一种自适应变频移频方法及系统与流程

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种自适应变频移频方法及系统。

背景技术：

在无线通信的过程中，利用直放站使得在不增加基站数量的前提下保证了大范围的网络覆盖。直放站对通信输入信号的处理过程如图1所示。研发过程中，在直放站所支持的系统带宽、运营商的网络制式以及宽带的子带配置相同的情况下，图1中的步骤s101、s103、s104、s105、s107、s109、s110以及s112的设计相对固定，较少需要变更；而步骤s102、s106、s108以及s111，则因为本振类型的不同和中频频点的不同，需要应用不同的设计方案。直放站和基站等设备所采用的变频技术，是基于超外差接收机原理来实现的。受到超外差接收机原理的约束，在信号传输和处理过程中，不可避免地会产生一些干扰，包括镜像频谱干扰、组合频率干扰及中频干扰等。在研发过程中，难以全面预测这些干扰将对系统产生何种影响，一旦出现这些干扰信号，设备的通信质量达不到要求，而找出产生干扰的成因又非常困难。

目前，传统的解决办法是变更设备的频谱设计方案，使得通信输入信号避开这些干扰，再辅以滤波技术将干扰信号进行滤除，从而得到低噪声，高质量的通信输入信号。然而，当变更频谱设计方案时，直放站的变频移频方案也要适应性进行变更，这就导致了在研发过程中，需要对直放站的硬件和软件反复进行多次设计和变更，使得研发活动十分被动，并且研发周期过长。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种自适应变频移频方法及系统，旨在解决传统的技术方案中存在的研发过程中，由于变更频谱设计方案时需要适应性变更直放站的变频方案，而导致需要对直放站的硬件和软件反复进行多次设计和变更，使得研发周期过长的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种自适应变频移频方法，用于对通信输入信号进行变频和移频处理，其特征在于，自适应变频移频方法包括：

进行第一组参数配置，第一组参数包括通信输入信号的中心频率和下变频本振频率；通信输入信号包括至少一组子带通信信号；

根据第一组参数判断本振类型，本振类型包括低本振和高本振；

接收具有下变频本振频率的下变频本振信号；

将变频本振信号与通信输入信号进行混频，以得到下变频信号，下变频信号中包括至少一组子带中频信号；

进行第二组参数配置，第二组参数包括每组子带通信信号的最小频率与最大频率，以及通信输入信号的最小频率与最大频率；

根据本振类型、第一组参数以及第二组参数确定子带中频信号的移频频率；

生成具有移频频率的移频信号；

将移频信号与子带中频信号进行混频，搬移子带中频信号的中心频点到零频，以实现自适应移频。

本实施例中，通过反复配置第一组参数和第二组参数，从而自适应地合成相应的下变频本振信和移频信号，使得通信输入信号有多种可选、可控的下变频方式，并使得与之对应的多组子带中频信号有多种可选、可控的频谱搬移方式。通过简单的参数配置试验，即可在很短的时间内根据实际情况和实际需要研发出一套完整的直放站变频移频方案，节约成本和时间。

本发明实施例的第二方面提供了一种自适应变频移频系统，用于对通信输入信号进行变频和移频处理，其特征在于，所述自适应变频移频系统包括：

参数配置模块，用于配置第一组参数和第二组参数，所述第一组参数包括所述通信输入信号的中心频率和下变频本振频率；所述第二组参数包括每组子带通信信号的最小频率与最大频率，以及通信输入信号的最小频率与最大频率；

控制模块，用于判断所述第一组参数判断本振类型，所述本振类型包括低本振和高本振，并根据所述本振类型、所述第一组参数以及所述第二组参数确定所述子带中频信号的移频频率；

合成模块，用于合成具有所述下变频本振频率的下变频本振信号，并且用于合成具有所述移频频率的移频信号；

混频模块，用于将所述变频本振信号与所述通信输入信号进行混频，以得到下变频信号，并且用于将所述移频信号与所述子带中频信号进行混频，搬移所述子带中频信号的中心频点到零频，以实现自适应移频。

本发明提供的自适应变频移频方法及系统，根据运营商需求和研发需要对进行参数配置，根据参数判断本振类型，并相应计算下变频本振频率和移频频率，以相应合成下变频本振信号和移频信号，实现对通信输入信号进行多种可选、可控下变频操作和与之相对应的多种可选可控频谱搬移操作。研发过程中，只需改变第一组参数和第二组参数，即可得到一套新的变频移频方案，配置的参数不同，变频移频方案也不相同，实现自适应变频移频；通过简单的参数配置试验，即可得到最优变频移频方案，有效避开干扰信号，提高通信质量，无需对直放站的硬件和软件反复进行多次设计和变更，大大缩短了研发周期，降低了研发成本，灵活性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为直放站对通信输入信号的处理流程图；

图2为本发明一实施例提供的一种自适应变频移频方法的具体流程图；

图3为图2所示的自适应变频移频方法应用于图1所示的处理流程图中的流程框图；

图4为本发明又一实施例提供的一种自适应变频移频方法的具体流程图；

图5为本发明再一实施例提供的一种自适应变频移频系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种自适应变频移频方法和系统，主要应用于直放站的研发过程，其针对的是目前直放站研发工作中存在着的问题——客户(如运营商)一方的频谱设计方案在实际工作过程中受到一些难以找出成因并且难以消除的干扰信号的影响而需要变更，导致先前为该频谱设计方案量身定制的直放站变频移频方案不再适用，需要重新研发，对直放站的硬件和软件反复进行多次设计和变更，研发过程耗时、耗成本，研发活动十分被动。

本发明提供的自适应变频移频方法，根据运营商需求和研发需要相关的进行参数配置，根据参数判断本振类型，并相应计算下变频本振频率fh和移频频率fsh，以相应合成下变频本振信号和移频信号，实现对通信输入信号进行多种可选、可控下变频操作和与之相对应的多种可选可控频谱搬移操作。

研发过程中，只需改变第一组参数和第二组参数，即可得到一套新的变频移频方案，配置的参数不同，变频移频方案也不相同，实现自适应变频移频；通过简单的参数配置试验，即可得到最优变频移频方案，有效避开干扰信号，提高设备的通信质量，无需对直放站的硬件和软件反复进行多次设计和变更，大大缩短了研发周期，降低了研发成本，灵活性高。

请参阅图2和图3，图2为本发明一实施例提供的一种自适应变频移频方法的具体流程图，图3为图2所示的自适应变频移频方法应用于图1所示的处理流程图中的流程框图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种自适应变频移频方法，用于对通信输入信号进行变频和移频处理。该自适应变频移频方法包括如下步骤：

s201：进行第一组参数配置，第一组参数包括通信输入信号的中心频率和下变频本振频率；通信输入信号包括至少一组子带通信信号。

s202：根据第一组参数判断本振类型，本振类型包括低本振和高本振。

s203：接收具有下变频本振频率的下变频本振信号。

s204：将变频本振信号与通信输入信号进行混频，以得到下变频信号，下变频信号中包括至少一组子带中频信号。

s205：进行第二组参数配置，第二组参数包括每组子带通信信号的最小频率与最大频率，以及通信输入信号的最小频率与最大频率。

s206：根据本振类型、第一组参数以及第二组参数确定子带中频信号的移频频率。

s207：生成具有移频频率的移频信号。

s208：将移频信号与子带中频信号进行混频，搬移子带中频信号的中心频点到零频，以实现自适应移频。

具体的，本领域技术人员应知，运营商利用子带编码技术将通信输入信号由时间域转变为频率域，然后将其分割为若干个子频带，并对其各个子频带分别进行数字编码，本申请中将所有子频带统称为子带中频信号。

本领域技术人员应知，通信输入信号可以为单一制式，也可以为多种制式。当多种制式的通信输入信号为连续的频谱时，通信输入信号本身就是一组子带通信信号，因此子带通信信号的最小频率就是通信输入信号的最小频率，子带通信信号的最大频率就是通信输入信号的最大频率。而当多种制式的通信输入信号为的频谱不连续时，则该通信输入信号包括多组子带通信信号，每组子带通信信号均有最小频率和最大频率，每组子带通信信号的最小频率各不相同、每组子带通信信号的最大频率各不相同；而通信输入信号的最小频率与最大频率则指的是该通信输入信号作为一个完整信号的最小频率和最大频率。

具体地，通信输入信号为直放站接收到的信号，直放站作为基站和移动台之间的中继器，通过上行链路和下行链路实现基站与移动台之间的通信连接，扩大了通信覆盖范围，而通信输入信号则是基站或者移动台发出的射频信号。

本发明提供的自适应变频移频方法，根据运营商需求和研发需要进行参数配置，根据参数判断本振类型，并相应计算下变频本振频率fh和移频频率fs，以相应合成下变频本振信号和移频信号。其中，下变频本振信号应用于图1所示的步骤s102中，实现对通信输入信号进行多种可选、可控的下变频操作；移频信号应用于图1所示的步骤s106中，实现对多组子带中频信号进行多种可选、可控的频谱搬移操作，以将多组子带中频信号搬移至零频。

本发明提供的自适应变频移频方法，是针对图1所示的直放站对通信输入信号的处理流程中步骤s102、s106、s108以及s111而作出的改进，根据实际情况和需求通过简单变更参数配置，即可迅速得到多套完整的变频移频方案，以供对比和参考，最终找到最优方案，研发周期大大缩短，降低成本和研发难度，灵活性强。

值得说明的是，步骤s111是对针对步骤s102作出的还原操作，也即是将被下变频的通信输入信号通过上变频进行还原操作；因此，步骤s111所需的上变频本振信号与步骤s102中用到的下变频本振信号相比，二者的绝对值相等，在频域中相对于任一频点的位置相反。

同理，步骤s108是对针对步骤s106作出的还原操作，也即是将被从原始位置搬移到零频的多组子带中频信号重新搬移到原始位置的操作；因此s108步骤所需的第二移频信号与步骤s106中用到的移频信号相比，二者的绝对值相等，在频域中相对于零频的位置相反。

如图1和3所示，多组子带中频信号是通信输入信号经过下变频、adc采样(模数转换采样)、数字混频正交采样以及半带滤波之后得到的。

步骤s208(图3未示出)将步骤s207合成的移频信号与多组子带中频信号分别进行混频，以实现步骤s106。

在一可选实施例中，步骤s202具体为：根据第一组参数计算第一中频频率fc，当第一中频频率fc大于零时，判断本振类型为低本振，当第一中频频率fc小于零时，判断本振类型为高本振；第一中频频率fc的计算公式为：

fc＝fs-fh；

其中，fs为通信输入信号的中心频率，fh为下变频本振频率。

具体地，第一中频频率fc为通信输入信号与下变频本振信号进行混频后，得到的第一中频信号的频率。通过简单实用的计算过程，即可判断下变频的本振类型，为步骤s206的实现创造条件。

在一可选实施例中，步骤s206具体为：

低本振时，根据第一组参数和第二组参数采用第一公式计算移频频率；高本振时，根据第一组参数和第二组参数采用第二公式计算移频频率：

第一公式为：

其中，fsub_min为子带通信信号的最小频率，fsub_max为子带通信信号的最大频率，fsub_mid为子带中频中心频率，fc为第一中频频率，fsub_sh为低本振时子带中频信号的移频频率。

第二公式为：

其中，fsub_min为子带通信信号的最小频率，fsub_max为子带通信信号的最大频率，fmin为通信输入信号最小频率，fmax为通信输入信号最大频，fsub_hsc_sh为高本振时子带中频信号的移频频率。

具体的，对第一公式进行拆分，可得到第一子公式和第二子公式，第一子公式为：

其中，fsub_mid为子带中频信号的中心频率.

第二子公式为：

fsub_sh＝abs(fsub_mid-fc)。

具体的，对第二公式进行拆分，可得到第三子公式和第四子公式，第三子公式为：

高本振时，频谱发生反转，其中，finv_sub_mid为频谱反转后，子带中频信号的中心频率。

第四子公式为：

fsub_osc_sh＝abs(finv_sub_mid-fc)。

本领域技术人员应知，本发明中所有公式中的“abs”均为绝对值标识。

具体地，通信输入信号经过下变频、adc采样和数字混频正交采样后，其中心频点在零频左侧时，子带中频信号的频谱搬移方向为自左向右，其中心频点在零频右侧时，子带中频信号的频谱搬移方向为自右向左。经过频谱搬移之后，多组子带中频信号的中心频点等于0。

高本振时，通信输入信号在经过步骤s102(下变频)之后，会发生频谱反转现象，此时，原通信输入信号的宽带的最高频率对应下变频后得到的第一中频信号的最低频率，原通信输入信号的最低频率对应第一中频信号的最高频率。

值得说明的是，假设正交混频数字采样过程的采样频率为fsam，如果通信输入信号在经过步骤s102处理后，得到的第一中频信号的第一中频频率那么，通信输入信号经过步骤s102、s103、s104以及s105之后，得到的子带中频信号的中心频率恰好等于0。在此情况下，高本振和低本振对应的移频频率fsh大小相同，移频方向相反。

步骤s206结合配置的参数，通过简单实用的计算过程，即可确定所需的移频频率。

在一可选实施例中，步骤s207具体为：

s2071：根据移频频率和第二组参数确定第一频率合成组件的频率控制字。

s2072：采用第一频率合成组件根据频率控制字输出具有移频频率的移频信号。

可选的，步骤s2071具体为：根据移频频率和第二组参数采用第三公式计算第一频率合成组件的频率控制字；第三公式为：

其中，fsh为移频频率，c为频率控制字，fdds为参考时钟信号的频率、n为相位累加器的位宽。第三公式中，第一频率合成组件的频率分辨率，也称为步进间隔。

具体的，参考时钟信号的频率、频率分辨率以及相位累加器的位宽，是下述第一dds(directdigitalsynthesizer，数字式频率合成器)内部器件工作所需的参数，其中，fdds和n可根据实际需要进行调节，以调整移频精度。

步骤s207通过简单实用的计算过程，即可确定第一频率合成组件合成上述移频信号所需的频率控制字。

在实际工作中，直放站在投入使用后，只支持特定的运营商的网络制式、系统带宽以及宽带子带配置，直放站有且只有一套固定的变频移频方案。而当这套变频移频方案由于运营商为避开干扰信号对频谱设计方案进行更改，导致其不再适用时，需要重新进行研发。而干扰信号的成因不明、消除方法不明、对通信系统产生的影响不可预知，因此运营商可能会对频谱设计方案反复进行多次更改，相应的直放站的变频移频方案也需要反复、多次进行研发，反复更改硬件和软件的配置。本实施例提供的自适应变频移频方法，是在综合分析频谱设计方案的变化后、结合直放站对通信输入信号的处理流程而设计的一种通用的变频方法，通过简单的参数配置和计算过程即可实现自适应变频和移频，研发周期大大缩短，研发成本降低。

请参阅图4，为本发明又一实施例提供的一种自适应变频移频方法的具体流程图。

在一可选实施例中，上述的自适应变频移频方法，步骤s204具体为：

s2041：将下变频本振信号与通信输入信号进行混频后得到第一中频信号，实现自适应变频。

s2042：对第一中频信号进行adc采样、数字混频正交采样以及半带滤波处理后，得到下变频信号。

在一可选实施例中，上述的自适应变频移频方法，在步骤s208之后，还包括如下步骤：

s301：对混频后的子带中频信号进行数字滤波。

s302：对进行数字滤波后的子带中频信号进行移频，以还原子带中频信号的中心频率。

s303：对多组子带中频信号还原成一组第二中频信号。

s304：对第二中频信号进行数模转换和上变频处理后，得到一组通信输出信号。

值得说明的是，步骤s306中的上变频处理是对针对步骤s204的下变频处理作出的还原操作，也即是将被下变频的通信输入信号通过上变频进行还原操作；因此，步骤s306所需的上变频本振信号与步骤s204中用到的下变频本振信号相比，二者的绝对值相等，在频域中相对于任一频点的位置相反。上变频本振信号和下变频本振信号可以由同一个频率发生器产生，也可由不同的频率发生器产生。

同理，步骤s304是对针对步骤s208作出的还原操作，也即是将被从原始位置搬移到零频的多组子带中频信号重新搬移到原始位置的操作；因此s304步骤所需的第三移频信号与步骤s208中用到的移频信号相比，二者的绝对值相等，在频域中相对于零频的位置相反。s304步骤所需的第四移频信号和步骤s208中用到的移频信号可以由同一个频率发生器产生，也可由不同的频率发生器产生。

其中，下变频本振信号应用于图1所示的步骤s301中，实现对通信输入信号进行多种可选、可控的下变频操作；移频信号应用于步骤s207中，实现对多组子带中频信号进行多种可选、可控的频谱搬移操作，以将多组子带中频信号搬移至零频。根据实际情况和需求通过简单变更参数配置，即可自适应得到多套完整的变频移频方案，以供对比和参考，最终找到最优方案，研发周期大大缩短，降低成本和研发难度，灵活性强。研发人员根据产品研发需求，快速变更本振类型和中频频率等参数，从而自适应地生成变频移频方案。

图5为本发明另一实施例提供的一种自适应变频移频系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种自适应变频移频系统，包括参数配置模块10、控制模块20、合成模块30以及混频模块40。

参数配置模块10参数配置模块，用于配置第一组参数和第二组参数，第一组参数包括通信输入信号的中心频率和下变频本振频率；第二组参数包括参考时钟信号频宽、频率分辨率、相位累加器的位宽、子带中频信号的中心频点以及子带中频信号的带宽。

控制模块20，用于判断第一组参数判断本振类型，本振类型包括低本振和高本振，并根据本振类型、第一组参数以及第二组参数确定子带中频信号的移频频率。

合成模块30，用于合成具有下变频本振频率的下变频本振信号，并且用于合成具有移频频率的移频信号。

混频模块40混频模块，用于将变频本振信号与通信输入信号进行混频，以得到下变频信号，并且用于将移频信号与子带中频信号进行混频，搬移子带中频信号的中心频点到零频，以实现自适应移频。

在一可选实施例中，合成模块采用第一频率合成组件和第二频率合成组件实现，第二频率合成组件用于生成具有下变频本振频率的下变频本振信号；第一频率合成组件用于生成具有移频频率的移频信号。

具体的，第一频率合成组件采用第一dds(directdigitalsynthesizer，数字式频率合成器)实现，第二频率合成组件采用第二dds实现。

其中，第一dds用于生成具有移频频率的移频信号；第二dds用于接收具有下变频本振频率的下变频本振信号。

具体地，dds的工作原理为：根据奈奎斯特取样定律，从连续信号的相位出发，将正弦信号取样、编码、量化，形成一个正弦函数表，存在eprom中，进行信号合成时，通过改变其内部的相位累加器的频率控制字c来改变相位增量，也就是所称步进间隔相位增量的不同导致一个周期内取样点的不同，在参考时钟信号的采样频率不变的情况下，通过相位的改变来改变合成的信号的频率。

在一可选实施例中，第一dds内置于fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程逻辑门阵列)中。

综上所述，本发明提供的自适应变频移频方法及系统，根据运营商需求和研发需要对第一频率合成组件和第二频率合成组件进行参数配置，根据参数判断本振类型，并相应计算下变频本振频率和移频频率，以相应合成下变频本振信号和移频信号，实现对通信输入信号进行多种可选、可控下变频操作和与之相对应的多种可选可控频谱搬移操作。研发过程中，只需改变第一组参数和第二组参数，通过简单的计算，即可得到一套新的变频移频方案，配置的参数不同，变频移频方案也不相同，实现自适应变频移频；通过简单的参数配置试验，研发人员可以根据产品研制需要，快速变更本振类型和中频频率等参数，即可从中选取出最优变频移频方案，有效避开干扰信号，提高通信质量，无需对直放站的硬件和软件反复进行多次设计和变更，大大缩短了研发周期，降低了研发成本，灵活性高。

在本文对各系统和方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。