基于ADS仿真的最佳干擾信號分析

郝曉軍，李永成，李廷鵬

（電子信息系統復雜電磁環境效應國家重點實驗室，河南 洛陽 471003）

0 引言

目前，電磁環境錯綜復雜，各種信號縱橫交錯、密集重疊，對各類電子設備的正常工作造成極大挑戰[1-3]，對于射頻通信鏈路在復雜電磁環境下的工作性能亟需一種有效手段來進行分析預測。ADS（Advanced Design System）軟件是美國安捷倫（Agilent）公司所開發的電子設計自動化軟件，功能豐富、仿真手段多樣，包括時域電路仿真（SPICE-like Simulation）、射頻電路仿真（包括Harmonic Balance和Linear Analysis）、三維電磁仿真（EM Simulation）、通信系統仿真（Communication System Simulation）和數字信號仿真設計（DSP）等，是一款功能強大的射頻電路設計與仿真工具軟件。支持幾乎所有的RF設計，從基礎的混頻器與放大器等離散的射頻/微波模塊，到應用于通信和航天/國防的集成MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit），是當今主流EDA（Electronic Design Automation）軟件[4-6]。

本文借助ADS軟件，通過對通信鏈路進行建模，開展系統級仿真研究。誤碼率是衡量數據在規定時間內傳輸準確性的指標，其數值等于傳輸誤碼數量與總碼數的比值，該指標可以準確衡量通信鏈路的可靠性[7-9]。項目組通過給射頻鏈路注入不同類型的干擾信號[10-11]，以誤碼率為衡量標準，研究系統性能降級的變化情況。

通過仿真與理論分析相結合，得出特定調制樣式下的最佳干擾信號類型，最終為后期智能零和博弈做好技術上的前期鋪墊[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制樣式的通信鏈路。本文以ADS軟件模型庫中的調制模塊（MOD PM）與解調模塊（DEM PM）作為基礎，搭建了PM調制通信鏈路。

通過信號合成模塊（Summer RF）注入不同類型的干擾信號，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，通過Summer RF模塊，將單音干擾信號注入到通信鏈路中。仿真過程中，設置仿真環境變量掃描（PARAMETER SWEEP），變換PM調制通信信號的功率，得到單音干擾信號注入情況下誤碼率隨信干比的變化曲線。

圖1 單音干擾PM調制誤碼率仿真

在仿真程序設計中，考慮多種干擾信號，分別有：單音干 擾（T_Tone）、雙音 干 擾（T_Tone2）、多 音 干擾（T_Tone5）與PM調制干擾（T_Mod），各類干擾信號幅度（單位：V）的實部與虛部如圖2所示。

圖2 各類干擾信號實部、虛部隨時間變化曲線

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

圖3 各類干擾信號頻譜分布

由圖3可見，PM調制信號的中心頻率為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）干擾信號頻譜分布于載頻200 MHz一側，這與仿真程序設置參數完全一致。

仿真程序中，掃描PM調制信號的傳輸功率，令其逐漸增大，如圖4所示。

圖4 PM調制信號功率變化

當干擾信號與PM調制信號合成后，進入PM解調器，設置PM解調器的載頻為200 MHz，輸出信號的頻譜如圖5所示。

由圖5可見，經過PM解調，頻譜進行了搬移，由中心頻率200 MHz變為零中頻，且出現很多雜散的信號。

圖5 經過PM解調后頻譜分布

程序中射頻鏈路解調后，設置有低通濾波器，如程序圖1中所示。該低通濾波器的CornerFreq設置為1 MHz，ExcessBW設置為0.5 MHz，其指標參數如圖6所示。

圖6 低通濾波器參數設置

經過低通濾波器后信號頻譜如圖7所示。由圖7可見，大于1 MHz的信號基本全部被濾掉了。

圖7 經過低通濾波器后頻譜分布

利用仿真模塊Ber MC統計各種干擾存在條件下，誤碼率變化曲線如圖8所示。通過對比誤碼率變化關系圖，可以明顯看出對于PM調制信號，多音干擾效果最差，究其原因是因為隨著干擾信號頻率的增加，帶寬擴展，但干擾信號總能量保持不變，而射頻鏈路的低通濾波器會對偏離頻率中心的信號進行衰減。

圖8 PM調制通信信號在各類干擾信號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，可以說在低通濾波器的帶內，濾波器對干擾信號的衰減效果不明顯，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通信調制信號為例，正常PM通信信號的碼片時長為1 μs。當采用相同調制樣式的干擾信號，但是干擾信號的碼速率不同時，設置碼片時長分別為0.1 μs，0.5 μs，1 μs，5 μs與10 μs，研究誤碼率隨碼片時長的變化情況，仿真結果如圖9所示。

圖9 PM調制通信信號在不同碼片時長的干擾信號存在下誤碼率變化曲線

通過圖9可以看出：當干擾信號的碼片時長增加時，誤碼率明顯上升，原因是碼片時長增加導致碼速率下降，干擾信號帶寬變窄，通過低通濾波器后，進入最終通信鏈路的能量增加，因此誤碼率急速上升；當干擾信號的碼片時長縮短后，誤碼率下降，其原理類似于擴頻通信，干擾信號的帶寬展寬，由于低通濾波器的存在，進入最終通信鏈路的能量降低，因此誤碼率下降。

3 結語

本文利用ADS軟件，通過組件化功能模塊，成功搭建了特定調制樣式的通信鏈路。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。通過對比分析仿真結果，可知干擾信號的頻率越靠近中心頻率，則干擾效果越佳。當然本文中沒有考慮過多的信號處理優化算法，不同的信號處理算法產生的信息增益也是不一樣的。