CN111130586B - 一种变频方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变频方法和装置，该装置基于FPGA平台，包括发射模块和接收模块，发射模块用于接收并采样第一基带输入信号，并对被采样的第一基带输入信号进行低通滤波以形成载波信号；以及对载波信号进行频谱搬移以形成波束信号；以及对波束信号进行采样，并对被采样的波束信号进行频谱搬移以形成蜂窝信号；以及对蜂窝信号的实部信号进行转换，并对被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波以形成第一输出信号；以及将第一输出信号发送至接收模块；接收模块用于接收第二基带输入信号，并对第二基带输入信号进行转换、采样、降频、滤波及分离，以获得基带输出信号。本发明中基于FPGA平台的变频装置可对输入信号进行上变频和下变频两种变换。

Description

一种变频方法及装置
技术领域
本发明涉通信技术领域，特别涉及一种变频方法及装置。
背景技术
数字上变频(Digital Up Convert，DUC)和数字下变频(Digital Down Convert，DDC)是数字中频设计的重要组成部分。DUC是将基带信号经过内插滤波后变成中频频率，DDC是将中频信号经过抽取和滤波后降到基带频率上。
现有技术中通常将数字上变频器和数字下变频器联合使用以对基带输入信号Sin(t)＝I+jQ进行变频处理；上变频器接收来自信号发生器的基带输入信号，并对其进行升频处理，将处理后的基带输入信号发送至下变频器；下变频器接收经上变频器处理的基带输入信号后，对其进行降频处理以获得相应的基带输出信号，并将基带输出信号发送至相应的终端设备。采用现有技术中的基带信号处理方式，需占用较多的硬件资源，且对于采用专用芯片的数字上变频器和数字下变频器来说，虽然容易控制，但其大部分功能已经固化，兼容性和灵活性较差，当面对多种带宽范围的基带输入信号时，其相应的基带输出信号可能会存在失真现象。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种变频装置，基于FPGA平台，包括发射模块和接收模块，
所述发射模块，用于接收并采样第一基带输入信号，并对所述被采样的第一基带输入信号进行低通滤波形成载波信号；以及对所述载波信号进行频谱搬移以形成低中频波束信号；以及对所述低中频波束信号进行采样，并对所述被采样的低中频波束信号进行频谱搬移以形成中高频波束信号；以及对多个所述中高频波束信号进行有序拼接形成蜂窝信号；以及对所述蜂窝信号的实部信号进行转换，并对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波以形成第一输出信号；以及将所述第一输出信号发送至所述接收模块；
所述接收模块，用于接收第二基带输入信号，并对所述第二基带输入信号进行转换、采样、降频、滤波及分离，以获得基带输出信号，其中，所述第二基带输入信号包括来自所述发射模块的所述第一输出信号。
在上述装置中，所述发射模块包括基带采样模块、低中频混频模块、低中频采样模块、中频混频模块和DA转换模块；
所述基带采样模块，用于接收并采样所述第一基带输入信号，并对所述被采样的第一基带输入信号进行低通滤波，以形成所述载波信号，所述基带采样模块将所述载波信号发送至所述低中频混频模块；
所述低中频混频模块，用于接收来自所述基带采样模块的所述载波信号，并对所述载波信号进行频谱搬移，以拼接形成所述低中频波束信号，所述低中频混频模块将所述低中频波束信号发送至所述低中频采样模块；
所述低中频采样模块，用于接收并采样来自所述低中频混频模块的所述低中频波束信号，并对所述被采样的波束信号进行低通滤波，以获得低中频子波束信号，所述低中频采样模块将所述低中频子波束信号发送至所述中频混频模块；
所述中频混频模块，用于接收来自所述低中频采样模块的所述低中频子波束信号，并对所述低中频子波束信号进行频谱搬移以形成所述中高频波束信号；所述中频混频模块对多个所述中高频波束信号进行有序拼接以形成所述蜂窝信号；所述中频混频模块将所述蜂窝信号的实部信号发送至所述DA转换模块；
所述DA转换模块，用于接收并转换来自所述中频混频模块的所述蜂窝信号的实部信号，并对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波，以形成所述第一输出信号，所述DA转换模块将所述第一输出信号发送至所述接收模块。
在上述装置中，所述接收模块包括AD采样模块、波束降频模块和子载波提取模块；
所述AD采样模块，用于接收和转换所述第二基带输入信号，以及对所述被转换的第二基带输入信号进行采样，所述AD采样模块将所述被采样的第二基带输入信号发送至所述波束降频模块；
所述波束降频模块，用于接收来自所述AD采样模块的所述被采样的第二基带输入信号，并对所述被采样的第二基带输入信号进行降频、滤波、抽取、采样处理，以获得第三输出信号，所述波束降频模块将所述第三输出信号发送至所述子载波提取模块；
所述子载波提取模块，用于接收和分离来自所述波束降频模块的所述第三输出信号，以及对被分离的第三输出信号进行低通滤波，以形成所述基带输出信号。
本发明还提供了一种变频方法，应用于变频装置，所述变频装置包括发射模块和接收模块，所述发射模块接收并采样第一基带输入信号，并对所述被采样的第一基带输入信号进行低通滤波以形成载波信号；
所述发射模块对所述载波信号进行频谱搬移以形成低中频波束信号；
所述发射模块采样所述低中频波束信号，并对所述被采样的低中频波束信号进行低通滤波，以及对所述经低通滤波的低中频波束信号进行频谱搬移以形成中高频波束信号，以及对多个所述中高频的波束信号进行有序拼接形成蜂窝信号；
所述发射模块转换所述蜂窝信号的实部信号，并对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波以形成第一输出信号；
所述发射模块发送所述第一输出信号至所述接收模块或者其他接收设备；
所述接收模块接收第二基带输入信号，所述第二基带输入信号包括来自所述发射模块的所述第一输出信号，所述接收模块对所述第二基带输入信号依次进行转换、采样、降频、滤波及分离处理，以获得基带输出信号。
在上述方法中，所述发射模块对所述载波信号进行频谱搬移以形成低中频波束信号的步骤，包括：所述发射模块对所述载波信号进行正频域的频谱搬移，以形成具有第一中心频点的低中频波束信号。
在上述方法中，所述发射模块对所述经低通滤波的低中频波束信号进行频谱搬移以形成中高频波束信号的步骤，包括：所述发射模块对所述经低通滤波的波束信号进行频谱搬移，以形成具有第二中心频点的中高频波束信号。
在上述方法中，所述发射模块对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波以形成第一输出信号的步骤，还包括：所述发射模块对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波，保留具有第三中心频点的蜂窝信号。
在上述方法中，所述接收模块对所述第二基带输入信号依次进行转换、采样、降频、滤波及分离处理，以获得基带输出信号的步骤，包括：所述接收模块对被采样的所述第二基带输入信号进行第二中心频点的混频。
在上述方法中，所述接收模块对所述第二基带输入信号依次进行转换、采样、降频、滤波及分离处理，以获得基带输出信号的步骤，还包括：所述接收模块对被混频的所述第二基带输入信号进行滤波，保留中心频点为零的波束信号。
在上述方法中，所述接收模块对所述第二基带输入信号依次进行转换、采样、降频、滤波及分离处理，以获得基带输出信号的步骤，还包括：所述接收模块对被滤波的所述第二基带输入信号进行分离，被分离的所述第二基带输入信号经低通滤波后形成所述基带输出信号。
本发明中基于FPGA平台的变频装置可对输入信号进行上变频和下变频两种变换，发射模块可实现输入信号从低频到低中频再到中高频信号的转换，接收模块可实现输入信号从中高频到低中频再到低频信号的转换，在一定程度上可取代现有技术中的上变频器和下变频器。且与现有技术中的上变频器和下变频器相比，基于FPGA平台的变频装置不需再单独设置变频装置的控制装置，且在信号变频处理的过程中，占用的硬件资源较少，在一定程度上，可达到节省机箱和板卡资源的效果，从而降低该变频装置的生产成本。发射模块和接收模块可根据实际需要灵活使用，既可整合在一起使用，亦可单独使用。基于FPGA平台的变频装置适用于多种带宽范围的输入信号处理，且能够有效地防止相应的输出信号失真。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一方面实施例中变频装置的结构示意图；
图2为本发明第一方面实施例中发射模块的结构示意图；
图3为本发明第一方面实施例中基带采样模块对信号处理的过程图；
图4为本发明第一方面实施例中低中频采样模块对信号处理的过程图；
图5为本发明第一方面实施例中发射模块对信号处理的整个过程图；
图6为本发明第一方面实施例中接收模块的结构示意图；
图7为本发明第一方面实施例中波束降频模块对信号处理的过程图；
图8为本发明第一方面实施例中子载波提取模块对信号处理的过程图；
图9为本发明第一方面实施例中接收模块对信号处理的整个过程图。
图10为本发明第二方面实施例中发射模块侧的变频方法的流程图；
图11为本发明第二方面实施例中接收模块侧的变频方法的流程图；
具体实施方式
在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种变频方法及装置，以解决现有的变频技术在基带输入信号变频处理的过程中需占用较多的硬件资源，以及现有的变频技术兼容性和灵活性较差导致基带输出信号可能会失真的问题。
以下结合优选实例及其附图对本发明的一种变频方法及装置进行详细说明。
本发明的第一方面实施例提供了一种变频装置，基于FPGA平台，其中，FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列。
如图1所示，该装置包括发射模块1和接收模块2。发射模块1可将接收到的第一基带输入信号Sin1(t)进行升频处理，接收模块2可将接收到的第二基带输入信号Sin2(t)进行降频处理。在本发明中，第一基带输入信号Sin1(t)＝I+jQ，其中，该信号仅用于表示第一基带输入信号Sin1(t)是一个包含实部和虚部的复数信号，实部I表示I路信号，虚部Q表示Q路信号。第二基带输入信号Sin2(t)包括来自发射模块1的第一输出信号，在实际使用时，第二基带输入信号Sin2(t)还可以包括其他设备输出的蜂窝信号。即第二基带输入信号Sin2(t)可以是来自发射模块1的第一输出信号，也可以是来自其他设备输出的蜂窝信号，还可以是二者均包括的信号。需要说明的是，第一输出信号指的是第一基带输入信号Sin1(t)经发射模块1处理后得到的信号。接收模块2对来自发射模块1的第一输出信号或者其他设备输出的蜂窝信号的处理过程一致。其他设备指的是可以产生蜂窝信号的设备，并不限定。
在本实施例中，基于FPGA平台的变频装置可对第一基带输入信号Sin1(t)进行上变频和下变频两种变换，实现第一基带输入信号Sin1(t)从低频到低中频再到中高频信号的转换，以及从中高频到低中频再到低频信号的转换，在一定程度上可取代现有技术中的上变频器和下变频器。且与现有技术中的上变频器和下变频器相比，基于FPGA平台的变频装置不需再单独设置变频装置的控制装置，且在第一基带输入信号Sin1(t)变频处理的过程中，占用的硬件资源较少，在一定程度上，可达到节省机箱和板卡资源的效果，从而降低该变频装置的生产成本。
进一步地，该变频装置中的发射模块1和接收模块2可根据实际需要灵活使用。既可整合在一起使用，亦可单独使用。例如，当信号发生器等产生低频信号，而终端设备需要中高频信号时，将信号发生器、发射模块1与终端设备之间建立链路连接即可；当信号发生器等产生中高频信号，而终端设备需要低频信号时，将信号发生器、接收模块2与终端设备之间建立链路连接即可。在本实施例中，优选地，将发射模块1和接收模块2整合在一起使用，以实现第一基带输入信号Sin1(t)的波束全交换。
其整体工作过程是：信号发生器等能够产生信号的设备向发射模块1发送第一基带输入信号Sin1(t)，发射模块1接收第一基带输入信号Sin1(t)后，对第一基带输入信号Sin1(t)进行采样、升频、滤波、转换等处理以形成第一输出信号Sout1(t)，发射模块1将第一输出信号Sout1(t)发送至接收模块2。接收模块2接收第一输出信号Sout1(t)后，对第一输出信号Sout1(t)进行转换、采样、降频、滤波及分离等处理，以获得相应的基带输出信号Sout(t)，基带输出信号Sout(t)与第一基带输入信号Sin1(t)的频率保持一致，然后，接收模块2将基带输出信号Sout(t)发送至相应的终端设备使用。
基于FPGA平台的变频装置可以满足多种带宽范围的第一基带输入信号Sin1(t)的变频需求，多种带宽范围的第一基带输入信号Sin1(t)经过该变频装置处理后，能有效地防止第一基带输入信号Sin1(t)相对应的基带输出信号Sout(t)失真。
本发明的进一步实施例中，如图2所示，发射模块1包括基带采样模块11、低中频混频模块12、低中频采样模块13、中频混频模块14和DA转换模块15。
其中，基带采样模块11，用于接收并采样第一基带输入信号Sin1(t)，该模块对信号处理的过程如图3所示，设置原始的第一基带输入信号Sin1(t)＝I+jQ，其中心频率为零，基带采样模块11分别对I和Q两路信号进行采样，假设第一基带输入信号原始的采样率为10kbps，将原始的采样率扩大相应的整数倍数至第一采样率，基带采样模块11以第一采样率分别对I和Q两路信号进行采样。在本实施例中，将原始的采样率扩大1500倍，即将第一采样率设置为15Msps，扩大采样率的目的是为了防止信号波形失真，具体的采样率设置是根据需求业务速率表进行设置的，设置的采样率应该能够覆盖所有需求业务速率档的信息速率，即采样率应该能够整除任一速率档的信息速率。
将第一基带输入信号Sin1(t)采样后，会生成多个离散的载波信号Sz(t)以及载波信号Sz(t)的镜像信号，之后基带采样模块11对被生成的多个离散的载波信号Sz(t)以及载波信号Sz(t)的镜像信号进行低通滤波处理，滤除镜像信号，仅保留载波信号Sz(t)。
在此过程中，载波信号Sz(t)与第一基带输入信号Sin1(t)的频谱保持不变，Sz(t)＝I+jQ。然后，基带采样模块11将载波信号Sz(t)发送至低中频混频模块12。
低中频混频模块12，用于接收来自基带采样模块11的多个载波信号Sz(t)，并将多个载波信号Sz(t)进行频谱搬移，以拼接形成具有第一中心频点Ω的多个低带宽的低中频波束信号Sb(t)，在本实施例中，拼接形成的低中频波束信号Sb(t)的带宽是4Mhz。4Mhz带宽的波束信号的中心频点Ω设置为3Mhz。为了在混频时，将多个载波信号Sz(t)向正频域搬移，不产生共轭频谱，载波信号Sz(t)需乘以旋转因子ejΩt，做复数计算，其中Ω对应3Mhz的频点。计算公式如下：
Sz(t)*ejΩt＝(I+jQ)*ejΩt
＝(I+jQ)*(cosΩt+jsinΩt)
＝(IcosΩt-QsinΩt)+j(IsinΩt+QcosΩt)
上述计算会将基带I、Q两路信号转变为低中频I1、Q1两路信号，即
I1＝IcosΩt-QsinΩt
Q1＝IsinΩt+QcosΩt
波束信号Sb(t)＝I1+jQ1。
之后，低中频混频模块12将多个低中频波束信号Sb(t)＝I1+jQ1发送至低中频采样模块13。
低中频采样模块13，用于接收和采样来自低中频混频模块12的低中频波束信号Sb(t)，该模块对信号处理的过程如图4所示，低中频采样模块13以第二采样率对低中频波束信号Sb(t)进行采样，在本实施例中，第二采样率可被设置为210Msps，将采样频率设置为210Msps的目的是为了覆盖多种带宽的波束信号，且防止信号波形失真，第二采样率必须为第一采样率的整数倍。
低中频波束信号Sb(t)经采样后形成多个低中频子波束信号Sb1(t)以及多个低中频子波束信号Sb1(t)的镜像频谱，之后低中频采样模块13对低中频子波束信号Sb1(t)以及低中频子波束信号Sb1(t)的镜像频谱进行低通滤波处理，滤除镜像频谱，仅保留低中频子波束信号Sb1(t)。在此过程中，低中频波束信号Sb(t)和低中频子波束信号Sb1(t)的带宽保持一致，Sb1(t)＝Sb(t)＝I1+jQ1。然后，低中频采样模块13将低中频子波束信号Sb1(t)发送至中频混频模块14。
中频混频模块14，用于接收来自低中频采样模块13的多个低中频子波束信号Sb1(t)，并将多个低中频子波束信号Sb1(t)整体进行频谱搬移，以形成中高频波束信号Sb2(t)，中高频波束信号Sb2(t)和低中频波束信号Sb(t)的带宽保持一致，Sb2(t)＝Sb(t)＝I1+jQ1。然后，中频混频模块14对中高频波束信号Sb2(t)进行有序拼接以形成具有第二中心频点ω的蜂窝信号Sf(t)。在本实施例中，设置中高频波束信号Sb2(t)的数量为9个，每个中高频波束信号Sb2(t)的带宽是4Mhz，且每个中高频波束信号Sb2(t)还具有带宽余量，中频混频模块14对9个中高频波束信号Sb2(t)整体进行频谱搬移，即中高频波束信号Sb2(t)需乘以旋转因子ejωt，即可拼接形成40Mhz带宽的蜂窝信号Sf(t)，蜂窝信号Sf(t)的中心频点ω为65Mhz，计算公式如下：
Sb2(t)*ejωt＝(I1+jQ1)*ejωt
＝(I1+jQ1)*(cosωt+jsinωt)
＝(I1cosωt-Qlsinωt)+j(I1sinωt+Q1cosωt)
上述计算会将基带I1、Q1两路信号转变为中高频I2、Q2两路信号，即
I2＝I1cosωt-Q1sinωt
Q2＝I1sinωt+Q1cosωt
蜂窝信号Sf(t)＝I2+jQ2。
之后，中频混频模块14将蜂窝信号Sf(t)的实部信号I2发送至DA转换模块15。
DA转换模块15，用于接收并转换来自中频混频模块14的蜂窝信号Sf(t)的实部信号，计算公式如下：
I2＝I1cosωt-Q1sinωt
＝(IcosΩt-QsinΩt)*cosωt-(IsinΩt+QcosΩt)*sinωt
＝IcosΩtcosωt-QsinΩtcosωt-IsinΩtsinωt-QcosΩtsinωt
＝Icos(Ω+ω)t-Qsin(Ω+ω)t
从上述公式可知，中频混频模块14向DA转换模块15发送的蜂窝信号Sf(t)的实部信号I2中包含了原始的I和Q两路信号，且其具有第三中心频点Ω+ω，在本实施例中，第三中心频点Ω+ω为68Mhz。DA转换模块15对转换后的信号进行低通滤波处理，保留具有第三中心频点Ω+ω的信号，即保留68Mhz频点的信号，以形成第一输出信号Sout1(t)，在此过程中，第一输出信号Sout1(t)的带宽与蜂窝信号Sf(t)的带宽保持一致。之后，DA转换模块15将第一输出信号Sout1(t)发送至接收模块2。
原始的第一基带输入信号Sin1(t)在发射模块1中的处理过程如图5所示，即原始的第一基带输入信号Sin1(t)在发射模块1中进行上变频的过程，经过两次上变频后，将原始的第一基带输入信号Sin1(t)＝I+jQ上变频到中心频点为第三中心频点Ω+ω的频率位置。
本发明的进一步实施例中，如图6所示，接收模块2包括AD采样模块21、波束降频模块22和子载波提取模块23。
其中，AD采样模块21，用于接收和转换来自DA转换模块15的第一输出信号Sout1(t)，即
Sout1(t)＝I2
＝I1cosωt-Q1sinωt
＝Icos(Ω+ω)t-Qsin(Ω+ω)t
AD采样模块21对转换后的第一输出信号Sout1(t)以第三采样率进行采样，在本实施例中，第三采样率被设置为105Msps，将采样频率设置为105Msps的目的是为了与低中频采样模块13中的210Msps采样率相对应，且防止信号波形失真。转换后的第一输出信号Sout1(t)经AD采样模块21采样后形成第二输出信号Sout2(t)，且Sout2(t)＝Sout1(t)，在此过程中Sout1(t)、Sout2(t)仍为蜂窝信号且带宽保持不变，其中心频点为Ω+ω。之后，AD采样模块21将第二输出信号Sout2(t)发送至波束降频模块22。
波束降频模块22，用于接收来自AD采样模块21的第二输出信号Sout2(t)，并对第二输出信号Sout2(t)进行降频处理。该模块对信号的处理的过程如图7所示，首先对第二输出信号Sout2(t)进行中心频点为第二中心频点ω的混频处理，即第二输出信号Sout2(t)需乘以余弦信号cosωt,其中ω为65Mhz，计算公式如下：
Figure GDA0003001442700000111
混频后的信号会产生中心频点为2ω的高频分量信号，波束降频模块22对混频后的信号进行低通滤波处理，滤除中心频点为2ω的高频分量信号，保留中心频点为零的波束信号，同时将被保留的波束信号分离出9个4Mhz带宽的波束信号，随后波束降频模块22对分离出的4Mhz带宽的波束信号进行抽取滤波处理，并以15Msps的采样率对经抽取滤波后的波束信号进行采样，以获得低中频的波束信号，即第三输出信号Sout3(t)，
Figure GDA0003001442700000112
从公式可以看出，第三输出信号Sout3(t)包括原始的I和Q两路信号。之后，波束降频模块22将第三输出信号Sout3(t)发送至子载波提取模块23。
子载波提取模块23，用于接收和分离来自波束降频模块22的第三输出信号Sout3(t)，并对分离后的第三输出信号Sout3(t)进行低通滤波处理，以形成基带输出信号Sout(t)。
该模块对信号处理的过程如图8所示，该模块采用正交混频方式分离第三输出信号Sout3(t)中的I和Q两路信号，因第三输出信号Sout3(t)是低中频的波束信号，其对应的子载波信号为
Figure GDA0003001442700000113
将I1分正交两路混频，即将I1路信号乘以cosΩt以得到基带输出信号Sout(t)的实部信号，将I1路信号乘以-sinΩt以得到基带输出信号Sout(t)的虚部信号。计算公式如下：
Figure GDA0003001442700000114
Figure GDA0003001442700000121
子载波提取模块23再对其进行低通滤波，滤除中心频点为2Ω的分量信号，则基带输出信号Sout(t)的实部信号为
Figure GDA0003001442700000122
Figure GDA0003001442700000123
子载波提取模块23再对其进行低通滤波，滤除中心频点为2Ω的分量信号，则基带输出信号Sout(t)的虚部信号为
Figure GDA0003001442700000124
则基带输出信号
Figure GDA0003001442700000125
与原始的第一基带输入信号Sin1(t)＝I+jQ相比，基带输出信号仅在信号的幅值上发生了变化，其它参数保持不变，避免基带输出信号的波形失真。
第一输出信号Sout1(t)在接收模块2中的处理过程如图9所示，即第一输出信号Sout1(t)在接收模块2中进行下变频的过程，经过两次下变频后，将第一输出信号Sout1(t)＝Icos(Ω+ω)t-Qsin(Ω+ω)t下变频到中心频点为零的频率位置。
本发明第二方面实施例提供了一种变频方法，基于发射模块侧，其中，发射模块包括基带采样模块、低中频混频模块、低中频采样模块、中频混频模块和DA转换模块。如图10所示，该变频包括以下步骤：
S100、基带采样模块接收第一基带输入信号后，以第一采样率对第一基带输入信号进行采样，第一基带输入信号被采样后会生成多个离散的载波信号以及载波信号的镜像信号，之后基带采样模块对被生成的多个离散的载波信号以及载波信号的镜像信号进行低通滤波处理，滤除镜像信号，仅保留载波信号。之后，基带采样模块将载波信号发送至低中频混频模块。
S110、低中频混频模块接收来自基带采样模块的多个载波信号后，对多个载波信号进行正频域的频谱搬移，以拼接形成具有第一中心频点的低中频波束信号。之后，低中频混频模块将多个低中频波束信号发送至低中频采样模块。
S120、低中频采样模块接收来自低中频混频模块的多个低中频波束信号，并以第二采样率对低中频波束信号进行采样，波束信号经采样后形成多个低中频子波束信号以及多个低中频子波束信号的镜像频谱，之后低中频采样模块对多个低中频子波束信号以及多个低中频子波束信号的镜像频谱进行低通滤波处理，滤除镜像频谱，仅保留多个低中频子波束信号。之后，低中频采样模块将多个低中频子波束信号发送至中频混频模块。
S130、中频混频模块接收来自低中频采样模块的多个低中频子波束信号，对多个低中频子波束信号整体进行频谱搬移以形成中高频波束信号；中频混频模块对多个中高频波束信号进行有序拼接以形成具有第二中心频点的蜂窝信号。之后，中频混频模块将蜂窝信号的实部信号发送至DA转换模块。
S140、DA转换模块接收来自中频混频模块的蜂窝信号的实部信号，并对其进行转换，将数字信号转换成模拟信号。DA转换模块对转换后的信号进行低通滤波处理，保留具有第三中心频点的蜂窝信号，以形成第一输出信号。之后，DA转换模块将第一输出信号发送至接收模块。
基于发射模块侧的变频方法，是将原始的第一基带输入信号Sin1(t)进行上变频的过程，经过两次上变频后，将原始的第一基带输入信号Sin1(t)＝I+jQ上变频成第一输出信号Sout1(t)，第一输出信号Sout1(t)的中心频点为第三中心频点，第三中心频点为第一中心频点与第二中心频点之和。
本发明第二方面实施例提供了一种变频方法，基于接收模块侧，其中，接收模块包括AD采样模块、波束降频模块和子载波提取模块。如图11所示，该变频包括以下步骤：
S200、AD采样模块接收来自DA转换模块的第一输出信号后，并对第一输出信号进行转换，将模拟信号转换成数字信号。AD采样模块对转换后的第一输出信号以第三采样率进行采样，转换后的第一输出信号经AD采样模块采样后形成第二输出信号。之后，AD采样模块将第二输出信号发送至波束降频模块。
S210、波束降频模块接收来自AD采样模块的第二输出信号后，对第二输出信号进行降频、低通滤波处理，以将第二输出信号分离成多个波束信号。然后，波束降频模块对分离出的波束信号进行抽取滤波处理，并以第一采样率对经抽取滤波后的波束信号进行采样，以获得第三输出信号。之后，波束降频模块将第三输出信号发送至子载波提取模块。
S220、子载波提取模块接收来自波束降频模块的第三输出信号后，对第三输出信号进行分离，子载波提取模块对分离后的第三输出信号进行低通滤波处理，以形成基带输出信号。
本发明的进一步实施例中，步骤S210还包括：
S211、波束降频模块接收来自AD采样模块的第二输出信号后，对第二输出信号进行混频。
S212、混频后的信号会产生高频分量信号，波束降频模块对混频后的信号进行低通滤波处理，滤除高频分量信号，保留和分离出中心频点为零的多个波束信号。
S213、波束降频模块对分离出的波束信号进行抽取滤波处理，并以第一采样率对经抽取滤波后的波束信号进行采样，以获得第三输出信号。
本发明的进一步实施例中，步骤S220还包括：
S221、子载波提取模块接收来自波束降频模块的第三输出信号后，对第三输出信号进行分离。
S222、子载波提取模块对被分离的第三输出信号进行低通滤波处理，滤除高频分量信号，则保留的中心频点为零的信号即为基带输出信号。
基于接收模块侧的变频方法，应用的对象是原始的第一基带输入信号Sin1(t)经上变频后形成的第一输出信号Sout1(t)，第一输出信号Sout1(t)经过两次下变频后，将第一输出信号Sout1(t)下变频到基带输出信号Sout(t)，中心频点由第三中心频点下降为零。
综上所述，应用于上述变频装置的变频方法，能有效地防止第一基带输入信号Sin1(t)相对应的基带输出信号Sout(t)失真。
上面结合附图对本实施例作了详细说明，但是本不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种变频装置，其特征在于，基于FPGA平台，包括发射模块和接收模块，
所述发射模块，用于接收并采样第一基带输入信号，并对所述被采样的第一基带输入信号进行低通滤波形成载波信号；以及对所述载波信号进行频谱搬移以形成低中频波束信号；以及对所述低中频波束信号进行采样，并对所述被采样的低中频波束信号进行频谱搬移以形成中高频波束信号；以及对多个所述中高频波束信号进行有序拼接形成蜂窝信号；以及对所述蜂窝信号的实部信号进行转换，并对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波以形成第一输出信号；以及将所述第一输出信号发送至所述接收模块；所述发射模块包括基带采样模块、低中频混频模块、低中频采样模块、中频混频模块和DA转换模块，所述基带采样模块、所述低中频混频模块、所述低中频采样模块、所述中频混频模块和所述DA转换模块依次连接；
所述接收模块，用于接收第二基带输入信号，并对所述第二基带输入信号进行转换、采样、降频、滤波及分离，以获得基带输出信号，其中，所述第二基带输入信号包括来自所述发射模块的所述第一输出信号；所述接收模块包括AD采样模块、波束降频模块和子载波提取模块；所述AD采样模块、所述波束降频模块和所述子载波提取模块依次连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述基带采样模块，用于接收并采样所述第一基带输入信号，并对所述被采样的第一基带输入信号进行低通滤波，以形成所述载波信号，所述基带采样模块将所述载波信号发送至所述低中频混频模块；
所述低中频混频模块，用于接收来自所述基带采样模块的所述载波信号，并对所述载波信号进行频谱搬移，以拼接形成所述低中频波束信号，所述低中频混频模块将所述低中频波束信号发送至所述低中频采样模块；
所述低中频采样模块，用于接收并采样来自所述低中频混频模块的所述低中频波束信号，并对所述被采样的波束信号进行低通滤波，以获得低中频子波束信号，所述低中频采样模块将所述低中频子波束信号发送至所述中频混频模块；
所述中频混频模块，用于接收来自所述低中频采样模块的所述低中频子波束信号，并对所述低中频子波束信号进行频谱搬移以形成所述中高频波束信号；所述中频混频模块对多个所述中高频波束信号进行有序拼接以形成所述蜂窝信号；所述中频混频模块将所述蜂窝信号的实部信号发送至所述DA转换模块；
所述DA转换模块，用于接收并转换来自所述中频混频模块的所述蜂窝信号的实部信号，并对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波，以形成所述第一输出信号，所述DA转换模块将所述第一输出信号发送至所述接收模块。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述AD采样模块，用于接收和转换所述第二基带输入信号，以及对所述被转换的第二基带输入信号进行采样，所述AD采样模块将所述被采样的第二基带输入信号发送至所述波束降频模块；
所述波束降频模块，用于接收来自所述AD采样模块的所述被采样的第二基带输入信号，并对所述被采样的第二基带输入信号进行降频、滤波、抽取、采样处理，以获得第三输出信号，所述波束降频模块将所述第三输出信号发送至所述子载波提取模块；
所述子载波提取模块，用于接收和分离来自所述波束降频模块的所述第三输出信号，以及对被分离的第三输出信号进行低通滤波，以形成所述基带输出信号。
4.一种变频方法，应用于变频装置，所述变频装置包括发射模块和接收模块，其特征在于：
所述发射模块接收并采样第一基带输入信号，并对所述被采样的第一基带输入信号进行低通滤波以形成载波信号；
所述发射模块对所述载波信号进行频谱搬移以形成低中频波束信号；
所述发射模块采样所述低中频波束信号，并对所述被采样的低中频波束信号进行低通滤波，以及对所述经低通滤波的低中频波束信号进行频谱搬移以形成中高频波束信号，以及对多个所述中高频的波束信号进行有序拼接形成蜂窝信号；
所述发射模块转换所述蜂窝信号的实部信号，并对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波以形成第一输出信号；
所述发射模块发送所述第一输出信号至所述接收模块；
所述接收模块接收第二基带输入信号，所述第二基带输入信号包括来自所述发射模块的所述第一输出信号，所述接收模块对所述第二基带输入信号依次进行转换、采样、降频、滤波及分离处理，以获得基带输出信号。
5.根据权利要求4所述的变频方法，其特征在于，所述发射模块对所述载波信号进行频谱搬移以形成低中频波束信号的步骤，包括：所述发射模块对所述载波信号进行正频域的频谱搬移，以形成具有第一中心频点的低中频波束信号。
6.根据权利要求4所述的变频方法，其特征在于，所述发射模块对所述经低通滤波的低中频波束信号进行频谱搬移以形成中高频波束信号的步骤，包括：所述发射模块对所述经低通滤波的波束信号进行频谱搬移，以形成具有第二中心频点的中高频波束信号。
7.根据权利要求4所述的变频方法，其特征在于，所述发射模块对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波以形成第一输出信号的步骤，还包括：所述发射模块对所述被转换的蜂窝信号的实部信号进行低通滤波，保留具有第三中心频点的蜂窝信号。
8.根据权利要求4所述的变频方法，其特征在于，所述接收模块对所述第二基带输入信号依次进行转换、采样、降频、滤波及分离处理，以获得基带输出信号的步骤，包括：所述接收模块对被采样的所述第二基带输入信号进行第二中心频点的混频。
9.根据权利要求4所述的变频方法，其特征在于，所述接收模块对所述第二基带输入信号依次进行转换、采样、降频、滤波及分离处理，以获得基带输出信号的步骤，还包括：所述接收模块对被混频的所述第二基带输入信号进行滤波，保留中心频点为零的波束信号。
10.根据权利要求4所述的变频方法，其特征在于，所述接收模块对所述第二基带输入信号依次进行转换、采样、降频、滤波及分离处理，以获得基带输出信号的步骤，还包括：所述接收模块对被滤波的所述第二基带输入信号进行分离，被分离的所述第二基带输入信号经低通滤波后形成所述基带输出信号。
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