多频段射频电路、频段调整方法和无线设备与流程

1.本技术属于射频技术领域，尤其涉及一种多频段射频电路、频段调整方法和无线设备。


背景技术：

2.在无线通讯设备中，三频机型相比双频机型，除了2.4g频段外，在5g频段上多出一个band(频段)，使得在5g频段上有两个band可以同时工作。更多的频段同时工作意味着更大的吞吐量，在每个用户使用体验不变的情况下，可以有更大的带机量。目前在硬件架构上，三频机型针对band1和band4采用不同的射频链路和天线。受限于结构设计，如果有n个空间流，对于三频机型，只能做到(n/2)*(n/2)多进多出(multiple input multiple output，mimo)的band1和(n/2)*(n/2)mimo的band4。相对于n个空间流的5g天线的双频机型，三频机型带机量更多，但是针对单一用户(最高支持nss为n)的吞吐量协商值会减半，与此同时，由于分集增益，n个空间流的双频机型覆盖范围也会比三频机型更大。
3.目前的射频系统和通信设备，可支持四个预设频段的5g信号的4*4mimo功能。本质上是在电路板上节约面积，实现四个频段的预设，支持多个国家运营商对不同频段的要求，提升对器件的利用效率。虽然运用到无线wifi领域，能从硬件上进行频段的切换，但切换的方式固定，同一时刻只实现了某一频段，不能随用户场景进行自适应调整，未充分利用有限资源，用户体验不足。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种多频段射频电路、频段调整方法和无线设备，旨在解决传统的射频系统存在的同一时刻只能工作在单一频段，不能充分利用有限资源，用户体验不足的问题。
5.本技术实施例的第一方面提供了一种多频段射频电路，包括：
6.控制器；
7.收发器，与所述控制器连接，用于接收或发送射频信号；
8.多个前端模块，分别与所述收发器连接，用于所述射频信号的发送放大以及接收放大；
9.所述多频段射频电路还包括：
10.多个天线单元，每个天线单元具有至少两个谐振频段；
11.多组匹配链路，每组所述匹配链路与对应所述天线单元匹配耦合，每组所述匹配链路包括数量与每个所述天线单元的频段数量相同的匹配链路；
12.多个第一射频开关，其中，每个所述前端模块和每组所述匹配链路之间连接有一个所述第一射频开关，所述控制器被配置为控制各所述第一射频开关切换接入到所述前端模块的所述匹配链路，以实现频段的切换。
13.上述多频段射频电路由于不同的频段在硬件上都采用相同的前端模块，所以匹配
可以采用两条独立的链路，分别匹配不同的频段，根据需求利用射频开关进行切换，以实现频段的切换，适应不同场景对空间流的需求优化，能够充分利用有限资源，提升用户体验。
14.在一个实施例中，每个所述天线单元包括至少两个不同频段的单频天线，每个所述单频天线分别通过对应的所述匹配链路连接到所述第一射频开关。
15.在一个实施例中，还包括多个第二射频开关，每个所述天线单元包括一个多频天线，所述第二射频开关连接在所述多频天线和所述匹配链路之间，所述控制器被配置为控制各所述第一射频开关和各所述第二射频开关切换接入到所述前端模块的所述匹配链路，以实现频段的切换。
16.在一个实施例中，还包括至少一个2.4g模块，所述2.4g模块与所述控制器连接，用于以2.4ghz的谐振频段辐射或者接收所述射频信号。
17.在一个实施例中，所述控制器被配置为根据实际吞吐量占用当前链路协商速率所支持吞吐量的百分比和/或接入设备数量所需频段控制各所述第一射频开关切换接入到所述前端模块的所述匹配链路，以实现频段的切换。
18.在一个实施例中，所述频段包括5g band1和5g band4。
19.在一个实施例中，所述天线单元和所述前端模块均为4个。
20.本技术实施例的第二方面提供了一种基于上述多频段射频电路的频段调整方法，所述频段调整方法包括：
21.对各接入设备进行监控；
22.基于监控结果确定各所述接入设备所需频段；
23.基于各所述接入设备所需频段，控制所述第一射频开关切换接入到所述前端模块的所述匹配链路。
24.在一个实施例中，所述监控结果包括所述接入设备的数量、各所述接入设备的的实际吞吐量占用当前链路协商速率所支持吞吐量的百分比；
25.所述基于各所述接入设备所需频段，控制所述第一射频开关切换接入到所述前端模块的所述匹配链路包括：
26.若所述接入设备为一个，则控制所有所述第一射频开关切换接入到与所述接入设备所需频段对应的所述匹配链路；
27.若所述接入设备为多个，根据各所述接入设备的实际吞吐量占用当前链路协商速率所支持吞吐量的百分比控制各所述第一射频开关切换接入到与所述接入设备所需频段对应的所述匹配链路的数量。
28.基于上述多频段射频电路的频段调整方法对接入设备进行监控，就可以根据用户场景控制射频开关，实现频段的转换已达到空间流的适配，这样就可以在不改变硬件的情况下，自适应用户场景，结合单频或多频段的优点，在多用户接入情况下，采用多频段，而在单一用户需要更大吞吐量时采用单频段。
29.本技术实施例的第三方面提供了一种无线设备，包括上述的多频段射频电路；或
30.包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上频段调整方法的步骤。
31.上述无线设备具备前述第一、二方面所提供的方案的有益效果，这里不再赘述。
附图说明
32.图1为本技术实施例一提供的多频段射频电路结构示意图；
33.图2为本技术实施例二提供的多频段射频电路结构示意图；
34.图3为本技术实施例三提供的多频段射频电路结构示意图；
35.图4为本技术一实施例提供的频段调整方法的具体流程图；
36.图5是本发明实施例提供的无线设备的示意图；
37.其中，各图中各附图标记：
38.110、控制器；120、收发器；130、前端模块；140、天线单元；150、组匹配链路；160、第一射频开关；170、第二射频开关；142、单频天线；152匹配链路。
具体实施方式
39.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
40.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
41.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
42.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干个”的含义是一个或多个，除非另有明确具体的限定。
43.请参阅图1，本技术实施例提供的多频段射频电路包括控制器110、收发器120(transceiver)、多个前端模块130(front
‑
end modules，fem)、多个天线单元140、多组匹配链路150以及多个第一射频开关160。
44.控制器110一般是应用本电路的设备的主控，比如网络管理芯片，或者其他中央处理器(cpu)。收发器120与控制器110连接用于接收或发送射频信号；多个前端模块130分别与收发器120连接，用于射频信号的发送放大以及接收放大。
45.每个天线单元140具有至少两个谐振频段。比如，天线单元140以5g wifi天线为例，一般5g wifi天线可以包括5g band1和5g band4两个常用频段，当然也可以设置有其他适配不同场景或地区的其他谐振频段，本技术将以该两个常用频段为例进行举例说明。
46.多组匹配链路150中每组匹配链路150与对应天线单元140匹配耦合，每组匹配链路150包括数量与每个天线单元140的频段数量相同的匹配链路152，如此可以使用独立的匹配链路152分别匹配不同的频段，使得每个天线单元140都可以任意选择不同频段的辐射体参与辐射；每个前端模块130和每组匹配链路150之间连接有一个第一射频开关160，控制器110被配置为基于各第一射频开关160切换接入到前端模块130的匹配链路152，以实现频
段的切换。一般地，频段的切换是基于不同的应用场景，不同的接入设备，以及每个接入设备实际吞吐量占用当前链路协商速率所支持吞吐量的百分比进行配置，最大化提升硬件利用效率，且提升用户使用体验。
47.请参阅图2，在一个实施例中，还包括多个第二射频开关170，每个天线单元140包括一个多频天线，比如是能够谐振在5g band1和5g band4的双频天线，第二射频开关170连接在多频天线和匹配链路152之间，控制器110被配置为基于各第一射频开关160和各第二射频开关170切换接入到前端模块130的匹配链路152，以实现频段的切换。具体地，第一射频开关160主要用于匹配链路152的切换，而第二射频开关170用于切换多频天线的馈电形式，或阻抗匹配，或功率匹配，以实现频段切换。
48.请参阅图3，在一个实施例中，每个天线单元140包括至少两个不同频段的单频天线142，每个单频天线142分别通过对应的匹配链路152连接到第一射频开关160。例如，每个天线单元140包括5g band1单频天线142和5g band4单频天线142，与上一个实施例相比，天线单元140使用单频天线142，使得异频隔离度更好的同时，还降低了一个射频开关引入的插损。
49.一般地，应用于无线设备的多频段射频电路还包括至少一个2.4g模块(未图示)，2.4g模块与控制器110连接，用于以2.4ghz的谐振频段辐射或者接收射频信号。如此，加上上述的5g天线，在控制器110的基于射频开关的控制下，实现不同频段空间流的自适应调整，兼顾双频和三频的各自优点，提升用户体验。
50.在一个实施例中，天线单元140和前端模块130均为n个，比如4个。即天线单元140为n mimo天线，整个多频段射频电路能够实现n*nmimo的分集。
51.以下将举例单一接入设备(sta)和多sta两种使用场景来演示应用了本技术的无线设备的工作过程。
52.场景1：单一sta，sta的nss支持数量为nsta，设备最大天线数量为n，此时5g band1的空间流数量为n/2，5g band4的空间流数量为n/2。当sta出现实际吞吐量接近当时协商速率的理论吞吐量上限时，网络出现卡顿或延迟，对以下情况进行具体分析：
53.若sta接入5g band1或者5g band4，且nsta≤n/2，同时sta协商到了协议最高速率，此时增加sta的空间流或者提高分集增益，也无法提升其性能；
54.若sta接入5g band1或者5g band4，且nsta≤n/2，同时sta没有协商到协议最高速率，此时控制开关切换增加sta的空间流，虽然无法提升实际sta空间流，但可以提高分集增益，使sta协商到更高速率，提升其性能；
55.若sta接入5g band1或者5g band4，且nsta>n/2，此时控制开关切换增加sta的空间流，不仅可以提升实际sta空间流，还可以提高分集增益，使sta实际协商的nss数以及速率都可以得到提升，增加硬件利用率，提升其性能。
56.场景2：多sta接入设备，将sta按照实际吞吐量从大到小进行排序，编号为sta1,sta2
…
，sta对应支持的nss数为nsta1,nsta2,nsta3
…
，5g band1和5g band4默认空间流分别为n/2，针对这种场景,对以下情况进行具体分析：
57.sta1接入5g band1,其余sta接入5g band4，此时sta1和其他sta的实际吞吐量值均小于实际协商速率吞吐量值,空间流分配合理，不调整空间流分配；
58.sta1接入5g band1,其余sta接入5g band4，此时sta1的实际吞吐量超过协商速率
的吞吐量最大值的80％，而其他sta的实际吞吐量值均小于实际协商速率吞吐量值的20％，且此时sta1支持的nss数nsta1>n/2或者协商速率未达到最高速率，分配5g band1空间流为m1,5g band4空间流为m2，其中m1>n/2,m1+m2＝n,调整后，sta1不仅空间流会得到提升，由于分集增益更大，协商的速率也会得到提升，但同时需要保证其余sta的实际总吞吐量不超过实际协商速率吞吐量值的80％，这样在满足其他sta接入的同时，还提升了sta1的吞吐量，充分榨取硬件性能,提升了用户体验。
59.请参阅图4，本技术实施例的第二方面提供了一种基于上述多频段射频电路的频段调整方法，频段调整方法包括：
60.步骤s110，对各接入设备进行监控。
61.具体地，系统将对接入设备的数量以及各接入设备的当前实际吞吐量占用当前协商速率的理论吞吐量的百分比进行监控。
62.步骤s120，基于监控结果确定各接入设备所需频段；
63.比如监控到接入设备只有一个，如上述场景1，则可以认为该接入设备所需频段为任意一频段；又比如，监控到接入设备为多个，如上述场景2，那就需要根据空间流的需求，给不同设备分配不同天线单元140的不同或者相同的频段上。
64.步骤s130，基于各接入设备所需频段，控制第一射频开关160切换接入到前端模块130的匹配链路152。
65.在一个实施例中，监控结果包括接入设备的数量、各接入设备的当前实际吞吐量占用当前协商速率的理论吞吐量的百分比；
66.步骤s130包括：
67.若接入设备为一个，则控制所有第一射频开关160切换接入到与接入设备所需频段对应的匹配链路152，其中，接入设备所需频段为同一个频段。如上述场景1，则可以认为该接入设备所需频段为匹配链路152对应的某一频段，所有第一射频开关160切换接入到同一个频段对应的匹配链路152，以让n条空间流都接入到该接入设备，提供了最大的吞吐量。
68.若接入设备为多个，根据各接入设备的当前实际吞吐量占用当前链路协商速率所支持吞吐量的百分比控制各第一射频开关160切换接入到与接入设备所需频段对应的匹配链路152的数量。
69.具体地，将接入设备当前实际吞吐量和当前链路协商速率所支持吞吐量进行对比，若实际吞吐量超过当前协商速率的理论吞吐量的80％后，判定此时该接入设备拥有更高吞吐量的需求，控制第一射频开关160调配更多空间流(将更多的天线单元140工作在与该接入设备连通的频段)，同时更多空间流也拥有更高的分集增益，使接入设备的理论最大吞吐量的上限将得到提升，若实际小于理论值的20％，认为该接入设备不需要这么多空间流，控制第一射频开关160减少该接入设备的空间流，分配至其他需要空间流的设备，提高硬件利用率。
70.如上述场景2，根据信道当前实际吞吐量占用当前链路协商速率所支持吞吐量的百分比判断接入设备对空间流、网络延迟以及吞吐量的需求确定各个接入设备的需求，如果需求较大，则匹配更多的天线单元140工作在一个频段给该接入设备，而需求量不大的接入设备，则利用剩下的天线单元140工作在另一个频段给需求量不大的接入设备接入，如此可以在不改变硬件的情况下，自适应用户场景，结合单频或多频段的优点，在多用户接入情
况下，采用多频段，而在单一用户需要更大吞吐量时采用单频段。
71.基于上述多频段射频电路的频段调整方法对接入设备进行监控，就可以根据用户场景控制射频开关，实现频段的转换已达到空间流的适配，这样就可以在不改变硬件的情况下，自适应用户场景，结合单频或多频段的优点，在多用户接入情况下，采用多频段，而在单一用户需要更大吞吐量时采用单频段。
72.本技术实施例的第三方面提供了一种无线设备，包括上述的多频段射频电路；或
73.包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如上频段调整方法的步骤。
74.上述无线设备具备前述第一、二方面所提供的方案的有益效果，这里不再赘述。
75.图5是本技术一实施例提供的无线设备的示意图。如图5所示，该实施例的无线设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述基于上述多频段射频电路的频段调整方法实施例中的步骤，例如图4所示的步骤s110至s130。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
76.示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本技术。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述无线设备5中的执行过程。
77.所述无线设备5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述无线设备5可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是无线设备5的示例，并不构成对无线设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述无线设备5还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
78.所称处理器50可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field
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programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
79.所述存储器51可以是所述无线设备5的内部存储单元，例如无线设备5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述无线设备5的外部存储设备，例如所述无线设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述无线设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述无线设备5所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
80.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应
包含在本技术的保护范围之内。