基于ADS仿真的最佳干扰信号分析

郝晓军，李永成，李廷鹏

（电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南 洛阳 471003）

0 引言

目前，电磁环境错综复杂，各种信号纵横交错、密集重叠，对各类电子设备的正常工作造成极大挑战[1-3]，对于射频通信链路在复杂电磁环境下的工作性能亟需一种有效手段来进行分析预测。ADS（Advanced Design System）软件是美国安捷伦（Agilent）公司所开发的电子设计自动化软件，功能丰富、仿真手段多样，包括时域电路仿真（SPICE-like Simulation）、射频电路仿真（包括Harmonic Balance和Linear Analysis）、三维电磁仿真（EM Simulation）、通信系统仿真（Communication System Simulation）和数字信号仿真设计（DSP）等，是一款功能强大的射频电路设计与仿真工具软件。支持几乎所有的RF设计，从基础的混频器与放大器等离散的射频/微波模块，到应用于通信和航天/国防的集成MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit），是当今主流EDA（Electronic Design Automation）软件[4-6]。

本文借助ADS软件，通过对通信链路进行建模，开展系统级仿真研究。误码率是衡量数据在规定时间内传输准确性的指标，其数值等于传输误码数量与总码数的比值，该指标可以准确衡量通信链路的可靠性[7-9]。项目组通过给射频链路注入不同类型的干扰信号[10-11]，以误码率为衡量标准，研究系统性能降级的变化情况。

通过仿真与理论分析相结合，得出特定调制样式下的最佳干扰信号类型，最终为后期智能零和博弈做好技术上的前期铺垫[12-13]。

1 不同干扰样式下误码率随信干比变化研究

利用ADS软件可以搭建不同调制样式的通信链路。本文以ADS软件模型库中的调制模块（MOD PM）与解调模块（DEM PM）作为基础，搭建了PM调制通信链路。

通过信号合成模块（Summer RF）注入不同类型的干扰信号，观察误码率随信干比的变化情况，仿真程序如图1所示。

图1中采用的是单音干扰信号，通过Summer RF模块，将单音干扰信号注入到通信链路中。仿真过程中，设置仿真环境变量扫描（PARAMETER SWEEP），变换PM调制通信信号的功率，得到单音干扰信号注入情况下误码率随信干比的变化曲线。

图1 单音干扰PM调制误码率仿真

在仿真程序设计中，考虑多种干扰信号，分别有：单音干 扰（T_Tone）、双音 干 扰（T_Tone2）、多 音 干扰（T_Tone5）与PM调制干扰（T_Mod），各类干扰信号幅度（单位：V）的实部与虚部如图2所示。

图2 各类干扰信号实部、虚部随时间变化曲线

各干扰信号载频与PM调制传输信号载频一致（200 MHz），且输出功率保持一致，如图3所示。

图3 各类干扰信号频谱分布

由图3可见，PM调制信号的中心频率为200 MHz，单音、双音以及多音（0.1 MHz，0.3 MHz，0.5 MHz，0.7 MHz，0.9 MHz）干扰信号频谱分布于载频200 MHz一侧，这与仿真程序设置参数完全一致。

仿真程序中，扫描PM调制信号的传输功率，令其逐渐增大，如图4所示。

图4 PM调制信号功率变化

当干扰信号与PM调制信号合成后，进入PM解调器，设置PM解调器的载频为200 MHz，输出信号的频谱如图5所示。

由图5可见，经过PM解调，频谱进行了搬移，由中心频率200 MHz变为零中频，且出现很多杂散的信号。

图5 经过PM解调后频谱分布

程序中射频链路解调后，设置有低通滤波器，如程序图1中所示。该低通滤波器的CornerFreq设置为1 MHz，ExcessBW设置为0.5 MHz，其指标参数如图6所示。

图6 低通滤波器参数设置

经过低通滤波器后信号频谱如图7所示。由图7可见，大于1 MHz的信号基本全部被滤掉了。

图7 经过低通滤波器后频谱分布

利用仿真模块Ber MC统计各种干扰存在条件下，误码率变化曲线如图8所示。通过对比误码率变化关系图，可以明显看出对于PM调制信号，多音干扰效果最差，究其原因是因为随着干扰信号频率的增加，带宽扩展，但干扰信号总能量保持不变，而射频链路的低通滤波器会对偏离频率中心的信号进行衰减。

图8 PM调制通信信号在各类干扰信号存在下的误码率变化曲线

单音干扰的频率最靠近中心频率，可以说在低通滤波器的带内，滤波器对干扰信号的衰减效果不明显，因此干扰效果最好。

2 不同码速率情况下误码率差异仿真

同样以PM通信调制信号为例，正常PM通信信号的码片时长为1 µs。当采用相同调制样式的干扰信号，但是干扰信号的码速率不同时，设置码片时长分别为0.1 µs，0.5 µs，1 µs，5 µs与10 µs，研究误码率随码片时长的变化情况，仿真结果如图9所示。

图9 PM调制通信信号在不同码片时长的干扰信号存在下误码率变化曲线

通过图9可以看出：当干扰信号的码片时长增加时，误码率明显上升，原因是码片时长增加导致码速率下降，干扰信号带宽变窄，通过低通滤波器后，进入最终通信链路的能量增加，因此误码率急速上升；当干扰信号的码片时长缩短后，误码率下降，其原理类似于扩频通信，干扰信号的带宽展宽，由于低通滤波器的存在，进入最终通信链路的能量降低，因此误码率下降。

3 结语

本文利用ADS软件，通过组件化功能模块，成功搭建了特定调制样式的通信链路。采用注入式仿真方式，仿真分析了不同干扰类型、不同码片速率情况下的干扰效果。通过对比分析仿真结果，可知干扰信号的频率越靠近中心频率，则干扰效果越佳。当然本文中没有考虑过多的信号处理优化算法，不同的信号处理算法产生的信息增益也是不一样的。