基于ADS仿真的最佳干擾信號(hào)分析

郝曉軍，李永成，李廷鵬

（電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471003）

0 引言

目前，電磁環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，各種信號(hào)縱橫交錯(cuò)、密集重疊，對(duì)各類電子設(shè)備的正常工作造成極大挑戰(zhàn)[1-3]，對(duì)于射頻通信鏈路在復(fù)雜電磁環(huán)境下的工作性能亟需一種有效手段來(lái)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。ADS（Advanced Design System）軟件是美國(guó)安捷倫（Agilent）公司所開(kāi)發(fā)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，功能豐富、仿真手段多樣，包括時(shí)域電路仿真（SPICE-like Simulation）、射頻電路仿真（包括Harmonic Balance和Linear Analysis）、三維電磁仿真（EM Simulation）、通信系統(tǒng)仿真（Communication System Simulation）和數(shù)字信號(hào)仿真設(shè)計(jì)（DSP）等，是一款功能強(qiáng)大的射頻電路設(shè)計(jì)與仿真工具軟件。支持幾乎所有的RF設(shè)計(jì)，從基礎(chǔ)的混頻器與放大器等離散的射頻/微波模塊，到應(yīng)用于通信和航天/國(guó)防的集成MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit），是當(dāng)今主流EDA（Electronic Design Automation）軟件[4-6]。

本文借助ADS軟件，通過(guò)對(duì)通信鏈路進(jìn)行建模，開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)仿真研究。誤碼率是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)傳輸準(zhǔn)確性的指標(biāo)，其數(shù)值等于傳輸誤碼數(shù)量與總碼數(shù)的比值，該指標(biāo)可以準(zhǔn)確衡量通信鏈路的可靠性[7-9]。項(xiàng)目組通過(guò)給射頻鏈路注入不同類型的干擾信號(hào)[10-11]，以誤碼率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，研究系統(tǒng)性能降級(jí)的變化情況。

通過(guò)仿真與理論分析相結(jié)合，得出特定調(diào)制樣式下的最佳干擾信號(hào)類型，最終為后期智能零和博弈做好技術(shù)上的前期鋪墊[12-13]。

1 不同干擾樣式下誤碼率隨信干比變化研究

利用ADS軟件可以搭建不同調(diào)制樣式的通信鏈路。本文以ADS軟件模型庫(kù)中的調(diào)制模塊（MOD PM）與解調(diào)模塊（DEM PM）作為基礎(chǔ)，搭建了PM調(diào)制通信鏈路。

通過(guò)信號(hào)合成模塊（Summer RF）注入不同類型的干擾信號(hào)，觀察誤碼率隨信干比的變化情況，仿真程序如圖1所示。

圖1中采用的是單音干擾信號(hào)，通過(guò)Summer RF模塊，將單音干擾信號(hào)注入到通信鏈路中。仿真過(guò)程中，設(shè)置仿真環(huán)境變量掃描（PARAMETER SWEEP），變換PM調(diào)制通信信號(hào)的功率，得到單音干擾信號(hào)注入情況下誤碼率隨信干比的變化曲線。

圖1 單音干擾PM調(diào)制誤碼率仿真

在仿真程序設(shè)計(jì)中，考慮多種干擾信號(hào)，分別有：?jiǎn)我舾?擾（T_Tone）、雙音 干 擾（T_Tone2）、多 音 干擾（T_Tone5）與PM調(diào)制干擾（T_Mod），各類干擾信號(hào)幅度（單位：V）的實(shí)部與虛部如圖2所示。

圖2 各類干擾信號(hào)實(shí)部、虛部隨時(shí)間變化曲線

各干擾信號(hào)載頻與PM調(diào)制傳輸信號(hào)載頻一致（200 MHz），且輸出功率保持一致，如圖3所示。

圖3 各類干擾信號(hào)頻譜分布

由圖3可見(jiàn)，PM調(diào)制信號(hào)的中心頻率為200 MHz，單音、雙音以及多音（0.1 MHz，0.3 MHz，0.5 MHz，0.7 MHz，0.9 MHz）干擾信號(hào)頻譜分布于載頻200 MHz一側(cè)，這與仿真程序設(shè)置參數(shù)完全一致。

仿真程序中，掃描PM調(diào)制信號(hào)的傳輸功率，令其逐漸增大，如圖4所示。

圖4 PM調(diào)制信號(hào)功率變化

當(dāng)干擾信號(hào)與PM調(diào)制信號(hào)合成后，進(jìn)入PM解調(diào)器，設(shè)置PM解調(diào)器的載頻為200 MHz，輸出信號(hào)的頻譜如圖5所示。

由圖5可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)PM解調(diào)，頻譜進(jìn)行了搬移，由中心頻率200 MHz變?yōu)榱阒蓄l，且出現(xiàn)很多雜散的信號(hào)。

圖5 經(jīng)過(guò)PM解調(diào)后頻譜分布

程序中射頻鏈路解調(diào)后，設(shè)置有低通濾波器，如程序圖1中所示。該低通濾波器的CornerFreq設(shè)置為1 MHz，ExcessBW設(shè)置為0.5 MHz，其指標(biāo)參數(shù)如圖6所示。

圖6 低通濾波器參數(shù)設(shè)置

經(jīng)過(guò)低通濾波器后信號(hào)頻譜如圖7所示。由圖7可見(jiàn)，大于1 MHz的信號(hào)基本全部被濾掉了。

圖7 經(jīng)過(guò)低通濾波器后頻譜分布

利用仿真模塊Ber MC統(tǒng)計(jì)各種干擾存在條件下，誤碼率變化曲線如圖8所示。通過(guò)對(duì)比誤碼率變化關(guān)系圖，可以明顯看出對(duì)于PM調(diào)制信號(hào)，多音干擾效果最差，究其原因是因?yàn)殡S著干擾信號(hào)頻率的增加，帶寬擴(kuò)展，但干擾信號(hào)總能量保持不變，而射頻鏈路的低通濾波器會(huì)對(duì)偏離頻率中心的信號(hào)進(jìn)行衰減。

圖8 PM調(diào)制通信信號(hào)在各類干擾信號(hào)存在下的誤碼率變化曲線

單音干擾的頻率最靠近中心頻率，可以說(shuō)在低通濾波器的帶內(nèi)，濾波器對(duì)干擾信號(hào)的衰減效果不明顯，因此干擾效果最好。

2 不同碼速率情況下誤碼率差異仿真

同樣以PM通信調(diào)制信號(hào)為例，正常PM通信信號(hào)的碼片時(shí)長(zhǎng)為1 μs。當(dāng)采用相同調(diào)制樣式的干擾信號(hào)，但是干擾信號(hào)的碼速率不同時(shí)，設(shè)置碼片時(shí)長(zhǎng)分別為0.1 μs，0.5 μs，1 μs，5 μs與10 μs，研究誤碼率隨碼片時(shí)長(zhǎng)的變化情況，仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9 PM調(diào)制通信信號(hào)在不同碼片時(shí)長(zhǎng)的干擾信號(hào)存在下誤碼率變化曲線

通過(guò)圖9可以看出：當(dāng)干擾信號(hào)的碼片時(shí)長(zhǎng)增加時(shí)，誤碼率明顯上升，原因是碼片時(shí)長(zhǎng)增加導(dǎo)致碼速率下降，干擾信號(hào)帶寬變窄，通過(guò)低通濾波器后，進(jìn)入最終通信鏈路的能量增加，因此誤碼率急速上升；當(dāng)干擾信號(hào)的碼片時(shí)長(zhǎng)縮短后，誤碼率下降，其原理類似于擴(kuò)頻通信，干擾信號(hào)的帶寬展寬，由于低通濾波器的存在，進(jìn)入最終通信鏈路的能量降低，因此誤碼率下降。

3 結(jié)語(yǔ)

本文利用ADS軟件，通過(guò)組件化功能模塊，成功搭建了特定調(diào)制樣式的通信鏈路。采用注入式仿真方式，仿真分析了不同干擾類型、不同碼片速率情況下的干擾效果。通過(guò)對(duì)比分析仿真結(jié)果，可知干擾信號(hào)的頻率越靠近中心頻率，則干擾效果越佳。當(dāng)然本文中沒(méi)有考慮過(guò)多的信號(hào)處理優(yōu)化算法，不同的信號(hào)處理算法產(chǎn)生的信息增益也是不一樣的。