅通過第二天線30被成功地接收，第二接收濾波器44被調諧至頻率F1。正如第一種工作方式中那樣，在TDD工作方式中，要發射的任何信號均採用由第二混頻器18、低噪聲放大器22和雙工濾波器6的發射濾波器部分6b限定的路徑。在TDD工作方式中，信號發射和接收將不是同時的，但接收和發射的信號將處於同一頻段F1中。
在TDD工作方式中，信號由第二天線30接收並由第一天線2發射。在FDD工作方式中，信號僅由第一天線2發射，而由第一和第二天線2和30兩者接收。由於兩個天線是分開的，這會導致兩個天線之問的耦合損耗。通常，這種損耗將大於30dB。因此，在FDD工作方式中，要發射的信號的至少一部分將通過第二接收濾波器44的可能性降低了。在FDD工作方式中，第二接收濾波器44是旁路的。因此，在FDD工作方式中，為了避免要發射的信號妨礙接收的信號，第一和第二開關40和42所需的隔離度遠低於圖1-3中所示的結構。另外，由於第一和第二開關40和42用於該收發信機的僅接收信號的那一部分中，當如圖1-3中所示的結構中那樣發射信號通過這些開關時所要求的高線性度也是不需要的。由此，與圖1-3中的結構所需的開關相比，第一和第二射頻開關40和42需要較低的隔離度和線性度。這使得實現開關40和42要比實現圖1-3的結構所需的開關更為便宜和容易。另外，在FDD工作方式中，採用這種結構還可以實現空間分集的有益性。
圖5中描繪的實施例可以採用一種不對稱工作方式，這種方式作為一種變換的工作方式，其中，需要從基站向移動站發射的信息量可以超過需要從移動站向基站發射的信息量。
在這種不對稱方式中，為一個移動站和一個基站之間的通信配置了兩個信道，一個信道處於第二頻段F2，一個信道處於第一頻段F1。由於上行線路和下行線路之間的不對稱方式，基站將連續地在配置於第二頻段F2中的信道中發射信號。移動站將通過第一天線2接收第二頻段F2中的那些信號。在不對稱方式中，第一頻段F1中配置的信道用於TDD方式，以便移動站僅在部分時間例如1/8時間內通過第一天線2在這個信道中發射信號，而在其餘時間例如剩餘的7/8時間內，此信道用於由基站向移動站發射信號。在第一頻段F1中由基站發射的信號是通過移動站的第二天線30接收的。由此，在不對稱方式中，移動站在7/8時間內同時從基站接收兩個信道(的信號)，一個信道處於第二頻段F2中並且通過第一天線接收，另一信道處於第一頻段F1中並且通過第二天線接收。在1/8時間內，移動站將通過第一天線接收頻段F2中的信號，並且同時將通過第一天線發射第一頻段F1中的信號。不對稱方式有效地允許基站使用除了第二頻段F2中的信道之外的第一頻段F1中的可用信道。
在圖5中描繪的實施例的一種改進方案中，在TDD工作方式中，第二天線30將接收第一頻段F1中的信號，而第一天線2將同時接收第二頻段F2中的信號。在與圖5中描繪的實施例相同的或者其另一改進的方案中，信號可以同時在頻段F1中發射和接收，儘管使用了頻段F1中的不同的頻段。例如，可以使用圖10c中所示的均處於頻段F1中的頻段Fa和Fb，其中一個頻段用於接收，一個頻段用於發射。這是可能的，因為使用了兩個不同的天線。應當理解的是，這些改進方案也可以應用於後面描述的其它實施例。
現在參照圖6，此圖顯示出本發明的第二實施例。除了以下區別外圖6中所示的結構與圖5中所示的結構是相同的第一和第二開關40和42以及第一和第二接收濾波器32和34已由一個可調諧接收濾波器46替代，根據工作方式，這個可調諧接收濾波器可以被調諧至頻段F1或F2。在FDD工作方式中，可調諧濾波器46將調諧至頻段F2。由此，頻段F2中的同一信號將通過能產生空間分集的第一和第二天線2和30接收。信號通過第一天線2發射並且處於頻段F1中。
在TDD工作方式中，可調諧濾波器46將調諧至頻率F1，這是在FDD工作方式中用於發射信號的頻率。可調諧濾波器46具有一個控制輸入，它根據工作方式控制濾波器46被調諧的頻率。頻段F1中的信號只能成功地通過第二天線30被接收，並且通過第一天線2在相同頻段中但不同時地被發射。
圖6中所示的可調諧濾波器46不會受到圖2中所示的可調諧雙工濾波器在FDD工作方式中產生的相同問題的影響。這是因為可調諧接收濾波器46與用於發射信號的輸出路徑的相關部分物理地分離。輸出路徑的相關部分是由雙工濾波器的發射濾波器部分6b和第一天線2確定的。這是第一天線2和第二天線30分離的結果。因此，可調諧濾波器46和用於發射信號的輸出路徑的相關部分之間存在固有的隔離。在FDD工作方式中，由於要發射的信號幹擾接收信號所帶來的困難可以減小，或者甚至在不需要可調諧濾波器46具有很高隔離度的情況下就可消除這些困難。因此，可調諧濾波器46所需的隔離度遠低於圖2的雙工濾波器所需的隔離度。因此實現圖6的可調諧濾波器要比實現圖2的濾波器容易得多且便宜得多。
第二實施例可以按照與相對於第一實施例描述的相同的方式改進。
現在將參照圖7，此圖顯示出本發明的第三實施例。對與圖5和6中所示的相同的那些元件將不再描述，並且將以相同的參考數字表示。在這個實施例中，第一頻段F1分為兩個部分，正如從圖10c中所看到的。具體地講，此頻段的第一部分Fa用於在FDD方式中從移動站向基站發射信號。第一頻段的第二部分Fb用於在TDD工作方式中由基站向移動站發射信號。另外，這個相同的頻段Fb可用於在TDD工作方式中由移動站向基站發射信號。在FDD工作方式中，基站使用第二頻段F2向移動站發射信號。
在這個實施例中，除了第二接收濾波器44′外，連接至第二天線30的元件與第一實施例中連接至第二天線30的元件基本上相同。在圖7所示的實施例中，第一接收濾波器32′被調諧至頻段F2，而第二接收濾波器44′被調諧至頻段Fb。應當指出的是，在圖7所示的實施例中連接至第二天線30的元件，其工作方式與圖5所示的實施例中連接至第二天線30的元件相同。
連接至第一天線2的元件與第一實施例的區別在於設置了一個附加濾波器70，它帶有兩個附加的開關72和74。第一附加開關72將第一天線2連接至附加濾波器70或雙工濾波器6。第二附加開關74將附加濾波器70或雙工濾波器6的發射部分6b連接至功率放大器22。附加濾波器70是一個帶通濾波器，它被調諧至頻段Fb。雙工濾波器6的發射部分6b被調諧至頻段Fa。
在FDD工作方式中，第二天線30連接至第一接收濾波器32，以接收F2頻段的信號。第一天線2也接收頻段F2中的信號，這些信號被傳送至雙工濾波器6的接收部分6a。要發射的信號處於頻段Fa中，並且從功率放大器22輸出至雙工濾波器6的發射部分6b，此部分被調諧至頻段Fa。隨後，這些信號由天線2發射。
在TDD工作方式中，第二天線30連接至第二接收濾波器44′，以接收頻段Fb中的信號。第一天線2如此設置要發射的信號從功率放大器22輸出至附加濾波器70，並且隨後由第一天線2發射。
就象圖6中所示的實施例那樣，第一和第二接收濾波器32和44′可以由一個可調諧濾波器替代。
圖7中所示的實施例的一個優點是，在FDD工作方式中，附加開關72和74需要比圖1-3所示的結構中的開關低的隔離度。這是因為在TDD方式中使用了與FDD方式中不同的頻段。在FDD方式中，濾波器70使通過這個旁路路徑洩漏至天線的處於F2頻段中的發射信號噪聲衰減，這樣任何反饋幹擾均是可容許的。同時，附加開關72和74應當是線性的，這些開關的實現是不難的，因為這些開關需要提供的隔離遠低於圖1-3中所示的結構。
本發明的第四實施例顯示在圖8中。圖8與圖6中所示的實施例相似。不過，不是將接收信號轉換為中頻，而是接收信號被直接轉換為基帶頻率。採用圖6(以及圖5和7)中所示的結構，必需將接收的信號降頻至中頻並且再從中頻轉換至基帶頻率。在圖8所示的結構中，接收的信號在單一步驟中從射頻降頻至基帶I和Q頻率，並且發射信號在一個步驟中從基帶I和Q頻率轉換為射頻。換句話說，沒有使用中頻。
在無線通信中，通常以I和Q格式表示信號，這是數據流的一種正交(正弦和餘弦)表示方式。這種正交(quadrature)表示方式是一個調製信號，它包括正弦和餘弦部分，並且上行轉換形成一個中頻的或者射頻的信號。因此，對於接收的信號，如果它從射頻直接轉換為基帶I和Q頻率，就必需同時再生正弦和餘弦分量。為實現這個過程，第一混頻器14′和第三混頻器36′為正交混頻器，並且各自包括兩個混頻器，一個用於I分量，一個用於Q分量。第一和第三混頻器14′和36′各自具有兩個輸入40、41、48和49，它們分別來自於第一和第二合成器16′和38′。第一和第二合成器16′和38′的輸出之一將相對於另一輸出相位變化90°。因此，相應的第一和第三混頻器14′和36′從相應的合成器16′和38′接收兩個信號，這兩個信號頻率相同但相位相差90°。採用不同的合成器輸入48、49、40、41，相應的混頻器14′和36′產生獨立的輸出44、45、51、53。每個混頻器14′和36′的兩個輸出之一44和53表示基帶頻率的接收信號的正弦分量，而每個混頻器14′和36′的第二輸出45和51表示基帶頻率的接收信號的餘弦分量。接收信號的正弦和餘弦分量隨後將由一個解調器(未示出)解調。
相似地，對於發射信號，必需將處於基帶頻率的要發射的信號的正弦和餘弦部分合成。因此，正弦和餘弦(I和Q)分量各自通過獨立的輸入46和47被輸入至第二混頻器，第二混頻器是一個正交混頻器，它具有來自於第一合成器16′的兩個輸入42和43。來自於第一合成器16′的兩個輸入42和43彼此相位差90°。通過正弦和餘弦分量合成為單一信號，混頻器18′的輸出提供了要發射的中頻信號。此信號將處於頻段F1中。
應當理解的是，圖5、6和7中所示的實施例可以按相似的方式改進，以實現直接的下行轉換，即，接收信號直接為基帶頻率，並且要發射的信號直接從基帶頻率轉換為射頻。
以下情況也是可能的接收信號的一個或兩個直接轉換為基帶頻率，而發射信號轉換為中頻。同樣，發射信號可以從基帶頻率直接轉換為射頻，而接收信號的一個或兩個下行轉換為中頻。
在本發明的實施例的一種改進方案中，TDD方式可以用於特殊(adhoc)網絡方式，其中移動站直接相互通信而不通過基站。這種改進方案可以用於無線區域網(LAN)。或者，FDD也可以用於終端之間的直接通信而不使用任何基站。
在圖5-8所示的實施例的一種改進方案中，第一天線僅用於發射頻段F1中的信號。由此第一天線被設置成不接收任何信號。第二天線根據工作方式僅接收處於頻段F1或頻段F2的信號。這種改進避免了圖1-3中所示的結構的困難。還可以省略雙工濾波器和與雙工濾波器的接收部分相關的元件。
為了應用於FDD和TDD兩種方式的收發信機中，圖5、6和8中所示的結構可以根據圖10d所示的以及圖7所示的實施例中採用的原理進行改進。
參照圖9，它示出了可以採用本發明的實施例的典型蜂窩式通信網絡的部分。一個移動站50或52用於和一個基站54進行通信，基站54起到一個網孔的作用，兩個移動站50和52設置於其中。在一種改進方案中，單個移動站可以與多個基站通信。移動站可以採用FDD工作方式與一個基站通信，並且採用TDD工作方式與其它基站通信。在本發明的另一種改進方案中，通信可以(例如)直接發生在兩個移動站之間而不通過收發信基站。應當理解的是，用於工作在TDD方式以及FDD方式的收發信基站可以不同於僅工作在FDD方式的收發信基站。
應當理解的是，FDD和TDD系統可以是不同的，並且採用例如不同的多址方法、不同的調製方法、不同的調製帶寬等。
儘管已經通過採用TDMA和CDMA系統的通信方式描述了本發明的實施例，但本發明的實施例還可以適用於其它類型的擴展頻譜通信和非擴展頻譜通信方法。本發明的實施例尤其適用於FDD和TDD兩種工作方式的設備，這些設備要求按至少一種工作方式同時接收和發射信號。在不同的工作方式中可以採用不同的接入方法。本發明的實施例還可包括在除移動站之外的設備中。例如可引入本發明的基站或固定站。
權利要求
1．一種用於無線通信的收發信機，包括第一天線和與之耦合的第一濾波器裝置，用於發射第一頻段中的信號；和第二天線和與之耦合的第二濾波器裝置，用於根據該收發信機的工作方式接收第一頻段中的信號或不同的第二頻率的信號，其中，在該收發信機的第一種工作方式中，該收發信機通過第一天線發射第一頻段中的信號，並且通過第二天線接收第二頻段中的信號，而在第二工作方式中，該收發信機通過第二天線接收第一頻段中的信號。
2．根據權利要求1的收發信機，其中，第一天線和第一濾波器裝置接收第二頻段中的信號。
3．根據權利要求2的收發信機，其中，處理裝置處理在第一種工作方式中由所述第一天線和所述第二天線接收的信號，以提供空間分集。
4．根據權利要求2或3的收發信機，其中，所述第一濾波器裝置包括一個雙工濾波器，此雙工濾波器具有調諧至第一頻段的第一部分和調諧至第二頻段的第二部分，由此在使用時要發射的信號由所述第一部分濾波，而接收的信號由所述第二部分濾波。
5．根據前述任一權利要求的收發信機，其中，所述第二濾波器裝置包括調諧至所述第一頻段的第一濾波器和調諧至所述第二頻段的第二濾波器。
6．根據權利要求5的收發信機，其中，設置有開關裝置，用於在第一種工作方式中將第二天線耦合至第二濾波器，並且在第二種工作方式中將第二天線耦合至第一濾波器。
7．根據權利要求1-4中任一權利要求的收發信機，其中，所述第二濾波器裝置包括一個可調諧濾波器，在第一種工作方式中此可調諧濾波器調諧至第二頻段，而在第二種工作方式中它調諧至第一頻段。
8．根據前述任一權利要求的收發信機，其中，第一和第二濾波器裝置的輸出耦合至相應的放大器裝置和混頻器裝置。
9．根據前述任一權利要求的收發信機，其中，在第一種工作方式中，該收發信機用於同時接收和發射信號。
10．根據權利要求1-9中任一權利要求的收發信機，其中，在第二種工作方式中，該收發信機用於通過第一天線發射第一頻段中的信號，該收發信機在所述第二種工作方式中不同時發射和接收信號。
11．根據前述任一權利要求的收發信機，其中，所述第一頻段具有第一部分和第二部分，在第一種工作方式中，所述第一天線發射第一頻段的第一部分中的信號，在第二種工作方式中，所述第二天線接收第一頻段的第二部分中的信號。
12．根據權利要求11的收發信機，其中，在第二種工作方式中，第一天線發射第一頻段的第二部分中的信號。
13．根據前述任一權利要求的收發信機，其中，該收發信機以碼分多址格式接收和發射信號。
14．一種移動站，包括根據前述任一權利要求的收發信機。
15．根據權利要求1的收發信機，其中，該收發信機僅通過第一天線發射信號並且僅通過第二天線接收信號。
16．根據權利要求15的收發信機，其中，要發射的信號處於第一頻段中，要接收的信號處於第一頻段中或者不同的第二頻段中。
17．一種用於無線通信的收發信機，包括第一天線和與之耦合的第一濾波器裝置，用於發射第一頻段中的信號；和第二天線和與之耦合的第二濾波器裝置，用於根據該收發信機的工作方式接收不同的第二頻段或第三頻段中的信號，由此，在該收發信機的第一種工作方式中，該收發信機通過第一天線發射第一頻段中的信號，並且通過第二天線接收第二頻段中的信號，而在第二工作方式中，該收發信機通過第二天線接收第三頻段中的信號。
18．根據權利要求17的收發信機，其中，第三頻段與第一頻段相同或者包含在第一頻段中。
19．根據權利要求17的收發信機，其中，第三頻段不同於第一和第二頻段。
20．根據權利要求17、18或19的收發信機，其中，在第二種工作方式中，該收發信機通過所述第一天線發射第三頻段中的信號。
全文摘要
本發明提供了一種用於無線通信的收發信機，它包括第一天線和與之耦合的第一濾波器裝置，用於發射第一頻段中的信號；和第二天線和與之耦合的第二濾波器裝置，用於根據該收發信機的工作方式接收第一頻段中的信號或不同的第二頻率的信號。在該收發信機的第一種工作方式中,該收發信機通過第一天線發射第一頻段中的信號，並且通過第二天線接收第二頻段中的信號，而在第二工作方式中，該收發信機通過第二天線接收第一頻段中的信號。或者，第二天線和第二濾波器可以接收第三頻段中的信號，並且在第二種工作方式中，該收發信機通過第二天線接收第三頻段中的信號。
文檔編號H04B7/02GK1237866SQ9910809
公開日1999年12月8日 申請日期1999年5月27日 優先權日1998年5月27日
發明者J·武奧裡奧, H·利爾亞 申請人:諾基亞流動電話有限公司