基于RS矢量源及信号分析仪的无线系统仿真及设计方案

在民用和军用领域，随着无线通信系统的发展，新器件、新工艺、新产品层出不穷，也使得新的通信系统越来越复杂。为了保证设计的准确性，同时缩短相应的设计周期，需要在设计初期就开始对系统进行相应的仿真和验证，同时对于各个阶段完成的不同模块也要进行分别的仿真和测试。虽然各类大型的EDA软件相继成熟，针对不同的领域都有不同的专业软件，为完成设计提供了强大的支持。但是，由于缺少实际的被测系统，在系统仿真和模块仿真阶段如何进行相应的验证一直是困扰设计人员的主要问题。因此从设计初期开始就有必要引入相应的测试功能，这也是整个无线系统设计的重点和难点。

基于罗德与施瓦茨(R&S)公司的矢量源和信号分析仪可以充分利用仿真设计软件的优势，构建无线系统的通用仿真平台，完成从天线设计、射频电路与系统仿真、频率合成仿真、基带信号处理等全系统仿真任务。同时利用仪表测试的准确性，在设计的不同阶段，对于从天线到射频到基带、从模拟到射频的系统和模块进行测试，以优化系统设计，满足研发和测试人员的多方面需求。

无线系统设计流程

在整个无线通信系统的研发中，我们采用自上而下的方式。第一步是系统级设计：对系统进行论证和分析，对系统要完成什么样的功能，达到什么样的性能指标，哪些功能用硬件电路来实现，哪些功能用软件实现做好规划。第二步是电路级设计，也可称为子系统设计：在此会把整个系统分为几个有机的模块，对分模块进行设计，针对每一个模块进行精心设计，如果有的模块仍然比较复杂，还可对该模块进行细分。模块设计完成以后，第三步是产品的硬件系统设计：对模块和子系统进行相应设计，并尽早引入测试仪表以保证设计的准确性。第四步是产品的集成和验证：在保证模块和子系统准确性的前提下，完成系统集成和总体测试，观察是否完成预期的目标；如果仿真出现问题，就需要重复修改设计，直至通过。最后，在形成产品之前，进行必要的设备批准和生产，以此完成产品的开发过程(图1)。

从系统设计流程可以看出，为了节省设计周期，应该尽早的引入测试环节，这样可以保证整个系统的准确性。

图1：自上而下的设计流程框图。

仿真系统

对于雷达和通信等无线系统，按其功能通常可分为几个部分：反馈部分、射频收发部分、频率源部分、基带信号处理部分，其中基带处理部分又包括信源编解码、信道编解码、交织解交织、扩频解扩、调制解调、信道均衡和加密解密等。软件无线电的概念提出来以后，所有的基带处理都可以在通用的DSP和大规模可编程逻辑器件上实现。但是，在系统设计之初，必须确定系统的各类参数和工作模式，软件算法实现的可行性，因此有必要进行系统各模块的仿真和全系统仿真。现在市面上的EDA设计软件中，AWR的MWO(Microwave Office)和VSS(Visual System Simulator)作为功能强大的仿真设计软件，可以用于当今多种复杂无线通信系统的设计和仿真，而且由于其易用性受到了较多的青睐。

MWO设计套件提供业界最强大、最灵活的射频/微波设计环境。MWO采用独一无二的AWR高频设计平台，结合开放式设计环境和先进的统一数据模型，实现了前所未有的开放性和交互性，不仅便于使用，还能顺应设计过程中每个阶段的需要来整合业界最佳工具。面向对象的统一资料库与电路图、模拟资料和布局资料实现自动同步，提供设计人员所需的一切资料。一个方案的从构思经仿真直接进入实际操作，全部都在一个平台即可完成。该产品的最新版本将继续协助微波设计人员提高工作效率、缩短设计周期，并加快射频/微波产品上市。AWR的VSS是一套功能完备、用于设计完整的端对端通信系统的套件。VSS不仅可以用于系统级的各种通信系统的结构设计，可以对系统中采用MWO、Matlab、C＋＋完成的各个模块进行分析和调用。利用VSS的独特功能，设计人员能够针对当今复杂通信设计的每一个基础元件，设计出正确的系统架构并确定适当的规格(图2)。

图2：基于MWO和VSS的系统设计框图。

测试系统

对于整个无线系统而言，在完成最初的仿真后，为了保证设计的准确性，我们需要对各个设计阶段进行验证。无论从基带和射频的角度，还是从模拟到数字的角度来看：现有的测试系统需要相应的接口以完成不同模块、不同阶段的测试。除此之外，由于现有的被测系统具有的多样性特点，测试系统提供的接口需要尽可能地灵活以满足不同的被测设备。R&S公司的矢量源和信号分析仪可以提供从基带到射频、从模拟到数字、从单端到差分、以及从输入到输出的多种接口以满足设计和测试的多方面需求。