射频单元、通信装置以及通信系统的制作方法

本技术涉及天线，更具体的，涉及一种射频单元、通信装置以及通信系统。

背景技术：

1、多输入多输出(multiple-input multiple-output，mimo)技术通过使用多根发射天线和多根接收天线进行通信，以便提升通信系统的系统容量。其中，使用mimo技术进行通信的终端设备和接入网设备各自均包括m根发射天线和n根接收天线。为了控制信号的传输，前述的发射天线和接收天线可以配置有射频单元，该射频单元包括m个发射通道和n个接收通道，发射通道用于实现信号的发送处理，接收通道用于实现信号的接收处理。其中，射频单元中的接收通道和发射通道可以复用同一个天线阵面，即该天线阵面中的天线具有信号接收功能和信号发送功能。

2、为了进一步的提升系统容量，射频单元可以通过巴特勒矩阵加选择开关的方案(下文简称为巴特勒矩阵连接网络)实现更少数量的接收通道处理更多数量的天线接收到的信号，即射频单元中的n个接收通道通过巴特勒矩阵连接网络可以处理n+k(k为新增天线的数量，k为正整数)根天线接收到的信号，或者说，一个接收通道能够对多根天线接收到的信号进行处理。然而，上述结构会导致射频单元无法满足不同信道场景的需求。

技术实现思路

1、本技术提供一种射频单元、通信装置以及通信系统，能够支持射频单元满足不同信道场景的需求。

2、第一方面，提供了一种射频单元，该射频单元包括：k个第一开关，t个第二开关，t个第一接收通道，第一全连接网络，第一全连接网络包括k个输入端口和t个输出端口，k和t均为正整数，k大于或等于2，t小于k。每个第一开关的第一输出端口与k个输入端口中对应的输入端口连接，每个第二开关的第一输入端口与t个输出端口中对应的输出端口连接，每个第二开关的第二输入端口与t个第一开关中对应的第一开关的第二输出端口连接，k个第一开关包括t个第一开关，每个第二开关的输出端口和t个第一接收通道中对应的第一接收通道的输入端口连接，每个第一开关还包括输入端口，该输入端口用于接收来自第一天线的输入信号。

3、基于上述结构，射频单元能够灵活控制第一接收通道的连接方式，从而满足不同信道场景的需求。具体来说，第一接收通道处于单连接状态(一个接收通道对应一个天线)还是处于多连接状态(一个接收通道对应多个天线)可以通过控制k个第一开关和t个第二开关的输入输出关系来实现。例如，针对广播信道场景，通过控制t个第一开关通过第一开关的第二输出端口输出信号以及控制t个第二开关通过第二开关的第二输入端口输入信号，t个第一接收通道能够处于单连接状态，以便形成宽波束，有利于快速扫描；针对数据信道场景，通过控制k个第一开关通过第一开关的第一输出端口输出信号以及控制t个第二开关通过第二开关的第一输入端口输入信号，t个第一接收通道能够处于多连接状态，以便形成正交窄波束，有利于提升通信质量和系统容量。

4、在第一方面的某些实现方式中，该射频单元还包括：第二全连接网络，w个第二接收通道，k-t个第三开关，第二全连接网络包括r个输入端口和w个输出端口，r和w均为正整数，r大于或等于2，r大于w，w大于或等于k-t的差值。每个第三开关的第一输入端口和w个输出端口中对应的输出端口连接，每个第三开关的输出端口和w个第二接收通道中对应的第二接收通道的输入端口连接，k-t个第一开关中的每个第一开关的第二输出端口和k-t个第三开关中对应的第三开关的第二输入端口连接，k-t个第一开关为不与第二开关连接的开关。

5、基于上述结构，这可以支持与k个第一开关连接的k个第一天线与接收通道之间的映射关系为一对一，例如，通过控制k个第一开关通过第一开关的第二输出端口输出信号、控制t个第二开关通过第二开关的第二输入端口输入信号以及控制k-w个第三开关通过第三开关的第二输入端口输入信号，t个第一接收通道和k-t个第二接收通道处于单连接状态。另外，上述结构还可以支持射频单元同时选择接收通道的两种连接方式，以便同时满足多个信道场景的需求。例如，针对广播信道场景和数据信道场景，通过控制k个第一开关通过第一开关的第二输出端口输出信号、控制t个第二开关通过第二开关的第二输入端口输入信号以及控制k-w个第三开关通过第三开关的第二输入端口输入信号，t个第一接收通道和k-t个第二接收通道能够处于单连接状态，以便形成宽波束，有利于快速扫描，以及，当w大于k-t的差值时，w个第二接收通道中除k-t个第二接收通道之外的第二接收通道可以处于多连接状态，以便形成正交窄波束，有利于提升通信质量和系统容量。

6、在第一方面的某些实现方式中，该射频单元还包括：k个第四开关，r个第五开关，每个第四开关的输出端口和k个第一开关中对应的第一开关的输入端口连接，k个第四开关中的部分或者全部的第四开关的第一输入端口和r个第五开关中对应的第五开关的第一输出端口连接，每个第四开关还包括第二输入端口，每个第五开关的第二输出端口和r个输入端口中对应的输入端口连接，每个第五开关还包括输入端口，第四开关的第二输入端口用于接收来自第一天线的输入信号，第五开关的输入端口用于接收来自第二天线的输入信号，第一天线和第二天线属于不同的天线阵面。

7、当k个第四开关与k个第一天线连接，r个第五开关和r个第二天线连接，通过控制k个第四开关和r个第五开关的输入输出关系，这可以实现k个第一天线和r个第二天线之间的切换，进而能够支持改变信号的辐射方向，进而改变信号的覆盖角度和覆盖范围。另外，对于用户在全向空间内不均匀分布或者天线被遮挡的场景，通过k个第四开关和r个开关，这可以实现灵活切换天线与接收通道之间的映射关系，从而将接收通道映射到没有被遮挡的天线，从而能够继续服务用户。

8、在第一方面的某些实现方式中，该射频单元还包括：r个第二低噪声放大器，每个第二低噪声放大器的输出端口和r个输入端口中对应的输入端口连接，每个第二低噪声放大器的输入端口和k个第五开关中对应的第五开关的输出端口连接。通过设置低噪声放大器，这可以实现对天线接收到的信号的放大处理。

9、第二方面，提供了一种射频单元，该射频单元包括：k个第一开关，t个第二开关，t个第一接收通道，第一全连接网络，k个第四开关，第一全连接网络包括k个输入端口和t个输出端口，k和t均为正整数，k大于或等于2，t小于k。每个第一开关的第一输出端口与k个输入端口中对应的输入端口连接，每个第二开关的第一输入端口与t个输出端口中对应的输出端口连接，每个第二开关的第二输入端口与t个第一开关中对应的第一开关的第二输出端口连接，k个第一开关包括t个第一开关，每个第二开关的输出端口和t个第一接收通道中对应的第一接收通道的输入端口连接，每个第一开关还包括输入端口，该输入端口用于接收来自天线的输入信号。每个第四开关的输出端口和k个第一开关中对应的第一开关的输入端口连接，每个第四开关还包括第一输入端口和第二输入端口，第一输入端口用于接收来自第一天线的输入信号，第二输入端口用于接收来自第二天线的输入信号，第一天线和第二天线属于不同的天线阵面。

10、通过上述结构，第四开关可以控制第一天线或者第二天线向第一开关的输入端口输入信号，从而能够实现天线阵面之间的切换。

11、在第二方面的某些实现方式中，该射频单元还包括r个第五开关、第二全连接网络以及w个第二接收通道，第二全连接网络包括r个输入端口和w个输出端口，k个第四开关中的部分或者全部的第四开关的第二输入端口和r个第五开关中对应的第五开关的第一输出端口连接，每个第五开关的第二输出端口和r个输入端口中对应的输入端口连接，每个第五开关还包括输入端口，第五开关的输入端口用于接收来自第二天线的输入信号，w个第二接收通道与该w个输出端口一一连接。

12、通过上述结构，这可以支持射频单元同时处理两个天线阵面的输入信号，例如，控制第四开关向第一开关输入第一天线的输入信号，以及，控制第五开关向第二全连接网络输入第二天线的输入信号，因此射频单元可以同时处理两个天线阵面的输入信号。另外，基于第四开关和第五开关，这可以灵活实现切换不同天线阵面。

13、在第二方面的某些实现方式中，该射频单元还包括：k-t个第三开关，w大于或等于k-t的差值，每个第三开关的第一输入端口和该w个输出端口中对应的输出端口连接，每个第三开关的输出端口和w个第二接收通道中对应的第二接收通道的输入端口连接，k-t个第一开关中的每个第一开关的第二输出端口和k-t个第三开关中对应的第三开关的第二输入端口连接，k-t个第一开关为不与第二开关连接的开关。对于上述特征的有益效果的描述可以参见前述相关描述，不再赘述。

14、结合第一方面和第二方面中的任意方面，该射频单元还包括：k个环形器和k个发射通道，每个环形器的第一端口和k个第一开关中对应的第一开关的输入端口连接，每个环形器的第二端口和k个第四开关中对应的第四开关的输出端口连接，每个环形器的第三端口和k个发射通道中的对应发射通道的输出端口连接。

15、通过设置环形器，这可以实现信号发射和信号接收之间的隔离。通过部署发射通道，这可以支持射频单元具备信号发送的功能。另外，在部署了k个发射通道的前提下，通过部署k个第四开关和r个第五开关，这可以实现灵活切换或者调整不同的天线阵面，即与第二全连接网络对应的天线阵面可以复用k个发射通道中的部分或者全部的发射通道，从而能够灵活调整天线的覆盖范围。

16、结合第一方面和第二方面中的任意方面，该射频单元还包括：k个第一低噪声放大器，每个第一低噪声放大器的输入端口和k个环形器中对应的环形器的第一端口连接，每个第一低噪声放大器的输出端口和k个第一开关中对应的第一开关的输入端口连接。通过设置低噪声放大器，这可以实现对天线接收到的信号的放大处理。

17、第三方面，提供了一种通信装置，该通信装置包括第一方面以及第一方面中任意一种可能实现方式中所述的射频单元和k个第一天线，k个第一天线和k个第一开关的输入端口一一连接。

18、第四方面，提供了一种通信装置，该通信装置包括第一方面以及第一方面中任意一种可能实现方式中所述的射频单元、k个第一天线以及r个第二天线，k个第一天线和k个第一开关的输入端口一一连接，r个第二天线和r个输入端口一一连接。

19、结合第三方面和第四方面中的任意方面，该通信装置还包括基带单元，该基带单元与该射频单元连接。

20、第五方面，提供了一种通信系统，该通信系统包括核心网设备和第三方面或者第四方面所述的通信装置，该通信装置与该核心网设备通信连接。

21、对于第三方面至第五方面的有益效果的描述可以参见第一方面和第二方面的有益效果的描述。