通信系统设计仿真软件

Agilent ADS通信系统设计仿真软件安捷伦科技有限公司目录插图清单31对ads通信系统设计仿真的意义42 ADS设计仿真软件的优势42.1集成的自上而下系统设计42.2灵活的设计环境52.3优化系统体系结构52.4灵活快速地建立DSP算法62.5快速准确地建立射频模型62.6优化的最佳系统性能72.7利用现有的用户定义模型72.8 ADS软件和仪表的连接加快了从设计向现实的转变72.8.1基于硬件测试建立仿真模型72.8.2尽快进行验证实验，降低系统集成风险72.8.3创建新的测试能力82.8.4通信信道，干扰测试83 ADS加快B3G/4G通信系统开发103.1 ADS能够灵活地生成各种方式的信号源103.2 ADS具有能够模拟MIMO信道的能力103.3 ADS能够模拟空闲时间编码(Spacing-time coding )编码性能113.4 ADS能够为用户提供测试工作台113.5与设备的联系114 ADS在射频系统设计过程中的地位124.1系统级设计与仿真124.1.1分析设定系统设计指标124.1.2考虑和选择适当的RF拓扑134.1.3定义功能模块，进行RF系统的性能优化134.2电路级的设计与仿真144.2.1考虑选择合适的电路拓扑144.2.2软元件的选择和建模144.2.3关键模块设计和电路级仿真144.2.4综合仿真对RF系统性能的验证144.2.5各独立模块的制作和测试144.3集成测试144.3.1组合单个电路模块144.3.2调试144.3.3必要时修正系统指标154.3.4重新定义项目目标(如有必要) 15插图列表图1从上到下的设计流程图2根据硬件测试建立仿真模型图3尽快进行验证实验，降低系统集成风险图4创新的新测试能力(1)图5创新的新测试能力(2)图6通信信道，干扰测试图7 ADS与设备互连加快设计过程图8 .射频系统设计流程图9数字中频RF收发机的结构1对ads通信系统设计仿真的意义当今的通信系统设计工程师应当面对更多的设计挑战，在进一步降低系统体积和成本的同时，更好地分配数字和射频部分指标，以获得更好的整个系统性能。 同时，公司整体面临激烈的市场竞争，需要提高产品性能，缩短产品上市周期，降低成本。 为了应对这些挑战，越来越多的公司依赖安吉伦ADS软件，尽快使他们的通信设计成为现实产品。2 ADS设计仿真软件的优势2.1集成的自上而下系统设计传统的设计仿真软件常常缺乏全面的技术来开发完整的通信系统。 这是因为当今通信系统包括诸如DSP、模拟和射频、空间传输信道等的部分。 设计软件需要能够集成混合信号仿真技术，进行不同部分的混合仿真。 ADS软件的系统仿真可以提供通信系统的自上而下的设计和自下而上的验证能力，以使得ADS软件可以执行DSP、仿真、射频单独仿真或者不同部分的协作仿真，并且设计者可以在早期设计系统ADS软件专用的专利仿真技术包括在DSP仿真中使用的同步数据流Ptoemly仿真技术、在复杂和射频信号仿真中使用的电路包络仿真技术和谐波平衡仿真技术加上经验证的DSP、仿真，射频行为级模型使设计过程非常顺利。图1示出了自上而下射频系统设计流程的示例。分析模拟处理的数据系统级别射频子系统DSP的浮点或定点晶体管级RTL HDL下变频数字接收机GMSK解调无线电尖端wire 6:0 M1_B_1_Result； /hpeesof_id : M1.B_1wire 9:0 M1_B_2_Result； /hpeesof_id : M1.B_2HP _ const _ sconc5(.result (c5_ result ) )defparam C5.Width=3；defparam C5.ConstValue=24576；hp_ADD_SATTRUNC_S A5 (.A(R4_R1_Q )、 B(M3_Result )和. Result(A5_Result ) )结果从仪器上得到真正的信号图1从上到下的设计流程2.2灵活的设计环境ADS软件的设计环境管理仿真和建模工作. 用ADS软件设计环境，设计者可以专注于自己的设计工作，而不是设计工具。 例如，通信系统的顶级电路图可以在设计环境中简单地构建DSP、模拟、射频、天线、空间信道等。 ADS软件自动选择不同的仿真技术，以最准确且有效地仿真系统中的不同部分。 该灵活的设计环境是ADS软件所有仿真功能共享的平台，尽管进行系统、电路、电磁场设计，工程师仍能在同一设计环境下完成工作，不同设计任务的工程师能集成设计验证，减少设计迭代。2.3优化系统体系结构高效的系统级设计必须包括多种系统模型，以描述实际系统的不同部分。 例如，在无线通信系统中，为了在不同传播环境中建立可靠的无线连接，需要射频和DSP技术。 为了建立优化通信系统的顶级体系结构，设计者需要评估系统的各个组件对总体系统性能的影响。然而，如果不对通信系统的物理层建模，则不能获得准确的评估。 建模包括信道传输模型、射频发送模型以及DSP算法模型。 在ADS软件中，不同的通信系统设计库向设计者提供与标准通信协议相匹配的DSP算法，射频系统模型库提供1500多种行为级模拟射频模型。 ADS可以验证其算法在模拟射频信道(实际上包括损伤、相位噪声和人为干扰)中。确定系统体系结构后，下一步是优化系统性能。 这需要强大的自动优化技术。 该技术必须包括设计参数和多种统计方法以获得最佳设计。 ADS软件提供的优化功能可帮助设计者调节各种模型参数以帮助系统性能满足设计者定义的设计目标。2.4灵活快速地建立DSP算法不同的通信系统具有数字信号处理算法，例如，特定的源代码、信道代码、基带调制等。 使用ADS软件，设计者可以灵活地利用ADS软件提供的各种定制和通用算法模型或c语言、Matlab语言创建算法，并使用ADS Ptolemy仿真器进行算法仿真在DSP算法库中，ADS软件为GSM、CDMA、WCDAM、CDMA2000、TDS-CDMA和WLAN提供设计库和信道模型。 设计者可直接调用或修改这些设计库的算法模型以快速构建其完整的信号处理链路。2.5快速准确地建立射频模型为了完成成功的系统设计，设计者必须考虑系统的射频部分中的干扰。 与传统的射频系统分析不同，ADS软件不仅以表形式计算射频系统的增益和功率预算，而且对射频子系统进行详细的仿真分析，以早期发现问题。 工程师现在可以使用ADS软件来正确地分析射频系统的阻抗适应、隔离、谐波、互调、噪声等对系统的影响，并且在并行或反馈信号路径工作的条件下执行系统仿真。2.6通过优化获得最佳系统性能为帮助设计者获得最佳系统设计，ADS提供了一系列强优化器。 这些优化技术可以帮助设计者调节不同模型的参数设置，以便使系统能够满足所要求的性能指标，例如，优化BER、EVM、ACPR等。 优化可以按连续或离散取值的方式来完成，并且最终通过使用诸如随机、梯度或蒙特卡罗的多种优化算法来获得优化结果，从而获得理想的性能。 为了支持BER模拟，有快速估计算法“improvedimportimportancesampling”。 在利用这种先进算法对高性能低差错率系统进行差错率分析时，比传统的蒙特卡罗算法快1001000倍。2.7利用现有的用户定义模型在许多情况下，设计者使用自己的行为水平模型作为系统的一部分。 对于许多企业，开发自己的IP需要花费大量资金和大量时间，这些IP是具有市场竞争力的产品。 ADS软件提供的模型开发工具可简单地将c或c源代码转移到ADS软件并利用ADS软件的仿真器来执行仿真分析。 ADS软件也有将双向MATLA接口与SPW集成的工具。2.8 ADS软件与仪表的连接加快了从设计向现实的转变使用软件工具的仿真设计毕竟是产品开发过程的第一步，软件设计的电路系统最终以硬件实现，使用测试仪表进行测试。 这样，软件仿真和硬件测量的关联特别重要。 在软件和测试仪表之间，只有平稳的数据传输和通信，才能加快从软件虚拟电路到实际硬件电路的转换。 由安捷伦公司的ADS软件和仪器构成的硬件和软件半实物仿真系统完成了这项工作。2.8.1基于硬件测试建立仿真模型如图2所示。2.8.2尽快进行验证实验，降低系统集成风险如图3所示。2.8.3创建新的测试能力图4和图5。2.8.4通信信道、干扰测试如图6所示。网络分析器现成的零件ADS软件中的仿真建模测量的s参数用于仿真模型现有部件用ESG/VSA建立仿真模型(特定应用程序)通过仿真进行设计判定和权衡：评估现有组件在新设计中的应用性能评估现有硬件设计在新设计中的性能了解重做设计并减少重复设计的次数ESG信号发生器ADSE4440A PSA图2根据硬件测试建立仿真模型受试者由于具有更好的设计预示能力，模拟与测量之间需要一致的测量算法，以最大限度地减少意外的可能性。硬件与仿真模型的运用进行早期验证信号分析仪供考试用的硬件ESG信号发生器用ADS模拟的设计图3尽快进行验证实验，降低系统集成风险在模拟中创建损坏的模型在模拟中创建特定测试算法在模拟中创建信号源的模型如果没有测试方案，请使用ADS软件创建完成专用射频测试信号和特定测试信号分析仪受试者ESG信号发生器ADS软件中的特定设置的专用信号调制模型图4创新的新测试能力(1)模拟接收机设计模拟信号源受试者ESG信号发生器使用ADS软件连接方法完成BER测试用ADS软件测试仪表的功能扩展到了BER测试等新领域. sdf文件通过被测量物的测试信号参考信号896XX VSABER测量图5创新的新测试能力(2)ADS软件模拟：发射机型号接收机测试E4440A PSA896XX VSA测试仪表来测量真正的空间干扰。信号合成空间噪声模型通信信号空间传播模型(衰减、延迟、多普勒效应等)图6通信信道，干扰测试3 ADS加快B3G/4G超宽带通信系统的开发3.1 ADS具有灵活生成各种方式信号源的能力因为Beyond 3G的信号调制方式和帧结构不明，所以ADS能够灵活地制作开发所需的信号源。 特别是在当前的Beyond 3G中采用OFDM技术的情况较多，ADS中的genericcodemodels能够简单地构筑具有特殊的子载波分配方式的OFDM信号3.2 ADS能够模拟MIMO信道Beyond 3G的特征是快速率，MIMO是提高信道容量的有效方式，MIMO信道的产生是公认的问题。 我们有MIMO信道，该信道包括：天线的空间特性(到达角AOA(angle-of-arival )、方位角AOD(angle-of-departure )和方位角分布(angular spread ) )、路径延迟、衰落、多频谱频移， 用户可以模拟该系统以验证移动收发机的MIMO衰落信道上的分集增益、天线增益、接收机抗干扰能力以及天线分布对提高信道容量的影响3.3 ADS能够模拟空时编码(Spacing-time coding )编码性能空时码是另一种改善信道容量的技术，并且也是与MIMO兼容的编码技术。 在ADS中，用户可设计其编码方案以验证在MIMO系统中的编码性能3.4 ADS能够向用户提供测试工作台在新通信标准公布之前，ADS可以根据协议的草案提供测试工作台，用户可以向测试工作台添加自己的模块，或者改变感兴趣的参数以测试是否达到协议规定的指标3.5与设备的连接生成具有空间特性的RF信号(将MIMO后的信号嵌入ESG中)。 (如图7所示)模拟区域测试域实体域仿真设计结果实现实际信号测试测试结果的反馈，算法设计的修正图7 ADS与设备互连加快设计过程4 ADS在射频系统设计过程中的地位RF系统的基本设计流程如图8所示。 分为系统设计、电路设计、集成三个阶段