本申请一般涉及用于无线通信的设备，且更具体地，涉及高度集成的智能微波数字无线电架构。
背景
4g长期演进(lte)移动网络正在成为现实。回程点对点微波无线电设备是该4g网络的关键部分，并对成功的lte网络起着重要作用。传统的室内/室外混合微波数字无线电设备仍然拥有大部分移动回程市场。随着4g基站的安装越来越多，对具有更高性能、更小尺寸以及更低成本的无线电设备的需求也越来越大。
概述
为赶上快速增长的4g部署，微波回程点对点数字无线电对更高性能的要求不断提高，例如以支持2048qam和4096qam，在没有额外带宽要求、冗长的校准和校正机制的情况下支持自适应预失真，以及具有更高的集成度、更灵活的配置以及更小的尺寸和更低的成本。
根据本申请的一些实施例，一种支持两信道聚合的室外微波无线电设备包括电缆接口；射频处理部分；以及天线耦合部分。电缆接口包括两根电缆，每根电缆被配置成从远程室内微波无线电设备处的调制解调器输出接收模拟中频信号。射频处理部分被配置为将两个模拟中频信号处理成一个模拟射频信号。天线耦合部分包括用于连接到天线并使用天线发射模拟射频信号的共面环行器。
根据本申请的一些实施例，一种集成室外射频单元包括：壳体，其包括两个n型连接器和天线端口；发射器-接收器板，其位于壳体内以用于经由两个n型连接器与室内无线电单元通信；发射器隔离器和接收器隔离器，每个隔离器耦合到发射器-接收器板的相应端子；发射器e平面插入件，其经由第一微带线到e平面波导过渡部分(transition)耦合到发射器隔离器；接收器e平面插入件，其经由第二微带线到e平面波导过渡部分耦合到接收器隔离器；环行器，其经由第三e平面波导到微带过渡部分耦合到发射器e平面滤波器，经由第四e平面波导到微带过渡部分耦合到接收器e平面滤波器，以及经由微带到h平面波导过渡部分耦合到天线端口。发射器隔离器、接收器隔离器、发射器e平面插入件、接收器e平面插入件和环行器是共面的。
附图说明
被包括以提供对实施例的进一步理解并被并入本说明书且构成本说明书的一部分的附图示出了所描述的实施例，并与说明书一起用于解释基本原理。相同的参考数字指的是相应的部分。
图1是描绘传统的室内/室外分离式无线电架构的框图。
图2是描绘n分离式无线电架构的框图。
图3是描绘根据本申请的一些实施例的支持一个射频(rf)链中两信道聚合的一个室外无线电单元(odu)的框图。
图4是描绘根据本申请的一些实施例的使用多个odu的n分离式无线电架构的框图，每个odu支持两信道聚合。
图5是描绘根据本申请的一些实施例的射频单元(rfu)聚合的内部结构的框图。
图6是描绘根据本申请的一些实施例的所提出的rfu的框图。
图7是描绘根据本申请的一些实施例的微带线隔离器/环行器的框图。
图8描绘了根据本申请的一些实施例的e平面滤波器。
图9描绘了根据本申请的一些实施例的微带线到e平面波导过渡部分。
图10描绘了根据本申请的一些实施例的微带线到h平面波导过渡部分。
图11描绘了根据本申请的一些实施例的高度集成rfu的功能和机械布局。
图12a和图12b描绘了根据本申请的一些实施例的高度集成的低成本rfu，(a)在中心处切割的部分组装rfu的分解图，(b)在中心处切割的部分组装rfu的侧视图。
图13描绘了根据本申请的一些实施例的可调谐滤波器调谐机构，(a)可调谐e平面滤波器的布局，(b)可调谐e平面滤波器的仿真结果。
图14描绘了根据本申请的一些实施例的与rfu集成的调谐滤波器的分解图，以示出控制调谐板的机械机构。
图15描绘了根据本申请的一些实施例的集成紧凑型可调谐无线电单元。
详细描述
现在将详细参考实施例，实施例的示例在附图中示出。在下面的详细描述中，阐述了许多非限制性的具体细节，以便帮助理解本文提出的主题。然而，对于本领域的普通技术人员将明显的是，在不脱离权利要求的范围的情况下可以使用各种替代方案，并且可以在没有这些具体细节的情况下实践该主题。例如，对于本领域的普通技术人员将明显的是，本文提出的主题可以在许多类型的无线电通信系统上实现。
图1示出了由一个室内单元(idu)100和一个室外单元(odu)200组成的传统室内/室外分离式无线电框图。idu100包括调制解调器、多路复用器、控制器、电源和客户接口电路。odu200包括射频单元210(rfu)和天线220。rfu210还包括电缆接口、上/下射频变频器、功率放大器(pa)、低噪声放大器(lna)、滤波器、增益控制、rf信号处理以及双工器或天线耦合单元。
如图2所示，为了最小化室内所需空间并降低整体硬件成本，市场上的idu通常共享一个电源模块、一个控制器卡、一个公共客户接口模块和多个调制解调器卡(n)，每个调制解调器卡连接到一个odu，使得具有多个(n个)调制解调器的该单个idu支持最多n个odu。
在该申请中，在图3中描绘了支持一个rf链中两信道聚合的单个odu300的新颖无线电架构设计。图3示出了存在两条电缆310和320，它们将odu300直接连接到idu中的两个调制解调器卡(未在图3中示出)。来自两个发射器330和340的两个信道被组合成公共rf链，然后到天线输出端。类似地，对于接收器侧，天线350接收来自另一个odu(未在图3中示出)处一个rf链中组合的两个信道的信号，然后将这些信号分成两个基带rx信号。请注意，两个信道可以是并排的或者有一定的信道间隔。
注意到，没有天线350的odu300通常被称为射频单元360(rfu)。如图3所示，rfu360包括集成环行器370，其在发射器(tx)和接收器(rx)之间提供更好的隔离并且在天线端口处提供更好的回波损耗，且放宽对tx和rx滤波器两者的抑制要求。
与图1和图2中所示的常规odu设计相比，具有一个rf链中两信道聚合的odu具有以下关键优点：
●通过将两个信道组合成一个rfu而不是两个rfu，降低了整个系统和网络的成本和尺寸；
●如果一个信道输入失败，则通过立即切换到另一个信道，提供了额外的保护；
●通过将两个信道组合在一起提供更高的系统吞吐量，这两个信道可以并排或相隔一定距离；以及
●使用集成环行器，在tx和rx之间提供更好的隔离，并且在天线端口处提供更好的回波损耗，并放宽tx和rx滤波器的抑制要求。
如图4所示，n分离式无线电架构只需要图3中所描绘的一半数量的odu，正如图2中那样。注意到，图3中的每个odu具有连接到idu400中的两个调制解调器卡的两条电缆，以便支持两信道聚合。
图5提供了支持两信道聚合的rfu500的更详细的框图和功能框图。rfu500由三个部件组成：电缆接口510、rf处理部分520和天线耦合部分530。如图5所示，在rfu500中采用闭环自适应数字预失真(adpd)。图6示出了当该rfu具有到idu400中的调制解调器的一个连接时，该rfu框图的简化单信道版本。
电缆接口510从idu的调制解调器输出端(未在图5中示出)接收模拟tx中频(if)信号。然后通过模数转换器(adc)610将模拟信号转换成数字信号，该模数转换器跟随以包括数字预失真的数字处理模块620。数字预失真从功率放大器(pa)630的输出端接收数字反馈信号，该信号由下变频器635下变频为基带if信号，然后通过另一个adc640数字化。来自idu400的数字if输入信号和来自pa630的数字反馈信号通过数字处理模块620组合在一起，使用数模转换器650(dac)转变回模拟信号，且然后通过上变频器655上变频为rf信号。
与常规方法相比，所提出的架构具有以下关键优点：
●由于if反馈信号和pa反馈信号都已从模拟转换为数字，因此数字预失真(dpd)处理在数字域中执行且因此具有更高的dpd效率；
●由于闭环dpd是在rfu500内完成的，因此idu400到rfu500接口不需要常规方法所要求的三倍更宽的带宽，这大大节省了成本并降低了杂散(spurious)要求和电缆接口电路的技术挑战；以及
●利用这种架构，if信号通过adc640被转变回数字域，然后通过dac650转变回模拟域，所得到的tx信号具有更好的信噪比(snr)，这使得更容易满足整体系统屏蔽和杂散要求。
如图6所示，txif模拟信号通过adc610从模拟域转变为数字域，然后与来自pa630的数字反馈信号组合。在包括自适应数字预失真的数字信号处理之后，txif信号通过dac650从数字域转变回模拟域。这种模拟-数字-模拟过程不仅适应rfu中的adpd，而且还重新生成txif以具有更好的snr，这使得系统更容易实现4096qam调制所需的总snr。此外，通过消除3倍带宽需求，使得tx电路的设计更容易实现宽带112mhz电缆接口电路，其中针对txif频率，公共电缆接口频率可能为350mhz，对于rxif频率可能为140mhz。
由于该pa反馈回路路径中没有rf滤波，因此实际的adpd处理带宽取决于dac能力和基带滤波带宽，因此相比于传统dpd可以处理更宽的带宽，传统dpd由于rf滤波带宽限制而具有有限的带宽。
总之，所提出的架构具有以下关键优势：
●通过公共传统350mhz/140mhz电缆接口，利用adpd支持112mhz；
●由于txif模拟-数字-模拟转换，与常规系统相比，该系统具有更高的snr且能够相对容易地满足2k和4kqam要求；以及
●由于该rf转换方案中没有rf滤波，因此与传统开环dpd或闭环自适应模拟预失真(aapd)方法相比，adpd可以处理更宽的信号或组合信号带宽。
在该rfu架构中，提出了共面tx隔离器、共面rx隔离器和共面环行器，以用于将天线连接到tx和rx滤波器。
图7(a)示出隔离器/环行器。信号只能沿箭头方向从端口2传输到端口1，然后再传输到端口3。请注意，如果环行器的一个端口连接到匹配负载，则流向端口的信号将被匹配负载吸收。在这种情况下，环行器成为隔离器。因此，只要第三端口连接到匹配负载，环行器就可以用作隔离器。图7(b)示出了隔离器的图，信号只能从端口2流向端口1。到达端口3的任何信号都将被匹配负载吸收。图7(c)/(d)示出了分解的和集成的共面隔离器或环形器结构，其中隔离器或环形器的输入端和输出端连接到传统的微带线。
图8示出了e平面滤波器的分解图。图9和图10分别示出了e平面和h平面中的微带线到波导(wg)过渡部分。
图11示出了具有集成在一个公共层中的不同部件的rfu壳体的功能和机械布局。在rfu壳体的底部有两个n型连接器和一个bnc(bayonetneill–concelman)连接器。两个n型连接器负责连接到idu的调制解调器1和调制解调器2(未在图11中示出)。bnc连接器用于显示接收器信号强度指示(rssi)。trx模块位于rfu壳体中的pcb上，其包括电缆接口、dc/dc转换器、数字处理、发射器(tx)、adpd、pa、接收器(rx)、tx/rx本地合成器、公共参考和cpu。pa的输出端连接到共面tx隔离器，然后通过微带线到e平面波导过渡部分连接到txe平面滤波器。然后，txe平面滤波器通过e平面波导到微带过渡部分连接到共面环行器，最后通过微带到h平面wg过渡部分连接到天线端口。rx链的连接路径类似。
图12a和图12b示出了rfu壳体的分解图和侧视图。rfu壳体基部是trx模块、所有微带到波导过渡部分、天线输出端和tx/rxe平面滤波器的公共基部。rfu壳体还支持散热并连接到正确的连接器。rfu壳体中的所有电路都在同一平面上，并共享公共rfu壳体作为基部，以尽可能最小的总体积实现尽可能最低的生产成本，同时保持最高的无线电性能。
最后，对于e平面滤波器，可以在相同频带中使用公共机械结构以通过仅改变e平面滤波器的插入件来实现因各种tx/rx间隔或在相同tx/rx间隔下的各种频带而导致的不同rfu选项，这进一步降低了成本。
因此，所提出的架构具有以下关键优势：
●rfu壳体中的所有部件都是同一平面上的表面安装部件，这最小化总的rfu体积；
●rfu壳体使用与e平面和h平面中的微带线到波导过渡部分集成的共面tx隔离器、rx隔离器和环行器以及tx和rxe平面滤波器，以最小化rfu的整体尺寸、成本和信号损耗；
●rfu壳体基部是trx模块、e平面和h平面中的微带线到波导过渡部分、e平面滤波器和天线输出端口的公共基部；
●易更换e平面插入件，以因各种t/r间隔和在相同t/r间隔下的各种频带选项而改变rfu频带选项；以及
●整个rfu被无缝集成和设计在一起。
通过引入e平面滤波器，这种rfu架构还支持可选的可调谐滤波器选项。可调谐rfu由于其网络灵活性、低维护和备用成本以及快速网络部署而为网络服务提供商提供了优势。网络服务提供商可以具有公共rfu，然后根据每个小区部署频率调谐到其许可频带。另外，作为备件，网络服务提供商可以省去作为一般用途的公共rfu。通常，两个可调谐rfu选项可以覆盖每个频带，而不是根据各种t/r间隔以及相同t/r间隔下的多个选项而存在多个硬件选项。图13示出了可调谐e平面滤波器调谐机构。在普通的e平面滤波器中插入附加的电介质调谐板。通过上下移动调谐板，滤波器响应将左右移动以实现滤波器调谐能力。
图14示出了可调谐e平面滤波器的机械机构的提出的概念。它使用两个非常小的基于pcb的微型电动机在trx模块顶部上引入另一个微控制器板，一个微型电动机用于tx可调谐滤波器以及另一个用于rx可调谐滤波器，以独立地控制txe平面滤波器和rxe平面滤波器。电动机通过调谐带控制调谐轮(pulley)。调谐轮通过保持板上下移动调谐板，以实现调谐能力。调谐深度与频率的关系是通过预校准，校正因子为温度和频率。
图15示出了具有低成本、高性能的集成的两层紧凑型智能微波数字无线电单元。第一层集成了所有rfu电路，以及第二层是通过添加调谐控制器板以实现可调谐滤波器功能的进一步集成。
所提出的架构具有以下主要优点：
●可调谐微波数字无线电设备使用具有所提出的微型pcb电动机的紧凑的低成本可调谐基于e平面的结构，该电动机带有齿轮、带和保持板机构。
●该智能rfu支持可选的非可调谐和可调谐e平面架构，以满足各种低端和高端客户需求。
如本公开中讨论的天线馈电线设计的各种实施例可用在数字微波无线电(诸如2t2r数字微波无线电)设备中。紧凑型天线馈电线可被设计用于不同频带。这种设计可以减小双极化天线馈电线的整体尺寸，并通过将额外的环行器和隔离器引入到天线馈电线中来改善隔离。此外，由于基于新设计的简单的制造和组装过程，也降低了制造和组装成本。
本文的实施例的描述中所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不意在限制权利要求的范围。除非上下文另有清楚的说明，否则如在实施例和所附的权利要求的描述中所用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”意在同样包括复数形式。还将理解的是，如在本文中所用的术语“和/或”是指并包括一个或更多个相关联的所列出的项目的任何的和所有的可能的组合。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指代所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。
还将理解的是，尽管术语第一、第二等在本文可用于描述各个元件，但这些元件不应被这些术语限制。这些术语只是用来将一个元件与另一个区分开。例如，在不脱离实施例的范围的情况下，第一端口可以被称为第二端口，而第二端口可以类似地被称为第一端口。第一端口和第二端口都是端口，但它们不是相同的端口。
如本文所使用的，除非另有指示。否则术语“耦合(couple)”、“耦合(coupling)”和“耦合(coupled)”用于指示多个部件以这样的方式连接：在多个部件中的第一部件能够从多个部件中的第二部件接收信号。在一些情况下，两个部件是间接耦合的，这指示一个或更多个部件(例如，滤波器、波导等)位于两个部件之间，但是在两个部件中的第一部件能够接收来自在两个部件中的第二部件的信号。
受益于前述描述和相关联附图中呈现的教导的本领域技术人员将会想到对本文描述的实施例的许多修改和替代的实施例。因此，应当理解的是，权利要求的范围不限于所公开的实施例的特定示例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。虽然在本文中采用了特定的术语，但它们仅在通用的和描述性的意义上使用，而不是为了限制的目的。
实施例之所以被选择和描述是为了最好地解释根本原理及其实际应用，并由此使得本领域的技术人员能够采用适用于预期的特定用途的各种修改来利用根本原理和各个实施例。