一种支持tdd和fdd同时工作的前端单元设计方案的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明提出了一种可以同时支持时分双工(Time Divis1n Duplexing,TDD)和频分双工(Frequency Divis1n Duplexing,FDD)的前端单元设计方案,特别是对于不同双工制式的链路组成共享和合路。本发明涉及时分双工(TDD)制式的通讯领域，包含但不限于TD-SCDMA、TD-LTE、PHS、WLAN、WIMAX、集群系统等，以及频分双工(FDD)制式的通讯领域，包含但不限于LTE、GSM、WCDMA, cdma系统等。
【背景技术】
[0002]无线通信的前端单元广泛存在基站(BS)、终端(UE)、微波通信(Mi crowaveCommunicat1n)数字天线分布系统(Digital DAS)、数字直放站(Digital Repeater) / 中继站(Relay)等通信产品中。
[0003]目前普遍通信设备的前端单元设计通常具有一定的针对性和限制:
[0004]I只支持单独或相邻频段的前端单元，比如基站的射频部分设计。主要是因为基站的发射功率比较大，天线口发射信号的杂散和线性要求很高。同样收信机方向也有很高的抗干扰和抗阻塞要求，造成放大器，滤波器，小信号收发信板等各个组成部分都只能是针对某个或者相邻的两个频段的。
[0005]2单套链路只能TDD或者FDD其中的一种，出于成本和商业模式等原因，这是最常见的设计。
[0006]3多个单模产品拼凑的多模产品。每个单模链路拥有相对独立的数模转换和模拟信号放大链路，在射频出口处通过腔体双工器或腔体多工器合路到同一个天线口。缺点在体积和功耗均较大。
[0007]随着移动通信技术的蓬勃发展以及UTRA长期演进(Long Term Evolut1n, LTE)技术的研究和推广，移动通信系统可以实现更高的数据速率、更短的时延、更低的成本，更高的系统容量以及改进的覆盖范围。
[0008]LTE系统同时定义了 FDD和TDD两种方式。无论哪种方式都使用了多输入多输出(Mult1-1nput Mult1-output ;ΜΙΜ0)来显著提高吞吐量。然而MIMO技术必然带来前端单元的数量增加，以2x2MM0为例，至少要求2个独立的发射链路和2个独立的接收链路。并且因为频段和容量覆盖的原因，LTE的基站建设会比2G、3G更加密集。
[0009]每个国家和地区通常都有多个无线网络运营商，每个运营商拥有不同的频段资源。在小功率覆盖场景，凭借不同制式不同频段使用现有的前端单元组合来实现MIMO的射频和天馈单元将会是种较大的浪费。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于:提出一种同时支持TDD和FDD的小功率前端单元的设计方案，复用部分链路组成部分，简化现有前端单元的结构，改善系统带宽并降低复杂度和功耗。可以实现适用具有宽频段的信号的收发和数模/模数转化。
[0011]同时支持TDD和FDD的小功率前端单元的技术方案是:
[0012]在TX的方向通过高速的DAC将TDD和FDD的数字采样信号同时转换模拟基带信号。常用的高速的DAC的采样速率可以到I?2Gsps。根据那奎斯特采样定理，这样的采样速率可以从数字恢复出几百兆的模拟信号带宽。甚至现在的芯片技术已经可以将DAC的采样速率提升到8Gsps。采样速率高的优势在于增加了带宽，简化了滤波器设计，扩大了系统的灵活性。
[0013]宽带的模拟基带信号经过基带滤波，基带滤波的带宽可以根据实际系统所需要的系统信号带宽决定。信号带宽又称为瞬时带宽(Instantaneous Bandwidth, IBW)。对于零中频的系统，基带滤波可以设置为系统IBW的一半以上。当然对于上面提到的采样速率特别高也即是DAC可以直接输出RF的模数转换设计，模拟中频或是零中频可以被略去，直接进入射频放大和滤波即可。
[0014]基带滤波后I (In-phase)和Q (Quadrature)信号进入IQ调制器，IQ信号被调制到所需要的频段，通常在几百兆到几千兆的频段被称为射频信号，调制器可以支持几百兆甚至更宽的信号带宽，当然射频信号的频率也是有影响的。
[0015]射频信号需要经过放大器，信号放大的倍数取决于需要输出功率及其相应覆盖范围的设计。对于中小功率来说，通常的放大器采用砷化镓GaAs或硅锗SiGe工艺，可以支持较宽的IBW并且同时拥有良好的线性度。需要注意的是对于固定器件，输出功率越大会有越高的互调产物(Intermodulat1n Product)和杂散发射(Spur1us Emiss1n)。这些产物会通常会影响系统的性能。
[0016]放大后的射频信号经由双工器进入天线，并向外辐射。双工器的主要功能是区分出上行和下行的信号，可以通过方向性器件比如宽带环形器和定向耦合器来区分开上下行方向的信号；也可以通过滤波型双工器分出FDD的上下行信号和TDD的信号，在TDD信号的基础上以射频开关区分TDD信号通道中的上下行信号。
[0017]在RX的方向，包含TDD和FDD的宽带射频信号从宽带天线进入双工器，分出的RX方向信号再经过放大器，IQ解调器和基带滤波器进入高速ADC。类似于TX方向的链路和器件特征，RX链路的放大器、解调器和基带滤波器同样可以支持较宽的信号带宽。目前超高速ADC的采样率已到了 3Gsps或者更高，也具有了直接采集较低频的射频的能力，在这种情况下解调器可以取消不用。
[0018]相对于传统的收发信前端单元，本发明所描述方案的特点在对于两种制式TDD和FDD的不同信号，共用于绝大部分链路器件(例如，数模/模数转换器，IQ调制和解调器，宽带放大器和衰减器)。两种制式可以包含2个甚至更多的频段。
[0019]本发明的有益效果还在于:1、可以同时收发TDD和FDD制式的信号；2、上、下行信号的带宽较宽；3、电路简单，体积小，成本低，便于实现推广。
【附图说明】
[0020]图1前端单元模块示意图
[0021]图2N套前端单元实现N路MMO示意图
[0022]图3宽带双工器示意图
[0023]图4滤波的双工器示意图
[0024]图5TX滤波、调制、放大链路示意图
[0025]图6RX放大、解调、滤波链路示意图
[0026]图7RX频分放大模块示意图
[0027]图8TDD和FDD表现在频域上的TX和RX示意图
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本发明作进一步说明:在图1中，基带处理单元309将多种制式的IQ数字信号发给数字中频器件308。数字中频器件通常是由现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)或者专门集成电路(ASIC, Applicat1n-specificintegrated circuit)来实现。根据传输距离和速率的不同，可能有的协议有CPRI, PCIe,0ΒΑΙ,Rapid1, JESD204A/B等。数字中频器件根据相应的协议将高速串行信号进行串/并转换和解码，并根据不同制式不同带宽信号的不同采样速率恢复出各个所需的载波数据。数字中频器件通过数控振荡器(NCO, numerical controlled oscillator)对各个载波做搬移，使其之间的相对位置与实际相当并合路到一起，也就是数字上变频(DUC，Digital UpConverter)。FDD的载波信号是一直存在的，TDD的载波信号则是根据不同时隙配比的定义只在发射时隙的才有意义，对与非发射时隙的TDD载波通常是填零。TDD和FDD系统的同步和帧对齐也是在数字中频器件308中实现的。数字上变频之后的数字信号在进DAC之间可能还需要经过一系列数字预的处理，比如削峰、数字衰减器、数字限幅器和IQ误差校正等，这些数字处理取决于系统的需求。
[0029]数字信号经由数模转化芯片305 (DAC, Digital to Analog Converter)转化为模拟基带信号，并将之送入TX滤波调制放人链路304中去。模拟基带信号包含了 TDD和FDD的载波，同样的TDD载波只在TDD的发射时隙中出现。在TDD的接收时隙中，TDD的发射载波表现为噪底。
[0030]图5细化了 TX滤波调制放大链路304。在这个链路中，也就是DAC之后，依次是基带滤波器401，IQ调制器402和可变增益放大器403。基带滤波的带宽可以根据实际系统所需要的系统信号带宽决定。从DAC到IQ调制器这一段通常也被成为模拟前端(AFE，Analog Front End),并且可以被集成在同一颗芯片里。
[0031]模拟前端的输出通常比较小，需要可变增益放大器403 (DVGA，Digital VariableGainAmplifier)放大。如果需要的输出功率比较大，还可由功率放大器404 (PA，PowerAmplifier)进一步放大。可变的增益通过数控衰减器来实现，当然也可以在数字域做数字增益处理来改变信号的强度，具体实现取决于系统要求。放人的宽带信号进入TX滤波器405，对于TDD和FDD同时存在的TX方向载波，需要TX滤波器米降低泄露到FDD RX频段的杂散，以降低或者避免杂散对FDD RX的接收灵敏度的影响。TX滤波器的设计要点是对TDD和FDD的TX频段是低损耗的通过，而对FDD的RX频段是高损耗的抑制。TX滤波器可以由单独的滤波器来实现，在必要的时候尤其是TDD和FDD的频段组成比较复杂的时