CN106533518A - 一种复用模拟基带单元的多通道无线电接收机和发射机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复用模拟基带单元的多通道无线电接收机和发射机，利用无线电接收机和发射机中的模拟基带单元带宽远大于射频单元的特点，通过下述两种方式之一或同时采用两种方式，实现模拟基带单元的合并（或简并）复用：对每个通道内进入复用模拟基带单元前的信号进行变频，分别搬移到不同频段，汇成一路宽带信号再进入复用模拟基带单元；或在每个通道内的信号进入复用模拟基带单元前，利用高速开关对不同通道选择，使上述复用模拟基带单元在不同时隙内处理不同通道的信号。通过上述两种方式之一或同时采用两种方式，对通道带宽较宽的模拟基带单元进行合并（或简并）复用，形成复用模拟基带单元，从而降低多通道无线电收发机芯片的总面积。

Description

一种复用模拟基带单元的多通道无线电接收机和发射机

技术领域

本发明涉及一种无线电信号的接收机和发射机，特别是涉及一种复用模拟基带单元的多通道无线电接收机和发射机。

背景技术

多进多出技术（MIMO：Multiple Input–Multiple Output）被广泛应用在先进的通信***中，形成多天线、多通道的MIMO***。MIMO***借助于多天线，在发射端或接收端使用多个天线，每一根天线对应一个通道。

相对于以往的单天线***，MIMO***可以在不增加载波信号带宽的前提下，大约以天线个数的倍数增加信息传输量（李在林。4G通信***中MIMO-OFDM同步技术的研究[D]。南京：南京理工大学，2011:1-8，参考文献1）。

传统的单天线雷达***，通过在不同地点发射电磁波可以提高被测物体的位置精度。在相控阵雷达***中，通过多天线阵列技术，可以实现比不同地点多个雷达更高的测量精度。

在无线电发射机中，数字基带模块发出的信号是数字信号，无法直接通过无线传输，需要数模转换器（DAC：Digital-to-Analog Converter）单元将数字信号转换为无线电的模拟信号来进行传输。而在接收机中，需要数模转换器（ADC：Analog-to-DigitalConverter）单元将射频模块输出的模拟信号转换为数字信号，以便之后的数字基带模块处理。此类在射频模块与数字基带模块之间，进行数字信号和模拟信号转换的ADC或DAC单元，称作模拟基带单元，所有的模拟基带单元构成模拟基带模块。

目前已有技术中，多天线、多通道的MIMO无线通信***以及雷达***中的每一条通道，都需要一个独立的模拟基带单元进行数字信号与模拟信号转换。

通过增加接收机和发射机的通道数量，可以提高无线电收发***传输的信息量，并且信息传输量大约和通道数成正比。所以，无线电收发***为了提高信息量，希望通道数越多越好。但是，传统MIMO***中，接收机或者发射机中每一个通道都需要一个独立的模拟基带单元，并且每个通道的模拟基带单元的电路结构相同（Tachibana， R.， et al. "A0.13um CMOS 5GHz Fully Integrated 2x3 MIMO Transceiver IC with over 40dBIsolation." Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium， 2007 IEEE，2007:661 - 664.参考文献2）。随着通道数量的增多，收发机所需的模拟基带单元数量也迅速增加，而模拟基带单元所占芯片面积又较大，所以芯片面积也随之增大，造成芯片制造成本的成倍增加。因此，芯片面积极大地制约了收发机的通道数量。

如何在无线电收发机的集成电路芯片层次，解决多通道收发机中每一个通道都需要一个独立的模拟基带单元的技术问题，成为未来多通道MIMO***的一个核心方向，也是国际无线电领域多年没有得到解决的一个技术难题。

多通道无线电收发机中，每个通道的硬件电路由多个射频单元与多个模拟基带单元组成。每个通道中不同的单元，通常具有不同的带宽，有的带宽大，有的带宽窄。而每个通道的总带宽，是由该通道中所有单元中，带宽最窄的单元所决定。而模拟基带单元所能达到的最大带宽，通常大于射频单元的带宽。所以，无线电收发机中射频单元的带宽决定了无线电收发机的最高信息传输速率。

例如，在单个通道中，假设模拟基带单元的带宽为1GHz。而射频单元的带宽只能达到100MHz。由上述射频单元和模拟基带单元组成的单个通道的带宽就由带宽最窄的100MHz射频单元决定。通过这种射频单元和模拟基带单元组成的收发机，所形成的多通道无线电收发机的每个通道中，带宽最窄的射频单元达到了饱和带宽，而模拟基带单元则没有达到饱和带宽，而是存在带宽冗余。通过某种技术使具有冗余带宽的模拟基带单元，在多个通道中重复使用，构成了一种多通道无线电收发机。这里，通道是指频域或者时域上信号传输的路径。多通道无线电收发机，是指多个通道共用一个模拟基带单元，其中多个通道共用的模拟基带单元，简称复用模拟基带单元。

例如，在无线电接收机中，以现有的技术，ADC单元可实现较高的采样速率，其无失真采样的信号可达到的最高带宽（简称ADC单元的带宽）大于每一个通道射频单元的带宽，所以对于每一个通道中的独立的ADC单元都存在带宽冗余。例如，采用特定工艺，射频单元的每一路通道输出信号的带宽只能达到100MHz，而Analog Devices公司的12位高速AD芯片AD9625的采样速率可以达到2GSPs，根据奈奎斯特采样定理，其带宽为采样速率的二分之一，即1GHz。因此，每一路通道只使用一个ADC单元会产生极大的带宽冗余。利用ADC单元的带宽冗余这个特点，如果将不同通道的射频单元输出信号合并为一路信号，并用一个ADC单元进行采样，对于多个通道的接收机，会降低接收机上ADC单元的数目，从而显著减小接收机面积，降低成本。

再以发射机为例，以现有的技术，DAC单元可实现较高的采用速率，其无失真输出的信号可达到的最高带宽（简称DAC单元的带宽）大于每一个通道射频单元的带宽，所以对于每一个通道中的独立的DAC单元都存在带宽冗余。例如，在特定工艺下，每一路通道射频单元的输出信号的带宽只能达到100MHz，而Analog Devices公司的12位高速DA芯片AD9144的采样速率可以达到2.8GSPs，根据奈奎斯特采样定理，其带宽为采样速率的二分之一，即1.4GHz。因此，每一个通道只使用一个DAC单元会产生极大的带宽冗余。

目前已有技术中，多天线、多通道的MIMO无线通信***以及雷达***中的每一条通道，都需要一个独立的模拟基带单元进行数字信号与模拟信号转换。通过增加收发机的通道数量，可以提高无线电收发***传输的信息量，并且信息传输量大约和通道数成正比。所以，无线电收发***为了提高信息量，希望通道数越多越好。但是，传统MIMO***中，接收机或者发射机中每一个通道都需要一个独立的模拟基带单元，并且每个通道的模拟基带单元的电路结构相同。随着通道数量的增多，收发机所需的模拟基带单元数量也迅速增加，而模拟基带单元所占芯片面积又较大，所以芯片面积也随之增大，造成芯片制造成本的成倍增加。因此，芯片面积极大地制约了收发机的通道数量。

发明内容

技术问题：本发明提供一种降低了多通道无线电接收机芯片的总面积，进而降低多通道无线电接收***的面积和成本的复用模拟基带单元的多通道无线电接收机，同时提供一种降低了多通道无线电发射机芯片的总面积，进而降低多通道无线电发射***的面积和成本的复用模拟基带单元的多通道无线电发射机。

技术方案：本发明的复用模拟基带单元的多通道无线电接收机，包括沿信号接收传输方向依次连接的接收天线、射频模块、频谱搬移模块、复用模数转换单元、数字滤波器、数字基带模块，所述射频模块有多个输入端和多个输出端，所述频谱搬移模块有多个输入端和一个输出端，射频模块的每个输入端对应连接一根接收天线，射频模块的输出端与频谱搬移模块的输入端一一对应连接，频谱搬移模块的输出端与复用模数转换单元的输入端连接，复用模数转换单元的输出端与数字滤波器的输入端连接，所述的数字滤波器有一个输入端和多个输出端，数字基带模块有多个输入端，数字滤波器与数字基带模块的输入端一一对应连接。

本发明复用模拟基带单元的多通道无线电接收机的另一种方案，包括沿信号接收传输方向依次连接的接收天线、集成有频谱搬移模块的射频模块、复用模数转换单元、数字基带模块，所述集成有频谱搬移模块的射频模块有多个输入端和一个输出端，每个输入端对应连接一根接收天线，射频模块的输出端与复用模数转换单元的输入端连接，复用模数转换单元的输出端与数字基带模块的输入端连接。

本发明复用模拟基带单元的多通道无线电接收机的另一种方案，包括沿信号接收传输方向依次连接的接收天线、射频模块、前置时分模块、复用模数转换单元、后置时分模块、数字基带模块，所述射频模块有多个输入端和一个输出端，前置时分模块有多个输入端和多个输出端，后置时分模块有多个输入端和多个输出端，数字基带模块有多个输入端，射频模块的每个输入端对应连接一根接收天线，射频模块的输出端与前置时分模块的输入端一一对应连接，前置时分模块的输出端与复用模数转换单元的输入端连接，复用模数转换单元的输出端与后置时分模块的输入端连接，后置时分模块的输出端与数字基带模块的输入端一一对应连接。

本发明的复用模拟基带单元的多通道无线电发射机，包括沿信号接收传输方向依次连接的数字基带模块、前置时分模块、复用数模转换单元、后置时分模块、电平保持模块、射频模块、发射天线，所述数字基带模块有多个输出端，前置时分模块、后置时分模块和射频模块均有多个输入端和多个输出端，数字基带模块的每个输出端对应连接前置时分模块中的一个高速开关，前置时分模块）的输出端与复用数模转换单元的输入端连接，复用数模转换单元的输出端与后置时分模块的输入端连接，后置时分模块的高速开关与多个电平保持模块一一对应连接，每个电平保持模块的输出端与射频模块的一个输入端对应连接，射频模块的每个输出端对应连接一根发射天线。

本发明利用每一个通道中不同单元的最大带宽不同的特点，在带宽较窄的单元采用多通道输入。在带宽较宽的单元输入端，首先将每个通道内的无线电信号进行变频，把每个通道的频谱分别搬移到相互之间不交叠的不同频段（简称频谱搬移），然后合成一路宽带信号，送入带宽较宽的单元，实现带宽较宽的单元的频分复用；或者，在带宽较宽的模拟基带单元的输入端使用前置高速开关，输出端使用后置高速开关，在不同时间段导通（称为分时导通，简称分时）一个前置高速开关和一个后置高速开关，将每个通道内的信号分时送入带宽较宽的同一模拟基带单元进行处理，实现带宽较宽的单元的时分复用，从而实现模拟基带单元的合并（或简并）复用。通过上述两种方式之一或者同时采用两种方式，从而实现带宽较宽的单元的合并复用或简并复用。以上这种对多通道信号的处理，可以有效利用带宽较宽的可复用单元的宽带特性，从而降低芯片面积。

优选的，利用频分复用技术实现多通道无线电接收机中，ADC单元的复用。在多通道***中，每个通道从天线接收的信号都是同频段的。每个通道的信号经过天线进入射频模块进行处理。在每个通道的信号经过射频模块处理后，进入ADC单元前，利用频谱搬移模块对每个通道内的信号进行变频，把每个通道内的信号频谱分别搬移到相互之间不交叠的不同频段，然后合成一路宽带信号，送入带宽较宽的复用ADC单元。合成后的一路宽带信号经过复用ADC单元的模拟数字转换处理变为一路数字信号，送入数字滤波器，将每个通道的数字信号从复用ADC单元输出的一路数字信号中分离出来，送入数字基带模块进行进一步处理，从而实现ADC单元的复用。其中，所述的频谱搬移模块由混频器以及频率综合器构成，利用所述混频器以及可输出多个不同频率载波信号的频率综合器，将射频模块处理后的每个通道信号的频谱进行频谱搬移，使每个通道的信号，分别搬移到相互之间不交叠的不同频段，然后合成一路宽带信号，送入复用ADC单元进行处理。

图1是本发明提出的利用频分复用技术实现的一种多通道无线电接收机框架图。相同频段、相同带宽的射频信号经过每个接收通道的天线，进入每根天线对应的接收通道后，送入射频模块处理，射频模块的输出信号进入频谱搬移模块。所述射频模块有多个输入端和多个输出端，所述频谱搬移模块有多个输入端和一个输出端。所述射频模块的每一个输入端与且只与一个通道的天线相连，每一个输出端与且只与频谱搬移模块的一个输入端相连。所述频谱搬移模块的输出端与复用ADC单元的输入端相连，所述复用ADC单元有一个输入端与一个输出端。频谱搬移模块将每个通道内的信号进行变频，把每个通道内的信号的频谱分别搬移到相互之间不交叠的不同频段，然后合成一路宽带信号，送入带宽较宽的复用ADC单元。信号经过复用ADC单元处理转换成一路数字信号，再送入数字滤波器。所述的数字滤波器有一个输入端和多个输出端。所述的数字滤波器的输入端与复用ADC单元的输出端相连，所述数字滤波器的一个输出端与且只与数字基带模块的一个输入端相连。利用数字滤波器，将每个通道的数字信号从复用ADC单元输出的一路数字信号中分离出来，送入数字基带模块进行进一步处理，完成整个接收机的工作。

优选的，在上述的，利用频分复用技术实现的一种多通道无线电接收机中，利用射频模块实现所述频谱搬移，而不需要额外的频谱搬移模块。所述射频模块由低噪声放大器、混频器以及频率综合器构成。多个天线接收的多通道射频信号经过每个通道的低噪声放大器处理后，送入每个通道的混频器，利用所述混频器以及可输出多个不同频率载波信号的频率综合器，将每个通道射频信号的频谱进行频谱搬移，使每个通道的射频信号，分别搬移到相互之间不交叠的不同频段，然后合成一路宽带信号，送入复用ADC单元进行处理。

优选的，在上述的，利用频分复用技术实现的一种多通道无线电接收机和发射机中，数字滤波器内置在数字基带模块。ADC单元输出的一路数字信号送入数字基带模块，利用数字基带模块内置的数字滤波器将每个通道的数字信号分离出来进行进一步处理。

图2是本发明的多通道无线电接收机的一种优选方案的框架图。相同频段、相同带宽的射频信号经过多根天线，进入每根天线对应的接收通道后，送入射频模块处理。所述射频模块有多个输入端和一个输出端。所述的射频模块的一个输入端与且只与一个通道的天线相连，所述射频模块的一个输出端与复用ADC单元的输入端相连，所述复用ADC单元有一个输入端与一个输出端，所述复用ADC单元的输出端与数字基带模块的输入端相连。射频模块将每个通道内的信号进行变频，把频谱分别搬移到相互之间不交叠的不同频段，然后合成一路宽带信号，送入带宽较宽的复用ADC单元。信号经过ADC单元转换为一路数字信号，再送入数字基带模块。利用数字基带模块内置的数字滤波器，将每个通道的数字信号从ADC单元输出的一路数字信号中分离出来，进行进一步处理，完成整个接收机的工作。

优选的，本发明多通道无线电接收机中ADC单元的复用。在多通道***中，每个通道从天线接收的信号都是同频段的。在每个通道的信号经过射频模块处理后，进入ADC单元前，利用前置时分模块将每个通道内的信号分时送入带宽较宽的复用ADC单元进行处理。所述射频模块有多个输入端和多个输出端。所述的射频模块的一个输入端与且只与一个通道的天线相连，所述的射频模块的一个输出端与且只与一个前置时分模块的输入端相连。所述前置时分模块由多个前置高速开关构成，每一个前置高速开关有一个输入端和一个输出端，每个前置高速开关的输入端构成前置时分模块的一个输入端，所有前置高速开关的输出端相连接构成前置时分模块的输出端。所述前置时分模块的输出端与复用ADC单元的输入端相连。所述复用ADC单元有一个输入端和一个输出端。所述复用ADC单元的输出端与后置时分模块的输入端相连。所述后置时分模块由多个后置高速开关构成，每一个后置高速开关有一个输入端和一个输出端，每个后置高速开关的输入端相连接构成后置时分模块的一个输入端，每个后置高速开关的输出端构成后置时分模块的一个输出端，所述后置时分模块的一个输出端与且只与数字基带模块的一个输入端相连。

在不同的时间段，导通所述前置时分模块中的一个前置高速开关以及所述后置时分模块中的一个后置高速开关，将前置高速开关输入的信号输出至复用ADC单元，实现在不同时间段处理不同通道的信号，经过复用ADC单元模拟数字转换处理后的数字信号，再送入后置时分模块，将每个通道的数字信号分时送入数字基带模块进行进一步处理，从而实现ADC单元的时分复用。

图3是本发明多通道无线电接收机的一种实施方案框架图。

相同频段、相同带宽的射频信号经过每个天线，进入每个天线对应的接收链路后，送入射频模块处理，射频模块的输出信号再送入前置时分模块。

所述射频模块有多个输入端和多个输出端。所述的射频模块的一个输入端与且只与一个通道的天线相连，所述射频模块的一个输出端与且只与前置时分模块的一个输入端相连。

所述前置时分模块由多个前置高速开关构成，每一个前置高速开关有一个输入端和一个输出端，每个前置高速开关的输入端构成前置时分模块的一个输入端，所有前置高速开关的输出端相连接构成前置时分模块的输出端。所述前置时分模块的输出端与复用ADC单元的输入端相连。

所述复用ADC单元有一个输入端和一个输出端。所述复用ADC单元的输出端与后置时分模块的输入端相连。所述后置时分模块由多个后置高速开关构成，每一个后置高速开关有一个输入端和一个输出端，每个后置高速开关的输入端相连接构成后置时分模块的一个输入端，每个后置高速开关的输出端构成后置时分模块的一个输出端，所述后置时分模块的一个输出端与且只与数字基带模块的一个输入端相连。

在不同的时间段，导通前置时分模块中的一个前置高速开关以及后置时分模块中的一个后置高速开关，将前置高速开关输入的信号输出至复用ADC单元，实现在不同时间段处理不同通道的信号，经过复用ADC单元模拟数字转换处理后的数字信号，再送入后置时分模块，将每个通道的数字信号分时送入数字基带模块进行进一步处理，从而实现复用ADC单元的时分复用。

接收机每个通道内的信号带宽受到各通路中带宽最窄的器件芯片模块的限制，每个通道***频链路带宽小于ADC单元的带宽。由于ADC单元的带宽远大于信号带宽以及射频链路的带宽，所以多个通道可复用一个ADC单元，以减小芯片面积。复用ADC单元可容纳的通道数，小于或等于复用ADC单元的带宽相对于每个通道带宽的整数倍。

优选的，本发明利用时分复用技术实现多通道无线电发射机中DAC单元的复用。在多通道***中，每个通道的信号经过数字基带模块处理后，进入DAC单元前，利用前置时分模块将每个通道内的信号分时送入带宽较宽的复用DAC单元进行处理。

所述数字基带模块有多个输出端，每一个输出端与且只与前置时分模块的一个输入端相连。所述前置时分模块由多个前置高速开关构成，每一个前置高速开关有一个输入端和一个输出端，每个前置高速开关的输入端构成前置时分模块的一个输入端，所有前置高速开关的输出端相连接构成前置时分模块的一个输出端。所述前置时分模块的输出端与复用DAC单元的输入端相连。

所述复用DAC单元有一个输入端和一个输出端。所述复用DAC单元的输出端与后置时分模块的输入端相连。所述后置时分模块由多个后置高速开关构成，每一个后置高速开关有一个输入端和一个输出端。多个后置高速开关的输入端相连接构成后置时分模块的一个输入端，每个后置高速开关的输出端构成后置时分模块的一个输出端。所述后置时分模块的一个输出端与且只与射频模块的一个输入端以及一个独立的存储模块相连。所述射频模块有多个输入端和多个输出端。所述的射频模块的一个输出端与且只与一个通道的天线相连。

所述存储模块可以由电容构成的电平保持电路实现，用于在复用DAC单元处理某一个通道的信号时存储其他通道输出的信号电平。

在不同的时间段，导通前置时分模块中的一个前置高速开关以及后置时分模块中的一个后置高速开关，将前置高速开关输入的信号输出至复用DAC单元，实现在不同时间段处理不同通道的信号，经过复用DAC单元数字模拟转换处理后的模拟信号，再送入后置时分模块，将每个通道的数字信号分时送入射频模块进行进一步处理，从而实现复用DAC单元的时分复用。

图4是本发明的利用时分复用技术实现的多通道无线电发射机框架图。

数字基带模块有多个输出端，每一个输出端与且只与前置时分模块的一个输入端相连。所述前置时分模块由多个前置高速开关构成，每一个前置高速开关有一个输入端和一个输出端，每个前置高速开关的输入端构成前置时分模块的一个输入端，所有前置高速开关的输出端相连接构成前置时分模块的一个输出端。所述前置时分模块的输出端与复用DAC单元的输入端相连。

所述复用DAC单元有一个输入端和一个输出端。所述复用DAC单元的输出端与后置时分模块的输入端相连。所述后置时分模块由多个后置高速开关构成，每一个后置高速开关有一个输入端和一个输出端。多个后置高速开关的输入端相连接构成后置时分模块的一个输入端，每个后置高速开关的输出端构成后置时分模块的一个输出端。所述后置时分模块的一个输出端与且只与射频模块的一个输入端以及一个独立的存储模块相连。后置高速开关的输出端与存储模块相连，后置高速开关的输出端与存储模块相连，后置高速开关的输出端与存储模块相连，后置高速开关的输出端与存储模块相连。所述存储模块可以由电容构成的电平保持电路实现，用于在复用DAC单元处理某一个通道的信号时存储其他通道输出的信号电平。

所述射频模块有多个输入端和多个输出端。所述的射频模块的一个输出端与且只与一个通道的天线相连。

数字基带模块输出的多个通道的数字信号，进入前置时分模块。在不同的时间段，导通前置时分模块中的一个前置高速开关以及后置时分模块中的一个后置高速开关，将前置高速开关输入的信号输出至复用DAC单元，实现在不同时间段处理不同通道的信号，经过复用DAC单元数字模拟转换处理后的模拟信号，再送入后置时分模块，将每个通道的数字信号分时送入射频模块进行进一步处理，从而实现复用DAC单元的时分复用。每个通道的信号经过射频模块转换为射频信号，再通过每个通道的天线发射，完成整个发射机的工作。

发射机每个通道内的信号带宽受到各通路中带宽最窄的器件芯片模块的限制，射频模块带宽小于通道的DAC单元的带宽。由于DAC单元的带宽远大于信号带宽以及射频模块的带宽，所以多路通道可复用一个DAC单元，以减小芯片面积。复用DAC单元可容纳的通道数，小于或等于复用DAC单元的带宽相对于每个通道带宽的整数倍。

目前，多天线、多通道无线电***的射频接收机和发射机中，每一个通道都需要一整套独立的单元，每一套独立的单元都是由独立的射频单元、模拟基带单元组成。其中，射频单元可实现的带宽较窄，而模拟基带单元可实现的带宽较宽，例如ADC单元或者DAC单元。每一条通道的最大带宽，由通道内带宽最窄的单元决定。而带宽较宽的单元，在同一通道中将会产生带宽冗余。采用传统的多通道无线电***结构，随着通道数的增加，每个通道都需要一整套独立的单元，将导致收发机的总面积过大。本发明的复用模拟基带单元的多通道无线电接收机和发射机，针对目前多通道无线电收发机中，每一个通道都需要一个独立的模拟基带单元，造成收发机面积过大的缺点，利用无线电收发机中的模拟基带单元带宽远大于射频单元带宽的特点，采用下述两种方式之一或者同时采用下述两种方式实现模拟基带单元的合并（或简并）复用：在带宽较宽的模拟基带单元的输入端，先对每个通道的信号进行变频，分别搬移到相互之间不交叠的不同频段（简称频谱搬移），然后合成一路宽带信号，并将每个通道中带宽较宽的同一模拟基带单元进行合并（或简并）复用，实现带宽较宽的模拟基带单元的频分复用；或者，在带宽较宽的模拟基带单元的输入端使用前置高速开关，输出端使用后置高速开关，在不同时间段导通（称为分时导通，简称分时）一个前置高速开关和一个后置高速开关，将每个通道内的信号分时送入带宽较宽的同一模拟基带单元进行处理，实现带宽较宽的单元的时分复用，从而实现模拟基带单元的合并（或简并）复用。通过上述两种方式之一或者同时采用两种方式，对通道中带宽较宽的模拟基带单元进行合并（或简并）复用，从而降低多通道无线电收发机芯片的总面积。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

目前多通道无线电收发机中，接收机或者发射机中每一个通道都需要一个独立的模拟基带单元，并且每个通道的模拟基带单元的电路结构相同。随着通道数量的增多，收发机所需的模拟基带单元数量也迅速增加，而模拟基带单元所占芯片面积又较大，所以芯片面积也随之增大，造成芯片制造成本的成倍增加。因此，芯片面积极大地制约了收发机的通道数量。

多通道无线电收发机中，每个通道的硬件电路由多个射频单元与多个模拟基带单元组成。每个通道中不同的单元，通常具有不同的带宽，有的带宽大，有的带宽窄。而每个通道的总带宽，是由该通道中所有单元中，带宽最窄的单元所决定。而模拟基带单元所能达到的最大带宽，通常大于射频单元的带宽。所以，无线电收发机中射频单元的带宽决定了无线电收发机的最高信息传输速率。

利用无线电收发机中的模拟基带单元带宽远大于射频单元带宽的特点，本发明采用下述两种方式之一或者同时采用下述两种方式实现模拟基带单元的合并（或简并）复用：在带宽较宽的模拟基带单元的输入端，先对每个通道的信号进行变频，分别搬移到相互之间不交叠的不同频段（简称频谱搬移），然后合成一路宽带信号，并将每个通道中带宽较宽的同一模拟基带单元进行合并（或简并）复用，实现带宽较宽的模拟基带单元的频分复用；或者，在带宽较宽的模拟基带单元的输入端使用前置高速开关，输出端使用后置高速开关，在不同时间段导通（称为分时导通，简称分时）一个前置高速开关和一个后置高速开关，将每个通道内的信号分时送入带宽较宽的同一模拟基带单元进行处理，实现带宽较宽的单元的时分复用，从而实现模拟基带单元的合并（或简并）复用。

通过上述两种方式之一或者同时采用两种方式，本发明对通道中带宽较宽的模拟基带单元进行合并（或简并）复用。由于模拟基带单元的芯片面积很大，远大于为实现模拟基带单元复用而增加的频谱搬移单元或者前置以及后置高速开关，因此本发明通过复用模拟基带单元，从而降低多通道无线电收发机芯片的总面积，进而降低多通道无线电收发***的面积和成本。

附图说明

图1是本发明的利用频谱搬移模块实现频分复用ADC单元的多通道无线电接收机框架图。

图2是本发明的一种利用射频模块实现频分复用ADC单元的多通道无线电接收机框架图。

图3是本发明的一种时分复用ADC单元的多通道无线电接收机框架图。

图4是本发明的一种时分复用DAC单元的多通道无线电发射机框架图。

图5是本发明一种应用频分复用ADC单元的四通道多通道无线电接收机框架图。

图6是本发明一种应用时分复用ADC单元的多通道无线电接收机框架图。

图7是本发明一种应用时分复用DAC单元的多通道无线电发射机框架图。

图8是频分复用ADC单元的四通道接收机的四个通道的天线接收的射频信号频谱图，其中图8a为第一通道天线接收信号频谱图，图8b为第二通道天线接收信号频谱图，图8c为第三通道天线接收信号频谱图，图8d为第四通道天线接收信号频谱图。

图9是频分复用ADC单元的四通道接收机的四个混频器的四个输出信号合成一路宽带信号的频谱图。

图10是频分复用ADC单元的四通道接收机的复用ADC单元输出信号的频谱。

图11是时分复用ADC单元的接收机的四个通道的天线接收的射频信号频谱图，其中图11a为第一通道天线接收信号频谱图，图11b为第二通道天线接收信号频谱图，图11c为第三通道天线接收信号频谱图，图11d为第四通道天线接收信号频谱图。

图12是时分复用ADC单元的接收机的四个混频器的四个输出信号的频谱图，其中图12a为第一通道混频器输出信号频谱图，图12b为第二通道混频器输出信号频谱图，图12c为第三通道混频器输出信号频谱图，图12d为第四通道混频器输出信号频谱图。

图13是时分复用DAC单元的发射机的复用DAC单元输出的四路模拟信号的频谱图，其中图13a为 DAC处理后第一通道基带信号频谱图，图13b为DAC处理后第二通道基带信号频谱图，图13c为 DAC处理后第三通道基带信号频谱图 ，图13d为 DAC处理后第四通道基带信号频谱图。

图中有：100-接收天线、11-射频模块、12-频谱搬移模块、120-合成的一路宽带信号、13-复用模数转换单元、14-数字滤波器、15-数字基带模块、21-集成有频谱搬移模块的射频模块、23-集成有数字滤波器的数字基带模块、32-前置时分模块、320-前置高速开关、34-后置时分模块、340-后置高速开关、440-电平保持模块、460-发射天线、510-低噪声放大器、52-频率综合器、520-频率综合器输出的第一通道混频器的本振信号、521-频率综合器输出的第二通道混频器的本振信号、522-频率综合器输出的第三通道混频器的本振信号、523-频率综合器输出的第四通道混频器的本振信号、530-混频器、56-复用模数单元单元输出信号、640-第一通道混频器输出信号、641-第二通道混频器输出信号、642-第三通道混频器输出信号、643-第四通道混频器输出信号、660-复用ADC单元输出的第一通道数字信号、661-复用ADC单元输出的第二通道数字信号、662-复用ADC单元输出的第三通道数字信号、663-复用ADC单元输出的第四通道数字信号、700-第一通道数字信号、701-第二通道数字信号、702-第三通道数字信号、703-第四通道数字信号、720-复用DAC单元输出的第一通道模拟信号、721-复用DAC单元输出的第二通道模拟信号、722-复用DAC单元输出的第三通道模拟信号、723-复用DAC单元输出的第四通道模拟信号、750-第一通道射频模块输出信号、751-第二通道射频模块输出信号、752-第三通道射频模块输出信号、753-第四通道射频模块输出信号。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

图5是一种本发明提出的利用频分复用技术实现的四通道无线电接收机的优选框架图。如图5中所示，可合成（或可简并）的四个通道的接收机框架图，每一个通道的射频信号经过每个通道的100天线进入每个通道的接收链路，每个通道的天线接收的相同频段、相同带宽，携带不同信息的射频信号的频谱图如图8所示，频段均为2.0GHz至2.1GHz，带宽为100MHz。

四个通道的100天线分别连接低噪声放大器510的输入端，低噪声放大器510的输出端连接混频器530的射频输入端。

每一个通道的信号经过每一个通道中独立的低噪声放大器处理后进入每一个通道中的独立的混频器。频率综合器52为所述四个混频器530提供不同的本振信号编号依次为520、521、522、523。频率综合器52的一个输出端与且只与所述一个混频器的本振输入端相连。

频率综合器52为四路混频器530提供的四路本振信号编号分别为520、521、522、523，其对应的频率依次为2GHz，1.7GHz，1.4GHz，1.1GHz，每个通道的信号的频谱经过每个通道中独立的混频器实现频谱搬移，被搬移到相互之间不交叠的不同频段，进入第一通道混频器530的信号被搬移到0MHz至100MHz，进入第二通道混频器530的信号被搬移到300MHz至400MHz，进入第三通道混频器530的信号被搬移到600MHz至700MHz，进入第四通道混频器530的信号被搬移到900MHz至1GHz 。所述四个混频器的输出端连接在一起与复用ADC单元13的输入端相连，从而使四个混频器的四个输出信号合成一路宽带信号120并送入复用ADC单元13，其频谱图如图9。

合成一路宽带信号120送入带宽较宽的复用ADC单元13，复用ADC单元13的采样频率高于合成一路宽带信号120的最高频率。图10为经过ADC单元13处理后的输出信号56的频谱。所述复用ADC单元13有一个输入端与一个输出端，所述复用ADC单元13的输出端与数字基带模块23的输入端相连。利用数字基带模块23内置的数字滤波器，将每个通道的数字信号从ADC单元13输出的一路数字信号中分离出来，进行进一步处理，完成整个接收机的工作。

由于本发明的接收机中复用了ADC单元，因此本发明有效降低接收机面积。

图6是本发明应用四通道无线电接收机的一种优选方案的框架图。如图6中所示，可合成（或可简并）的四个通道的接收机框架图，每一个通道的射频信号经过每个通道的100天线进入每个通道射频链路，四个通道的天线接收的相同频段、相同带宽，携带不同信息的射频信号的频谱图如图11所示，频段均为2.0GHz至2.1GHz，带宽为100MHz。

每个通道的100天线分别连接各通道低噪声放大器510的输入端；每个通道低噪声放大器510的输出端连接各通道混频器530的射频输入端。

每一个通道的信号经过每一个通道中独立的低噪声放大器处理后进入每一个通道中的独立的混频器。频率综合器52为所述四个通道的四个混频器提供相同频率的本振信号编号依次为520、521、522、523。频率综合器52输出端分别连接各通道混频器530的本振输入端。四路本振信号编号为520、521、522、523的频率均为2GHz。每一个通道的混频器将每一个通道的射频信号变为频率较低的基带信号。四个通道的混频器的输出信号编号为640、641、642、643的频谱如图12所示。

每个通道的混频器输出的信号进入每个通道的前置高速开关340，所述每一个前置高速开关有一个输入端和一个输出端，所有前置高速开关的输出端相连接与复用ADC单元13的输入端相连。

每个通道的混频器530的输出端连接各通道高速开关340的输入端。

所述复用ADC单元13有一个输入端和一个输出端。所述复用ADC单元13的输出端与每个通道后置高速开关340的输入端相连，每一个后置高速开关有一个输入端和一个输出端，每个后置高速开关的输出端与且只与数字基带模块23的一个输入端相连。

在不同的时间段，导通一个所述前置高速开关以及一个所述后置高速开关，将导通的前置高速开关输入的信号输出至复用ADC单元13，实现在不同时间段处理不同通道的信号，经过复用ADC单元13模拟数字转换处理后的数字信号，再送入导通的后置高速开关，将每个通道的数字信号分时送入数字基带模块23进行进一步处理，从而实现复用ADC单元13的时分复用。

接收机每个通道内的信号带宽受到各通路中带宽最窄的器件芯片模块的限制，每个通道***频链路带宽小于ADC单元的带宽。由于ADC单元的带宽远大于信号带宽以及射频模块的带宽，所以多路通道可复用一个ADC单元，以减小芯片面积。复用ADC单元可容纳的通道数，小于或等于复用ADC单元的带宽相对于每个通道带宽的整数倍。

由于本发明的接收机中复用了ADC单元，虽然每个通道增加了一个前置高速开关与一个后置高速开关，但增加的前置高速开关与后置高速开关的面积和小于减少的ADC单元的面积，因此本发明有效降低接收机面积。

图7是本发明发射机框架图。如图7中所示，可合成（或可简并）的四个通道的发射机框图，数字基带模块23输出的四个通道的数字信号700、701、702、703，分别进入各个通道的后置高速开关340。

所述数字模块70有四个输出端，所述各通道后置高速开关340均有一个输入端和一个输出端，所述每个后置高速开关的输入端与且只与数字基带模块70的一个输出端连接，所述各通道后置高速开关340的输出端与复用DAC单元42的输入端相连，所述复用DAC单元42有一个输入端和一个输出端。

在不同的时间段，导通一个后置高速开关，将此后置高速开关输入的数字信号输出至复用DAC单元42，即时分复用DAC单元42，实现在不同时间段传输不同通道的数字信号。四个通道的信号经DAC单元42处理后，转换为模拟基带信号720、721、722、723，数字信号700转换为模拟基带信号720，数字信号701转换为模拟基带信号721，数字信号702转换为模拟基带信号722，数字信号703转换为模拟基带信号723，四个通道的模拟基带信号的频谱图如图13所示。

复用DAC单元42输出端与各通道前置高速开关340的输入端相连，所述前置高速开关均有一个输入端和一个输出端，复用DAC单元42输出的模拟信号720、721、722、723分别与进入前置高速开关340。所述每个前置高速开关的输出端与且只与射频模块75的一个输入端相连，所述射频模块11有四个输入端与四个输出端。在不同的时间段，导通一个前置高速开关，将此前置高速开关输入的模拟基带信号输出至射频模块11，实现在不同时间段传输不同通道的信号。

所述每个前置高速开关的输出端均连接一个独立的存储模块440，所述存储模块可以由电容构成的电平保持模块实现，用于在复用DAC单元42处理某一个通道的信号时存储其他通道输出的信号电平。每个通道前置高速开关340的输出端连接个通道的电平保持模块440。

射频模块11将四路通道的模拟基带信号分别处理为四路射频信号750、751、752、753，分别由各通道460天线发射出去，射频模块11的输出端与且只与一个天线相连，完成整个发射机的工作。

发射机每个通道内的信号带宽受到各通路中带宽最窄的器件芯片模块的限制，射频模块带宽小于通道的DAC单元的带宽。由于DAC单元的带宽远大于信号带宽以及射频模块的带宽，所以多路通道可复用一个DAC单元，以减小芯片面积。复用DAC单元可容纳的通道数，小于或等于复用DAC单元的带宽相对于每个通道带宽的整数倍。

由于本发明的发射机中复用了DAC单元，虽然每个通道增加了一个前置高速开关与一个后置高速开关，但增加的前置高速开关与后置高速开关的面积和小于减少的DAC单元的面积，因此本发明有效降低发射机面积。

本发明中，接收机采用频分复用实现对ADC单元的复用，相同频段、相同带宽的射频信号经过多根100天线进入每根天线对应的接收通道后，送入集成有频谱搬移模块的射频模块21处理，所述集成有频谱搬移模块的射频模块21有多个输入端和一个输出端，所述的集成有频谱搬移模块的射频模块21的一个输入端与且只与一个通道的天线相连，所述集成有频谱搬移模块的射频模块21的一个输出端与复用ADC单元13的输入端相连，所述复用ADC单元13有一个输入端与一个输出端，所述复用ADC单元13的输出端与数字基带模块23的输入端相连，集成有频谱搬移模块的射频模块21将每个通道内的信号进行变频，把频谱分别搬移到相互之间不交叠的不同频段，然后合成一路宽带信号120，送入带宽较宽的复用ADC单元13，信号120经过ADC单元13转换为一路数字信号，再送入数字基带模块23，利用数字基带模块23内置的数字滤波器，将每个通道的数字信号从ADC单元13输出的一路数字信号中分离出来，进行进一步处理，完成整个接收机的工作。

接收机采用时分复用实现对ADC单元的复用，相同频段、相同带宽的射频信号经过每个通道的100天线进入每个天线对应的接收通道后，送入射频模块11处理，射频模块11的输出信号再送入前置时分模块32，所述射频模块11有多个输入端和多个输出端，所述的射频模块11的一个输入端与且只与一个通道的天线相连，所述射频模块11的一个输出端与且只与前置时分模块32的一个输入端相连，所述前置时分模块32由多个前置高速开关320构成，每一个前置高速开关有一个输入端和一个输出端，一个前置高速开关的输入端构成前置时分模块32的一个输入端，所有前置高速开关的输出端相连接构成前置时分模块32的输出端，所述前置时分模块32的输出端与复用ADC单元13的输入端相连，所述复用ADC单元33有一个输入端和一个输出端，所述复用ADC单元13的输出端与后置时分模块34的输入端相连，所述后置时分模块34由多个后置340高速开关构成，每一个后置高速开关有一个输入端和一个输出端，一个后置高速开关的输入端相连接构成后置时分模块34的一个输入端，每个后置高速开关的输出端构成后置时分模块34的一个输出端，所述后置时分模块34的一个输出端与且只与数字基带模块23的一个输入端相连，在不同的时间段，同时导通前置时分模块32中的一个前置高速开关以及后置时分模块34中的一个后置高速开关，将前置高速开关输入的信号输出至复用ADC单元13，实现在不同时间段处理不同通道的信号，经过复用ADC单元13模拟数字转换处理后的数字信号，再送入后置时分模块34，将每个通道的数字信号分时送入数字基带模块23进行进一步处理，从而实现复用ADC单元13的时分复用。

发射机采用频分复用实现对DAC单元的复用，数字基带模块23有多个输出端，每一个输出端与且只与前置时分模块32的一个输入端相连，所述前置时分模块32由多个前置高速开关320如构成，每一个前置高速开关有一个输入端和一个输出端，一个前置高速开关的输入端构成前置时分模块32的一个输入端，所有前置高速开关的输出端相连接构成前置时分模块32的一个输出端，所述前置时分模块32的输出端与复用DAC单元42的输入端相连，所述复用DAC单元42有一个输入端和一个输出端，所述复用DAC单元42的输出端与后置时分模块34的输入端相连，所述后置时分模块34由多个前置高速开关340构成，每一个后置高速开关有一个输入端和一个输出端，多个后置高速开关的输入端相连接构成后置时分模块34的一个输入端，一个后置高速开关的输出端构成后置时分模块34的一个输出端，所述后置时分模块34的一个输出端与且只与射频模块11的一个输入端以及一个独立的存储模块相连，每个通道的后置高速开关340的输出端与各通道存储模块440相连，所述存储模块可以由电容构成的电平保持电路实现，用于在复用DAC单元处理某一个通道的信号时存储其他通道输出的信号电平，所述射频模块11有多个输入端和多个输出端，所述的射频模块11的一个输出端与且只与一个通道的天线相连，数字基带模块23输出的多个通道的数字信号，进入前置时分模块32，在不同的时间段，导通前置时分模块32中的一个前置高速开关以及后置时分模块34中的一个后置高速开关，将前置高速开关输入的信号输出至复用DAC单元42，实现在不同时间段处理不同通道的信号，经过复用DAC单元42数字模拟转换处理后的模拟信号，再送入后置时分模块34，将每个通道的数字信号分时送入射频模块11进行进一步处理，从而实现复用DAC单元42的时分复用，每个通道的信号经过射频模块11转换为射频信号，再通过每个通道的460天线发射，完成整个发射机的工作。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种复用模拟基带单元的多通道无线电接收机，其特征在于，该接收机包括沿信号接收传输方向依次连接的接收天线（100）、射频模块（11）、频谱搬移模块（12）、复用模数转换单元（13）、数字滤波器（14）、数字基带模块（15），所述射频模块（11）有多个输入端和多个输出端，所述频谱搬移模块（12）有多个输入端和一个输出端，射频模块（11）的每个输入端对应连接一根接收天线（100），射频模块（11）的输出端与频谱搬移模块（12）的输入端一一对应连接，频谱搬移模块（12）的输出端与复用模数转换单元（13）的输入端连接，复用模数转换单元（13）的输出端与数字滤波器（14）的输入端连接，所述的数字滤波器（14）有一个输入端和多个输出端，数字基带模块有多个输入端，数字滤波器（14）与数字基带模块（15）的输入端一一对应连接。

2.一种复用模拟基带单元的多通道无线电接收机，其特征在于，该接收机包括沿信号接收传输方向依次连接的接收天线（100）、集成有频谱搬移模块的射频模块（21）、复用模数转换单元（13）、数字基带模块（23），所述集成有频谱搬移模块的射频模块（21）有多个输入端和一个输出端，每个输入端对应连接一根接收天线（100），射频模块（21）的输出端与复用模数转换单元（13）的输入端连接，复用模数转换单元（13）的输出端与数字基带模块（23）的输入端连接。

3.一种复用模拟基带单元的多通道无线电接收机，其特征在于，该接收机包括沿信号接收传输方向依次连接的接收天线（100）、射频模块（11）、前置时分模块（32）、复用模数转换单元（13）、后置时分模块（34）、数字基带模块（23），所述射频模块（11）有多个输入端和一个输出端，前置时分模块（32）有多个输入端和多个输出端，后置时分模块（34）有多个输入端和多个输出端，数字基带模块（23）有多个输入端，射频模块（11）的每个输入端对应连接一根接收天线（100），射频模块（11）的输出端与前置时分模块（32）的输入端一一对应连接，前置时分模块（32）的输出端与复用模数转换单元（13）的输入端连接，复用模数转换单元（13）的输出端与后置时分模块（34）的输入端连接，后置时分模块（34）的输出端与数字基带模块（23）的输入端一一对应连接。

4.一种复用模拟基带单元的多通道无线电发射机，其特征在于，该发射机包括沿信号接收传输方向依次连接的数字基带模块（23）、前置时分模块（32）、复用数模转换单元（42）、后置时分模块（34）、电平保持模块（440）、射频模块（11）、发射天线（460），所述数字基带模块（23）有多个输出端，前置时分模块（32）、后置时分模块（34）和射频模块（16）均有多个输入端和多个输出端，数字基带模块（23）的每个输出端对应连接前置时分模块（32）中的一个高速开关，前置时分模块（32）的输出端与复用数模转换单元（42）的输入端连接，复用数模转换单元（42）的输出端与后置时分模块（34）的输入端连接，后置时分模块（34）的高速开关与多个电平保持模块（440）一一对应连接，每个电平保持模块（440）的输出端与射频模块（16）的一个输入端对应连接，射频模块（16）的每个输出端对应连接一根发射天线（460）。