МНОГОДИАПАЗОННЫЙ РАДИОМОДУЛЬ
MULTI-RANGE RADIO MODULE

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:
Рабочийдиапазон
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.