具有开关装置的通信系统的制作方法

本发明涉及改善通信系统的技术，诸如无线通信系统中的接收机。

背景技术：

在无线通信系统中，发射机系统通常将信息嵌入射频(RF)信号中，并使用天线无线发射RF信号。接收机系统使用另一个天线检测RF信号并处理该RF信号以恢复嵌入的信息。

一些高数据速率无线通信系统包括发射机系统，同时发射不同频率范围的多个RF信号以增加通信链路上的数据传输速率。例如，长期演进(LTE)升级系统通常采用载波聚合方案，其中多个RF信号在不同的频率范围内同时传输(被称为分量载波信号)。这些分量载波信号中的每一个都可以支持高达150兆比特每秒(Mbps)的数据传输速率。因此，通信链路的数据传输速率随着附加分量载波信号的传输而增加(例如，两个分量载波信号可以支持高达300Mbps的数据传输速率)。

技术实现要素：

根据至少有一个方面，提供了一种通信系统(例如，具有LTE-升级通信能力的蜂窝通信系统)。通信系统可以被集成到一通信装置中，例如诸如手机之类的无线蜂窝装置中。该通信系统包括：被配置为接收由天线阵列检测到的第一组多个射频(RF)信号，并将从第一组多个RF信号中选择的RF信号提供给接收器电路的第一开关装置，第一组多个RF信号包括处于第一频率范围内的第一RF信号(例如，第一分量载波信号)和处于不同于第一频率范围的第二频率范围内的第二RF信号(例如，第二分量载波信号)；以及被配置为接收由天线阵列检测到的第二组多个RF信号，并将从第二组多个RF信号中选择的RF信号提供给接收器电路的第二开关装置，第二组多个RF信号包括处于第一频率范围内的第三RF信号和第二频率范围内的第四RF信号。

在一些实施例中，通信系统还包括被配置为对来自天线阵列中的第一天线的第一信号进行滤波以生成第一RF信号和第四RF信号的前端电路网络。在一些实施例中，前端电路网络被配置为用于过滤来自天线阵列中的第二天线的第二信号以生成第二RF信号和第三RF信号。

在一些实施例中，第一开关装置被配置为放大从第一组多个RF信号中选择的RF信号。在一些实施例中，第一开关装置被配置为接收控制信号并且基于该控制信号从第一组多个RF信号中选择RF信号提供给接收器电路。在一些实施例中，第一开关装置包括用于提供从第一组多个RF信号中选择的RF信号的输出端和耦接该输出端的第一晶体管，并且该第一晶体管具有被配置为接收控制信号的栅极端。在一些实施例中，第一开关装置包括与第一晶体管串联耦接并具有被配置为接收第一RF信号的栅极端的第二晶体管。在一些实施例中，第一开关装置包括用于接收第一RF信号的输入端和耦接在输入端与第一晶体管之间的放大器。在一些实施例中，第一开关装置包括与第一晶体管并联耦接的第二晶体管，并该第二晶体管具有被配置为接收反相的控制信号的栅极端。

在一些实施例中，通信系统包括天线阵列和接收器电路。在一些实施例中，通信系统包括处理装置，该处理装置被配置为接收来自接收器电路的输出并且基于从接收器电路接收的输出来控制第一开关装置的操作。其中，处理装置可以是处理器。

根据至少一个方面提供一种通信系统。该通信系统包括：第一开关装置，其被配置为接收由天线阵列检测到的第一组多个射频(radio frequency，RF)信号，并且基于第一控制信号从第一组多个信号中选择RF信号以提供给接收器电路；第二开关装置，其被配置为接收由所述天线阵列检测到的第二组多个射频(radio frequency，RF)信号，并基于第二控制信号从所述第二组多个RF信号中选择RF信号以提供给接收器电路；以及处理装置，其被配置为从多个操作模式中选择操作模式，并基于所选择的操作模式生成第一控制信号和第二控制信号，多个操作模式包括第一操作模式，第一操作模式中处于第一频率范围内的RF信号被提供给接收器电路，以及在第二操作模式中，处于第一频率范围内和不同于第一频率范围的第二频率范围内的RF信号被提供给接收器电路。

在一些实施例中，处理装置被配置为接收来自接收器电路的输出并且基于该接收器电路的输出从多个操作模式中选择一个操作模式。在一些实施例中，第一组多个RF信号包括处于第一频率范围内的RF信号和处于第二频率范围内的第二RF信号。在一些实施例中，通信系统包括前端电路网络，前端电路网络被配置为对来自天线阵列中的第一天线的第一信号进行滤波以生成第一RF信号。在一些实施例中，前端电路网络被配置为对来自天线阵列中的第二天线的第二信号进行滤波以生成第二RF信号。

在一些实施例中，第一开关装置包括用于提供从第一组多个RF信号中选择的RF信号的输出端，耦接输出端且具有被配置为用于接收第一控制信号的栅极端的第一晶体管。在一些实施例中，第一开关装置包括被配置为与第一晶体管串联的第二晶体管，且该第二晶体管具有被配置为用于接收第一组多个RF信号中的一个RF信号的栅极端。在一些实施例中，第一开关装置包括：用于接收第一组多个RF信号中的一个RF信号的输入端，和耦接在该输出端和第一晶体管之间的放大器。在一些实施例中，第一开关装置包括与第一晶体管并联耦接的第二晶体管，该第二晶体管具有被配置为用于接收第一控制信号的反相信号的栅极端。

本发明的通信系统通过采用第一开关装置和第二开关装置来选择输出到接收器电路的RF信号，可以使得接收器电路能接收多种组合的RF信号，以适应通信系统的多种操作模式。

提供上述描述的目的在于说明本发明而非限制本发明。

附图说明

在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的部件可以由相似的附图标记表示。为了清楚起见，并不是每个部件都在每个图中标记出。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明在此描述的技术和设备的各个方面。

图1是根据本发明一些实施例的通信系统的示意图；

图2是根据本发明一些实施例的通信系统的另一个示意图；

图3是根据本发明一些实施例的通信系统的又一个示意图；

图4A是根据本发明一些实施例的开关装置的示意图；

图4B是根据本发明一些实施例的开关装置的另一个示意图。

具体实施方式

传统的通信系统通常采用具有多个天线的接收器系统来提高无线通信链路的可靠性。接收器系统通常包括每个天线的专用接收器，这些接收器用于处理天线的检测到的无线信号。在采用处于不同频率的多个RF信号的高数据速率通信系统中，接收器系统通常包括用于每个唯一的天线和频率范围组的专用接收器。例如，接收器系统可以使用四个天线以不同频率接收两个RF信号，并具有八个专用接收器。

发明人已经认识到，蜂窝通信网络通常包括以不同模式操作的蜂窝塔(cell tower)。例如，网络中的一些蜂窝塔可能使用处于不同频率范围的多个RF信号来增强到手机的数据吞吐量，而网络中的其他蜂窝塔可能仅与一个频率范围中的一个RF信号通信以扩大覆盖范围，从而与距离蜂窝塔更远的手机进行通信。蜂窝塔的特定操作模式可以由蜂窝塔操作者基于例如蜂窝塔的位置来决定。本发明人还认识到，在现有的接收系统(例如蜂窝电话中的接收系统)中增加更多的专用接收器以实现与使用多个频率范围中的RF信号的蜂窝塔的高速通信，同时仍然支持与使用一个频率范围的RF信号蜂窝塔通信的方法可能过于昂贵。

因此，发明人设计了各种技术来重复使用接收系统中的接收器，并能适应与接收器系统通信的不同设备(例如，蜂窝塔)的能力，而不增加接收器系统中接收器的数量以及接收器系统的消费。在一些实施例中，可以将开关装置添加到接收器系统以改变提供给接收器的特定RF信号。从而，可以基于与接收系统通信的设备的能力，将不同的RF信号提供给特定的接收机。

上述的方面和实施例以及另外的方面和实施例在下面进一步更详细地描述。这些方面和/或实施例可以单独使用，也可以一起使用，或者以两种或更多种的任意组合使用，本申请在这方面不设限制。

图1示出了包括开关网络106的示例通信系统100的示意图，开关网络106基于诸如与通信系统100进行通信的装置(例如，蜂窝塔)的特定能力向接收器电路108有选择地提供RF信号。通信系统100可以被集成到诸如手机之类的无线蜂窝设备中。如图1中所示，通信系统100使用天线阵列102中的天线112A和112B检测无线信号。前端电路网络104对来自天线阵列102的检测到的无线信号进行滤波，以生成一组RF信号x1、x2、y1和y2。RF信号x1、x2可以分别由天线112A和112B检测出，并且在频率范围x内。RF信号y1、y2可以分别由天线112A和112B检测，并且在频率范围y内。RF信号x1和y1可以由前端电路105A产生，RF信号x2和y2可以由前端电路105B产生。这组RF信号可以被提供给包括开关装置114A和114B的开关网络106。开关装置114A和114B控制这组RF信号中的哪个RF信号被提供到接收器电路108中的接收器116A和116B。接收器116A和116B的输出信号被提供给处理装置110，处理装置110使用接收到的输出信号来控制开关网络106和接收器电路108。

天线阵列102包括均被配置为用于检测无线信号的天线112A和112B。天线112A和112B可以具有相似(或相同)的构造，并放置在不同的位置以提供空间分集。例如，通信系统100可以集成到手机中，并且天线112A和112B可以位于手机的两个相对的角落中。

前端电路网络104从天线阵列102接收检测到的无线信号，并使用前端电路105A和105B对检测到的无线信号进行滤波以生成一组RF信号。这组RF信号中的每个RF信号可以具有一对唯一的源天线和频率范围。例如，RF信号x1可以处于频率范围x中并且源自天线112A，RF信号x2可以处于频率范围x中并且源自天线112B，RF信号y1可以处于频率范围y中并且源自天线112A，RF信号y2可以处于频率范围y中并且源自天线112B。可以通过对来自天线阵列102的检测到的无线信号进行滤波来生成这组RF信号。例如，可以通过使用阻止频率范围x之外的频率的滤波器对天线112A检测到的无线信号进行滤波来生成RF信号x1。在这个例子中，滤波器可以被集成到前端电路105A中。

应该理解的是，除了滤波器之外，附加的组件可以被集成到前端电路105A和105B中。例如，前端电路105A和105B可以包括一个或多个低噪声放大器(low-noise amplifier，LNA)。此外，前端电路105A和105B可以接收多个天线检测到的无线信号，或共享单个天线。从而，可以使用更少(或更多)的前端电路来实现前端电路网络104。

开关网络106从前端电路网络104接收这组RF信号，并将该组RF信号的子集提供给接收器电路108。由开关装置114A和114B的状态确定这组RF信号的特定RF信号被提供给接收器电路108。例如，开关装置114A的状态可以确定RF信号x1或RF信号y2是否被提供给接收器116A。此外，开关装置114B的状态可以确定RF信号x2或RF信号y1是否被提供给接收器116B。交换设备114A和114B的状态可以由从处理装置110接收到的一个或多个控制信号来控制。

可以控制开关网络106中的开关装置114A和114B的状态以启用通信系统100的多种操作模式。例如，通信系统100可以在第一模式下操作，此时来自不同天线的相同频率范围的RF信号被提供给接收器电路108，或者在第二模式下，将来自同一天线的不同频率范围的RF信号提供给接收器电路108。在第一模式下，通过处理来自不同天线的相同频率范围的RF信号来增强通信系统100的天线分集。第一模式可以在与仅能够使用单个频率范围进行通信的设备(例如，蜂窝塔)进行通信期间使用。在第二种模式下，通过同时处理不同频率范围(携带不同信息)的RF信号来增加通信系统100的带宽。第二模式可以在与能够使用两个或更多个频率范围进行通信的设备(例如，蜂窝塔)进行通信期间使用。

开关装置114A和114B均被安排为从不同的天线接收不同频率范围的RF信号。如图所示。如图1所示，第一开关装置114A接收来自天线112A的处于频率范围x中的RF信号x1和来自天线112B的处于频率范围y中的RF信号y2。类似地，开关装置114B接收来自天线112B的处于频率范围x中的RF信号x2和来自天线112A的处于频率范围y中的RF信号y1。以这种方式安排开关装置114A和114B有利地允许来自开关网络106的输出组合，来自不同频率范围的相同天线的RF信号或来自相同频率范围的不同天线的RF信号都可以被提供给接收器电路108。例如，RF信号x1和y1可以被提供给接收器电路108，或者RF信号x1和x2可以被提供给接收器电路108。这种特定操作方式可以由通信系统100中的开关网络106的特定应用提供。该特定操作方式如表1所示。

表1:通信系统100的操作模式示例

在一些实施例中，开关装置114A和/或114B可被构造为不仅仅是执行简单地选择性地提供所接收的RF信号中的一个作为输出信号。例如，开关装置114A和/或114B也可以被构造为LNA以放大作为输出提供的RF信号。

接收器电路108接收来自开关网络106的RF信号，并从所接收的RF信号中提取信息。接收器电路108可以包括用于开关网络106中的每个开关装置的专用接收机。例如，如图1所示，接收器电路108可以包括对应于两个开关装置114A和114B的两个接收器116A和116B。

接收器电路108从处理装置110接收控制信号以确保接收器电路108正确地处理从开关网络106接收的RF信号。例如，控制信号可以调整由接收器116A和/或116B使用的信号的频率，对接收的RF信号进行降频转换。

处理装置110接收来自接收器电路108的输出，并且基于从接收器电路108接收到的输出来生成用于开关网络106和接收器电路108的控制信号。处理装置110可以基于来自接收器电路108的输出，识别与通信系统100进行通信的设备(例如，蜂窝塔)的能力。例如，与通信系统100通信的设备在启动设备和通信系统100之间的通信链路期间可以发送指示设备的能力的信息。处理装置110可以使用关于与通信系统100通信的设备的能力的信息来选择通信系统100的操作模式，并且生成用于开关网络106和接收电路108的适当的控制信号，以使得通信系统100在选择的操作模式下工作。例如，处理装置110可以检测到蜂窝塔只能够与通信系统在一个频率范围(例如，范围x)内进行通信。在该实施例中，处理装置110可以选择第一操作模式，控制开关网络将RF信号x1和x2提供给接收器电路108，并且控制接收器电路108从接收到的频率范围为x的RF信号提取信息。在另一个实施例中，处理装置100检测到蜂窝塔能够与通信系统在两个不同的频率范围(例如，范围x和范围y)内进行通信。在该实施例中，处理装置110可以选择第二操作模式，控制开关网络向接收器电路108提供RF信号x1和y1，并且控制接收器116A和116B分别从接收的频率范围x和y中的RF信号中提取信息。

应该理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对通信系统100进行各种改变。例如，通信系统100可以扩展到具有两个以上天线112和/或两个以上频率范围的RF信号的通信系统。这种通信系统的一个实施例如图2中示出的通信系统200。如图所示，通信系统200包括具有三个天线112A、112B和112C的天线阵列102，具有三个前端电路105A、105B和105C的前端电路网络104，具有三个开关装置114A、114B和114C的开关网络106，具有三个接收器116A、116B和116C的接收器电路108，以及处理装置110。前端电路网络104产生一组RF信号，该组RF信号处于三个频率范围x、y和z内，该组RF信号包括九个RF信号：x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1、z2和z3。

在一些实施例中，由前端电路网络104提供的一个或多个RF信号可以直接耦接到接收器电路108而不经过开关装置(和/或开关网络106)。这种通信系统的一个实施例如图3中所示的通信系统300。如图3所示，通信系统300包括具有四个天线112A、112B、112C和112D的天线阵列102，前端电路网络104，具有四个开关装置114A、114B、114C和114D的开关网络106，接收器电路108和处理装置110。前端电路网络104被配置为产生一组频率在四个频率范围x，y，z和u内的RF信号，该组RF信号包括十二个RF信号：x1、x2、x3、x4、y1、y2、y3、y4、z1、z2、u1和u2。RF信号x1、x2、y1和y2直接由前端电路网络104提供给接收器电路108而不经过开关装置。应该理解的是，前端电路网络104中的前端电路和接收器电路108中的接收器为了清楚起见已经从图3中省略了。

通信系统300被配置为可以在至少两种不同的操作模式下操作，该至少两种不同的操作模式包括处理处于两个不同频率范围内的RF信号的第一操作模式和处理处于四个不同频率范围内的RF信号的第二操作模式。在第一操作模式中，处理装置110配置开关装置114A和114B使其分别向接收器电路108提供RF信号x3和x4，配置开关装置114C和114D以使其分别向接收器电路108提供RF信号y3和y4。因此，接收器电路108接收处于频率范围x内的RF信号x1，x2，x3和x4以及处于频率范围y内的RF信号y1，y2，y3和y4。在第二操作模式中，处理装置110配置开关装置114A和114B以使其分别向接收器电路108提供RF信号z1和z2，并配置开关装置114C和114D以使其分别向接收器电路108提供RF信号u1和u2。因此，接收器电路108接收处于频率范围x内的RF信号x1和x2，处于频率范围y内的RF信号y1和y2，处于频率范围z内的RF信号z1和z2以及处于频率范围u内的RF信号u1和u2。

图4A是开关装置400A的示意图，开关装置400A可以作为如上所述的开关装置114A-114D一个实施例。开关装置400A被配置为接收多个RF输入并且选择性地提供该多个RF输入中所选择的RF输入的放大版本作为输出，例如提供一个所选择的RF输入的放大版本。如图4A所示，开关装置400A包括用于接收第一RF信号的第一RF输入端402，用于接收第二RF信号的第二RF输入端404，用于提供输出RF信号的输出端406，用于接收控制信号的第一控制输入端408，用于接收反相控制信号的第二控制输入端410以及多个晶体管401、403、405和407。这些晶体管401、403、405和407可以是n型晶体管。

晶体管401和403串联耦接在参考电位(例如，接地)和输出端406之间。晶体管401具有被配置为从控制输入端408接收控制信号的栅极端,并且晶体管403具有被配置接收来自第一RF输入端402的第一RF信号的栅极端。晶体管405和407相互串联耦接并且与晶体管401和403并联耦接。晶体管405具有被配置为接收来自控制输入端410的反向控制信号的栅极端,晶体管407具有被配置为接收来自第二RF输入端404的第二RF信号的栅极端。

开关装置400A的输出可以通过改变输入到控制输入端408和反相控制输入端410的控制信号的状态来控制。如果控制信号处于高电平状态(并且反相控制信号处于低电平状态),晶体管401导通,晶体管405截止。因此,在第一RF输入端402处接收到的RF信号的放大版本将被提供给输出端406。如果控制信号变为低电平状态(并且反相控制信号处于高电平状态),则晶体管401关闭并且晶体管405导通。因此,在第二RF输入端404处接收到的RF信号的放大版本将被提供给输出端406。

图4B是开关装置400B的示意图，开关装置400B可以作为如上所述的开关装置114A-114D另一个实施例。开关装置400B被配置为接收多个RF输入并选择性地提供所选择的一个RF输入的放大版本作为输出。如图4B所示，开关装置400B包括用于接收第一RF信号的第一RF输入端402，用于接收第二RF信号的第二RF输入端404，用于提供输出RF信号的输出端406，用于接收控制信号的第一控制输入端408，接收反相控制信号的第二控制输入端410，放大器412和414以及多个晶体管409、411、413和415。晶体管409和413可以是n型晶体管，晶体管411和415可以是p型晶体管。

放大器412从第一RF输入端402接收第一RF信号，并提供第一RF信号的放大版本。晶体管409和411并联耦接在放大器412和输出端406之间。晶体管409具有被配置为从控制输入端408接收控制信号的栅极端，晶体管411具有被配置为从控制输入端410接收反相控制信号的栅极端。放大器414从第二RF输入端404接收第二RF信号，并提供第二RF信号的放大版本。晶体管413和415并联耦接在放大器414和输出406之间。晶体管413具有被配置为从控制输入端410接收反相控制信号的栅极端，晶体管415具有被配置为从控制输入端408接收控制信号的栅极端。

开关装置400B的输出可以通过改变用于控制输入端408和反相控制输入端410的控制信号的电平状态来控制。如果控制信号处于高电平状态(且反相控制信号处于低电平状态)时，晶体管409和411导通，而晶体管413和415截止。从而，将在第一RF输入端402处接收到的RF信号的放大版本提供给输出端406。如果控制信号变为低电平状态(并且反相控制信号处于高电平状态)，则晶体管409和411截止而晶体管413和415导通。从而，将在第二RF输入端404处接收到的RF信号的放大版本提供给输出端406。

应该认识到，开关装置400A和400B可以容易地扩展为接收两个以上的RF输入信号。例如，可以添加与晶体管对401和403并联的另外的成对串联的晶体管，以将额外的RF输入添加到开关器件400A。

本申请已经对操作方法进行了举例说明，应该理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所描述的方法进行各种改变。例如，各种行为可以被省略，组合，重复或添加。此外，这里描述的方法中的动作不需要以所示的特定顺序执行。

此处描述的设备和技术的各个方面可以单独使用、组合使用或者以前文描述的实施例中未具体讨论的各种安排来使用，因此其应用不限于前文描述或者附图中所示出的组件集合的细节和安排。例如，一个实施例中描述的方面可以以任何方式与其他实施例中描述的方面组合。

应该认识到，上述晶体管可以以各种方式中的任何一种来实现。例如，一个或多个晶体管可以被实现为双极结型晶体管或场效应晶体管(field-effect transistor，FET)，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide semiconductor field-effect transistor，MOSFET)，结型场效应晶体管(junction field-effect transistors，JFET)以及异质结场效应晶体管(heterostructure field-effect transistors，HFET)。

在权利要求中使用诸如“第一”，“第二”，“第三”等顺序术语本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先权，优先顺序或顺序。

而且，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。“包括”、“包含”或“具有”“包含”、“涉及”及其变化形式的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。