多输入多输出无线电收发机的制作方法

专利名称：多输入多输出无线电收发机的制作方法
技术领域：
本发明涉及多输入多输出(MIMO)无线电收发机。
无线通信系统设计的主要目标是最有效地使用可用光谱。增加光谱效率的技术的例子包括编码的调制技术如涡轮编码及格形编码调制，及多址技术如码分多址接入(CDMA)。
还有另外一种最近已在学术界很流行的使光谱效率最优化的方式，即使用MIMO无线电系统。MIMO无线电通信技术已被提议用于，例如，3G移动电话系统。然而，先前开发MIMO系统的优点的努力已经失败，原因之一在于不能开发低成本的MIMO无线电。

发明内容
MIMO无线电收发机被提供来支持经多个天线的相应天线同时传输的多个信号的处理，并支持由多个天线的相应天线检波的多个信号的接收处理。MIMO无线电收发机是适于高度集成和低成本制造的收发机之一。另外，无线电收发机可在RF频带的一部分甚至整个RF频带中执行传输和接收操作。多传输及接收通道对于支持连接(joint)最大比值合并技术是特别有用的，其在此还被称为合成聚束(CBF)。
在一个半导体集成电路上，无线电收发机提供用于多个天线的每一个的接收机电路或通道及用于多个天线的每一个的传输电路或通道。每一接收通道使由其关联天线检波的RF信号降频变换为基带信号，其使用直接变换方法或超外差(多变换)方法。类似地，每一传输电路对将由所分配的天线传输的基带信号进行升频变换，其使用直接升频方法或多段变换方法。
多个接收和传输通道被集成在同一半导体集成电路上。其提供了很大的成本及空间/面积节省。该类型的无线电收发机的一个用处在于接收和传输信号，该信号在基带时使用前面提及的CBF技术(由此，信号的加权分量经多个天线的每一个进行发送并在其它设备由一个或多个天线接收)进行处理以增加与另一通信设备的连接极限(linkmargin)。在该应用中，非常重要的是，每一接收处理通道和每一传输处理通常根据振幅和相位响应进行匹配。因为多个接收和传输通道被集成在一个半导体管芯上，处理通道将被内在地进行较好的相位和振幅匹配，且由半导体集成导致的任何影响将在处理通道之间跟踪。此外，由于温度变化而导致的任何操作变化也将在处理通道之间更好的跟踪，因为它们是集成在同一半导体集成电路上。低成本无线电收发机被提供，例如，其不需要中频(IF)滤波器、其具有集成在无线电收发机集成电路(IC)上的功率放大器、其使用一个频率合成器、及其集成用于传输/接收和频带选择操作的多个控制开关。
参考下面的结合附图的描述，上述及其它优点将更加明显。


图1为具有用于多输入多输出(MIMO)操作的多个处理通道的无线电收发机的总框图。
图2为具有超外差体系结构的MIMO无线电收发机的示意图。
图3为具有可变中频体系结构的MIMO无线电收发机的示意图。
图4为具有直接变换体系结构的MIMO无线电收发机的示意图。
图5为与MIMO无线电收发机一起使用的无线电前端部件的示意图。
图6-8为与MIMO无线电收发机一起使用的各种无线电前端部件的示意图。
图9为与单一设备中的两个无线电收发机IC一起使用以提供4传输和接收通道的另一无线电前端的示意图。
图10为与单一无线电收发机IC一起使用以提供4传输和接收通道的另一无线电前端部件的示意图。
图11和12为示出数模转换器和模数转换器是怎样被共享在MIMO无线电收发机中的简图。
图13和14为示出无线电收发机中的滤波器怎样被共享以减少集成电路的面积的简图。
具体实施例方式
图1示出了无线电收发机10的框图。无线电收发机10适于处理由至少两天线检波的射频信号。前面的描述集中在带有两个天线12和14、及每一天线关联的传输和接收通道的实施例，但该同样的体系结构可被普及以支持用于N天线的N处理通道。该无线电收发机对于支持前面提及的CBF技术是有用的。CBF系统和方法在下述专利申请中有详细描述2002年6月19日申请的、题为“用于使用连接最大比值合并的天线分集方案的系统和方法”的美国专利申请10/164,728；2002年6月19日申请的、题为“用于使用等功率连接最大比值合并的天线分集的系统和方法”的美国专利申请10/174,689；及2002年7月18日申请的、题为“用于使用时域信号处理的连接最大比值合并的系统和方法”的美国专利申请10/064,482。所有这些未决的、普通转让的专利申请均涉及在与另一通信设备通信时在一通信基站优化所接收的SNR，从而增加两设备之间的范围及该范围的数据速率。
在上面提及的、题为“用于使用等功率连接最大比值合并的天线分集的系统和方法”的专利申请中描述的技术的一个优点是，从每一天线通道要求的输出功率被降低。因此，功率放大器的尺寸可被减小，其减低了IC的整个半导体芯片面积，并更容易将IC上的其它RF电路与功率放大器隔离。
无线电收发机10包括接收机和发射机。接收机包括接收机电路20和30。接收机电路或部分20用于天线12，及接收机电路或部分30用于天线14。类似地，发射机包括用于天线12的传输电路40和用于天线14的传输电路60。每一接收机电路20和30包括降频器24、可变低通滤波器26和采样保持电路28。每一传输电路40和60包括采样保持电路42、低通滤波器44、升频器46、带通滤波器48和功率放大器50。降频器24可包含执行单级(直接)变换到基带或双级变换到中频、再到基带的电路。同样，升频器46可直接升频变换到RF或先到中频、再到RF。下文中结合附图2-4描述了更具体的实施例。低通滤波器44可以是可变的滤波器，以适应窄带传输操作状态或几个宽带传输操作状态之一。
前端部件90将无线电收发机10连接到天线12和14。开关62和64分别连接到天线12和14。开关62选择传输电路60的输出或接收机电路20的输入是否连接到天线12。开关64选择传输电路40的输出或接收机通道30的输入是否连接到天线14。带通滤波器22连接到开关62和64的一个开关端子。此外，低通滤波器52和54连接在每一传输电路40和60中的功率放大器50的输出之间，开关62和64的其它开关端子分别与天线12和14关联。
接收机电路20和30的采样保持电路28的输出分别连接到模数转换器(ADC)70和72。传输电路40和60中的采样保持电路42的输入分别连接到数模转换器(DAC)80和82。DAC 80和82可接收第一和第二数字基带传输信号作为输入，其代表将从天线12和14同时传输的单一基带信号的复杂加权的(complex-weighted)传输信号分量。第一和第二发射机电路40和60处理用于实质上同时传输的第一和第二模拟基带信号。同样的，天线12和14可分别检波第一和第二接收信号，其为传输到收发机10的单一信号的分量。第一接收机电路20和第二接收机电路30实质上同时处理第一和第二接收信号以允许所得到的数字基带接收信号的加权合成。
接口和控制模块92被提供来使无线电收发机10与其它构件如基带处理部件进行接口连接。例如，接口和控制模块92接收滤波器带宽控制信号、中心频率控制信号、及开关控制信号，所有这些信号用于控制无线电收发机中的特定部件的操作。另外，前述的信号可被获得以用于控制处理器或基带部件并直接连接到收发机10的适当部件的引脚。
中心频率控制信号控制每一接收机电路20和30中的降频器24使用的本机振荡器信号及每一传输电路40和60中的升频器46使用的本机振荡器信号的中心频率。此外，滤波器带宽控制信号控制可变低通滤波器26的截止频率。开关控制信号根据收发机10是接收或传输来控制开关62和64的位置。
无线电收发机10的一个与众不同的功能是同时接收和处理由每一天线12和14检波的信号，以输出适当合成的第一和第二基带接收信号，其使用前述的CBF技术(在基带处理器中)获得所接收的信号。相反地，无线电收发机10同时处理第一和第二基带模拟传输信号(代表单传输信号的加权分量)并将它们输出以用于分别经天线12和14传输。图1中所示的无线电收发机10可工作于半双工模式，如果需要，也可工作于全双工模式。
此外，无线电收发机10可在不同的带宽中执行MIMO操作。例如，无线电收发机10可在射频频带中的单一RF通道中传输或接收信号，如2.4GHz频带的20MHz 802.11通道。然而，其也可执行MIMO操作以在更宽的带宽中传输或接收信号，如更高的数据速率信号或实质上占用整个频带的信号，如2.4GHz频带的80MHz。滤波器带宽控制信号设定每一接收机电路20和30中的低通滤波器26的截止频率以低通滤波RF带宽的所需要的部分。无线电收发机10还具有只有接收的非MIMO操作，其中每一接收通道的输出可被获得以采样任何部分或整个RF频带，其通过调节低通滤波器26实现。后一功能对获得RF频带的样本以执行RF频带的谱分析是有用的。如将结合图13和14进一步详细说明的，发射机中的低通滤波器44可被除去且可变低通滤波器28既用于所接收的信号又用于传输信号。
包围接收机电路20和30及传输电路40和60的大虚线框意于指出，所有这些部件包括功率放大器50可被实施在一个半导体集成电路(IC)上。其它部件也可实施在IC上，因为半导体和滤波设计技术允许这样做。上面描述了由同一半导体上的集成的多传输通道和多接收通道所实现的性能优点。
图2-4示出了图1中所示的MIMO无线电收发机的更具体的例子。图2示出了采用超外差(双级)变换体系结构的双频带无线电收发机。图3示出了采用步进式中频(IF)变换体系结构的双频带无线电收发机，其仅使用一个频率合成器。图4示出了采用直接变换(单级)体系结构的双频带无线电收发机。图5示出了可与图2-4中所示的任一无线电收发机一起使用的无线电前端部件。
参考图2及图5，无线电收发机100将被描述。图2中所示的无线电收发机100是超外差接收机，其能够工作于两个不同的频带，如2.4GHz无执照的频带及5GHz无执照的频带之一。
如图5所示，无线电收发机100被设计来经RF前端部件105连接到第一和第二天线102和104，RF前端部件105包括传输/接收(T/R)开关106和108，其分别连接到天线102和104。每一T/R开关106和108具有连接到其关联天线的天线端子、接收输出端及传输输入端，并响应于T/R开关控制信号根据无线电收发机是传输或接收而选择接收输出端或传输输入端。同样，在RF前端部件105中是频带选择开关110、112、114和116，其根据正被传输或接收的信号的频带而从开关106和108选择天线的输出。频带选择开关110和112均为接收频带选择开关，每一个均具有分别连接到第一和第二T/R开关106和108的接收输出端的输入端，且第一输出端分别连接到BPF120和124，第二输出端分别连接到BPF122和126。频带选择开关114和116为传输频带选择开关，每一个均具有第一和第二输入端和输出端。频带选择开关114和116的第一输入端分别连接到LPF128和132，开关115和116的第二输入端分别连接到LPF130和134。开关114和116的输出端分别连接到第一和第二T/R开关106和108的传输输入端。
重新参考图2，在无线电收发机100的接收侧上，有一个接收机，其包括与由天线102检波的信号关联的接收机通道或电路140及与由天线104检波的信号关联的接收机通道或电路170。在传输侧上，有一个发射机，其包括与天线102关联的传输通道或电路210和与天线104关联的传输通道或电路230。接收机电路140和170的每一个均具有两个支路第一支路处理来自第一射频频带的信号，第二支路处理来自第二射频频带的信号。
更具体地，接收机电路140和170中的每一支路连接到图5中所示的RF前端部件105中的带通滤波器120、122、124和126中的相应滤波器。在接收机电路140的第一支路中，有一个低噪声放大器(LNA)142和一个将RF信号从第一射频频带(RFB1)降频变换到中频(IF)的RF混频器144。在接收机电路140的第二支路中，有一个LNA152和一个将RF信号从第二射频频带降频变换到IF的RF混频器154。IF滤波器(IFF)145连接到混频器144和混频器154，及在IFF145的输出侧上是一可变放大器146、四重混频器(quad mixer)148和156、及可变低通滤波器150和158。采样保持电路160连接到可变低通滤波器150，采样保持电路160连接到可变低通滤波器158。如下文中将详述的，接收机电路140的第一支路(由LNA142和混频器144组成)处理来自由天线102检波的第一RF频带(RFB1)的信号。接收机电路140的第二支路(由放大器152和混频器154组成)处理来自由天线102检波的第二RF频带(RFB2)的信号。在任何给定时间，接收机电路140只有一个支路在工作。因此，假如混频器144和154的输出阻抗较高，IFF145和可变功率放大器146可由支路共享(不需要额外的开关)。四重混频器148和156产生提供给可变放大器146的输入的信号的同相信号(I)和正交(Q)信号。因而，概言之，接收机电路140具有由RF混频器(144或154，取决于正使用哪一频带支路)组成的第一降频器，其将由天线102(图5)检波的第一接收信号降频混合为中频信号，四重混频器148和156还将中频信号进一步降频混合为I和Q基带模拟信号。
接收机电路170具有构件172-192，其将这些镜像在接收机电路140中，但被用于处理来自天线104(图5)的或第一RF频带(RFB1)或第二RF频带(RFB2)的信号。类似于接收机电路140，接收机电路170具有由RF混频器(174或184，取决于哪一频带支路正被使用)组成的第二降频器，其将由天线104检波的第二接收信号降频混合为与接收机电路140中产生的第一中频信号的IF一样的第二中频信号，四重混频器178和186将第二IF信号进一步降频混合为I和Q基带模拟信号。
应该理解的是，尽管没有示出，其它构件也可存在于接收机电路中。例如，在LNA和在LNA后面的混频器之间可以有镜像抑制滤波器。
开关200和202分别连接到接收机电路140和170中的采样保持电路，以在与分别由接收机电路140和接收机电路170输出的第一和第二模拟基带接收信号关联的I和Q输出之间切换，以用于通过ADC处理。此外，开关270和280在传输侧上用作另外的功能，以将提供将被传输的第一和第二模拟基带信号的DAC的输出接收作为输入。
在无线电收发机100的传输侧，有两个传输电路210和230。在传输电路210中，四重混频器212和214分别接收I和Q数据信号作为输入，其通过中频本机振荡器信号将这些信号升频混合为IF。四重混频器212和214的输出被总计并连接到可变放大器216，其顺次连接到RF混频器218。RF混频器218将中频信号升频变换为RF，或RFB1或RFB2。带通滤波器222和224连接到混频器218的输出。带通滤波器222与RFB1关联，带通滤波器224与RFB2关联。功率放大器226连接到带通滤波器222的输出，功率放大器228连接到带通滤波器228的输出。功率放大器226的输出连接到低通滤波器128(图5)的输入，功率放大器228的输出连接到低通滤波器130(图5)的输入。概言之，第一传输电路210具有由四重混频器212和214组成的升频器，其对表示第一传输信号的基带I和Q信号进行升频混合，RF混频器218进一步升频混合中频信号以产生第一RF信号，其将被连接到第一天线102(图5)。RF混频器218的输出连接到由BPF222和功率放大器226或BPF224和功率放大器228组成的带通支路。
与天线104关联的传输电路230具有构件232-248并镜像传输电路210以处理第二传输信号构件。类似于第一传输电路210，第二传输电路230具有由四重混频器232和234组成的升频器，其对表示第二传输信号的I和Q基带信号进行升频混合，RF混频器238进一步对中频信号进行升频混合以产生第二RF信号，其将被连接到第二天线104(图5)，用于与第一RF信号实质上同时传输。
发射机电路210和230的输入信号是从DAC(未示出)提供到开关270和280，开关交替地在基带I和Q信号之间选择，其连接到发射机电路210中的各自的采样保持电路272和274及发射机电路230中的各自的采样保持电路282和284。采样保持电路272和274顺次分别连接到LPF276和278，采样保持电路282和284分别连接到LPF286和288。LPF276和278滤波第一传输信号的基带I和Q信号并将它们的输出分别提供给四重混频器212和214。类似地，LPF282和288滤波第二传输信号的基带I和Q信号并将它们的输出分别提供给四重混频器232和234。如果接收机中的可变LPF被共享用于接收和传输处理，则LPF的数量可变减少。图13和14示出了使可变LPF共享用于传输和接收操作的技术。
由于无线电收发机100是超外差设备，用于与RFB1和RFB2关联的无线电频率的RF本机振荡器信号及IF本机振荡器信号需要被产生。IF合成器(IF LO synth)250和压控振荡器(VCO)252(包括90°相位构件，为简化未示出)产生同相及正交相位移的IF本机振荡器信号，其连接到混频器148、156、178和186及混频器212、214、232和234。RF本机振荡器合成器(RF LO synth)260连接到VCO262、264和266，其提供不同的RF本机振荡器信号给接收侧的混频器144、154、174和184及传输侧的混频器218和238。有多个VCO提供用于多个RF频带的RF信号。例如，VCO262提供用于2.4GHz的无执照频带的RF本机振荡器信号(用于任何RF通道或中心频率)，VCO264提供用于低5GHz的无执照频带的RF本机振荡器信号(用于任何RF通道或中心频率)，VCO266提供用于高5GHz的无执照频带的RF本机振荡器信号(用于任何RF通道或中心频率)。
接口和控制模块279连接至/自外部设备如基带处理器和/或控制处理器的时钟信号、数据信号和使能信号。源自外部设备的收发机控制信号可通过接口控制模块290连接到适当的收发机构件或连接到适当构件的引脚。收发机控制信号包括，例如，RF中心频率控制信号、滤波器带宽控制信号、传输增益调节信号、接收增益调节信号、及开关控制信号。RF中心频率控制信号控制哪一RF频带及该频带中的特定的RF通道用于RF LO合成器260及关联的VCO262、264或267输出本机振荡器信号。适于与在此描述的无线电收发机一起使用的频率合成器的例子在2002年9月4日申请的、题为“用于多频带超外差收发机应用的频率合成器”的美国临时申请60/319,518中有所描述。滤波器带宽控制信号控制可变带宽低通滤波器150、158、180和188以工作于宽频带模式(传递整个频带或其实质性的部分)或窄频带模式(传递一部分如单RF通道)。传输增益控制信号控制传输侧的可变放大器216和236的增益，接收增益控制信号控制接收侧的可变放大器146和176的增益。开关控制信号根据无线电收发机100的工作状态及工作频带控制开关106、108、110、112、114、116、200和202的位置。
无线电收发机100的大部分构件均被实施于半导体IC中。大的虚线包围的部分指出了那些可包括在IC中的构件。然而，另外的构件也可被实施在IC中。
参考图2-5，将描述收发机100的操作。例如，RFB1为2.4GHz无执照的频带，RFB2为5GHz无执照频带之一。应该理解的是，图2中所示的同一体系结构可用于其它应用，且2.4/5GHz双频带应用仅是一个例子。对于该例子，IF为902.5MHz，IF LO synth250的频率输出为1805MHz，RF LO合成器输出的RF本机振荡器信号的范围为3319.5MHz到4277.5MHz。可变低通滤波器150、158、180和188均是可控制的，以滤波RF频带中的多个带宽，例如使得由天线102和104检波的信号的MIMO接收处理从20MHz带宽一直到80MHz或100MHz带宽。类似地，可变低通滤波器276、278、286和288均是可控制的，以滤波RF频带中的多个带宽，例如使得将被传输的基带信号的MIMO传输处理从20MHz带宽一直到80MHz或100MHz带宽。另外，如下文中结合图13和14所述的，可变低通滤波器150、158、180和188可变共享用于接收和传输处理。总之，无线电收发机100在其不同时于RFB1或RFB2传输和接收时工作于半双工模式。
无线电收发机100还可工作于非MIMO结构中。例如，只有一个接收通道的输出可与适当的可变低通滤波器组一起使用以采样任何部分或整个所想要的RF频带，从而获得数据来分析RF频带的部分或所有光谱。
根据无线电收发机是否正在传输或接收且其中RF频带正在工作，RF前端部件105(图5)中的T/R开关及频带选择开关均被控制。
例如，当无线电收发机100正在RFB1接收时，开关106和108均被移动到它们的上部的位置以选择收发机100的接收侧。RF LO合成器260被控制以输出RF本机振荡器信号，其将降频变换一来自RFB1的特定(子带)。开关110和112均被移动到它们的上部位置以选择带通滤波器120和124(与RFB1关联)及接收机电路140和170的对应支路。滤波器120对由天线102检波的信号进行带通滤波，滤波器124对由天线104检波的信号进行带通滤波。低通滤波器150、158、180和188均被控制以工作于所需要的带宽中。由天线102和104检波的两个信号可以是同一传输信号的空间上不同的信号。来自天线102的信号由混频器144降频变换到IF，再由IF滤波器145滤波，接着由四重混频器148和156降频变换到基带I和Q信号并由低通滤波器150和158滤波。源自该信号的每一I和Q信号被采样保持或由开关200选择用于输出到ADC。接收机电路170对由天线104检波的信号执行类似的操作。
无线电收发机100以类似的方式执行MIMO传输操作。发射机中的LPF276、278、286和288(或接收机的共享的LPF)均被控制以滤波所需要的带宽。此外，RF LO synth 260被控制以根据将被传输的信号的频带输出RF本机振荡器信号。假定信号将在RFB2中的一通道上传输，开关106和108被移动到它们的底部位置，从而选择无线电收发机100的传输侧。开关114和116被移动到它们的底部位置，以选择与RFB2关联的传输电路210和230的支路。将被传输的模拟基带信号由第一和第二信号分量组成，其将由各自的天线102和104同时传输。适当的RF本机振荡器信号被输出到混频器218和238。第一传输信号分量的I和Q信号由四重混频器212和214升频变换到IF。可变放大器216调节所得到的IF信号的增益，混频器218将IF信号升频变换到RF。滤波器224对由混频器218输出的RF信号进行带通滤波，功率放大器228对带通滤波器224的输出进行放大。低通滤波器130对功率放大器228的输出的谐波进行滤波，且所得到的输出经开关114和106连接到天线102。对于第二传输信号分量的I和Q信号也进行类似的操作。带通滤波器246滤波RF信号，功率放大器248放大滤波后的信号，其接下来被连接到低通滤波器134。所得到的滤波后的信号经开关116和108连接到天线104。
图3示出了类似于无线电收发机100的无线电收发机100’，但其采用了可变或步进IF体系结构，而不是超外差体系结构。特别地，在无线电收发机100’的接收机电路中，所接收的RF信号依赖于RF本机振荡器信号而被降频混合到中频，IF滤波器是不需要的或是可选的。类似的原理应用于传输电路。因此，RF LO合成器260的RF本机振荡器信号输出被连接到除4电路，其顺次提供IF本机振荡器信号给接收机电路140中的混频器148和156、接收机电路170中的混频器178和186、传输电路210中的混频器212和214、及传输电路230中的混频器232和234。除4电路265基于RF LO合成器260提供的RF本机振荡器信号产生IF本机振荡器信号。没有IF滤波器被需要，且只要求一个合成器(用于RF本机振荡器信号)。另外，无线电收发机100’的操作类似于无线电收发机100的操作。
图2和3的无线电收发机具有某些优势，从而使得它们适于高度集成和低成本的实施。首先，图2的超外差体系结构和图3的步进IF体系结构允许将功率放大器集成在无线电收发机IC的发射机中。这是因为功率放大器输出频率落在VCO谐振范围(turning range)的外面，从而避免了VCO的注入同步锁相。这在其它体系结构如图4所示的直接变换结构中是不太可能的。其次，图3的步进IF收发机不需要IF滤波器，从而降低了无线电收发机的材料成本。在某些设计参数下，甚至图2的超外差设计也可被实施为没有IF滤波器。图3的设计具有更容易集成功率放大器及不需要IF滤波器的双重优点。因此，图3的无线电收发机设计在成本、集成度及IC大小很重要的情况下可能是符合需要的。
现在参考图4，其描述了直接变换无线电收发机体系结构300。类似于无线电收发机100，无线电收发机300在接收机中具有多个接收机电路310和340，及在发射机中具有多个传输电路370和400。接收机电路是相同的，且传输电路也是相同的。在接收机电路310中，有两个连接到开关316的放大器312和314。放大器312从RF前端部件105(图2)中的带通滤波器接收频带RFB1的带通滤波的信号，及类似地，放大器314接收频带RFB2的带通滤波的信号。开关316的输出连接到可变放大器318以调节提供给其输入的信号的增益。可变放大器318的输出连接到混频器320和322，其通过IF本机振荡器信号将所放大的接收信号降频混合以产生I和Q信号。混频器320的输出连接到低通滤波器324，混频器322的输出连接到低通滤波器326。例如，低通滤波器324和326为三阶低通滤波器，为了更好的线性，其可不在芯片上，远离收发机构件的其余部分。低通滤波器324和326的输出分别连接到可变低通滤波器328和330。可变低通滤波器328和330可变控制以改变它们的截止频率，以选择窄带(如10MHz)或宽带(如40MHz)。可变低通滤波器328和330分别连接到采样保持电路332和334。采样保持电路332和334的输出为表示由天线102检波的信号的基带I和Q信号。开关336被控制以在基带I和Q信号之间交替选择以用于连接到单一ADC，并节省第二ADC的成本。
接收机电路340具有构件342-366，其与接收机电路310中的构件相同。接收机电路310和340执行所检波的RF信号到基带的直接变换或零中频降频变换。概言之，第一接收机电路310具有包括四重混频器320和322的第一降频器，其将由天线102检波的第一接收信号直接降频混合到基带I和Q信号。类似地，第二接收机电路340具有包括四重混频器350和350的第二降频器，其将由天线104检波的第二接收信号直接降频混合到基带I和Q信号。
本领域一般技术人员应该意识到的是，在接收机电路310和340中，四重混频器320和322及四重混频器350和352可以是能够覆盖RFB1和RFB2的宽带混频器，或者分开的四重混频器可被提供用于每一RF频带。
在传输侧，传输电路370包括第一和第二采样保持电路372和374，其从开关371接收用于第一传输信号的I和Q数据信号。采样保持电路372和374的输出连接到低通滤波器376和378。低通滤波器376和378的输出分别连接到四重混频器380和382。四重混频器380和382将由低通滤波器376和378滤波的I和Q信号输出升频混合到输出I和Q信号，其被合并并连接到可变放大器384。可变放大器384调节第一RF信号的增益并提供该信号给带通滤波器386和388，其分别与RFB1和RFB2关联。带通滤波器386和388的输出连接到功率放大器394和396。功率放大器390和392放大对于频带RFB1和RFB2的RF信号，其被连接到RF前端105。
传输电路400具有构件402-422，其与传输电路370中的那些构件相同。传输电路400的输入由第二传输信号的I和Q信号组成，其由开关401交替提供。因而，概言之，第一传输电路370包括一由四重混频器380和382构成的升频器，其将基带I和Q信号直接升频混合到RF I和Q信号，RF I和Q信号被合并以形成第一RF信号。第二传输电路400包括由四重混频器410和412构成的升频器，其将基带I和Q信号直接升频混合到RF I和Q信号，RF I和Q信号被合并以形成第二RF信号。
双模锁相环(PLL)430、VCO432、434和436、方脉冲模块438、及90°移相器440可被提供，以分别提供适当的同相及正交RF本机振荡器信号给接收机电路310中的混频器320和322、接收机电路370中的混频器350和352、传输电路370中的混频器380和382、及传输电路400中的混频器410和412。双模PLL430是一个用于产生高频率信号的标准构件。方脉冲模块438用作频率加倍装置，以降低由功率放大器导致的VCO的拉力(pull)。例如，为了提供用于2.4GHz无执照频带及高和低5GHz无执照频带的RF混频信号，VCO432产生1200-1240MHz范围的RF信号，VCO434产生2575-2675MHz范围的RF信号，及VCO436产生2862-2912MHz范围的RF信号。
类似于无线电收发机100，有控制信号连接到适当的构件以控制操作。无线电收发机300具有与无线电收发机100相同的工作状态。滤波器带宽控制信号根据收发机300的工作带宽控制可变低通滤波器328、330、358和360。接收增益控制信号控制可变放大器318和348。开关控制信号控制无线电收发机300和前端部件中的各个开关，其根据无线电收发机是在接收模式或传输模式并根据收发机工作于哪一频带，RFB1或RFB2，而进行控制。RF中心频率控制信号根据收发机工作于哪一RF频带及该频带中的哪一RF通道来控制双模PLL410和VCO412-416。传输增益控制信号控制传输电路中的可变放大器384和414。
图6-10示出了不同的前端部件。在图6中，前端500部件包括许多与前端部件105相同的构件，虽然结构上稍微不同。LPF128、130、132和134可被集成在无线电收发机IC上或组合于无线电前端500中。代替开关106和108，双工器502和504用于从天线102和104进行频带选择。如现有技术中所公知的，双工器为三端口装置，其具有一个普通端口及两个其它端口，一个用于高频信号，一个用于低频信号。因而，双工器106和108用作频带选择开关。在图6的例子中，被支持的两个频带是2.4GHz频带和5.25GHz频带。开关110、112、114和116为传输/接收开关，其根据无线电收发机是正在传输或接收而选择适当的信号。例如，当无线电收发机正通过天线102和104传输2.4GHz频带中的信号时，双工器502从开关110接收第一2.4GHz传输信号并将其连接到天线102，双工器504从开关114接收第二2.4GHz传送信号并将其连接到天线104。所有其它开关位置实质上不相关。类似地，当接收5.25GHz频带中的信号时，双工器502将来自天线102的第一5.25GHz接收信号连接到开关112，双工器504将来自天线104的第二5.25GHz接收信号连接到开关116。开关112选择双工器502的输出，开关116选择双工器504的输出。
如现有技术中公知的，无线电收发机连接到基带处理器，其可以是单独的集成电路，如图6和7中的基带集成电路(BBIC)510所示。
图7示出了类似于前端部件500的前端部件500’，但其传输/接收开关有效地集成在无线电收发机IC上。许多已知技术均能将类似于传输/接收开关的开关集成在无线电收发机IC上。当传输/接收开关被集成在无线电收发机IC上时，对于每一天线，在对于每一天线的双工器的每一支路处，四分之一波长元件515被提供在无线电前端500’中。图8示出了用于一天线102的该种结构，仅作为一个例子，但其被重复以用于每一天线。当信号正被传输时，传输/接收开关被切换到连接到地的端子，从而发射机的相应功率放大器(PA)的信号输出被选择并连接到双工器，而当信号被接收时，其被切换到其它端子，使得接收信号通过四分之一波长元件525、传输/接收开关并传递到接收机中的LNA。四分之一波长元件515可以是任何四分之一波长传输线。四分之一波长元件515的一个实施例是布置在印刷电路板上的微带结构。四分之一波长元件515的四分之一波长特征产生相移，其用作阻抗变换器，根据开关的位置或短路带通滤波器和地之间的连接，或产生断路。
图6和7中所示的无线电收发机IC和前端结构对于网络接口卡(NIC)是有用的，以用作802.11x WLAN站。
图9示出了与两个无线电收发机IC接口连接的前端部件600，以提供4通道MIMO无线电收发机装置。该类型的结构的使用的一个例子是在WLAN的接入点(AP)中。然而，直到此处，所描述的无线电收发机结构均用于2通道MIMO操作，当与上面提及的最大比值合并方案一起使用时，4通道MIMO操作甚至可提供与其它装置的更大的连接极限。
前端部件600将两个无线电收发机IC接口连接到8个天线602-616。BBIC660连接到两个无线电收发机IC，其一前一后地工作以传输单一信号的4个加权的分量或接收单个所接收信号的4个分量。天线602、606、610和614致力于一个频带，如2.4GHz频带，而天线604、608、612和616致力于另一频带，如5GHz频带。在前端部件600中，有8个传输/接收开关620-634，每一个分别与天线602-616之一关联。还有8个各自连接到传输/接收开关620-634之一的带通滤波器640-654。传输/接收开关620-634可被集成在各自的无线电收发机IC上，而不是作为前端部件600的一部分。尽管没有详细示出，LPF也被集成在无线电收发机IC上。前端部件600的操作类似于上面已描述的。传输/接收开关620-634被控制以根据无线电收发机IC是否正工作于传输模式或接收模式而选择适当的信号。
图10示出了类似于前端部件600的前端部件600’，但其不包括传输/接收开关。此外，无线电收发机670是一集成4通道(其包括在两个图9中所示的无线电收发机IC中)的单片IC。传输/接收开关被集成在无线电收发机IC670上。前端部件600’的操作类似于前端部件600的操作。图10示出了按比例决定MIMO通道的数量为3、4或更多分开的通道的能力。
图9和10还示出了无线电收发机100、100’和300，其配置在多个实例中以支持通信装置如AP中的多通道能力。例如，如图9所示，一个无线电收发机，如一个接入点，可执行与信道上的装置的2通道MIMO通信，而其它无线电收发机可执行与另一信道上的装置的2通道MIMO通信。代替接口连接到一个基带IC，每一个可接口连接到分开的基带IC或能够同时双信道工作的单一基带IC。
图11和12示出了一种结构，由此，连接到无线电收发机的DAC和ADC的数量可变减少。通常，对于每一要求处理的信号，单独的DAC或ADC均应被要求。然而，在半双工无线电收发机中，由于传输和接收操作不同时发生，则有机会共享DAC和ADC。例如，图11示出了一结构，其包括两个ADC710和720和三个DAC730、740和750。ADC720和DAC730被共享。开关760选择到ADC720的输入，开关770选择DAC730的输出。数字复用器(MUX)780连接到ADC720以从那里发送输出，并连接到DAC730以调整那里的输入。ADC、DAC和数字MUX780可位于不同于无线电收发机集成电路的分开的集成电路上。例如，这些构件可位于基带集成电路上，其上有基带解调器790和基带调制器795。
ADC的数量通过使用单一ADC720来使所接收的Q信号和传输功率电平信号数字化而得以减少。类似地，DAC的数量可通过共享一单一DAC730以转换传输I信号和接收机增益控制信号而得以减少。数字MUX780被提供作为共享的DAC730的输入的信号(或传输I信号或接收机增益控制信号)。类似地，由共享的ADC720输出的信号(数字接收Q信号或数字传输功率电平信号)由数字MUX780发送到适当的目的地。
如上所述，使ADC和DAC的共享容易的一种办法是提供开关760和770。这些开关可位于无线电收发机IC上。开关760的输出端连接到共享的ADC720，一个输入端连接到在本机振荡器的输出处的LPF，其产生所接收的Q信号，另一输入端连接到功率检波器的输出，其产生传输功率电平信号。开关760被控制以选择两个位置之一，其根据ADC是否将被使用于所接收的Q信号或传输功率电平信号进行选择。类似地，开关770的输入端连接到共享的DAC730，一个输出端连接到接收机中的可变功率放大器，另一输出端连接到LPF，其提供传输I信号给发射机中的同相本机混频器。开关770被控制以选择两个位置之一，其根据共享的DAC是否将被用于接收机增益控制信号或传输I信号进行选择。对于收发机中的每一接收通道/传输通道对，图11中所示的结构可被重复。
应该理解的是，开关760和770是可选的。如图12中所示，如果无线电收发机IC为半双工收发机，则它们可由普通信号通道替换，这意味着接收机和发射机不同时工作。因此，例如，共享的DAC730将转换提供给其的无论哪一个数字信号(传输I信号或接收机增益控制信号，取决于收发机是工作于接收模式还是传输模式)，且DAC730将在两个通道上输出该信号的模拟版本。如果传输I信号被选择用于由共享的DAC730处理，接收机将是关闭的，从而在接收信道中将传输I信号的模拟版本连接到可变功率放大器将没有作用，但其还将被连接到发射机中的同相本机振荡器，这是需要的。如果用于共享的ADC720的开关被普通信号通道结构替换，则类似的形势保持不变。
单个的ADC和单个的DAC可在发射机和接收机的信号之间被共享(因为在半双工收发机中，发射机和接收机通常不同时工作)。上面被识别的信号仅仅是可被多路传输到单一ADC或单一DAC的发射机和接收机信号的例子。
图13和14示出了允许共享LPF的结构，LPF用于滤波图2-4的无线电收发机中的基带接收信号和基带传输信号。作为一个例子，直接变换无线电收发机300的单一天线通道被选择来举例说明滤波器共享技术。为了简单，一些中间构件，如可变放大器和采样保持电路未被示出。LPF328和330被共享以滤波与一天线如天线102关联的所接收的I和Q信号(RX I和RX Q)，及滤波将被传输的基带传输I和Q信号(TX I和TX Q)。开关710和720中的每一个均具有两个输入端和一个分别连接到LPF328和330的输入的输出端。连接到开关710的输入端的是四重混频器320的接收I信号输出及基带传输I信号。类似地，连接到开关720的输入端的是四重混频器322的接收Q信号输出及基带传输Q信号。传输/接收控制信号连接到开关710和720以使得开关或选择接收I和Q信号连接到的端子或选择传输I和Q信号连接到的端子。在图13中，假设在每一滤波器的输出阻抗较低，且每一负载阻抗较高(在绝大多数模拟IC中是典型的)，从而每一滤波器的输出可变求和。因此，在滤波器的输出只需要一个复用器。图14的结构类似于图15，但提供了另外的开关730和740，以防阻抗不是如上所述的情况。
总之，多输入多输出(MIMO)无线电收发机被提供，其包括接收机和发射机，二者可实施于同一集成电路中。接收机包括至少第一和第二接收机电路，每一接收机电路处理来自第一和第二天线的对应天线的信号。第一接收机电路包括连接到第一天线的第一降频器，其将由第一天线检波的第一接收信号降频变换以产生第一基带信号。第二接收机电路包括连接到第二天线的第二降频器，其将第二天线检波的第二接收信号降频变换以产生第二基带信号。每一接收机电路还可包括低通滤波器。发射机包括至少第一和第二发射机电路，每一发射机电路处理将由第一和第二天线中的对应天线传输的信号。第一发射机电路包括第一升频器，其对第一基带模拟信号进行升频变换以产生第一RF频率信号。类似地，第二发射机电路包括第二升频器，其对第二基带模拟信号进行升频变换以产生第二RF频率信号。第一和第二发射机电路中的每一个还包括带通滤波器和功率放大器，二者均可如其它发射机构件一样集成在同一集成电路上。
类似地，多输入多输出(MIMO)无线电收发机被提供，其包括一接收机，接收机包括至少第一和第二接收机电路，每一接收机电路处理来自第一和第二天线的对应天线的信号，收发机还包括一具有至少第一和第二发射机电路的发射机。接收机和发射机可被实施在一个集成电路上。第一接收机电路包括连接到第一天线的第一降频器，其对第一天线检波的第一接收信号进行降频变换以产生第一同相基带信号和第一正交基带信号。第二接收机电路包括连接到第二天线的第二降频器，其对第二天线检波的第二接收信号进行降频变换以产生第二同相基带信号和第二正交基带信号。每一接收机电路还可包括低通滤波器以滤波它们的同相和正交信号。发射机包括至少第一和第二发射机电路，每一发射机电路处理将由第一和第二天线中的相应天线传输的信号。第一发射机电路包括第一升频器，其对第一同相基带模拟信号和第一正交基带模拟信号进行升频变换以产生第一RF频率信号。第二发射机电路包括第二升频器，其对第二同相基带模拟信号和第二正交基带模拟信号进行升频变换以产生第二RF频率。每一发射机电路还可包括带通滤波器和功率放大器，二者均可如其它构件一样实施在同一集成电路上。
在前面的描述涉及具有两个天线的MIMO无线电收发机、并因而具有两个接收机电路和两个发射机电路的同时，应该理解的是，在此描述的同样的概念可总体上扩展到用于具有N个天线的操作的、具有N个发射机电路和N个接收机电路的无线电收发机。
上面的描述仅是示例性的。
权利要求
1.多输入多输出(MIMO)无线电收发机，包括a.包括至少第一和第二接收机电路的接收机，以处理来自第一和第二天线中的对应天线的信号，i.第一接收机电路包括1)连接到第一天线的第一降频器，以对由第一天线检波的第一接收信号进行降频变换从而产生第一基带信号；及2)连接到第一降频器的第一低通滤波器，其低通滤波第一基带信号；ii.第二接收机电路包括1)连接到第二天线的第二降频器，以对由第二天线检波的第二接收信号进行降频变换从而产生第二基带信号；及2)连接到第二降频器的第二低通滤波器，其低通滤波第二基带信号；b.包括至少第一和第二发射机电路的发射机，每一发射机电路处理由第一和第二天线中的对应天线传输的信号，i.第一发射机电路包括1)第一升频器，其对第一基带模拟信号进行升频变换以产生第一RF频率信号；2)连接到第一升频器的输出的第一带通滤波器，其滤波第一RF频率信号；及3)连接到带通滤波器的输出的第一功率放大器，其放大滤波后的RF频率信号以产生第一放大信号，其被连接到第一天线用于传输；ii.第二发射机电路包括1)第二升频器，其对第二基带模拟信号进行升频变换以产生第二RF频率信号；2)连接到第二升频器的输出的第二带通滤波器，其滤波第二RF频率信号；及3)连接到第二带通滤波器的输出的第二功率放大器，其放大滤波后的第二RF频率信号以产生第二放大信号，其被连接到第二天线用于传输。
2.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中由第一天线检波的第一接收信号和由第二天线检波的第二接收信号均为将由无线电收发机处理的单一信号的分量，且其中第一接收机电路和第二接收机电路实质上同时处理第一和第二接收信号以允许由第一和第二接收机电路处理所得的信号的合并。
3.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中第一模拟基带信号和第二模拟基带信号均为单一信号的加权分量，且其中第一发射机电路和第二发射机电路处理第一和第二模拟基带信号以实质上同时传输。
4.根据权利要求1所述的无线电收发机，还包括频率合成器，该合成器产生连接到第一和第二降频器中的每一个的RF本机振荡器信号，其将分别与第一和第二接收信号混频，其中RF本机振荡器信号可以是一个或多个不连续射频频带内的任何频率。
5.根据权利要求4所述的无线电收发机，其中频率合成器将RF本机振荡器信号连接到第一和第二升频器以对第一和第二基带模拟信号分别进行升频混合。
6.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中第一和第二接收机电路及第一和第二发射机电路均被实施在单一半导体集成电路上。
7.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中第一接收机电路还包括连接到第一低通滤波器的输出的第一采样保持电路及第二接收机电路还包括连接到第二低通滤波器的输出的第二采样保持电路。
8.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中第一和第二降频器包括单级混频处理，其将第一和第二接收信号直接降频变换到基带。
9.根据权利要求8所述的无线电收发机，还包括频率合成器，该合成器提供RF本机振荡器信号及IF本机振荡器信号给第一和第二降频器，其中IF本机振荡器信号源自RF本机振荡器信号。
10.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中第一和第二降频器包括两级混频处理，其将第一和第二接收信号先降频变换为在公共中频的第一和第二中频信号，然后再降频变换到第一和第二基带信号。
11.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中第一接收机电路的第一低通滤波器和第二接收机电路的第二低通滤波器均是可变低通滤波器，其响应于带宽控制信号进行滤波以使射频频带的部分或实质上整个射频频带通过。
12.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中第一升频器和第二升频器包括第一和第二低通滤波器以在升频变换之前分别滤波第一和第二基带模拟信号，其中第一和第二低通滤波器均为响应于带宽控制信号的可变低通滤波器，以对在部分射频频带中或实质上整个射频频带中传输的第一和第二基带模拟信号进行滤波。
13.根据权利要求1所述的无线电收发机，其中第一降频器包括第一和第二RF混频器，其中当第一接收信号在第一射频频带中时第一RF混频器将第一接收信号降频混合到中频信号，及当第一接收信号在第二射频频带中时第二RF混频器将第一接收信号降频混合到中频信号，且其中第二降频器包括第一和第二RF混频器，其中当第二接收信号在第一射频频带中时第一RF混频器将第二接收信号降频混合到中频信号，及当第二接收信号在第二射频频带中时第二RF混频器将第二接收信号降频混合到中频信号。
14.多输入多输出(MIMO)无线电收发机，包括a.包括至少第一和第二接收机电路的接收机，每一接收机电路处理来自第一和第二天线中的对应天线的信号，i.第一接收机电路包括1)连接到第一天线的第一降频器，以对由第一天线检波的第一接收信号进行降频变换从而产生第一同相基带信号和第一正交相位移基带信号；及2)连接到第一降频器的第一和第二低通滤波器，其分别低通滤波第一同相基带信号和第一正交相位移基带信号；ii.第二接收机电路包括1)连接到第二天线的第二降频器，以对由第二天线检波的第二接收信号进行降频变换从而产生第二同相基带信号和第二正交相位移基带信号；及2)连接到第二降频器的第三和第四低通滤波器，其分别低通滤波第二同相基带信号和第二正交相位移基带信号；b.包括至少第一和第二发射机电路的发射机，每一发射机电路处理由第一和第二天线中的对应天线传输的信号，i.第一发射机电路包括1)第一升频器，其对第一同相基带模拟信号和第一正交相位移基带模拟信号进行升频变换以产生第一RF频率信号；2)连接到第一升频器的输出的第一带通滤波器，其滤波第一RF频率信号；及3)连接到第一带通滤波器的输出的第一功率放大器，其放大滤波后的第一RF频率信号以产生第一放大信号，其被连接到第一天线用于传输；ii.第二发射机电路包括1)第二升频器，其对第二同相基带模拟信号和第二正交相位移基带模拟信号进行升频变换以产生第二RF频率信号；2)连接到第二升频器的输出的第二带通滤波器，其滤波第二RF频率信号；及3)连接到第二带通滤波器的输出的第二功率放大器，其放大滤波后的第二RF频率信号以产生第二放大信号，其被连接到第二天线用于传输。
15.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中第一降频器包括第一和第二RF混频器，其中当第一接收信号在第一射频频带中时第一RF混频器将第一接收信号降频混合到中频信号，及当第一接收信号在第二射频频带中时第二RF混频器将第一接收信号降频混合到中频信号，且其中第二降频器包括第一和第二RF混频器，其中当第二接收信号在第一射频频带中时第一RF混频器将第二接收信号降频混合到中频信号，及当第二接收信号在第二射频频带中时第二RF混频器将第二接收信号降频混合到中频信号。
16.根据权利要求15所述的无线电收发机，其中第一降频器还包括一对连接到第一和第二RF混频器的输出的四重混频器，其进一步将中频信号降频混合到代表第一接收信号的第一同相和正交基带信号，及第二降频器还包括一对连接到第一和第二RF混频器的输出的四重混频器，其进一步将中频信号降频混合到代表第二接收信号的第二同相和正交基带信号。
17.根据权利要求16所述的无线电收发机，还包括一RF频率合成器，其产生用于第一和第二降频器中的RF混频器的RF本机振荡器信号，且其中由第一和第二降频器中的四重混频器使用的中频本机振荡器信号源自RF混频信号。
18.根据权利要求17所述的无线电收发机，还包括连接到RF频率合成器的除4电路，其划分RF本机振荡器信号的频率以产生连接到第一和第二降频器中的四重混频器的中频本机振荡器信号。
19.根据权利要求16所述的无线电收发机，还包括为RF混频器产生RF本机振荡器信号的RF频率合成器，及为第一和第二降频器中的四重混频器产生中频本机振荡器信号的中频合成器。
20.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中第一降频器包括一对将第一接收信号直接降频混合到第一同相和正交基带信号的四重混频器，及第二降频器包括一对将第二接收信号直接降频混合到第二同相和正交基带信号的四重混频器。
21.根据权利要求20所述的无线电收发机，其中第一和第二接收机电路中的每一个还包括可变放大器，用于在中频信号被提供给它们的四重混频器之前将其放大。
22.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中第一升频器包括一对将第一基带同相和正交信号升频混合到中频信号的四重混频器，第二升频器包括一对将第二基带同相和正交信号升频混合到中频信号的四重混频器。
23.根据权利要求21所述的无线电收发机，其中第一升频器还包括连接到四重混频器的输出的RF混频器，其将中频信号升频混合到第一RF信号；及第二升频器还包括连接到四重混频器的输出的RF混频器，其将中频信号升频混合到第二RF信号。
24.根据权利要求23所述的无线电收发机，其中第一和第二发射机电路中的每一个还包括可变放大器，其连接来在中频信号被提供给它们的RF混频器之前对中频信号进行放大。
25.根据权利要求23所述的无线电收发机，其中第一和第二发射机电路还包括连接到它们的RF混频器的输出的第一和第二带通滤波器，其用于对将在第一射频频带中传输的信号进行带通滤波，及包括连接到RF混频器的第三和第四带通滤波器，其用于对将在第二射频频带中传输的信号进行滤波。
26.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中第一接收机电路包括分别连接到第一和第二低通滤波器的第一和第二采样保持电路，以将第一同相基带信号和第一正交相位移基带信号连接到模数转换器，及第二接收机电路包括分别连接到第三和第四低通滤波器的第三和第四采样保持电路，以将第二同相基带信号和第一正交相位移基带信号连接到模数转换器。
27.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中接收机和发射机均被实施在单一半导体集成电路上。
28.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中由第一天线检波的第一接收信号和由第二天线检波的第二接收信号均为将由无线电收发机处理的单一信号的分量，且其中第一接收机电路和第二接收机电路实质上同时处理第一和第二接收信号以允许由第一和第二接收机电路处理所得的信号合并。
29.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中第一模拟基带信号和第二模拟基带信号均为单一信号的加权分量，且其中第一发射机电路和第二发射机电路处理第一和第二模拟基带信号以实质上同时传输。
30.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中第一、第二、第三和第四低通滤波器均为响应于带宽控制信号的可变低通滤波器，以使射频频带的部分或实质上整个射频频带通过。
31.根据权利要求30所述的无线电收发机，其中第一和第二可变低通滤波器分别接收第一同相基带模拟信号和第一正交基带模拟信号作为输入，且第三和第四低通滤波器分别接收第二同相基带模拟信号和第二正交基带模拟信号作为输入，以过滤这些信号从而用于在射频频带的部分或实质上整个射频频带中传输。
32.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中第一发射机电路包括第一和第二可变低通滤波器以在升频变换之前滤波第一同相和正交信号，及第二发射机电路包括第三和第四可变低通滤波器以在升频变换之前滤波第二同相和正交信号，其中第一和第二发射机电路中的第一、第二、第三和第四可变低通滤波器均响应于带宽控制信号，以滤波第一和第二基带模拟信号而用于在射频频带的部分或实质上整个射频频带中传输。
33.根据权利要求14所述的无线电收发机，其中第一降频器和第二降频器在单级降频变换处理中分别将第一和第二接收信号直接降频变换到基带。
34.与权利要求14所述的无线电收发机结合，还包括a.模数转换器(ADC)；b.数模转换器(DAC)；c.连接到ADC和DAC的数字复用器；d.其中ADC接收下述之一作为输入模拟传输功率电平信号、第一或第二正交基带模拟信号、第一或第二同相基带模拟信号；且其中DAC接收下述之一作为输入第一或第二数字正交传输信号、第一或第二数字同相传输信号、数字接收机增益控制信号，且其中数字复用器将来自ADC的信号指引到它们适当的目的地或指引适当的信号到DAC用于数模转换。
35.根据权利要求34的结合，还包括具有第一和第二输入端及一输出端的第一开关，第一开关的输出端连接到ADC的输入，第一开关的第一和第二输入端连接到下述的任意两个信号模拟传输功率电平信号、第一或第二正交基带模拟信号、及第一或第二同相基带模拟信号；及包括具有第一和第二输出端及一输入端的第二开关，第二开关的输入端连接到DAC的输出，且其中数字复用器将下述的任一信号指引到DAC的输入第一或第二数字正交相位移传输信号、第一或第二数字同相传输信号、及数字接收机增益控制信号。
36.与权利要求14所述的无线电收发机结合，前端部件包括a.将被连接到第一天线的第一传输/接收开关及将被连接到第二天线的第二传输/接收开关，其中第一和第二传输/接收开关中的每一个包括将被连接到第一和第二天线的天线端子，分别为接收输出端和传输输入端，第一和第二传输/接收开关的传输输入端分别连接到第一和第二发射机电路的输出，其中第一和第二传输/接收开关响应于控制信号选择两个输出端之一；及b.第一和第二带通滤波器，第一带通滤波器连接到第一传输/接收开关的接收输出端，第二带通滤波器连接到第二传输/接收开关的接收输出端，第一和第二带通滤波器分别滤波第一和第二天线检波的信号，以产生第一和第二接收信号。
37.根据权利要求36所述的结合，其中第一和第二带通滤波器致力于滤波第一射频频带中的信号，且还包括a.致力于滤波第二射频频带中的信号的第三和第四带通滤波器；b.第一和第二频带选择开关，第一和第二频带选择开关分别具有连接到第一和第二传输/接收开关的接收输出端的输入端，且每一个均具有分别连接到第一和第二带通滤波器的第一输出端及分别连接到第三和第四带通滤波器的第二输出端。
38.根据权利要求37所述的结合，其中无线电前端部件还包括第三和第四频带选择开关，每一个均具有第一和第二输入端及一输出端，第三和第四频带选择开关的输出端连接到第一和第二传输/接收开关的传输输入端。
39.根据权利要求38所述的结合，其中无线电前端部件还包括致力于滤波将在第一射频频带中传输的信号的第一和第二低通滤波器，第一和第二低通滤波器的输出分别连接到第三和第四频带选择开关的第一输入端，及包括致力于滤波将在第二射频频带中传输的信号的第三和第四低通滤波器，第三和第四低通滤波器的输出分别连接到第三和第四频带选择开关的第二输入端。
40.无线电前端部件与权利要求14所述的无线电收发机结合，其中无线电前端部件包括将被连接到第一天线的第一双工器和将被连接到第二天线的第二双工器，其中第一和第二双工器中的每一个均具有第一和第二支路，来自第一和第二射频频带的信号分别连接到其上以分别经第一和第二天线传输，或在分别由第一和第二天线接收时连接到其上。
41.根据权利要求40所述的结合，其中对于每一双工器，无线电前端部件还包括连接在第一支路中的带通滤波器以滤波在第一频带中接收的信号，及连接在第二支路中的带通滤波器以滤波在第二频带中接收的信号。
42.根据权利要求41所述的结合，其中无线电前端部件还包括连接到每一双工器的第一和第二支路的每一个中的带通滤波器的传输/接收开关，其中传输/接收开关或选择将通过连接到所关联双工器的天线传输的信号，或选择由连接到所关联双工器的天线检波的信号，其被连接到该支路的带通滤波器。
43.根据权利要求41所述的结合，其中无线电收发机还包括连接到每一双工器的第一和第二支路的每一个中的带通滤波器的传输/接收开关，其中传输/接收开关或选择将通过连接到所关联双工器的天线传输的信号，或选择由连接到所关联双工器的天线检波的信号，其被连接到该支路的带通滤波器。
44.根据权利要求43所述的结合，其中无线电前端部件还包括四分之一波长元件，其连接在传输/接收开关和每一双工器的第一和第二支路的每一个中的带通滤波器之间。
45.在单一半导体集成电路上的多输入多输出(MIMO)无线电收发机，包括a.包括至少第一和第二接收机电路的接收机，每一接收机电路处理来自第一和第二天线中的对应天线的信号，i.第一接收机电路包括1)连接到第一天线的第一降频器，以对由第一天线检波的第一接收信号进行降频变换从而产生第一基带信号；及2)连接到第一降频器的第一低通滤波器，其低通滤波第一基带信号；ii.第二接收机电路包括1)连接到第二天线的第二降频器，以对由第二天线检波的第二接收信号进行降频变换从而产生第二基带信号；及2)连接到第二降频器的第二低通滤波器，其低通滤波第二基带信号；b.包括至少第一和第二发射机电路的发射机，每一发射机电路处理由第一和第二天线中的对应天线传输的信号，i.第一发射机电路包括1)第一升频器，其对第一基带模拟信号进行升频变换以产生第一RF频率信号；2)连接到第一升频器的输出的第一带通滤波器，其滤波第一RF频率信号；及ii.第二发射机电路包括1)第二升频器，其对第二基带模拟信号进行升频变换以产生第二RF频率信号；2)连接到第二升频器的输出的第二带通滤波器，其滤波第二RF频率信号。
46.根据权利要求45所述的无线电收发机，其中由第一天线检波的第一接收信号和由第二天线检波的第二接收信号均为将由无线电收发机处理的单一信号的分量，且其中第一接收机电路和第二接收机电路实质上同时处理第一和第二接收信号以允许由第一和第二接收机电路处理所得的信号合并。
47.根据权利要求45所述的无线电收发机，其中第一模拟基带信号和第二模拟基带信号均为单一信号的加权分量，且其中第一发射机电路和第二发射机电路处理第一和第二模拟基带信号以实质上同时传输。
48.根据权利要求45所述的无线电收发机，还包括频率合成器，该合成器产生连接到第一和第二降频器中的每一个的RF本机振荡器信号，其将分别与第一和第二接收信号混频，其中RF本机振荡器信号可以是一个或多个不连续射频频带内的任何频率。
49.根据权利要求48所述的无线电收发机，其中频率合成器将RF本机振荡器信号连接到第一和第二升频器以对第一和第二基带模拟信号分别进行升频混合。
50.根据权利要求45所述的无线电收发机，其中第一和第二降频器包括单级混频处理，其将第一和第二接收信号直接降频变换到基带。
51.根据权利要求50所述的无线电收发机，其中第一降频器包括一对将第一接收信号直接降频混合到第一同相和正交基带信号的四重混频器，及第二降频器包括一对将第二接收信号直接降频混合到第二同相和正交基带信号的四重混频器。
52.根据权利要求45所述的无线电收发机，其中第一接收机电路的第一低通滤波器和第二接收机电路的第二低通滤波器均是可变低通滤波器，其响应于带宽控制信号进行滤波以使射频频带的部分或实质上整个射频频带通过。
53.根据权利要求45所述的无线电收发机，其中第一升频器和第二升频器包括第一和第二低通滤波器以在升频变换之前分别滤波第一和第二基带模拟信号，其中第一和第二低通滤波器均为响应于带宽控制信号的可变低通滤波器，以对在部分射频频带中或实质上整个射频频带中传输的第一和第二基带模拟信号进行滤波。
54.根据权利要求45所述的无线电收发机，还在第一发射机电路中包括连接到第一升频器的输出的第一功率放大器，其放大第一RF频率信号，及在第二发射机电路中包括连接到第二升频器的输出的第二功率放大器，其放大第二RF频率信号。
55.在单一半导体集成电路上的多输入多输出(MIMO)无线电收发机，包括a.包括至少第一和第二接收机电路的接收机，每一接收机电路处理来自第一和第二天线中的对应天线的信号，第一接收机电路包括对第一天线检波的第一接收信号进行降频变换以产生第一基带信号的第一降频器，第二接收机电路包括对第二天线检波的第二接收信号进行降频变换以产生第二基带信号的第二降频器；及b.包括至少第一和第二发射机电路的发射机，每一发射机电路处理将由第一和第二天线中的对应天线传输的信号，第一发射机电路包括对第一基带模拟信号进行升频变换以产生第一RF频率信号的第一升频器，第二发射机电路包括对第二基带模拟信号进行升频变换以产生第二RF频率信号的第二升频器。
56.根据权利要求55所述的无线电收发机，还在第一发射机电路中包括连接到第一升频器的输出的第一功率放大器，其放大第一RF频率信号，及在第二发射机电路中包括连接到第二升频器的输出的第二功率放大器，其放大第二RF频率信号。
57.根据权利要求55所述的无线电收发机，还包括连接在第一升频器的输出和第一功率放大器的输入之间的第一带通滤波器，其滤波第一RF频率信号，及包括连接在第二升频器的输出和第二功率放大器的输入之间的第二带通滤波器，其滤波第二RF频率信号。
58.根据权利要求55所述的无线电收发机，其中第一接收机电路和第二接收机电路分别实质上同时处理第一和第二接收信号，以允许由第一和第二接收机电路处理所得的信号合并。
59.根据权利要求55所述的无线电收发机，其中第一发射机电路和第二发射机电路分别处理第一和第二模拟基带信号以实质上同时传输。
60.根据权利要求55所述的无线电收发机，还包括产生RF本机振荡器信号的本机振荡器，RF本机振荡器信号连接到第一和第二降频器的每一个以分别与第一和第二接收信号进行混频。
61.根据权利要求60所述的无线电收发机，其中本机振荡器产生RF本机振荡器信号，其被连接到第一和第二升频器以分别对第一和第二基带模拟信号进行升频混合。
62.根据权利要求55所述的无线电收发机，其中第一和第二降频器将第一和第二接收信号直接降频变换到基带。
63.根据权利要求55所述的无线电收发机，其中第一和第二降频器的每一个包括RF混频器，其将第一和第二接收信号分别降频混合到中频信号，及包括一对将中频信号降频混合到同相及正交基带信号的四重混频器。
64.根据权利要求55所述的无线电收发机，其中第一和第二接收机电路中的每一个还包括分别连接到第一和第二降频器的输出的低通滤波器。
65.根据权利要求64所述的无线电收发机，其中在第一和第二接收机电路中至少一低通滤波器为可变低通滤波器，其响应于带宽控制信号以使射频频带的一部分或实质上整个射频频带通过。
全文摘要
MIMO无线电收发机支持经多个天线中的对应天线同时传输的多信号的处理，并支持由多个天线中的对应天线检波的多信号的接收处理。在单一半导体集成电路上，无线电收发机提供用于多天线中的每一个的接收机电路或通道及用于多天线中的每一个的传输电路或通道。每一接收机电路对由其关联的天线检波的RF信号降频变换到基带信号。类似地，每一传输通道对由所分配天线传输的基带信号进行升频变换。
文档编号H04B1/40GK1647404SQ03809045
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月21日 优先权日2002年4月22日
发明者加里·L·休格, 罗伯特·M·马苏奇, 戴维·G·拉恩 申请人:Ipr许可公司