完全集成的射频终端系统的制作方法

本申请要求于2016年12月22日提交的标题为“fullyintegratedradiofrequencysystem”的美国临时专利申请no.62/438,371的权益和优先权，并且还要求于2017年7月24日提交的标题为“fullyintegratedrfterminal”的美国临时专利申请no.62/536,356的权益和优先权，两者的全部内容通过引用并入本文。

本公开一般而言涉及射频(radiofrequency)通信系统。

背景技术：

射频通信系统已经在基于当代硬件设计限制的体系架构上发展。这已经导致系统无法充分利用射频和数字电路集成和小型化的进步。特别地，数字调制和解调(调制解调器)功能在传统上已经与射频转换和放大功能分开。这允许先前大型复杂的调制解调器功能在更受保护的环境中驻留在系统的用户端处。

通常，只有那些需要低损耗直接连接到天线的功能(例如，发送功率放大器、接收低噪声放大器)才被放置在天线处。调制解调器和天线电子设备之间的接口是利用安装在天线附近的固定调谐块转换器完成的，以将高射频频率转换到较低的中频带(intermediatefrequencyband)。相对长的宽带中频电缆提供了天线安装电子设备与调制解调器之间的链路。

当调制解调器被实现为充满模拟和数字电子设备的大型机架时，这种体系架构被创建，但是具有显著的缺点。因而，需要一种改进的系统。

技术实现要素：

本文公开了一种集成的射频终端系统。该系统包括集成的调制解调器。集成的调制解调器包括基带(baseband)调制解调器设备，该基带调制解调器设备被配置为接收用户数据并经由数字接口电缆将用户数据传送到用户设备和从用户设备传送用户数据。集成的调制解调器还包括发送调谐器，该发送调谐器连接到基带调制解调器设备并被配置为接收用户数据并将用户数据从基带转换到中频带。集成的调制解调器还包括接收调谐器，该接收调谐器连接到基带调制解调器设备并被配置为将接收到的处于中频带的传入数据转换到基带并将转换后的传入数据提供给基带调制解调器设备。该系统还包括功率放大器，该功率放大器连接到集成的调制解调器并被配置为将用户数据从中频带转换到射频带。该系统还包括低噪声放大器，该低噪声放大器连接到集成的调制解调器并被配置为将接收到的传入数据从射频带转换到中频带。

还公开了一种集成的射频终端系统。该系统包括集成的调制解调器。集成的调制解调器包括基带调制解调器设备，该基带调制解调器设备被配置为接收用户数据并经由数字接口电缆将用户数据传送到用户设备和从用户设备传送用户数据。集成的调制解调器包括发送调谐器，该发送调谐器连接到基带调制解调器设备并被配置为接收用户数据并将用户数据从基带转换到射频带而无需转换到中频带。集成的调制解调器包括接收调谐器，该接收调谐器连接到基带调制解调器设备并被配置为将接收到的处于射频带的传入数据转换到基带而无需转换到中频带并将转换后的传入数据提供给基带调制解调器设备。该系统包括天线设备，该天线设备连接到集成的调制解调器并被配置为发送处于射频带的用户数据并接收处于射频带的传入数据。

还公开了一种发送用户数据的方法。该方法包括由位于天线设备近侧的集成的调制解调器接收处于基带频率的用户数据。该方法还包括由集成的调制解调器将用户数据从基带频率转换到射频。该方法还包括由天线设备接收转换后的用户数据。该方法还包括由天线设备发送转换后的处于射频的用户数据。

附图说明

在研究以下附图和详细描述后，本发明的其它系统、方法、特征和优点对于本领域普通技术人员将是或将变得明显。意图是所有这些附加的系统、方法、特征和优点都被包括在本描述中、都在本发明的范围内并受所附权利要求保护。附图中所示的组成部分不一定按比例绘制，并且可以被夸大以更好地说明本发明的重要特征。在附图中，相似的附图标记在不同视图中表示相似的部分，其中：

图1是根据本公开的实施例的使用中频转换的集成的射频终端系统。

图2是根据本公开的实施例的使用直接转换的集成的射频终端系统。

图3是根据本公开的实施例的使用数字预失真(predistortion)设备的集成的射频终端系统。

图4是根据本公开的实施例的使用端口扩展器的集成的射频终端系统。

图5是根据本公开的实施例的集成的射频终端系统的处理的流程图。

具体实施方式

通常，数字调制和解调(调制解调器)功能与射频转换和放大功能分开。这允许先前大型复杂的调制解调器功能在更受保护的环境中驻留在系统的用户端处。因而，只有那些需要低损耗直接连接到天线的功能(例如，发送功率放大器和接收低噪声放大器)才被放置在天线处。调制解调器和天线电子设备之间的接口是利用安装在天线附近的固定调谐块转换器完成的，以将高射频频率转换到较低的中频带。长的宽带中频电缆提供了天线安装电子设备和调制解调器之间的链路。

但是，当调制解调器能够被实现为单个集成电路时，这种常规的体系架构变得不必要并且具有重大的缺点。在常规射频终端内使用固定宽带中频链路和分开的调制解调器增加成本并且强加性能限制。本文描述的系统在终端内集成了所有射频功能和调制解调器功能，以减轻这些缺点。通过集成所有射频功能和调制解调器功能，可以移除中频电缆链路，并且所得到的集成系统能够具有改进的性能。此外，与常规系统相比，本文描述的系统改善了系统的尺寸、重量和功率要求。

图1图示了根据本公开的实施例的完全集成的射频终端系统的示例实施例。

完全集成的射频终端系统100包括集成的调制解调器102、功率放大器110、低噪声放大器112和天线设备114。集成的调制解调器102、功率放大器110和低噪声放大器112可以物理地位于天线设备114外部及近侧。例如，集成的调制解调器102、功率放大器110和低噪声放大器112可以位于天线设备114的几英尺内，或者可以共享共同的壳体。这不同于常规系统，在常规系统中调制解调器位于用户设备近侧，射频(rf)组件位于天线设备近侧，并且中频(if)电缆在调制解调器和rf组件之间延伸。这些通常以l带工作的中频电缆可能是长的并且可能造成混频器杂散问题(mixerspurissue)，因为必须使用相对宽的带宽。由于较高阶混频器杂散产物的位置和更多转换级的强制使用，标准化的中频带也可能导致一些射频带出现问题。由于宽的中频带宽(bw)(对于宽带tx来说高达950至1700mhz，对于宽带rx来说高达950至2750)，使用l带也会导致if到ku(或其它频率)转换中出现困难的混频器杂散问题。l带系统可以涉及困难的滤波器和/或杂散消除，此外，l带电缆损耗和频率响应使系统性能退化并迫使更宽的tx和rx动态范围来补偿电缆损耗变化。在一些装置中，长电缆延伸可以包括更昂贵的低损耗电缆。

在一些实施例中，集成的调制解调器102、功率放大器110和低噪声放大器112在单个壳体内。在其它实施例中，集成的调制解调器102在第一壳体内，并且功率放大器110和低噪声放大器112在第二壳体内。在一些实施例中，天线设备114中的一些或全部与集成的调制解调器102在相同的壳体中。在许多实施例中，集成的调制解调器102、功率放大器110和低噪声放大器112在位于室外的壳体内，并且促进发送用户数据116的数字接口电缆在室内终止于用户设备或端口扩展器(如图4所示)。用户设备可以是处理器、路由器和/或计算设备。

集成的调制解调器102包括基带调制解调器设备104，基带调制解调器设备104被配置为接收用户数据116的基带信号。可以经由数字接口电缆将用户数据116发送到集成的调制解调器102，这不会影响发送性能。因为集成的调制解调器102位于天线设备114的近侧，所以数字接口电缆可以比在先前的常规系统中长，并且数字接口电缆的长度可以基于背景环境和应用而变化。但是，数字信号的电缆损耗比中频电缆低，因此有可能在没有性能恶化的情况下有更长的电缆延伸(使用数字接口电缆相对于中频电缆)。虽然数字接口电缆被描述为在本文中使用，但是任何数字链路方法(包括光纤)都可以用于传送用户数据116。用于系统的电力可以在天线设备114附近或经由分开的电力电缆找到来源。

集成的调制解调器102还包括发送调谐器106和接收调谐器108。发送调谐器106调谐接收到的基带信号并将基带信号转换到中频。中频可以是基带频率和由天线设备114使用的射频之间的任何频率。

然后将中频信号提供给功率放大器110，功率放大器110将中频信号转换成射频带信号。射频带信号可以具有在电磁频谱中任何地方的射频。在一些实施例中，射频带信号处于ku带或更高。天线设备114接收射频带信号并经由rf链路118发送它们。如本文所使用的，rf链路118指的是交换数据的两个天线系统(例如，天线设备114和与天线设备114通信的对应天线设备)之间的空间。

可以数字地配置和调整用户数据发送的应用，而无需修改系统100的物理部件。例如，可以使用卫星通信发送用户数据，或者可以通过配置发送调谐器106来使用地面通信发送用户数据。发送调谐器106包括本地振荡器，该本地振荡器可以是被配置为提供任何数量的不同波形的可调整的捷变(agile)本地振荡器。因此，系统100不限于一种类型的通信。因而，接收调谐器108也可以具有可调整的捷变本地振荡器。

在一些实施例中，如图1中所示，发送调谐器106和接收调谐器108还包括混频器和带通滤波器。

天线设备114可以经由rf链路118接收处于射频带的数据，并且天线设备114可以将接收到的数据提供给低噪声放大器112以用于向下转换到中频。转换后的数据被提供给接收调谐器108以用于进一步向下转换到基带，使得数据可以经由基带调制解调器设备104传递给用户设备。

系统100在两个步骤中将基带转换到射频带：一次从基带到中频，以及一次从中频到射频。与先前的系统相比，所使用的中频不需要高水平的带宽，因为集成的调制解调器102位于天线设备114附近，并且不使用冗长的中频电缆延伸。所使用的带宽的这种降低消除了常规系统中存在的许多问题。通过使系统的各种部件位于天线装置114的近侧，使系统更高效、更紧凑、制造更便宜、更易于维护并且更轻。

图2图示了根据本公开的实施例的完全集成的射频终端系统的示例实施例。

系统200类似于系统100，并且相似的部分被类似地编号。系统200包括位于天线设备214近侧的集成的调制解调器202。集成的调制解调器202具有基带调制解调器设备204，基带调制解调器设备204被配置为向用户设备发送用户数据216和从用户设备接收用户数据216。用户设备可以是处理器、路由器或计算设备。

由集成的调制解调器202经由基带调制解调器设备204接收的用户数据216被从基带转换到射频带。这种转换可以由发送调谐器206或块上变频器(blockupconverter)完成。在一些实施例中，还使用固态功率放大器。天线设备214接收处于射频带的用户数据216，并经由rf链路218发送它。

天线设备214经由rf链路218接收数据并将其发送到集成的调制解调器202。接收到的数据被从射频带转换到基带。这种转换可以由接收调谐器208或低噪声块下变频器(blockdownconverter)来完成。基带调制解调器设备204接收被转换到基带的数据并将该数据提供给用户设备。

集成的调制解调器202位于天线设备214的近侧并远离用户设备。因此，用户数据216沿着相对长的数字接口电缆发送。如本文所述，数字信号的电缆损耗比中频电缆低，因此有可能在没有性能恶化的情况下有更长的电缆延伸。虽然数字接口电缆被描述为在本文使用，但是任何数字链路方法(包括光纤)都可以用于传送用户数据216。如本文所述，所使用的长的数字接口电缆优于使用长的中频电缆的常规系统。系统200最小化射频损耗以获得最佳发送(tx)功率效率和接收(rx)噪声系数。

该系统提供单个转换tx和rx路径(基带到ku带/从ku带到基带)。无源的tx拒绝滤波器(在rx路径中)和rx拒绝滤波器(在tx路径中)以及其它天线部件可以随应用而改变，但是电子设备在大约1个倍频程带宽(octavebandwidth)上是捷变的，受到本地振荡器调谐范围和正交混合性能的限制。

与通过简化tx和rx射频链所获得的相比，可以以更小的尺寸、重量和功率(swap)实现增加的调制解调器功能，因此当与l带中频系统相比时，天线安装部件的净swap减小。通过消除分开的部件组件，可以降低系统的总成本。

由于消除了宽带中频发送，因此系统不会遇到混频器杂散问题。基带滤波和预失真被用于满足tx频谱要求。利用基带滤波实现rx选择性。滤波和预失真(如图3和图4中所示)可以被数字地实现。

系统200执行与系统100相同的功能，但系统200不将基带转换到任何中频，而是将基带直接转换到射频带。取决于本文所述的各种内部部件的成本，系统的各种实施例中最具成本效益的解决方案可以改变，但是出于本文描述的原因，系统的所有实施例都优于常规系统。

类似于系统100，可以数字地配置和调整用户数据发送的应用，而无需修改系统200的物理部件。例如，可以使用卫星通信发送用户数据，或者可以通过配置发送调谐器206来使用地面通信发送用户数据，发送调谐器206包括被配置为提供任意数量的不同波形的可调整的捷变本地振荡器。因此，系统200不限于一种类型的通信。因而，接收调谐器208还可以具有可调整的捷变本地振荡器。在一些实施例中，如图2中所示，发送调谐器206和接收调谐器208还包括混频器和带通滤波器。

图3图示了根据本公开的实施例的完全集成的射频终端系统的示例实施例。系统300类似于系统100和系统200，并且相似的部分被类似地编号。

系统300包括集成的调制解调器302、功率放大器310、低噪声放大器312和天线设备314。集成的调制解调器302、功率放大器310和低噪声放大器312可以物理地位于天线设备314的近侧。如本文所述，这不同于常规系统，在常规系统中调制解调器位于用户设备的近侧，射频组件位于天线设备的近侧，并且if电缆连接调制解调器和射频组件。

在一些实施例中，集成的调制解调器302、功率放大器310和低噪声放大器312在单个壳体内。在其它实施例中，集成的调制解调器302在第一壳体内，并且功率放大器310和低噪声放大器312在第二壳体内。在一些实施例中，天线设备314中的一些或全部与集成的调制解调器302在相同的壳体中。

集成的调制解调器302包括基带调制解调器设备304，基带调制解调器设备304被配置为接收用户数据316的基带信号并发送用户数据316的基带信号。可以经由数字接口电缆将用户数据316发送到集成的调制解调器302，这不会影响发送性能。虽然数字接口电缆被描述为在本文使用，但是任何数字链路方法(包括光纤)都可以用于传送用户数据316。用于系统的电力可以在天线设备314附近或经由分开的电力电缆找到来源。

集成的调制解调器302包括数字预失真设备320，数字预失真设备320被配置为在用户数据316被处理以用于由天线设备314发送时减少用户数据316的失真。数字预失真设备320在数据信号通过发送调谐器306和功率放大器310被转换到射频带之后接收数据信号的样本，并且数字预失真设备补偿样本中检测到的失真，使得后续数据中的失真被减少。

集成的调制解调器302还包括发送调谐器306和接收调谐器308。发送调谐器306调谐接收到的数字预失真的基带信号并将基带信号转换到中频。然后中频信号被提供给功率放大器310，功率放大器310将中频信号转换成射频带信号。天线设备314接收射频带信号并经由rf链路318发送它们。

天线设备314可以经由rf链路318接收处于射频带的数据，并且天线设备314可以将接收到的数据提供给低噪声放大器312以用于向下转换到中频。转换后的数据被提供给接收调谐器308以用于进一步向下转换到基带，使得数据可以经由基带调制解调器设备304传递给用户设备。

类似于系统100，系统300在两个步骤中将基带转换到射频带(并且转换回来)：一次从基带到中频，以及一次从中频到射频。与先前的系统相比，所使用的中频不需要高水平的带宽，因为集成的调制解调器302位于天线设备314附近，并且不使用冗长的中频电缆延伸。通过使系统的各种部件位于天线设备314的近侧，使系统更高效、更紧凑、制造更便宜、更易于维护并且更轻。

类似于系统100和200，可以数字地配置和调整用户数据发送的应用，而无需修改系统300的物理部件。例如，可以使用卫星通信发送用户数据，或者可以通过配置发送调谐器306来使用地面通信发送用户数据，发送调谐器306包括被配置为提供任意数量的不同波形的可调整的捷变本地振荡器。因此，系统300不限于一种类型的通信。因而，接收调谐器308还可以具有可调整的捷变本地振荡器。在一些实施例中，如图3中所示，发送调谐器306和接收调谐器308还包括混频器和带通滤波器。

图4图示了根据本公开的实施例的完全集成的射频终端系统的示例实施例。系统400类似于系统100、系统200和系统300，并且相似的部分被类似地编号。

系统400包括集成的调制解调器402、功率放大器410、低噪声放大器412和天线设备414。集成的调制解调器402、功率放大器410和低噪声放大器412可以物理地位于天线设备414的近侧。如本文所述，这不同于常规系统，在常规系统中调制解调器位于用户设备的近侧，射频组件位于天线设备的近侧，并且中频电缆在调制解调器和射频组件之间延伸。

在一些实施例中，集成的调制解调器402、功率放大器410和低噪声放大器412在单个壳体内。在其它实施例中，集成的调制解调器402在第一壳体内，并且功率放大器410和低噪声放大器412在第二壳体内。在一些实施例中，天线设备414中的一些或全部与集成的调制解调器402在相同的壳体中。

集成的调制解调器402包括基带调制解调器设备404，基带调制解调器设备404被配置为接收用户数据的基带信号并发送用户数据的基带信号。可以经由数字接口电缆将用户数据发送到集成的调制解调器402，这不影响发送性能。虽然数字接口电缆被描述为在本文使用，但是任何数字链路方法(包括光纤)都可以用于传送用户数据。

来自多个用户设备的用户数据416可以由端口扩展器424接收。端口扩展器424可以接收多个数据流并将多个数据流作为单个数据流(例如，数据426)发送到单个接收者(例如，集成的调制解调器402)。此外，端口扩展器424可以从单个源(例如，集成的调制解调器402)接收数据流，并且可以将数据流分成多个数据流(例如，用户数据416)。通过结合端口扩展器424，更多用户设备可以访问系统400以用于发送和接收数据。

端口扩展器424可以位于集成的调制解调器402的近侧，使得数据426行进通过相对短的数字接口电缆，并且用户数据416行进通过相对长的数字接口电缆。可替代地，端口扩展器424可以远离集成的调制解调器402定位，使得数据426行进通过相对长的数字接口电缆。

集成的调制解调器402包括数字预失真设备420，数字预失真设备420被配置为在用户数据416被处理以用于由天线设备414发送时减少用户数据416的失真。数字预失真设备420在数据信号通过发送调谐器406和功率放大器410被转换到射频带之后接收数据信号的样本，并且数字预失真设备420补偿样本中检测到的失真，使得后续数据中的失真被减少。

集成的调制解调器402还包括发送调谐器406和接收调谐器408。发送调谐器406调谐接收到的数字预失真的基带信号并将基带信号转换到中频。然后中频信号被提供给功率放大器410，功率放大器410将中频信号转换成射频带信号。天线设备314接收射频带信号并经由rf链路418发送它们。

天线设备414可以经由rf链路318接收处于射频带的数据，并且天线设备414可以将接收到的数据提供给低噪声放大器412以用于向下转换到中频。转换后的数据被提供给接收调谐器308以用于进一步向下转换到基带，使得数据可以经由基带调制解调器设备404传递到用户设备。

类似于系统100和系统300，系统400在两个步骤中将基带转换到射频带(并且转换回来)：一次从基带到中频，以及一次从中频到射频。与先前的系统相比，所使用的中频不需要高水平的带宽，因为集成的调制解调器402位于天线设备414附近，并且不使用冗长的中频电缆延伸。通过使系统的各种部件位于天线设备414的近侧，使系统更高效、更紧凑、制造更便宜、更易于维护并且更轻。

类似于系统100、200和300，可以数字地配置并调整用户数据发送的应用，而无需修改系统400的物理部件。例如，可以使用卫星通信发送用户数据，或者可以通过配置发送调谐器406来使用地面通信发送用户数据，发送调谐器406包括被配置为提供任意数量的不同波形的可调整的捷变本地振荡器。因此，系统400不限于一种类型的通信。因而，接收调谐器408还可以具有可调整的捷变本地振荡器。在一些实施例中，如图4中所示，发送调谐器406和接收调谐器408还包括混频器和带通滤波器。

本文描述的系统(例如，系统100、系统200、系统300和系统400)利用任何天线类型都是可用的。

图5图示了集成的射频终端系统的处理的流程图。

处理500开始于集成的调制解调器(例如，集成的调制解调器102、202、302、402)接收处于基带频率的用户数据(例如，用户数据116、216、316、416)(步骤502)。如本文所述，可以从用户设备接收用户数据。用户设备可以位于室内，并且集成的调制解调器可以位于室外、在天线设备的近侧。

预失真设备(例如，数字预失真设备320、420)使处于基带频率的用户数据预失真(步骤504)。通过使用户数据预失真，可以使发送的射频数据更清楚。

集成的调制解调器将用户数据从基带频率转换到射频(步骤506)。射频可以是处于ku带或更高。如本文所述，集成的调制解调器可以或者在一个步骤中或者在两个步骤(从基带频率到中频，以及从中频到射频)中将用户数据从基带频率转换到射频。中频可以是基带频率和射频之间的任何频率。

天线设备(例如，天线设备114、214、314、414)接收转换后的用户数据(步骤508)。转换后的用户数据处于射频，并且天线设备发送转换后的用户数据(步骤510)。

天线设备可以接收处于射频的传入数据(步骤512)。天线设备将传入的数据提供给集成的调制解调器(步骤514)。集成的调制解调器将传入的数据转换到基带频率(步骤516)。集成的调制解调器可以或者在一个步骤中或者在两个步骤(从射频到中频，以及从中频到基带频率)将传入数据转换到基带频率。然后，集成的调制解调器将处于基带频率的传入数据提供给用户设备(步骤518)。

在整个说明书和权利要求书中使用时，“a或b中的至少一个”包括仅“a”、仅“b”或“a和b”。已经以说明性方式公开了方法/系统的示例性实施例。因而，应当以非限制性方式阅读贯穿全文使用的术语。虽然本领域技术人员将想到对本文教导的微小修改，但应理解的是，意图被限制在本文所保证的专利范围内的是所有合理地落入到由本文贡献的对本领域的改进的范围内的这种实施例，并且除非根据所附权利要求及其等同物，否则该范围不应受限制。