R&S矢量源及信號(hào)分析儀的無(wú)線系統(tǒng)仿真及設(shè)計(jì)

在民用和軍用領(lǐng)域，隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展，新器件、新工藝、新產(chǎn)品層出不窮，也使得新的通信系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜。為了保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，同時(shí)縮短相應(yīng)的設(shè)計(jì)周期，需要在設(shè)計(jì)初期就開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的仿真和驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)于各個(gè)階段完成的不同模塊也要進(jìn)行分別的仿真和測(cè)試。雖然各類(lèi)大型的EDA軟件相繼成熟，針對(duì)不同的領(lǐng)域都有不同的專(zhuān)業(yè)軟件，為完成設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。但是，由于缺少實(shí)際的被測(cè)系統(tǒng)，在系統(tǒng)仿真和模塊仿真階段如何進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證一直是困擾設(shè)計(jì)人員的主要問(wèn)題。因此從設(shè)計(jì)初期開(kāi)始就有必要引入相應(yīng)的測(cè)試功能，這也是整個(gè)無(wú)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　基于羅德與施瓦茨(RS)公司的矢量源和信號(hào)分析儀可以充分利用仿真設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建無(wú)線系統(tǒng)的通用仿真平臺(tái)，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(hào)處理等全系統(tǒng)仿真任務(wù)。同時(shí)利用儀表測(cè)試的準(zhǔn)確性，在設(shè)計(jì)的不同階段，對(duì)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(cè)試，以?xún)?yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足研發(fā)和測(cè)試人員的多方面需求。

　　無(wú)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

　　在整個(gè)無(wú)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(jí)設(shè)計(jì)：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行論證和分析，對(duì)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(lái)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(jí)設(shè)計(jì)，也可稱(chēng)為子系統(tǒng)設(shè)計(jì)：在此會(huì)把整個(gè)系統(tǒng)分為幾個(gè)有機(jī)的模塊，對(duì)分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)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(duì)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(duì)模塊和子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，并盡早引入測(cè)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(cè)試，觀察是否完成預(yù)期的目標(biāo);如果仿真出現(xiàn)問(wèn)題，就需要重復(fù)修改設(shè)計(jì)，直至通過(guò)。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(kāi)發(fā)過(guò)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(cè)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(duì)于雷達(dá)和通信等無(wú)線系統(tǒng)，按其功能通常可分為幾個(gè)部分：反饋部分、射頻收發(fā)部分、頻率源部分、基帶信號(hào)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(wú)線電的概念提出來(lái)以后，所有的基帶處理都可以在通用的DSP和大規(guī)模可編程邏輯器件上實(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(lèi)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。現(xiàn)在市面上的EDA設(shè)計(jì)軟件中，AWR的MWO(Microwave Office)和VSS(Visual System Simulator)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(wú)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(wú)二的AWR高頻設(shè)計(jì)平臺(tái)，結(jié)合開(kāi)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(kāi)放性和交互性，不僅便于使用，還能順應(yīng)設(shè)計(jì)過(guò)程中每個(gè)階段的需要來(lái)整合業(yè)界最佳工具。面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一資料庫(kù)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(tái)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(duì)端通信系統(tǒng)的套件。VSS不僅可以用于系統(tǒng)級(jí)的各種通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以對(duì)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(duì)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。