利用ADS产生自定义复杂信号

利用安捷伦ADS 产生自定义复杂信号
―――ADS与仪表连接应用
袁徐亮
安捷伦公司应用工程师
Xuliang_yuan@
2006.10.9
摘要：在电子系统开发过程中，为了验证接收系统的灵敏度、抗干扰性等指标，是否可以在复杂的信号环境下正常工作，需要一个复杂的信号源，该信号源应该能够产生被测试系统在实际工作环境下的复杂接收信号，如数字调制信号，跳频信号，噪声干扰信号等。

从而使接收系统工作于真实电子信号环境中。

本文将阐述如何利用安捷伦ADS 仿真软件和ESG E4438C 矢量信号发生器，产生用户自定义波形的复杂信号。

关键词：电子系统，ADS，ESG 信号源，仪表连接，虚拟任意波形发生
一前言
真实电子系统工作于复杂的信号环境，除了本系统信号外，还同时存在其他电子系统信号和噪声等干扰信号。

因此，接收系统的开发过程中，就需要考虑到真实信号环境的影响。

为了验证接收系统在复杂信号环境下是否可以正常工作，就需要有一个真实的可自定义的复杂信号源。

利用现有的信号源仪表可方便地合成各种数字调制信号，标准通信制式信号，甚至各种衰落信号等。

但实际电子设备的工作信号会复杂得多，一台战场环境下的通信电台会受到其他电子设备，敌方释放的干扰信号的影响。

标准信号源产品用于这些项目的测试是非常困难的。

安捷伦ADS软件是业界领先的射频系统设计软件，用户可以在ADS平台上自行编制任意格式的信号波形，应用于电子系统设计过程中。

同时，安捷伦提供业界领先的测试仪表，为了能使软硬件协同实现真正的统一平台，能使先进测试仪器有开放的接口，安捷伦公司的
E4438C/E8267D 矢量信号源应运而生。

在ADS 仿真软件中可以自定义各种格式的信号，并且由仪表接口模块将信号波形下载到E4438C /E8267D仪表中，让它产生符合要求的物理信号，去激励被测电路，同时，利用安捷伦公司的分析仪表可以完成对接收系统整体或者各个部分的子系统的功能进行分析测试和系统功能验证，并且通过接口与安捷伦ADS连接构成完整的软硬件系统设计平台。

图1为基于Agilent ADS 为仿真平台的复杂信号模拟系统的组成框图。

该基本功能如下：频率范围：250kHz~40GHz，功率范围： -130dBm~20dBm
最大信号带宽：1GHz
输出信号接口形式：射频，微波模拟信号，模拟IQ 信号，数字IQ 信号，数字中频信号信号模型库：任意定义的数字调制信号，雷达信号，跳频信号，噪声信号等
分析仪表采集信号的数据接口，Matlab仿真设计的嵌入接口等
-
图1：基于ADS 建立的信号模拟系统
二 一个实际的复杂信号
下面我们以一个实际复杂信号产生为例，演示ADS 软件进行虚拟任意波生成和与仪表连
接后真实信号的产生。

该信号的设计要求为：
工作信号：中心频率：2.135GHz ，调制方式：QPSK ，码速率1Msps ，，功率：10dBm 。

干扰信号1：中心频率：2.147GHz ，调制方式：DBPSK 调制，码速率：1M, 功率：5dBm ， 干扰信号2：中心频率：2.153GHz ，调制方式：GMSK 调制，码速率：1M 功率：5dBm ， 干扰信号3：中心频率：2.14GHz ，调制方式：标准WCDMA ， 功率为2dBm ， 干扰信号4：中心频率：2.143GHz ，调制方式：16QAM 调制＋跳频，码速率为1Msps ，
跳频频宽为3MHz ，跳频间隔为30微秒。

上述信号环境旨在模拟系统工作的复杂信号环境。

三 在仿真软件中复杂信号的产生
按照上述复杂信号的组成情况，在ADS 仿真软件中，利用ADS 信号处理环境Ptolemy 仿真环境提供的信号库，搭建出此复杂信号流逻辑构成图。

图2为ADS 信号仿真的设计界面。

实际采集信号的波形文件Agilent E4438C/E8267D 矢量信号源输出接口为：射频微波，模拟IQ
T2
E xpression=j*2*pi*Tstep*Nsample
DBP Repeat=Yes
PFDD_DnLinkRF C3
FCarrier=2.137 GHz
TStep=Tstep
erSym*Nsym_shift))/3))VAR
VAR5Eqn Var ControlSimulation=YE S
Stop=DefaultNumericStop Start=DefaultNumericStart Plot=Rectangular
Numeric VAR VAR4
Eqn
Var MpyCx2
M2
M1R2SquareRoot=YES
E xcessBW=0.3SymbolInterval=SamPerSym Length=8*SamPerSym
Interpolation=SamPerSym DecimationPhase=0
Decimation=1
B2
nBits=4TableCx T5
B1LFSR_InitState=1
LFSR_Length=12ProbOfZero=0.5Type=Random VAR
VAR6
Eqn
Var VAR VAR2
Eqn Var
VAR VAR3
Nsamples=SamPerSym*Nsym
Eqn
Var S01
S0
图2: ADS 仿真复杂干扰信号设计界面 其中用到了许多ADS 自带信号库： 1. QPSK 调制模块
QPSK_Mod Q1
2. BPSK 调制模块
DBPSK_Mod D1
3. GMSK 调制模块
GMSK_Mod
G1
4. WCDMA 标准downlink 信号源
3GPPFDD_DnLinkRF G2
5. 跳频信号生成模块
B1
LFSR_InitState=1
LFSR_Length=12ProbOfZero=0.5Type=Random B2
nBits=4
T2
C3
FCarrier=2.137 GHz
TStep=Tstep
NumericExpression T3
Expression=-f_shift*(-1+int(Nsample/(SamPerSym*Nsym_shift))-3*int(int(Nsample/(SamPerSym*Nsym_shift))/3))
M1RaisedCosineCx R2SquareRoot=YES
ExcessBW=0.3SymbolInterval=SamPerSym Length=8*SamPerSym
Interpolation=SamPerSym DecimationPhase=0
Decimation=1
TableCx T5
四 仪表接口和信号下载
接口模块CM_ESG_E4438C_Sink 是连接ADS 软件与Agilent 矢量信号源E4438C 的驱动模块。

通过GPIB/LAN 的连接，我们可以直接将ADS 软件中信号下载至E4438C ，通过E4438C 信号源的DAC 变换和IQ 调制完成仿真信号到真实信号的转变。

ADS 控制E4438C 信号参数的模块
CM_ESG_E4438C_Sink C2
FileName="esg.wfm"
Amplitude=-10
Frequency=1e9 Hz Stop=DefaultNumericStop
Start=DefaultNumericStart
Agilent 矢量信号源E4438C
在这个模块中可以设定码流起始位和结束位、信号的幅度和载频频率、采样时钟速率、触发信号、下载方式等等。

下图是将上述复杂电子信号下载至E4438C ：
B1
LFSR_InitState=1
LFSR_Length=12ProbOfZero=0.5Type=Random NumericExpression
TableCx T5
RaisedCosineCx R2SquareRoot=YES
ExcessBW=0.3SymbolInterval=SamPerSym Length=8*SamPerSym
Interpolation=SamPerSym DecimationPhase=0
Decimation=1
M1C3
FCarrier=2.137 GHz
TStep=Tstep
B2
nBits=4
Repeat=Yes
Repeat=Yes
Repeat=Yes
SequencePattern=8Type=Prbs UserPattern=""3GPPFDD_DnLinkRF Power=0.02W
FCarrier=2140 MHz DBPSK
Power=0.01 W F3dB=500000 Hz SymbolTime=1 usec FCarrier=2.148 GHz
ADS 和先进测试仪器之间的无缝连接使得自定义复杂电子信号成为可能，通过上图中复杂信号的下载实现，便可以方便快捷的进行实际接收系统的测试和验证，如图3所示。

图3： ADS 仿真软件和测试仪表的连接关系
下图为实际仪表的连接：
信号源
矢量信号分析仪89600
GPIB/网线
1394火线
五 信号的分析和验证
信号下载至E4438C 后，使用安捷伦分析仪表E4440A PSA 频谱仪进行分析，图4为使用89601矢量信号分析仪软件进行实际信号测试观测的结果。

图中可以清晰的观测到与设计阶段定义的信号一致，图中从左至右分别为QPSK, WCDMA,跳频，DBPSK,GMSK 调制的信号。

图4： ADS+E4438C 合成复杂干扰信号的频谱测试
使用89601矢量信号分析软件对图中QPSK 信号进行解调分析，解调信号的分析结果如图5所示：
工作信号
干扰信号1
干扰信号2
干扰信号3
干扰信号4
图5：通过矢量分析仪完成对干扰信号的解调分析
六总结和致谢
通过上述复杂自定义信号的生成，体现了安捷伦ADS软件在自定义信号产生方面的灵活性，在与安捷伦先进测试仪表无缝连接的情况下，实现了一个自定义复杂真实信号。

感谢安捷伦科技上海开放实验室胡海洋博士提供大力指导和支持。