1、Advaned Dfl$ignSystem 2 的 3cAgilent ADS 通信系統(tǒng)設計仿真軟件安捷倫科技有限公司插圖列表31 ADS對于通信系統(tǒng)設計仿真的意義 42ADS設計仿真軟件的優(yōu)點41.1 集成的自頂向下的系統(tǒng)設計41.2 靈活的設計環(huán)境51.3 優(yōu)化系統(tǒng)架構51.4 靈活快速地建立 DSP算法61.5 快速準確地建立射頻模型61.6 通過優(yōu)化得到最佳的系統(tǒng)性能71.7 利用已有的用戶自定義模型71.8 ADS軟件與測量儀表連接加快從設計到現(xiàn)實的轉變 71.8.1 據(jù)硬件測試建立仿真模型 71.8.2 盡早進行驗證實驗，降低系統(tǒng)集成風險71.8.3 創(chuàng)建新的測試能力81.8.4

2、通信信道，干擾測試83 ADS加速B3G/4G通信系統(tǒng)研發(fā) 103.1 ADS具有可以靈活產(chǎn)生各種制式的信號源的能力 103.2 ADS具有可以仿真 MIMO 信道的能力103.3 ADS具有仿真空-時（Spacing-time coding）編碼性能的能力 113.4 ADS具有給用戶提供 Test Bench的能力113.5 與儀器的互聯(lián)114 ADS在RF系統(tǒng)設計流程中的地位 124.1 系統(tǒng)級設計與仿真 124.1.1 分析并設定RF系統(tǒng)設計指標124.1.2 研究并選擇恰當?shù)?RF拓撲結構 134.1.3 定義功能模塊并進行RF系統(tǒng)性能優(yōu)化 134.2 電路級設計與仿真 144.2.

3、1 研究選擇合適的電路拓撲結構 144.2.2 器件選型與建模 144.2.3 關鍵模塊設計與電路級仿真 144.2.4 綜合仿真驗證RF系統(tǒng)性能 144.2.5 各獨立模塊制作與測試 144.3 集成測試144.3.1 組合各個單獨 電路模塊144.3.2 調試144.3.3 修改系統(tǒng)指標（如果需要） 154.3.4 重新定義項目目標（如果需要） 15插圖列表圖1自頂向下的設計流程圖2據(jù)硬件測試建立仿真模型圖3盡早進行驗證實驗，降低系統(tǒng)集成風險圖4創(chuàng)新新的測試能力圖5創(chuàng)新新的測試能力圖6通信信道，干擾測試圖7 ADS與儀器互聯(lián)加快設計 流程圖8.射頻系統(tǒng)設計流程圖9數(shù)字中頻RF收發(fā)信機結構保

4、密第13頁共15頁1 ADS對于通信系統(tǒng)設計仿真的意義當今的通信系統(tǒng)設計工程師遇到更多的設計挑戰(zhàn)，除了進一步減小系統(tǒng)的 體積和成本同時要更好地進行數(shù)字和射頻部分指標的分配從而獲得更好的系統(tǒng)整體性能。與此同時，整個公司也面臨著激烈市場競爭，需要提高產(chǎn)品性能，縮短產(chǎn)品上市周期，降低成本。為了應對這些挑戰(zhàn)，越來越多的公司依賴安捷倫ADS軟件，使得他們的通信設計盡早 變成現(xiàn)實產(chǎn)品。2 ADS設計仿真軟件的優(yōu)點2.1 集成的自頂向下的系統(tǒng)設計傳統(tǒng)的設計仿真軟件往往缺乏全面的技術來開發(fā)完整的通信系統(tǒng)。這是由 于當今的通信系統(tǒng)中包括了 DSP,模擬和射頻，空間傳輸信道等部分。設計軟 件必須能夠集成混合信號仿

5、真技術，進行不同部分的混合仿真。ADS軟件的系統(tǒng)仿真提供了通信系統(tǒng)的自頂向下設計和自底向上的驗證能力，可以在ADS軟件中進行DSP,模擬，射頻的單獨仿真或進行不同部分的協(xié)同仿真，幫助設計 師提早完成系統(tǒng)設計。ADS軟件獨有的專利仿真技術包括：用于 DSP仿真的同 步數(shù)據(jù)流Ptoemly仿真技術，用于復雜模擬 和射頻信號仿真的電路包絡仿真技 術和諧波平衡仿真技術。加上大量的經(jīng)過驗證的DSP,模擬，射頻行為級模型使得設計流程十分順暢。圖1給出了一個自頂向下的射頻系統(tǒng)設計流程范例。分析仿真處理的數(shù)據(jù)從儀器獲得真實信號系統(tǒng)級射頻子系統(tǒng)晶體管級RTLHDLwire 6:0 M1_B_1_Result必M

6、1.B 1wire 9:0 M1 B 2 Resul f./ hpeesof idM1.B2射頻數(shù)字接下變頻GMSK前端解調收機DSP浮點或定點三，,二房結果,. hp CONST S C5 (.Result(C5 Result);圖1自頂向下的設計置程一defparam C5.Width = 3;2.2靈活的設計環(huán)境defparam C5.ConstValue =24576;hp_ADD_SATTRUNC_SA5ADS軟件的設計環(huán)境 負責管理仿真和建模的學伴:su3®St（A5_RADS軟件設計環(huán)境ult）;可以使設計人員的精力集中在自己的設計工作上而并非設計工具。例如：一 個 通

7、信系統(tǒng)頂層原理圖包括 DSP,模擬，射頻，天線，空間信道可以在設計環(huán)境 中輕松的搭建起來。ADS軟件會自動地選擇不同的仿真技術對系統(tǒng)中不同的部 分進行最準確高效的仿真。這種靈活的設計環(huán)境是ADS軟件所有仿真功能共用的平臺，無論是進行系統(tǒng)，還是電路，電磁場設計，工程師都是在同樣的設 計 環(huán)境中完成他們的工作，這樣使得不同設計任務的工程師可以將他們的設計集成在一起進行設計驗證，減少設計的反復。2.3 優(yōu)化系統(tǒng)架構高效率的系統(tǒng)級設計必須包含多種多樣的系統(tǒng)模型來描述真實系統(tǒng)中不同的部分。例如：無線通信系統(tǒng)中需要射頻和 DSP技術來建立在不同傳播環(huán)境中的可靠的無線連接。為了能夠建立最優(yōu)化的通信系統(tǒng)頂層架

8、構，設計者必須對系統(tǒng)中每一組成部分對整體系統(tǒng)性能影響進行評估。然而，不對通信系統(tǒng)物理層進行精準的建模，我們很難得到準確的評估。這 種 建模包括信道傳輸模型，射頻發(fā)射機模型和DSP算法模型。在ADS軟件中，不同的通信系統(tǒng)設計庫為設計者帶來了符合標準通信協(xié)議的DSP算法，射頻系統(tǒng)模型庫提供了 1500多種行為級模擬射頻模型。ADS可以在真實的含有損傷， 相位噪聲和干擾的模擬射頻通道中驗證設計者自己的算法。 當系統(tǒng)架構已經(jīng)確定以后，下一步要進行系統(tǒng)性能的優(yōu)化。這需要一個強大的自動優(yōu)化技術，這種技術應該包含多種統(tǒng)計方法進而獲得設計參數(shù)和最優(yōu)的設計。ADS軟件提供的優(yōu)化功能幫助設計者調節(jié)多種多樣的模型參

9、數(shù)以使系統(tǒng)的 性能滿足設計者規(guī)定的設計目標。2.4 靈活快速地建立DSP算法不同的通信系統(tǒng)擁有特定的信源編碼，信道編碼，基帶調制等數(shù)字信號處 理算法。ADS軟件允許設計者利用ADS軟件提供的多種定制和通用算法模型 或C語言、Matlab語言靈活地編寫算法并利用 ADS Ptolemy仿真器進行算法仿 真。在DSP算法庫中，ADS軟件已經(jīng)提供了針對于GSM, CDMA, WCDAM , CDMA2000 , TDS-CDMA , WLAN 的設計庫和信 道模型。設計人員可以直接調用這些設計庫中的算法模型或對其進行修改從而快速的搭建自己完整的信號處理鏈路。2.5 快速準確地建立射頻模型為了完成一個

10、成功的系統(tǒng)設計，設計者必須考慮系統(tǒng)中射頻部分的干擾。不同與傳統(tǒng)的射頻系統(tǒng)分析，ADS軟件不再是簡單地用表格的方式計算出射頻 系統(tǒng)增益和功率預算，而是對射頻子系統(tǒng)進行深入的仿真分析從而盡早地發(fā)現(xiàn)問題所在。工程師現(xiàn)在利用 ADS軟件可以精確地分析射頻系統(tǒng)中阻抗適配，隔 離，諧波，互調，噪聲等等對系統(tǒng)的影響，并且可以進行并行信號通路或反饋信號通路工作條件下的系統(tǒng)仿真。2.6 通過優(yōu)化得到最佳的系統(tǒng)性能為了幫助設計者獲得最佳的系統(tǒng)設計，ADS提供了一系列功能強大的優(yōu)化 器。這些優(yōu)化技術幫助設計者調節(jié)不同模型的參數(shù)設定使得系統(tǒng)性能滿足所要求的指標，例如優(yōu)化BER, EVM, ACPR等。優(yōu)化可以通過連續(xù)

11、或者離散取值 的方法進行，利用隨機，梯度，蒙特卡羅等多種優(yōu)化算法最終得到優(yōu)化結果，獲到理想的性能。為幫助 BER仿真，有一種快速估算算法叫做“ Improved importance sampling”。利用這種先進的算法，在對高性 能低誤碼率的系統(tǒng)進行 誤碼率分析時比傳統(tǒng)的 Monte Carlo算法快100到1000倍。2.7 利用已有的用戶自定義模型很多時候，設計者依靠專有的行為級模型作為系統(tǒng)中的一部分。對于很多公司，開發(fā)特有的IP花去了大筆的資金和大量的時間，這些 IP是非常有市場 競爭力的產(chǎn)品。ADS軟件提供的模型開發(fā)工具可以非常方便得將 C或者C+源 代碼轉入到ADS軟件中，利用A

12、DS軟件的仿真器對其進行仿真分析。同樣在 ADS軟件中有雙向的MATLA界面和集成SPW的工具。2.8 ADS軟件與測量儀表連接加快從設計到現(xiàn)實的轉變使用軟件工具進行仿真設計畢竟是產(chǎn)品開發(fā)過程中的第一步，軟件中設計的電路系統(tǒng)最終還是要在硬件上實現(xiàn)并使用測試儀表進行測試。這樣，軟件 仿 真與硬件測量之間的聯(lián)系就顯得格外重要。只有軟件與測試儀表之間流暢的 數(shù) 據(jù)傳遞和通訊才能加快從軟件中虛擬電路到真實硬件電路轉換。安捷倫公司 的 ADS軟件與儀表構成的軟硬件半實物仿真系統(tǒng)完成了這個工作。2.8.1 據(jù)硬件測試建立仿真模型如圖2。2.8.2 盡早進行驗證實驗，降低系統(tǒng)集成風險如圖3。2.8.3 創(chuàng)建

13、新的測試能力如圖4和圖5。2.8.4 通信信道，干擾測試如圖6。E4440A PSAADS網(wǎng)絡分析儀現(xiàn)成元件現(xiàn)存元件ESG信號發(fā)生器.將ESG/VSA用于建立仿真模型（特定應用）測得的s參數(shù)用于仿真模型在ADS軟件中進行仿真建模在仿真中進行設計判定和折衷:評估現(xiàn)成的元件在新設計中的應用性能 評估原有硬件設計在新設計中性能 了解設計返工情況，以幫助減少重復設計的次數(shù)圖2據(jù)硬件測試建立仿真模型信號分析儀利用硬件和仿真模型進行早期驗證.ESG信號發(fā)生器被測件為了有更好的設計預示能力，仿真與測量之間應有一致的測量算法，將產(chǎn)生意外的可能性減到最圖3盡早進行驗證實驗，降低系統(tǒng)集成風險信號分析儀ESG信號發(fā)

14、生器.被測件在仿真中建立.在仿真中建立損傷的模型特定的測試算法在仿真中建立信號源的模型在ADS軟件中建立特定的專用信號調制模型當缺乏測試方案時，使用ADS軟件來建專用射頻測試信號和完成特定的測試圖4創(chuàng)新新的測試能力被測件896XX VSAESG信號發(fā)生器件經(jīng)過被測件的測試信號仿真接收機設計.sdf 文仿真信號源BER測量參考信號使用ADS軟件的連接方案完成BER測試借助ADS軟件將測試儀表的功擴展到一些新領域，如BER測試圖5創(chuàng)新新的測試能力(2)ADS軟件仿真:通過測試儀表測得真實的空間干 擾。接收機測試圖6通信信道，干擾測試3 ADS加速B3G/4G超寬帶通信系統(tǒng)研發(fā)3.1 ADS具有可以

15、靈活產(chǎn)生各種制式的信號源的能力因為Beyond 3G的信號調制方式及幀結構未定，ADS可以靈活產(chǎn)生研發(fā)中 需要的信號源。尤其是現(xiàn)在的 Beyond 3G 大多采用OFD眼術,ADS中的 generic OFDM models可以很方便搭建出具有特殊的子載波分配方式的OFDMW號；3.2 ADS具有可以仿真MIMO信道的能力Beyond 3G的特征是高速率，MIMCg提高信道容量的有效方法，MIMO信道 產(chǎn)產(chǎn)生是一個公認的難題。有了 MIMOW道，我們可以精確地描述天線 的空 間特性(到達角 AOA( angle-of-arival), 離開角 AOD(angle-of-departure)以

16、及方向角的分布(angular spread),路徑的延遲，衰落，多譜勒頻移，用戶可以仿真這種系統(tǒng)來驗證自己動的發(fā)射/接收機的在MIMOR落信道下的分集增益，天線增益，接收機抗干擾的能力以及天線分布對提高信道容量的影 響;3.3 ADS具有仿真空-時（Spacing-time coding）編碼性能的能力空時碼是另一個可以提高信道容量的技術，也是和 MIMO1匹配的一種編碼 技術。在ADS中，用戶可以設計自己的編碼方案，在MIM蹤統(tǒng)中驗證編碼性能；3.4 ADS具有給用戶提供Test Bench的能力在新的通信標準發(fā)布之前，ADS可以根據(jù)協(xié)議草案提供Test Bench, 用戶 可以在Test

17、 Bench上加入自己的模塊或修改感興趣的 參數(shù)來測試是否達到協(xié) 議規(guī)定的指標，從而加快研發(fā)進度；3.5 與儀器的互聯(lián)可以產(chǎn)生具有空間特性的R F信號（把MIMO后的信號灌入E S G ） （如圖7所示）測試結果反饋，修J 一改算法設計圖7 ADS與儀器互聯(lián)加快設計流程4 ADS在RF系統(tǒng)設計流程中的地位RF系統(tǒng)的基本設計流 程如圖8所示。分為三個階段： 系統(tǒng)設計、電路設計與集成。系統(tǒng)設計階段的工作包括：進行需求分析，定義 RF系統(tǒng)的指標，明確設計目標 ；選擇系統(tǒng)結構，為各個模塊使用ADSB化分配性能指標；使用 ADS完成系統(tǒng)級仿真。電路級設計階段的工作包括：器件選型與ADS建模、電路級設計與

18、 ADSW真、模塊制作與測試等等。集成階段需要將各功能模塊連接，完成系統(tǒng)功能。各個階段中間如 果發(fā)現(xiàn)指標難以實現(xiàn)或者結構過于復雜等問題，是一個迭代的處理過需要回溯到響應的以前的階段，進行重新設計和指標分配，整個流程程。RF1 I需求迭代RF電路設計? 用白需求 尸?系"目標 統(tǒng) ，? 網(wǎng)小結構 絡?其他RF各模塊集成RF設計流程基帶部分集成4.1系統(tǒng)級設計與仿真圖8.射頻系統(tǒng)設計流程4.1.1分析并設定RF系統(tǒng)設計指標根據(jù)系統(tǒng)總體需求與復雜空中接口的實現(xiàn)需要定義 RF系統(tǒng)指標，例如 MIMO術的實現(xiàn)需要多個RF通道；峰均比的問題需要功 放提高飽和功率和線性度。根據(jù)輸入的 需求，可4m

19、第12頁共15頁以分析出射頻需要達 到的性能指標：發(fā)射頻譜模板、發(fā)射功率 控制范圍、接收機靈敏度、 雜散等等。根據(jù)需求的重要程度，還可以設定各指標之間的優(yōu)先級，以便在以后的設計和實現(xiàn)階段能夠靈活地進行折中分配。4.1.2 研究并選擇恰當?shù)腞F拓撲結構RF系統(tǒng)的結構有多種，包括:超外差零中頻低中頻數(shù)字中頻 其他考慮到通用測試平臺的靈活性以及B3G/4G可能選擇比較復雜的調制方式，根據(jù)需要可 以選擇數(shù)字中頻結構 （圖9）。4.1.3 定義功能模塊并進行RF系統(tǒng)性能優(yōu)化系統(tǒng)結構確定后，可 以劃分定義各個功能模塊，進行鏈路預算分配（利用ADS進行優(yōu)化），給出各功能模塊性能指標要求，為下一階段電路級設計提供設計指標。保密第#頁共15頁4.3.2調試4.2.1