CN102197601A - 可变阻抗匹配网络及用于可变阻抗匹配网络的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在多频带、多模式通信设备中使用的可变匹配网络基于与给定信号相关联的当前操作条件提供动态、微调阻抗匹配。在一种实施方式中，基于一个或更多个操作条件选择粗略匹配参数。基于一个或更多个所述操作条件利用优化算法提供增量参数。并且将所述粗略参数和增量参数进行组合以获得动态地微调离散匹配电子线路的总体匹配参数。

Description

可变阻抗匹配网络及用于可变阻抗匹配网络的方法
技术领域
本发明总体上涉及通信设备中的天线，并且更具体地，涉及在诸如移动电话的多频带、多模式通信设备中的天线的阻抗匹配。
背景技术
天线阻抗匹配是RF设计的公知方面。在各种不同的通信设备中采用阻抗匹配网络以使无线电部分和一个或更多个天线匹配。匹配网络起到使***损失最小并提供高的接收机性能的作用。典型地，诸如移动电话的通信设备的匹配网络包含在该设备中所包含的无线电电路的RF前端模块中。该RF前端模块可以被定义为位于该设备的天线端口和收发机部之间的电子线路。
多频带、多模式通信设备的出现给RF前端模块以及其中包含的匹配网络的设计带来了新的挑战。随着通信设备采用的射频频带和无线电接入技术(RAT)(在本领域中也称为通信标准)的数量增加，该设备中的RF前端模块的复杂度和成本也增加了。竞争以及对于该设备的无线电部分的需求增加是使通信设备最小化以方便用户并满足用户的需求的持续推动力。
例如，已经开发出了利用一个天线覆盖三频带WCDMA(宽带码分多址)、和四频带GSM(全球移动通信***)技术的移动电话。然而，这样的多频带、多模式设备的前端模块需要大量的RF部件来处理覆盖所有的GSM和WCDMA频带所需的大量RF信号路径(例如各RAT覆盖的各频带都需要一个RF信号路径)，以进行发送和接收。为了提供最大的功率发送，天线阻抗必须与大量RF信号路径中的每一个匹配，从而进一步增加了复杂度。
图5和图6示出了在多频带、多模式通信设备中进行阻抗匹配的传统方法。图5示出了在各个RF信号路径上放置独立的阻抗匹配电路的传统无线电电路。图5中的无线电电路通过为各个信号路径提供独立的匹配电路，而提供理想的匹配，这些匹配电路是针对与各自的信号路径相关联的特定频带、RAT以及TX/RX模式单独定制的。然而，这增加了前端模块的成本和复杂度。图6中示出的传统无线电电路通过包含一个共用匹配电路而极大地减少了RF部件的数量。然而，图6中的共用匹配电路提供固定的匹配，并由此其性能在所有频带、RAT和TX/RX模式之间进行了折衷。从而，图6中的无线电电路无法提供所需的最大功率发送。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种在多频带、多模式通信设备中使用的可变匹配网络，该可变匹配网络能够基于当前操作条件、在该通信设备中的天线和无线电电路的各个信号路径之间提供动态微调阻抗匹配。
根据本发明的一种实施方式，提供了一种在多频带、多模式通信设备中使用的可变匹配网络。该可变匹配网络包括粗略参数选择器，其被配置为基于与给定信号相关联的一个或更多个操作条件从多个预定的粗略参数中选择第一组参数。该可变匹配网络还包括匹配优化器，其被配置为利用基于一个或更多个所述操作条件的优化算法获取第二组参数。该可变匹配网络进一步包括参数组合器，其被配置为基于所述第一组参数和所述第二组参数获取总体匹配参数。并且该可变匹配网络包括离散匹配电子线路，其可基于总体匹配参数提供动态、微调阻抗匹配。
根据可变匹配网络的一个方面，所述第一组参数所基于的所述一个或更多个操作条件包括所选择的无线电接入技术、所选择的频带、和发送模式或接收模式中选出的一个。
根据可变匹配网络的另一个方面，所述第二组参数所基于的所述一个或更多个操作条件包括与信号质量相关的信息以及从发送模式或接收模式中选出的一个。
根据可变匹配网络的一个方面，所述信号质量信息包括上行链路信号质量或下行链路信号质量中的至少一个。
根据可变匹配网络的另一个方面，所述匹配优化器将上行链路信号质量和下行链路信号质量进行比较以确定哪个链路更弱，并基于更弱的链路的信号质量对所述第二组参数进行优化。
根据可变匹配网络的再一个方面，向频带、无线电接入技术和发送/接收模式的每种可能组合分配至少一个预定的粗略参数。
根据可变匹配网络的又一个方面，所述粗略参数选择器针对一个时间段基于所述发送模式选择所述第一组参数，并且针对下一个时间段基于所述接收模式选择所述第一组参数。
根据可变匹配网络的一个方面，所述操作条件被连续地更新。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种在多频带、多模式通信设备的天线端口提供微调阻抗匹配的方法。该方法包括接收与给定信号相关联的操作条件并且基于一个或更多个所述操作条件从多个预定的粗略参数中选择第一组参数。该方法还包括基于一个或更多个所述操作条件利用优化算法获取第二组参数并且基于所述第一组参数和所述第二组参数获取总体匹配参数。该方法还包括基于所述总体匹配参数动态地调谐离散匹配电子线路。
根据该方法的一个方面，所述第一组参数所基于的所述一个或更多个操作条件包括所选择的无线电接入技术、所选择的频带、和发送模式或接收模式中选择的一个。
根据该方法的另一个方面，所述第二组参数所基于的所述一个或更多个操作条件包括与信号质量相关的信息以及从发送模式或接收模式中选择的一个。
根据该方法的一个方面，所述信号质量信息包括上行链路信号质量或下行链路信号质量中的至少一个。
根据该方法的另一个方面，获取第二组参数包括将上行链路信号质量和下行链路信号质量进行比较以确定哪个链路更弱，并且基于更弱的链路的信号质量对所述第二组参数进行优化。
根据该方法的又一个方面，向频带、无线电接入技术和发送/接收模式的每种可能组合分配至少一个预定的粗略参数。
根据该方法的一个方面，选择第一组参数包括针对一个时间段，基于所述发送模式选择所述第一组参数，并且针对下一个时间段，基于所述接收模式选择所述第一组参数。
根据该方法的另一个方面，所述操作条件被连续地更新。
参照以下描述和附图，本发明的这些或其他特征将变得更加明显。在该描述和附图中，作为表示可以采用本发明原理的一些方法、具体地公开了本发明的特定实施方式，但是应当理解的是本发明的范围并不限于此。而是，本发明包括在该精神和所附权利要求的范围之内的所有改变、变型和等同物。
针对一种实施方式描述和/或说明的特征可以以相同的方式或以类似的方式在一种或更多种其他实施方式中，与这些其他实施方式中的特征结合使用，或者替换这些其他实施方式中的特征。
在申请文件中使用术语“包括”和“包含”时，是用于指示存在所声明的特征、要件、步骤或部件，但并不排除可存在或附加一个或更多个其他特征、要件、步骤、部件或其组合。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的包含可变匹配网络的示例性无线电电路的示意框图；
图2是根据本发明实施方式的可变匹配网络的示意框图；
图3是根据本发明的实施方式的提供动态、微调阻抗匹配的方法的流程图；
图4是根据本发明的实施方式的包含可变匹配网络的电子设备的示意框图；
图5是电子设备中的传统无线电电路的示意框图；以及
图6是电子设备中的另一个传统无线电电路的示意框图。
具体实施方式
将参照附图对实施方式进行描述，其中，自始至终采用相似的附图标记来表示相似的元件。应该理解，这些附图不一定是按比例绘制的。
在本文件中，基本以移动电话为背景描述了一些实施方式。然而应当理解，该示例性的移动电话的背景并不是所公开的***和方法的方面可以使用的唯一操作环境。因此，本文件中所描述的技术可以应用于任何类型的合适电子设备，其示例包括移动电话、多媒体播放器、游戏设备、计算机、呼机、通信机(communicator)、电子记事本(electronic organizer)、个人数字助理(PDA)、智能电话、便携式通信装置等。
参照图1，图1示出了根据本发明的示例性实施方式的包含可变匹配网络10的示例性无线电电路12。该无线电电路12可以包含在诸如移动电话(将参照以下的图4进行描述)的电子设备中。
该可变匹配网络10可操作为经由天线端口16与天线14耦接。天线14支持无线电电路12的通信活动和其他联网作业。在一种实施方式中，天线14被配置为从诸如移动电话网络的通信网络18接收进入(inbound)信号、或向诸如移动电话网络的通信网络18发送外发(outbound)信号。在该示例性实施方式中，相同的天线14被用于所有无线电接入技术(RAT)的通信活动和无线电电路12被设计为对其操作的所有频带。
通信网络18基于例如覆盖率、容量、业务要求等，确定在给定的区域中、在给定的时间和/或对于给定的通信设备，使用哪种RAT和哪个频带。例如，如果在进行呼叫的过程中，呼叫者从GSM覆盖区移动到WCDMA覆盖，则通信网络18可以将GSM-发起呼叫“切换”至WCDMA***，以使该呼叫可以不被中断地继续。通信网络18经由天线14将所选择的频带和RAT信息发送至无线电控制器20。该信息可以由通信网络18连续地更新。
在所示的实施方式中，通信网络18包括服务器22(或多个服务器)，该服务器或这些服务器用于管理由无线电电路12发起以及指向该无线电电路12的呼叫、将数据发送至无线电电路12、并执行任何其他支持的功能(例如包括提供频带、RAT以及信号质量信息)。该服务器22可以经由发送介质与无线电电路12通信。该发送介质可以是任何合适的设备或组件，包括例如网络18的通信基站24(例如，蜂窝服务塔或“小区”塔)。
在一种实施方式中，通信网络18可以经由天线14向无线电控制器20发送信号质量信息。例如，该信号质量信息可以指定由基站24估计出的上行链路信号质量(例如，发送信号的质量)。类似地，无线电控制器20可以经由天线14向基站24发送指定下行链路信号质量(例如，接收信号的质量)的信号质量信息。
在另一种实施方式中，上行链路信号质量是从由基站24发送至无线电控制器20的特定命令中获得的。作为现有技术，基站24基于估计出的上行链路信号质量向无线电控制器20提供几个命令。这些命令指示无线电控制器20修改诸如功率控制、码率等特定的参数。例如，功率控制命令可以指示无线电控制器20增加无线电电路12的发送功率以获得更好的性能。应当理解的是，高发送功率会在接收机处产生更高的信号功率(例如，更高的信噪比(SNR))，这会降低通信链路的比特错误率(BER)并使得能以更高的数据率进行发送。本发明的一种实施方式利用这些基站命令(例如，功率控制、码率等)来获得上行链路信号质量。为了简明的目的，将不提供关于如何获得上行链路信号质量的具体描述。对于无线电通信领域普通技术人员来说，很清楚如何从接收自基站24的信息中获得上行链路信号质量测量结果。
如图1所示，无线电控制器20可以向可变匹配网络10发送表示无线电电路12的当前“操作条件”的控制信号。这些操作条件可以包括从通信网络18接收到的诸如RAT、频带、信号质量等的信息。如以下将参照图2更具体地描述的，可变匹配网络10被配置为基于从无线电控制器20接收到的操作条件动态地微调天线14的阻抗匹配。
图1示出了无线电电路12可以在全球无线通信***(GSM)模式下或宽带码分多址(WCDMA)模式下操作的本发明的示例性实施方式。在GSM模式下，无线电电路12可以在接收侧和发送侧都覆盖3个GSM频带：850MHz、1900MHz和2100MHz。在WCDMA模式下，无线电电路12可以在接收侧和发送侧都覆盖4个WCDMA频带：850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz。然而，本发明并不限于任何RAT或频带、或者任何数量的RAT或频带、或者RAT或频带的组合。例如，用于与通信网络18和/或另一种类型的广播网络交互的发送机、接收机和/或收发机类型可以包括，但不限于：增强型数据速率GSM演进(EDGE)、通用移动通信***(UMTS)、长期演进(LTE)、码分多址(CDMA)、通用分组无线服务(GPRS)、手持数字视频广播(DVB-H)、综合服务数字广播(ISDB)等，以及这些标准的高级版本。在此讨论的频带可以包括任何频带，包括在不远的将来就要被引入WCDMA的700MHz频带。
在所示出的实施方式中，无线电电路12包括经由天线14与通信网络18交换信号的两个RF发送机26和两个RF接收机28。RF发送机26和RF接收机28中的每一个可以包括分别用于执行发送和接收功能的RF ASIC(专用集成电路，未示出)。如图所示，RF发送机26a和RF接收机28a被配置为用于WCDMA技术。而RF发送机26b和RF接收机28b被配置为用于GSM技术。在一种实施方式中，RF发送机26a和RF接收机28a可以组合在一个WCDMA收发机中。并且RF发送机26b和RF接收机28b可以组合在一个GSM收发机中。在另一种实施方式中，RF发送机26和RF接收机28可以包含在被设计为根据多种RAT发送和接收信号的单个多模式RF收发机中。
无线电电路12可以包括切换器30，其选择性地操作为经由信号路径32和34将可变匹配网络10，并且由此将天线端口16连接至RF发送机26和RF接收机28。切换器30可以是包括一个或更多个多路器和适当配置的滤波器的天线切换器模块。在一种实施方式中，切换器30可以是用于选择性地将天线端口16连接至9条信号路径32、34中的一条的SP9T(单刀九掷)切换器。
切换器30根据正在使用(active)的RAT(例如，正在被通信网络18用以发送和/或接收给定信号的通信标准)和正在使用的频带(例如，通信网络18正在发送和/或接收给定信号的频带)将可变匹配网络10连接至信号路径32、34中的一条。正在使用的RAT和频带信息可以从无线电控制器20以控制信号的形式提供给切换器30。信号路径32和34中的每一条可以被设计为在属于特定RAT的特定频道内发送和/或接收信号。分配给每个信号路径32/34的RAT对应于由与该路径32/34相关联的RF发送机36和/或RF接收机28所使用的技术。
在所示出的实施方式中，如果正在使用的RAT是GSM，则切换器30基于正在使用的频带和给定信号是正在被发送(例如，发送信号)还是正在被接收(例如，接收信号)，而选择性地将天线端口16连接至信号路径34中的一条。GSM信号路径34是信号路径34中的每一条仅携带发送信号或仅携带接收信号的半双工路径。在GSM操作的期间，切换器30从无线电控制器20接收向切换器30指示该无线电电路12是工作在发送模式(例如，经由天线14向通信网络18发送信号)下还是接收模式(例如，经由天线14从通信网络18接收信号)下的控制信号。RX信号路径34a携带850MHz的频带中的接收信号。RX信号路径34b携带900MHz的频带中的接收信号。RX信号路径34c携带1800MHz的频带中的接收信号。RX信号路径34d携带1900MHz的频带中的接收信号。TX信号路径34e携带在850MHz和/或900MHz的频带中的发送信号。并且TX信号路径34f携带1800MHz和/或1900MHz的频带中发送信号。
另一方面，如果正在使用的RAT是WCDMA，则切换器30仅基于正在使用的频带选择性地将天线端口16连接至信号路径32中的一条。在所示出的示例中，WCDMA信号路径32是信号路径32中的每一条可以同时携带发送信号和接收信号的全双工路径。TX/RX信号路径32a携带850MHz频带中的信号。TX/RX信号路径32b携带1900MHz频带中的信号。并且TX/RX信号路径32c携带2100MHz频带中的信号。应当理解的是，只要发送信号和接收信号占据不相交的频率信道，发送信号和接收信号就都可以在单条TX/RX信号路径上互不干扰地共存。与现有技术相同地，各个频带包括多个频率信道。例如，WCDMA频带被分离为多个5MHz的信道。
在所示的实施方式中，TX/RX信号路径32中的每一条都与双工器36耦接。每个双工器36将两个端口38和40复用到一个端口42上，以使得能够沿着每条TX/RX信号路径32同时传输接收信号和发送信号。每个双工器36可以被设计为在与对应的TX/RX信号路径32相关联的频带内工作。每个双工器36可以包括一个或更多个滤波器(未示出)，该一个或更多个滤波器被设计为在端口38和40处将接收信号与发送信号分离开、以使得能够经一个共用天线无噪声地传递信号。由于每个WCDMA频带在切换器30处仅需要一个TX/RX信号路径32来将由天线14接收到的信号传递至接收机RF28a、和将来自发送机RF26a的信号传递至天线14以进行发送，因此利用双工器36减少了在切换器30中的TX/RX端口的数量。双工器36可以被设计为利于已知的方法将发送信号和接收信号互相隔离开。由每个双工器36支持的频率范围不应当超出在通过该双工器36的发送信号和接收信号之间的频率间隔。以至少这种方式，双工器36可以滤除在相关联的RX路径的频率范围内发生的、与TX路径相关联的噪声。
根据所示出的示例，信号路径34没有与双工器36连接，以避免在特定环境中的信号间交叉干扰。例如，如在本领域中已知的，GSM 1900MHz的TX频带可以与GSM1800MHz的RX频带重叠。从而，如果双工器不能提供高隔离，则具有这些频带之间的重叠范围内的频率的发送信号和接收信号可能会被耦接和/或绑定在一起。无线电电路12通过包含分立的信号路径34a、34b、34c和34d以在接收侧覆盖各个频带、并且包含分离信号路径34e和34f以在发送侧覆盖两组频带，而避免了这个问题。
无线电电路12可以包括功率放大器(PA)42和/或低噪声放大器(LNA)，功率放大器(PA)42和/或低噪声放大器各自被设计为放大在分配给放大器42/44所耦接的信号路径32/34的频带内的信号。在所示的实施方式中，GSM信号路径34a、34b、34c和34d中的每一条分别与LNA44d、44e、44f和44g直接耦接。并且信号路径34e和34f分别与PA42d和42e直接耦接。在WCDMA侧，TX/RX信号路径32a经由双工器36a与LNA 44a和PA 42a耦接。TX/RX信号路径32b经由双工器36b与LNA 44b和PA 42b耦接。并且TX/RX信号路径32c经由双工器36c与LNA 44c和PA 42c耦接。
每个PA 42在来自发送机26的信号经由天线14发送之前放大该信号。并且每个LNA 44在接收信号被发送至RF接收机28之前放大该信号。如图1所示，PA 42a、42b和42c与WCDMARF发送机26耦接。并且LNA 44a、44b和44c与WCDMA RF接收机28a耦接。PA 42d、42e与GSM RF发送机26b耦接。并且LNA 44d、44e、44f和44g与GSM RF接收机28b耦接。
无线电电路12可以包括根据正在使用的RAT调制和/或解调给定信号的一个或更多个基带处理器46。每个RAT可能需要用于提供能被通信网络18容易地接受的信号的特定调制技术。该调制过程包括通过改变消息信号的诸如其幅度、相位和/或频率的特定参数、而将该消息信号平移(translate)至新的频谱位置，以使调制后的信号传递该消息或信息。为了简明的目的，将不对用于各RAT的特定调制技术进行更具体的讨论。然而，移动通信***领域的普通技术人员应当清楚的如何实现每种通信标准所需的调制技术。
在所示的实施方式中，基带处理器46a是针对WCDMA技术设计的，并且基带处理器46b是针对GSM技术设计的。如图1所示，WCDMA基带处理器46a可操作地连接至WCDMA RF发送机26a和WCDMA RF接收机28a。并且GSM基带处理器46b可操作地连接至GSM RF发送机26b和GSM RF接收机28b。在一种实施方式中，基带处理器46可以是被设计为处理多种RAT的单个多模式基带处理器。例如，无论通信网络18正在使用哪一种RAT(例如，WCDMA、GSM等)，多模式基带处理器都能够基于从通信网络18接收到的频带和RAT信息，将需要的调制(例如，线性、小信号极、开环极等)施加给所有的信号。
基带处理器46可操作地连接至无线电控制器20。无线电控制器20可以基于从通信网络18接收到的信息(例如，可以使用哪一种RAT和频带发送和接收信号)向基带处理器46提供控制信号。基带处理器46可以向无线电控制器20提供信号处理信息。基于来自处理器46的信息，无线电控制器20例如可以提供下行链路信号质量和/或上行链路信号质量的估计。
现在参照图2，图2示出了可变匹配网络10。基于从无线电控制器20接收到的操作条件，该可变匹配网络10在天线14与引至放大器42、44的每条信号路径32、34之间提供动态微调阻抗匹配。众所周知地，匹配网络的目的是为了在RF天线链路(例如，图1中示出的天线端口16)处提供最大的功率传递。当天线14的阻抗与信号路径32/34的阻抗匹配、或者更具体地与对应的放大器42、44匹配时，获得最大的功率传递。然而，在获取最大的功率传递的过程中，传统的匹配网络使RF天线链路的所有信号(包括干扰信号和噪声)的传递最大化。这降低了所需信号的质量。如在此讨论的，本发明提供了使所需信号的功率传递最大化、而没有危害该信号的其他方面(包括，例如噪声图(NF)、带宽、电压驻波比(VSWR)、信号增益等)的可变匹配网络10。例如，在本发明的一种实施方式中，可变匹配网络10提供了针对信号质量进行了最优化的动态微调阻抗匹配。
如图2所示，可变匹配网络10包括匹配优化器50、粗略参数选择器(gross parameter selector)52、参数混合器54和离散匹配电子线路56。以下将更具体地描述各个部件的操作。
可变匹配网络10从无线电控制器20接收表示当前操作条件的控制信号。操作条件可以包括从通信网络18接收到的关于针对给定信号的正在使用的频带(例如，850MHz、900MHz、1800MHz等)和正在使用的RAT(例如，GSM、WCDMA、LTE等)的信息。与现有技术相同地，可以基于例如覆盖率、容量、业务要求等确定正在使用的频带和RAT。对于GSM操作，操作条件可以包括表示无线电电路12是操作在发送模式下还是接收模式下的信息。对于WCDMA操作，因为WCDMA信号路径32是全双工的、因而可以同时在TX和RX模式下操作，所以可以不提供TX/RX信息。
在所示的实施方式中，操作条件包括信号质量信息。可以利用一个或更多个已知的链路质量指标(例如，包括信噪比、接收信号强度指示(RSSI)、比特错误率(BER)等)来估计信号质量信息。信号质量信息可以包括有关于下行链路信号质量(例如，接收信号质量)和/或上行链路信号质量(例如，发送信号质量)的信息。下行链路信号质量可以由无线电电路12估计。在一种实施方式中，在基站24处连续地估计上行链路信号质量，并且经由连续地更新，由基站24提供给无线电控制器24。在另一种实施方式中，从接收自基站24的标准信息(如以上参照图1所讨论的，诸如，功率控制信息、码率信息等)中获得上行链路信号质量。
如图2所示，无线电控制器20将正在使用的频带、RAT以及TX/RX模式信息提供给粗略参数选择器52。基于所接收到的信息，粗略参数选择器52选择用于调谐离散匹配网络56的部件的粗略匹配参数。预先定义这些粗略匹配参数以针对RAT、频带和TX/RX模式的每种可能组合定制匹配网络。可以通过离散匹配网络56的先前建模和测试获取粗略参数、并且可以存储在粗略参数选择器52中。粗略参数选择器52可以包括查找表，该查找表包括针对RAT、频带和TX/RX模式的每种可能的组合的粗略参数条目。应该意识到，使用查找表使得提供精确阻抗匹配的计算时间最短。
如图2所示，无线电控制器20向匹配优化器50提供下行链路信号质量和上行链路信号质量信息。基于接收到的信息，匹配优化器50提供将用于微调由离散匹配电子线路56提供的阻抗匹配的增量参数。匹配优化器50可以包括用于基于给定信号的质量(例如，信噪比(SNR)、误比特率(BER)等)为离散匹配电子线路56计算最优匹配参数的优化算法。因为信号质量信息可能会由例如基站24和/或由无线电控制器20连续地更新，因此匹配优化器50能够动态地提供增量参数。在一种实施方式中，该优化算法可以应用先验知识来提供针对信号增益、电压驻波比(VSWR)、噪声图(NF)、带宽等进行了优化的匹配参数。
在所示出的实施方式中，除了信号质量信息外，无线电控制器20将正在使用的TX/RX模式提供给匹配优化器50。在该实施方式中，基于正在使用的TX/RX模式，匹配优化器50视情况选择上行链路信号质量信息或下行链路信号质量信息、并将所选择的信息提供给用于为离散匹配电子线路56计算优化匹配参数的优化算法。例如，如果无线电电路12操作在发送模式下，则匹配优化器50将上行链路信号质量信息提供给优化算法以计算适当的增量参数。类似地，如果无线电电路12操作在接收模式下，匹配参数50将下行链路信号质量信息提供给优化算法。以这种方式，匹配优化器50能够针对无线电电路12的给定操作状态微调匹配参数。
如图2所示，参数组合器54从匹配优化器50接收增量参数并从粗略参数选择器52接收粗略参数。参数组合器54将增量参数和粗略参数进行组合以向离散匹配电子线路56提供总体匹配参数。在一种实施方式中，参数组合器54通过利用增量参数微调粗略匹配参数而组合出总体匹配参数。
离散匹配网络56可以包括可基于从参数组合器54接收到的总体匹配参数调节的可调谐部件。在所示的实施方式中，总体匹配参数被提供给可调谐电感和可调谐电容。总体匹配参数可以被提供为指示各个部件将其电感或电容调节至由该总体匹配参数指示的指定值的控制信号，以提供所需的匹配。应意识到，图2中示出的该示例性可调谐电容和可调谐电感可以表示多于一个可调谐电容和/或可调谐电感。在一种实施方式中，离散匹配网络56包括微机电***(MEMS)技术以使离散匹配网络56能够最小化。在另一种实施方式中，离散匹配电子线路56可以被设计为利用集总部件(lumped component)或微带线(micro strip)。图2示出了包含与电容并联的电感的用于通信设备的典型匹配网络。离散匹配电子线路56的精确结构或者在离散匹配电子线路56中包含的部件与本发明没有特别密切的关系。因此，本发明旨在覆盖创建匹配网络的元件的任意组合。
应当理解，在给定时间仅可以针对一个匹配网络调谐离散匹配电子线路56。例如，在给定时间仅可以使天线14的阻抗与一条信号路径32/34的阻抗相匹配。当操作在GSM模式下时，因为每个GSM频带具有分离的TX路径和分离的RX路径，因而可变匹配网络10能够针对RAT、频带和TX/RX模式的每种可能组合在每条信号路径34提供未折衷的精确匹配。从而，对于任何信号路径34，可以根据正在操作的条件精确地定制阻抗匹配。
在传统的匹配电路中，由于信号路径32的全双工特征，在WCDMA侧上不可能进行精确的匹配。因为在给定时间只能提供一个阻抗匹配网络，所以给定的匹配值不可能为TX模式和RX模式都提供理想的匹配。典型地，在WCDMA侧上的阻抗匹配是在TX模式与RX模式之间的折衷。例如，针对信号路径32a的粗略匹配参数被选择为介于与LNA 44a的理想匹配和与PA 42a的理想匹配“之间(in-between)”。本发明通过动态地改变当操作在WCDMA模式下时用于计算匹配参数的基础，而克服了现有技术中的缺陷，使得即使不能在全部时间、至少也可以在一部分时间提供精确的匹配。
在一种这样的实施方式中，匹配优化器50可以被配置为在基于上行链路信号质量对匹配参数进行优化和基于下行链路信号质量对匹配参数进行优化之间进行切换。匹配优化器50可以将上行链路信号质量与下行链路信号质量进行比较，以确定哪一个“链路”具有更弱的信号质量、并且可以基于该更弱的信号质量来执行匹配参数优化。如上所述，上行链路和下行链路信号质量估计可以连续地被提供给匹配优化器50。例如，如果匹配优化器50确定上行链路信号质量更弱，则优化算法基于上行链路信号质量计算增量参数。如果，随着时间变化，下行链路信号质量变得比上行链路信号质量更弱，则匹配优化器50可以切换为基于下行链路信号质量对匹配参数进行优化。至少以上述方式，在WCDMA操作时，匹配优化器50能够在任何给定时间动态地更改增量参数以针对更弱的链路提供精确的匹配。
在另一种实施方式中，在WCDMA操作时，可变匹配网络10可以在针对TX模式提供理想匹配和针对RX模式提供理想匹配之间进行切换。无线电控制器20可以向粗略参数选择器52提供指示可变匹配网络10何时基于TX模式进行匹配以及何时基于RX模式进行匹配的控制信号(例如，图2中的TX/RX线)。基于从无线电控制器20接收到的控制信号，粗略参数选择器52可以选择与所选择的TX/RX模式对应的粗略参数。在一种实施方式中，无线电控制器20采用50％的工作周期(duty cycle)在针对TX模式进行匹配和针对RX模式进行匹配之间进行切换。根据该实施方式，可变匹配网络10在半个周期内使天线阻抗与LNA44a、44b、44c中的一个相匹配、并且在下个半周期内使天线阻抗与PA 42a、42b、42c中的一个相匹配，并且继续如此。至少以上述方式，可变匹配网络10可以使由于将发送和接收信号复用到一条TX/RX信号路径32上引起的阻抗失配最小化。
可变匹配网络10可以制造在一个或更多个集成电路(IC)上。以上列出并且包含在无线电电路12中的各种部件可以制造在相同的IC上、或者制造在一个或更多个分离但是连接的IC上。无线电电路12中包含的所有切换器都可以基于包含例如GaAs、pHEMT、CMOS、MEMS等的技术中的任何类型。
进一步参照图3，图3示出了在多频带、多模式通信设备中提供动态、微调阻抗匹配的示例性方法的逻辑操作。例如可以利用可变匹配网络10的实施方式来执行该示例性方法。虽然图3中示出了执行功能逻辑框的特定顺序，但是可以相对于示出的顺序改变执行这些框的顺序。而且，连续地示出的两个或更多个框可以同时地或者部分同时地执行。也可以省略某些框。此外，为了增强功效、计费、性能、指标、检修等目的，任何数量的功能、逻辑操作、命令、状态变量、信号量(semaphore)或消息可以被添加至该逻辑流程。应当理解的是所有这些变型都在本发明的范围内。
提供动态、微调阻抗匹配的逻辑流程可以从框60开始，其中接收与给定信号相关联的操作条件。如上所述，操作条件可以包括与给定信号相关的关于频带、RAT和TX/RX模式的信息、以及信号质量。
在框62中，可以基于操作条件从多个预定粗略参数中选择第一组参数。如上所述，可以针对RAT、频带和TX/RX模式的每个可能组合预先设定粗略参数。可以利用将操作条件的特定组合匹配至对应的粗略参数条目的查找表来选择粗略参数。用于选择第一组参数的操作条件可以包括正在使用的RAT、频带和TX/RX模式。
在框64中，可以基于操作条件采用优化算法获得第二组参数。如上所述，用于获得第二组参数的操作条件可以包括信号质量(例如，上行链路信号质量和/或下行链路信号质量)和正在使用的TX/RX模式。
在框66中，基于第一组参数和第二组参数获得总体匹配参数。在一种实施方式中，通过利用第二组参数微调第一组参数而获得总体匹配参数。
在框68中，基于总体匹配参数动态地调谐离散匹配电子线路。如上所述，离散匹配电子线路可以包括可利用总体匹配参数调节的可调谐部件。
本发明的上述公开提供了基于与给定信号相关联的操作条件的动态、微调匹配。特别地，通过基于正在使用的RAT、频带和TX/RX模式连续地调节匹配参数并且基于对应的信号质量连续地对匹配参数进行优化，而提供了动态、微调匹配。此外，可变匹配网络10通过动态地切换计算匹配参数的基础而能够克服由于WCDMA所需的双工器引起的阻抗失配，从而至少在部分时间提供精确的匹配。
现在参照图4，图4示出了包含可变匹配网络10的电子设备70。所示出的实施方式的电子设备可以是诸如移动电话的通信设备，并且将被称为通信设备70。为了简明的目的，将不对通信设备70的很多特征进行具体描述。
在图4中示出的实施方式中，可变匹配网络10包含在与天线14耦接的无线电电路12中，无线电电路12可以支持通信设备70的通信活动。例如，无线电电路12可以使通信设备70能够经由天线14在通信网络18(图1)上与另一个设备建立呼叫和/或交换信号。例如，该其他设备可以是另一个移动电话或座机电话。然而，该其他设备不需要是另一个电话、而可以是诸如互联网服务器、内容提供服务器、计算机等的某些其他设备。呼叫可以采用任意适合的形式。例如，呼叫可以是传统的语音呼叫、网络电话(VoIP)呼叫、视频允许呼叫等。除了用于呼叫，通信设备70还可被配置为发送、接收和/或处理诸如文本消息、即时消息、电子邮件消息、多媒体消息、数据文件、图像文件、视频文件、音频文件、铃音、流式音频、流式视频、数据供给(包括博客、简易资讯聚合(RSS)数据供给)、互联网内容等数据。应当理解的是天线14和无线电电路12可以表示一个以上的天线14和无线电电路12。
通信设备70可以包括主要的控制电路72，控制电路72被配置为执行通信设备70的功能和操作的总体控制。控制电路72可以包括诸如中央处理单元(CPU)、微控制器或微处理器的处理设备74。处理设备74执行在控制电路72内的存储器(未示出)和/或独立的存储器(诸如存储器76)中存储的代码，以执行通信设备70的操作。存储器76可以是，例如一个或更多个缓存、闪存、硬盘驱动器、移动介质、易失性存储器、非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)、或者其他适合的数据存储机构。在典型的结构中，存储器76可以包括用于长期数据存储的非易失性存储器和用作用于控制电路72的***存储器的易失性存储器。
在一种实施方式中，控制电路72可以包括无线电控制器20(图1和2)。处理设备74可以为无线电控制器20处理通信功能。例如，处理设备74可以经由天线14从通信网络18接收关于对于接收信号正在使用哪个RAT和频带、或者哪个RAT和频道可用于发送信号的信息。处理设备74可以以控制信号的形式将该信息提供给无线电电路12中的功能依赖于所选用的RAT和频带的部件。例如，控制信号可以指示切换器30(图1)针对给定信号将天线端口16连接至与正在使用的RAT和频道对应的信号路径32/34。作为另一实施例，处理设备74可以以操作条件(图1和图2)的形式将这些控制信号提供给可变匹配网络10。处理设备74可以执行代码以实现通信功能。计算机编程领域的普通技术人员、特别是为移动电话或其他电子设备进行应用编程的普通技术人员应当清楚如何对通信设备70编程来操作和执行与这些通信功能相关联的逻辑功能。因此，为了简明的目的，去掉了关于特定程序代码的细节。而且，尽管根据本发明的示例性实施方式，所陈述的通信功能是由处理设备74执行的，但这样的功能也可以经由专门的硬件或固件、或者硬件、固件和/或软件的组合来执行。
电子设备可以包括可视地向用户显示信息的显示器78。显示器78可以通过将视频数据转换为用于驱动显示器78的视频信号的视频处理电路80耦接到控制电路72。视频处理电路80可以包括任何适当的缓存、解码器、视频数据处理器等。
可以设置键盘82和/或其他用户输入设备(例如，显示器的触敏表面36、导航输入设备等)以用于提供各种用户输入操作。
通信设备70还包括用于处理由通信设备70发送以及利用通信设备70接收的音频信号的声音信号处理电路84。与声音处理电路84耦接的是使用户能够经由通信网络18(图1)与远程设备的用户进行语音通信(例如，电话呼叫或一键通(push-to-talk)会话)的扬声器86和麦克风88。声音处理电路84可以包括任何适当的缓存、解码器、放大器等。
通信设备70还可以包括一个或更多个输入/输出(I/O)接口90。I/O接口90可以是典型的移动电话I/O接口的形式并且可以包括一个或更多个电子连接器。典型地，I/O接口90可以用于将通信设备70与电池充电器耦接，以为通信设备70内的供电单元(PSU)92的电池充电。此外，或者另选地，I/O接口90可以用于将通信设备70连接至具有与通信设备70的有线接口的头戴式耳机组件(例如，个人免提耳机(PHF))。而且，I/O接口90可以用于经由用于数据交换的数据电缆将通信设备70连接至个人计算机或其他设备。通信设备70可以经由I/O接口90接收操作电力。在没有外部电源的情况下PSU92可以提供电源来操作通信设备70。
通信设备70可以包括用于拍摄数字照片和/或电影的相机94。与照片和/或电影对应的图像和/或视频文件可以存储在存储器76中。
通信设备70还可以包括诸如全球定位***(GPS)接收机、伽利略卫星***接收机等的位置数据接收机96。位置数据接收机96可以涉及确定通信设备70的定位。
通信设备70还可以包括诸如红外收发机和/或RF接口(例如，蓝牙接口)的本地无线接口98，用于与附件、另一个移动无线电终端、计算机或另一个设备建立通信。例如，在头戴式组件具有对应的无线接口的实施方式中，本地无线接口98可可操作地将通信设备70耦接至该头戴式耳机组件(例如，PHF设备)。
虽然针对特定的优选实施方式示出并描述了本发明，但是应当清楚本领域普通技术人员在阅读并理解了本申请文件之后会想到等同物或变型。本发明包含所有这些等同物和变型，并且仅受以下权利要求的范围限制。特别是关于由以上描述的元件(部件、组件、设备、构成等)执行的各种功能，除非特别声明，用于描述这样的元件的术语(包括引用术语“装置”)旨在与执行所描述的元件的指定功能的任何元件(即，功能等效)相对应，即使其在结构上与所公开的用于执行本文描述的本发明的示例性实施方式(们)的功能的结构不对应，也是如此。此外，虽然以上仅针对几个示出的实施方式中的一个或更多个对本发明的特定特征进行了描述，但是根据任何给定或特定应用的需要和优点，这样的特征可以与其他实施方式的一个或更多个其他特征进行组合。

Claims (16)

1.一种在多频带、多模式通信设备中使用的可变匹配网络，该可变匹配网络包括：
粗略参数选择器，其被配置为基于与给定信号相关联的一个或更多个操作条件从多个预定的粗略参数中选择第一组参数；
匹配优化器，其被配置为基于所述操作条件中的一个或更多个利用优化算法获取第二组参数；
参数组合器，其被配置为基于所述第一组参数和所述第二组参数获取总体匹配参数；和
离散匹配电子线路，其被配置为能够基于总体匹配参数提供动态微调阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的可变匹配网络，其中所述第一组参数所基于的所述一个或更多个操作条件包括所选择的无线电接入技术、所选择的频带、和从发送模式或接收模式中选出的一个。
3.根据权利要求1或2所述的可变匹配网络，其中所述第二组参数所基于的所述一个或更多个操作条件包括与信号质量相关的信息以及从发送模式或接收模式中选出的一个。
4.根据权利要求3所述的可变匹配网络，其中所述信号质量信息包括上行链路信号质量或下行链路信号质量中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的可变匹配网络，其中所述匹配优化器将上行链路信号质量和下行链路信号质量进行比较以确定哪个链路更弱，并基于更弱的链路的信号质量对所述第二组参数进行优化。
6.根据权利要求2至4中的任意一项所述的可变匹配网络，其中向频带、无线电接入技术和发送/接收模式的各种可能组合分配至少一个预定的粗略参数。
7.根据权利要求2至6中的任意一项所述的可变匹配网络，其中所述粗略参数选择器针对一个时间段基于所述发送模式选择所述第一组参数，并且针对下一个时间段基于所述接收模式选择所述第一组参数。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的可变匹配网络，其中所述操作条件被连续地更新。
9.一种在多频带、多模式通信设备的天线端口处提供微调阻抗匹配的方法，该方法包括：
接收与给定信号相关联的操作条件；
基于所述操作条件中的一个或更多个从多个预定的粗略参数中选择第一组参数；
基于所述操作条件中的一个或更多个利用优化算法获取第二组参数；
基于所述第一组参数和所述第二组参数获取总体匹配参数；和
基于所述总体匹配参数动态地调谐离散匹配电子线路。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一组参数所基于的所述一个或更多个操作条件包括所选择的无线电接入技术、所选择的频带、和从发送模式或接收模式中选出的一个。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述第二组参数所基于的所述一个或更多个操作条件包括与信号质量相关的信息以及从发送模式或接收模式中选出的一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述信号质量信息包括上行链路信号质量或下行链路信号质量中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的方法，其中获取第二组参数包括：
将上行链路信号质量和下行链路信号质量进行比较以确定哪个链路更弱；以及
基于更弱的链路的信号质量对所述第二组参数进行优化。
14.根据权利要求10至13中的任意一项所述的方法，其中向频带、无线电接入技术和发送/接收模式的各种可能组合分配至少一个预定的粗略参数。
15.根据权利要求10至14中的任意一项所述的方法，其中选择第一组参数包括：
针对一个时间段，基于所述发送模式选择所述第一组参数；和
针对下一个时间段，基于所述接收模式选择所述第一组参数。
16.根据权利要求9至15中的任意一项所述的方法，其中所述操作条件被连续地更新。
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