[发明专利]一种收发机设计方法及装置

说明书

本发明提出了一种收发机设计方法及装置，属于无线收发系统领域。本发明设计方法采用时分复用的方式，在多通道收发机前端对放大器单元进行复用，使多个接收通道共用一个低噪声放大器，多个发射通道共用一个功率放大器。本发明的收发机装置的前端包括射频滤波模块、前置时分模块、复用放大模块、后置时分模块和存储模块，采用时分复用的方式，利用每个通道的时分模块分时导通，使各通道内的信号在不同时隙被送入复用放大模块进行处理。本发明减小了多通道收发机的芯片面积，使收发系统高效化和小型化。

技术领域

本发明涉及无线收发系统的技术领域，特别地，涉及一种收发机设计方法及装置。

背景技术

无线通信系统包括天线、射频前端模块、射频收发模块和基带信号处理器四个模块。通常在无线通信系统中，收发信机一般采用数字中频架构，是在超外差架构的基础上，直接在中频频段对信号进行模数转换或数模转换，继续后续处理。

数字中频接收机如图1所示，沿信号传输方向，包括天线、射频滤波器、低噪声放大器(LNA：Low Noise Amplifier)、混频器、中频滤波器、可调增益放大器、模数转换器(ADC)、数字下变频器。其中，射频滤波器和低噪声放大器属于射频前端模块。天线接收到的来自空间的射频信号一次经过射频滤波器和低噪声放大器，以滤除射频带外干扰，并提高信噪比；滤波放大后的射频信号经过混频器的频谱搬移得到中频信号；然后中频信号经过中频滤波器进一步滤除杂散信号，经过可调增益放大器进一步对信号增益进行调节，以满足后面器件工作的功率需求；模拟中频信号进入模数转换器得到数字中频信号，之后数字中频信号经过数字下变频器的频谱搬移得到数字基带信号。至此，完成接收机的工作，输出数字基带信号，送入数字基带模块进行后续处理。

数字中频发射机如图2所示，沿信号传输方向，包括数字上变频器、数模转换器(DAC)、混频器、功率放大器(PA：Power Amplifier)、射频滤波器、天线。其中，功率放大器和射频滤波器属于射频前端模块。数字基带模块输出的数字基带信号进入发射链路，首先经过数字上变频器的频谱搬移得到数字中频信号；然后数字中频信号进入数模转换器得到的模拟中频信号，再经过混频器的频谱搬移得到模拟射频信号；射频信号经过功率放大器对信号进行放大，以满足天线发射的功率需求，之后再经过射频滤波器滤除杂散干扰；最后满足发射条件的射频信号从天线发射出去。至此，完成发射机的工作。

随着无线通信技术的发展，多进多出技术(MIMO：Multiple Input-MultipleOutput)已经被广泛应用在先进的通信系统中，形成多天线、多通道的MIMO系统。MIMO系统采用多根天线的收发系统架构，每一根天线对应一个收发通道，在带宽和输出功率不变的情况下，通过增加收发机的通道数量，可以提高无线电收发系统传输的信息量，并且信息传输量大约和通道数成正比。所以，无线收发系统为了提高信道容量，一般希望通道数越多越好。

大规模MIMO(Massive MIMO)是五代移动通信(5G)的一大关键技术，在5G需求下，为在同一个时频上同时服务多个用户，大规模天线基站系统需要支持的天线数可达128/256通道，如何有效的芯片配置与组合是一个需要研究的重要问题。

然而，如今大多数的多通道收发系统中，每一根天线对应一个独立的收发通道，都需要一套完整的硬件配置，来处理对应通道中的无线电信号。每一个通道中，信号所经过的硬件链路都包含独立的滤波器、放大器、混频器、衰减器、模数转换器(数模转换器)等器件芯片单元，并且电路结构基本相同。随着通道数量的增多，收发系统所需的元器件数量也迅速增加，相应地芯片面积也随之增大，造成了成本大幅上涨。同时，这样的多通道收发系统功耗较大且复杂度高，影响系统可靠性。

收发机前端主要包括射频滤波器和放大器，在传统收发链路中，每一个接收链路都使用一个独立的低噪声放大器LNA，每一个发送链路都使用一个独立的功率放大器PA。而通常情况下，放大器又占有比较大的芯片面积，在多通道的收发系统中，每个通道都使用独立的放大器，会导致芯片面积较大，基站设备体积较大、功耗较大。

发明内容