DF仿真的背后,隐藏着采样定理

原创 加油射频工程师 2024-11-18 11:08

今日正文

(1)

前阵子,有位课程号友,问我,在进行SystemVue仿真的时候,怎么才能把频谱显示的带宽加宽?

我给的回答是,可以把采样率给提上去。

说到SystemVue的采样率,个人认为,初次接触的时候,还是觉得难以理解的。

因为,在整个链路中,有很多可以设置采样率的地方,DF仿真器上有,器件设置的参数上有时候也有,然后还有各种可以改变采样率的部件。

好在,把DF上的Display Data Flow information选上,SystemVue可以把链路中各个部件的实际samplerate给显示出来,方便我们来辨别。

(2)

为什么会有SampleRate呢?

SystemVue,在进行DF仿真的时候,还是基于离散信号和离散系统的。

所以,仿真的时候,采样定理一直在背后起着作用。

假设我们有调制信号,载波频率为f0,信号带宽为2B,那么如果直接对该调制信号进行仿真,则要求采样率fs>2*(f0+B)。而f0一般频率会比较高,那此时对应的采样数据会很多,仿真处理起来,就会费时费力。

所以,仿真软件给了另外一种选择,就是采用复包络信号,即complex envelope。

比如,下面的osc器件,输出的就是complex envelope信号,如下图①所示,如果用sink来看数据的话,其包络和fc是分开表示的,如下图②所示。

这点,在去年刚接触SystemVue的时候,也是云里雾里,得亏号友指导,用sink把数据调出来,然后分析分析。

(3)

那什么是complex envelope信号呢?

下面是SystemVue给出的定义。

现在我试着结合【1】,来对上面SystemVue的help文件中的定义做一些解释。

在射频系统设计中涉及的型号通常是在带通系统中的已调载波,可以通过同相和正交分量来表示,是一个实信号,即上图中的①。

这个也比较容易理解,比如QPSK调制,一般都采用下面的架构来获得。

就如上面所说,x(t)是一个实信号,是一个载波频率为f0的带通信号,直接仿真的话,数据量会很大。

所以,在仿真软件里,提供了另一个选项,即通过低通等效来简化。

x(t)可以写成:

m(t)就是简化的低通等效,带宽为2B。对m(t)仿真时,采样率均在2B这一量级上,所以仿真时候的数据量显著降低。

怎么获得这个complex envelope信号呢?

就如SystemVue中的定义所示,利用x(t)的Hilbert transform。

(4)

参考文献:

【1】Qizheng Gu,RF System Design of Transceivers for Wireless Communications,2.1.4


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每个分指标的计算后面,都跟着一个仿真验证。所有指标都分配完了以后,还会有一个整体链路的仿真。

整体链路仿真,还分单音时候的验证+调制信号的验证;ADS仿完,再用SystemVue走一遍。

这些仿真步骤,该采用什么模板,各个参数该怎么设置,该用什么等价标准来判断,都是我花了很长时间探索,才联通起来的。

我觉得大概率是全网独一份,因为这些都是我结合软件自带的help文件和模板,再结合项目,一点一点探索出来的,有很多自己的想法在里面。

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