一种基于四工器的射频收发设备及射频收发方法与流程

1.本发明涉及射频收发设备领域，尤其涉及一种基于四工器的射频收发设备及射频收发方法。


背景技术：

2.平板电脑、智能手机、智能手表等通信产品，通过接收各种不同的射频信号，来实现数据信号的获取与发送，不同的射频信号对应有不同的频率范围，不同的射频信号也需要不同频率的滤波器进行滤波，而对于通信产品的设计及生产企业来说，需要综合考虑产品的使用场景、范围结合到产品的生产成本，部分频段的射频信号不会完全在产品的适用范围之内，只需要针对产品使用涉及的频段设置指定频率范围的滤波器即可，但是面对现在全球化市场的环境下，一个通信设备通常会有多种频段需求以满足不同地区人员的使用，通过简单堆砌双工器的方式实现多频段的收发功能，会导致pcba板设计难度加大、信号屏蔽、抗干扰能力差等问题。
3.例如，fdd lte频段的无线通信频段band1(b1)，band3(b3)和band4(b4)中，由于b4属于海外频段，在国内的一些设计中通常基于成本原因，在产品设计项目中没有将b4设计到产品中，但是由于国内通信产品逐渐开拓海外市场，产品面临新客户的新频段需求。常见的方式是新增加一个双工器以增加频段接收，由此使本就布板面积受限的pcba的设计难度成几何倍数上升，另外新增附加的各种寄生参数、干扰、噪声等使得产品的emc设计成为产品开发人员的难题。如果直接使用一颗六工器可实现对应上述三个频段的rf收发功能，考虑到六工器的制造工艺和由此带来的生产成本，以及对应频段的实际发射和接收性能，均制约了其在产品中的实际应用。相对传统的分立器件方案，六工器方案虽然节约了器件个数和布板面积，但是其端口开销个数仅在txm端减少两个。一颗六工器的制造成本当前比三颗双工的总造价还要高。性能上，六工器因集成频段较多，各个信号的隔离无法做到最佳，况且指标调试时，尤其是频段公共端的调试，需要兼顾不同三个频段的性能要求，实际使用的难度较大。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于四工器的射频收发设备及射频收发方法，旨在解决现有的射频收发设备中无法兼顾多频段、低成本及高性能的问题。
5.根据本申请实施例，提供了一种基于四工器的射频收发设备，包括频段切换开关、四工器、信号收发器、处理器及放大器，所述频段切换开关、四工器及所述放大器依次连接，所述放大器的输出端与所述四工器连接，所述处理器与所述信号收发器连接；所述四工器包括上行滤波组件和下行滤波组件，所述上行滤波组件和下行滤波组件的频率不同；所述上行滤波组件包括第一上行滤波器，所述第一上行滤波器接收至少两个上行频段信号，一所述上行频段信号的频率范围包含其他上行频段信号的范围，所述第一上行滤波器的频率与最大范围的所述上行频段信号相同；所述下行滤波组件包括第一下行滤波器，所述第一
下行滤波器接收至少两个下行频段信号，一所述下行频段信号的频率范围包含其他下行频段信号的范围，所述第一下行滤波器的频率与最大范围的所述下行频段信号相同。
6.优选地，所述上行滤波组件还包括第二上行滤波器，所述第二上行滤波器的频率与所述第一上行滤波器的频率不同；所述下行滤波组件还包括第二下行滤波器，所述第二下行滤波器的频率与所述第一下行滤波器的频率不同。
7.优选地，所述第一上行滤波器的频率为1710
‑
1785mhz，所述第一下行滤波器的频率为2110
‑
2170mhz。
8.优选地，所述第一上行滤波器和所述第二上行滤波器的输入端连接所述放大器，输出端连接所述频段切换开关；所述第一下行滤波器和所述第二下行滤波器的输入端连接所述频段切换开关，输出端连接所述信号收发器。
9.优选地，所述第一上行滤波器的频率为1710
‑
1770mhz，所述第一下行滤波器的频率为2110
‑
2170mhz。
10.本发明还提供一种基于四工器的射频收发方法，包括以下步骤：步骤s1：获取至少三个不同的射频信号，所述至少三个不同的射频信号中，至少两个射频信号的频率范围具有包含关系；步骤s2：将四工器中的至少一个滤波器的频率设置为具有包含关系的所述至少两个射频信号中最大范围的频率；及步骤s3：具有包含关系的所述至少两个射频信号穿过同一个滤波器。
11.本发明提供的基于四工器的射频收发设备及射频收发方法具有以下有益效果：
12.1、通过设置频段切换开关、四工器及所述放大器依次连接，所述放大器的输出端与所述四工器连接，所述处理器与所述信号收发器连接，在四工器内设置上行滤波组件和下行滤波组件，基于第一上行滤波器和第一下行滤波器的频率设置，将具有频率范围包含关系的多个射频信号同时经过第一上行滤波器和第一下行滤波器，实现一个四工器对三个频段的收发操作，信号收发器只需要设置两个输入端口，放大器只需要设置两个输出端口，且频段切换开关的端口也缩减到了一个，减少了设备中每个元器件的收发端口设置，端口开销的减少在日益增多的频段需求前提下可以减少频段切换开关的配置，一方面节约器件成本的同时也减小了因开关引入造成的信号衰减。另一方面布线条数也随着器件个数和端口开销的减少而随之减少，而信号线之间的隔离度随之增大，信号之间的干扰愈发变小，信号质量大大改善，保证了设备的高性能，也缩减了布板面积。同时四工器相比于六工器，市场使用更加成熟，具有更低的成本，集成频段较少，信号之间的隔离更好，调试过程中也更加容易，具备更大范围的使用场景。
13.2、所述四工器包括上行滤波组件和下行滤波组件，所述上行滤波组件和下行滤波组件的频率不同，也即上行滤波组件和下行滤波组件基于频率的不同可以同时进行上行工作和下行工作。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明第一实施例提供的基于四工器的射频收发设备的结构示意图。
16.图2是本发明第一实施例提供的基于四工器的射频收发设备中四工器的结构示意图。
17.图3是本发明第一实施例提供的基于四工器的射频收发设备用于调试的数据图。
18.图4是本发明第二实施例提供的基于四工器的射频收发方法的流程图。
19.标号说明：
20.1、基于四工器的射频收发设备；
21.11、频段切换开关；12、四工器；121、上行滤波组件；1211、第一上行滤波器；1212、第二上行滤波器；122、下行滤波组件；1221、第一下行滤波器；1222、第二下行滤波器；13、信号收发器；14、处理器；15、放大器。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的
″
一
″
、
″
一个
″
及
″
该
″
意在包括复数形式。
24.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语
″
和/或
″
是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
25.请结合图1和图2，本发明第一实施例公开了一种基于四工器的射频收发设备1，包括频段切换开关(txm)11、四工器12、信号收发器(transceiver)13、处理器(cpu)14及放大器(pa)15，所述频段切换开关11、四工器12及所述放大器15依次连接，所述放大器15的输出端与所述四工器12连接，所述处理器14与所述信号收发器13连接。
26.所述频段切换开关11为开关模组，用来切换射频通信频段，且接收或发出的射频信号都经过所述频段切换开关11与外部连接，四工器12用于将接收或发出的射频信号进行滤波，以输出指定频率范围的射频信号，信号收发器13用于接收四工器12滤波后的射频信号并传送至处理器14，或信号发生器13用于接收处理器14发出的信号后发送至放大器15，所述放大器15用于将信号发生器13发送来的射频信号进行处理后，发送至四工器12，最后经过频段切换开关11向外部发出射频信号，也即射频信号在上行状态时，是基于处理器14产生信号后，分别经过信号收发器13、放大器14、四工器12最后通过频段切换开关11向外部发出。当射频信号在下行状态时，通过频段切换开关11接收外部射频信号后，依次经过四工器12、信号收发器13最后发送至处理器14。
27.所述四工器12包括上行滤波组件121和下行滤波组件122，所述上行滤波组件121和下行滤波组件122的频率不同，也即上行滤波组件121和下行滤波组件122基于频率的不同可以同时进行上行工作和下行工作。
28.所述上行滤波组件121包括第一上行滤波器1211，所述第一上行滤波器1211接收至少两个上行频段信号，一所述上行频段信号的频率范围包含其他上行频段信号的范围，所述第一上行滤波器1211的频率与最大范围的所述上行频段信号相同。
29.所述下行滤波组件122包括第一下行滤波器1221，所述第一下行滤波器1221接收至少两个下行频段信号，一所述下行频段信号的频率范围包含其他下行频段信号的范围，所述第一下行滤波器1221的频率与最大范围的所述下行频段信号相同。
30.例如，在本实施例中，如图1中所示，b1的ul上行频率范围为1920
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1980mhz，b1的dl下行频率范围为2110
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2170mhz。b3的ul上行频率范围为1710
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1785mhz，b3的dl下行频率范围为1805
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1880mhz，b4的ul上行频率范围为1710
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1755mhz，b4的dl下行频率范围为2110
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2155mhz。可见，b1、b3和b4频段中，b4的ul上行频率范围包含于b3的ul上行频率范围，b4的dl下行频率范围包含于b1的dl下行频率范围，则所述第一上行滤波器1211的频率范围设置为：具有包含关系中最大范围的1710
‑
1785mhz，第一下行滤波器1221的频率范围设置为：具有包含关系中最大范围的2110
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2170mhz，使得在第一上行滤波器1211经过滤波后，可以同时将b3和b4的频段滤出，在第一下行滤波器1221经过滤波后，可以同时将b1和b4的频段滤出，并且上行频率和下行频率并不相同，可以实现上行工作和下行工作的同时进行。
31.又如，在一些其他实施例中，b10的ul上行频率范围为1710
‑
1770mhz，b10的dl下行频率范围为2110
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2170mhz，b10上行频率范围也包含在上述的b3上行频率范围之内，或b10上行频率范围包含上述的b4上行频率范围，b10的下行频率范围与b1相同，或包含b4的下行频率范围，则对应的，可以将所述第一上行滤波器1211的频率为1710
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1770mhz，所述第一下行滤波器1221的频率为2110
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2170mhz，完成对b1、b4和b10的处理，特别地，在该实施例中，由于b1、b4和b10的下行频率均具有包含关系，此时可以单独设置一个所述第一下行滤波器1221也可以实现下行工作的同时完成，进一步简化了设备，减少了元器件的设置，节约了成本，降低了布板面积和布线长度，均可以实现一个滤波器完成至少两个频段在上行频率和下行频率的处理效果，在本实施例中，仅以b1、b3和b4为例进行示例说明，不作为对本方案的限制。
32.可选地，作为又一种实施例，b65的ul上行频率范围为1920
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2010mhz，b65的dl下行频率范围为2110
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2200mhz，b66的ul上行频率范围为1710
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1780mhz，b65的dl下行频率范围为2110
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2200mhz，也即b65、b66和b3也适用于本方案的四工器12的处理，只要将所述第一上行滤波器1211的频率设置为1710
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1785mhz，第一下行滤波器的频率设置为2110
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2200mhz即可，当然，在其他射频频段中，还具有其他的具有频率包含关系的频段，均适用于本方案设置的四工器12处理，只要根据包含关系的多个频率范围中，选取频率最大的一个频率范围作为第一上行滤波1211和第一下行滤波器1221的频率即可，在此不再赘述。
33.可以理解，所述上行滤波组件121还包括第二上行滤波器1212，所述第二上行滤波器1212的频率与所述第一上行滤波器1211的频率不同。所述下行滤波组件122还包括第二下行滤波器1222，所述第二下行滤波器1222的频率与所述第一下行滤波器1212的频率不同。例如，在上述b1、b3和b4的例子中，第一上行滤波器1211同时处理b3和b4，则第二上行滤波器1212则单独处理b1，对应地，第一下行波滤波器1221同时处理b1和b4，则第二下行滤波器1222单独处理b3，也即通过设置第一上行滤波器1211、第二上行滤波器1212、第一下行滤波器1221及第二下行滤波器1222组成的四工器12可实现对3个频段(b1、b3和b4)的处理，在四工器12的基础上无需添加针对b4的双工器，只需软件modem修改相应的驱动代码即可实现b1、b3与b4的rf的发射与接收功能。
34.可以理解，所述第一上行滤波器1211和所述第二上行滤波器1212的输入端连接所
述放大器15，输出端连接所述频段切换开关11。所述第一下行滤波器1221和所述第二下行滤波器1222的输入端连接所述频段切换开关11，输出端连接所述信号收发器13，所述第一上行滤波器1211和所述第二上行滤波器1212将放大器15处理的射频信号经过滤波后发送至频段切换开关11向外发出，所述第一下行滤波器1221和所述第二下行滤波器1222将频段切换开关11接收的外部射频信号滤波后发送至信号收发器13。
35.请参阅图3，本发明提供的基于四工器的射频收发设备1的技术方案在实验室中性能的验证的数据图，具体操作步骤如下：
36.步骤s100：校准验通路：结果显示三个频段校准均pass，表明软件modem代码配置ok，硬件上频段通路正常。
37.步骤s200：非信令测试：结果pass，表明三个频段的性能指标符合3gpp协议要求。
38.步骤s300：有源信令测试：调试后的三个频段的部分发射和接收关键指标罗列如图3中所示
39.步骤s400：插卡实网测试：移动平台烧录固件和modem后，在国内插入三大运营商的sim卡，验证b1和b3的频段切换正常。因b4属于海外美洲频段，验证其功能须前往海外有b4的运营商归属地，结果移动平台在美洲某国家at&t运营商b4覆盖区域发现sim卡信号，表明b4频段切换正常。
40.请参阅图4，本发明第二实施例提供一种基于四工器的射频收发方法，其采用上述第一实施例提供的基于四工器的射频收发设备1，具体步骤如下：
41.步骤s1：获取至少三个不同的射频信号，所述至少三个不同的射频信号中，至少两个射频信号的频率范围具有包含关系。
42.步骤s2：将四工器中的至少一个滤波器的频率设置为具有包含关系的所述至少两个射频信号中最大范围的频率。及
43.步骤s3：具有包含关系的所述至少两个射频信号穿过同一个滤波器。
44.本发明提供的基于四工器的射频收发设备及射频收发方法具有以下有益效果：
45.1、通过设置频段切换开关、四工器及所述放大器依次连接，所述放大器的输出端与所述四工器连接，所述处理器与所述信号收发器连接，在四工器内设置上行滤波组件和下行滤波组件，基于第一上行滤波器和第一下行滤波器的频率设置，将具有频率范围包含关系的多个射频信号同时经过第一上行滤波器和第一下行滤波器，实现一个四工器对三个频段的收发操作，信号收发器只需要设置两个输入端口，放大器只需要设置两个输出端口，且频段切换开关的端口也缩减到了一个，减少了设备中每个元器件的收发端口设置，端口开销的减少在日益增多的频段需求前提下可以减少频段切换开关的配置，一方面节约器件成本的同时也减小了因开关引入造成的信号衰减。另一方面布线条数也随着器件个数和端口开销的减少而随之减少，而信号线之间的隔离度随之增大，信号之间的干扰愈发变小，信号质量大大改善，保证了设备的高性能，也缩减了布板面积。同时四工器相比于六工器，市场使用更加成熟，具有更低的成本，集成频段较少，信号之间的隔离更好，调试过程中也更加容易，具备更大范围的使用场景。
46.2、所述四工器包括上行滤波组件和下行滤波组件，所述上行滤波组件和下行滤波组件的频率不同，也即上行滤波组件和下行滤波组件基于频率的不同可以同时进行上行工作和下行工作。
47.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。