基于R&S矢量源及信號分析儀的無線系統(tǒng)仿真及設(shè)計(jì)方案

　　基于羅德與施瓦茨(R&S)公司的矢量源和信號分析儀可以充分利用仿真設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢，構(gòu)建無線系統(tǒng)的通用仿真平臺，完成從天線設(shè)計(jì)、射頻電路與系統(tǒng)仿真、頻率合成仿真、基帶信號處理等全系統(tǒng)仿真任務(wù)。同時(shí)利用儀表測試的準(zhǔn)確性，在設(shè)計(jì)的不同階段，對于從天線到射頻到基帶、從模擬到射頻的系統(tǒng)和模塊進(jìn)行測試，以優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足研發(fā)和測試人員的多方面需求。

　　無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

　　在整個(gè)無線通信系統(tǒng)的研發(fā)中，我們采用自上而下的方式。第一步是系統(tǒng)級設(shè)計(jì)：對系統(tǒng)進(jìn)行論證和分析，對系統(tǒng)要完成什么樣的功能，達(dá)到什么樣的性能指標(biāo)，哪些功能用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn)做好規(guī)劃。第二步是電路級設(shè)計(jì)，也可稱為子系統(tǒng)設(shè)計(jì)：在此會把整個(gè)系統(tǒng)分為幾個(gè)有機(jī)的模塊，對分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對每一個(gè)模塊進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，如果有的模塊仍然比較復(fù)雜，還可對該模塊進(jìn)行細(xì)分。模塊設(shè)計(jì)完成以后，第三步是產(chǎn)品的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：對模塊和子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，并盡早引入測試儀表以保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。第四步是產(chǎn)品的集成和驗(yàn)證：在保證模塊和子系統(tǒng)準(zhǔn)確性的前提下，完成系統(tǒng)集成和總體測試，觀察是否完成預(yù)期的目標(biāo)；如果仿真出現(xiàn)問題，就需要重復(fù)修改設(shè)計(jì)，直至通過。最后，在形成產(chǎn)品之前，進(jìn)行必要的設(shè)備批準(zhǔn)和生產(chǎn)，以此完成產(chǎn)品的開發(fā)過程(圖1)。

　　從系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程可以看出，為了節(jié)省設(shè)計(jì)周期，應(yīng)該盡早的引入測試環(huán)節(jié)，這樣可以保證整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

圖1：自上而下的設(shè)計(jì)流程框圖。

　　仿真系統(tǒng)

　　對于雷達(dá)和通信等無線系統(tǒng)，按其功能通?？煞譃閹讉€(gè)部分：反饋部分、射頻收發(fā)部分、頻率源部分、基帶信號處理部分，其中基帶處理部分又包括信源編解碼、信道編解碼、交織解交織、擴(kuò)頻解擴(kuò)、調(diào)制解調(diào)、信道均衡和加密解密等。軟件無線電的概念提出來以后，所有的基帶處理都可以在通用的DSP和大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷蠈?shí)現(xiàn)。但是，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，必須確定系統(tǒng)的各類參數(shù)和工作模式，軟件算法實(shí)現(xiàn)的可行性，因此有必要進(jìn)行系統(tǒng)各模塊的仿真和全系統(tǒng)仿真?，F(xiàn)在市面上的EDA設(shè)計(jì)軟件中，AWR的MWO(Microwave Office)和VSS(VisualSystemSimulator)作為功能強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)軟件，可以用于當(dāng)今多種復(fù)雜無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真，而且由于其易用性受到了較多的青睞。

　　MWO設(shè)計(jì)套件提供業(yè)界最強(qiáng)大、最靈活的射頻/微波設(shè)計(jì)環(huán)境。MWO采用獨(dú)一無二的AWR高頻設(shè)計(jì)平臺，結(jié)合開放式設(shè)計(jì)環(huán)境和先進(jìn)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了前所未有的開放性和交互性，不僅便于使用，還能順應(yīng)設(shè)計(jì)過程中每個(gè)階段的需要來整合業(yè)界最佳工具。面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一資料庫與電路圖、模擬資料和布局資料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步，提供設(shè)計(jì)人員所需的一切資料。一個(gè)方案的從構(gòu)思經(jīng)仿真直接進(jìn)入實(shí)際操作，全部都在一個(gè)平臺即可完成。該產(chǎn)品的最新版本將繼續(xù)協(xié)助微波設(shè)計(jì)人員提高工作效率、縮短設(shè)計(jì)周期，并加快射頻/微波產(chǎn)品上市。AWR的VSS是一套功能完備、用于設(shè)計(jì)完整的端對端通信系統(tǒng)的套件。VSS不僅可以用于系統(tǒng)級的各種通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以對系統(tǒng)中采用MWO、Matlab、C＋＋完成的各個(gè)模塊進(jìn)行分析和調(diào)用。利用VSS的獨(dú)特功能，設(shè)計(jì)人員能夠針對當(dāng)今復(fù)雜通信設(shè)計(jì)的每一個(gè)基礎(chǔ)元件，設(shè)計(jì)出正確的系統(tǒng)架構(gòu)并確定適當(dāng)?shù)囊?guī)格(圖2)。

圖2：基于MWO和VSS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。

　　測試系統(tǒng)

　　對于整個(gè)無線系統(tǒng)而言，在完成最初的仿真后，為了保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，我們需要對各個(gè)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行驗(yàn)證。無論從基帶和射頻的角度，還是從模擬到數(shù)字的角度來看：現(xiàn)有的測試系統(tǒng)需要相應(yīng)的接口以完成不同模塊、不同階段的測試。除此之外，由于現(xiàn)有的被測系統(tǒng)具有的多樣性特點(diǎn)，測試系統(tǒng)提供的接口需要盡可能地靈活以滿足不同的被測設(shè)備。R&S公司的矢量源和信號分析儀可以提供從基帶到射頻、從模擬到數(shù)字、從單端到差分、以及從輸入到輸出的多種接口以滿足設(shè)計(jì)和測試的多方面需求。

　　R&S的矢量源從SMU200A到SMBV，都可以通過實(shí)時(shí)或者ARB的方式產(chǎn)生所需的測試數(shù)據(jù)，同時(shí)SMU獨(dú)特的雙通道設(shè)計(jì)理念和內(nèi)置衰落模擬器功能可以方便的進(jìn)行不同的配置以滿足不同的測試需求。另外所有矢量源提供的基帶、射頻接口可以對無線系統(tǒng)中的不同鏈路模塊進(jìn)行測試；而基帶部分(包括基帶源AMU及AFQ系列)提供的基帶模擬和數(shù)字IQ輸入、輸出接口又可以滿足不同被測器件的需求。R&S的信號分析儀從FSQ到FSV系列，也可以直接分析從基帶到射頻的輸入信號，通過解調(diào)選件、矢量分析選件或內(nèi)置的移動(dòng)通信選件完成對不同設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)分析。另外，F(xiàn)Sx系列提供的模擬和數(shù)字IQ輸入輸出接口，不但可以對不同的模塊進(jìn)行分別測試，還可以完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集功能，以方便在后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(圖3)。