虛擬仿真通信系統(tǒng)ADS在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用

蘇博

【摘要】 虛擬仿真又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。本文擬通過Agilent公司的ADS虛擬仿真通信系統(tǒng)軟件，在介紹其功能特點(diǎn)的同時(shí)，希望能有效解決困擾高校的因資金不足導(dǎo)致通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件欠缺所導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)效果差等相關(guān)問題，并對(duì)教學(xué)實(shí)踐課程的改革提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】 虛擬仿真 ADS 教學(xué)改革

引言

當(dāng)今的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師除了要面對(duì)進(jìn)一步減小系統(tǒng)的體積和成本外，還要更好地進(jìn)行數(shù)字和射頻部分指標(biāo)的分配從而獲得更好的系統(tǒng)整體性能。在學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，往往因?yàn)楦鞣N經(jīng)費(fèi)問題，導(dǎo)致許多大型實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等無法提供給學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)操作，虛擬仿真軟件的興起，則成為必然，對(duì)于教學(xué)改革來說，意義重大。[1]

一、ADS仿真軟件簡(jiǎn)介及主要功能特點(diǎn)

1.1 ADS仿真軟件簡(jiǎn)介

ADS（Advanced Design System）是美國(guó)Agilent公司推出的電路和系統(tǒng)分析軟件，它能夠同時(shí)仿真射頻（RF），模擬（Analog），數(shù)字信號(hào)處理（DSP）電路，并可對(duì)數(shù)字電路和模擬電路的混合電路進(jìn)行協(xié)同仿真。

1.2 ADS仿真軟件主要特點(diǎn)

（1）可根據(jù)硬件測(cè)試建立仿真模型

ADS可利用相應(yīng)硬件測(cè)試儀，通過仿真模型的建立，實(shí)現(xiàn)其對(duì)現(xiàn)有元件、硬件在新設(shè)計(jì)中應(yīng)用性能的評(píng)估，給出適度的評(píng)估報(bào)告，從而更進(jìn)一步了解設(shè)計(jì)返工情況，以幫助減少重復(fù)設(shè)計(jì)的次數(shù)，對(duì)實(shí)踐教學(xué)有極強(qiáng)的指導(dǎo)意義[2]。

（2）可通過測(cè)試儀表，檢測(cè)空間信道及干擾

ADS可利用自身發(fā)射機(jī)模塊及相關(guān)測(cè)試儀，對(duì)在一般普通實(shí)驗(yàn)中很難捕捉、檢測(cè)的信道干擾做全方位測(cè)試，可對(duì)諸如多徑效應(yīng)、時(shí)延效應(yīng)、多普勒頻移效應(yīng)等做較為精準(zhǔn)的接收測(cè)試，同時(shí)以較為直觀的方式顯示數(shù)據(jù)、圖形。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)人員或?qū)W生只需要做簡(jiǎn)單的硬件接收機(jī)，便可以有效利用ADS軟件仿真系統(tǒng)，從而得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，豐富了教學(xué)手段及內(nèi)容。

二、ADS在教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的主要應(yīng)用

為了有效體現(xiàn)ADS在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，以作者所在單位學(xué)校（貴州理工學(xué)院）學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，利用學(xué)校現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其中包括：ESG信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)，信號(hào)分析儀（示波器）1臺(tái)，被測(cè)元件1個(gè)，ADS仿真系統(tǒng)一套，對(duì)ADS的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

2.1 案例應(yīng)用1

為了有更好的設(shè)計(jì)預(yù)示能力，使仿真效果達(dá)到最佳，最終結(jié)果如下圖1（VSA中顯示數(shù)據(jù)）所示[3]：

由上圖可見，ADS中產(chǎn)生的并行數(shù)據(jù)DATA通過并串變換進(jìn)入到串行數(shù)據(jù)接口中進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A），轉(zhuǎn)換同時(shí)在進(jìn)行正交振幅調(diào)制（QAM），使得到的數(shù)據(jù)波形被調(diào)制后進(jìn)入ESG信號(hào)發(fā)生器；同時(shí)，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)通過被測(cè)通信硬件設(shè)備工作，產(chǎn)生新的被測(cè)信號(hào)，通入信號(hào)分析儀，得到新信號(hào)的分析結(jié)果；最終通過VSA顯示單元顯示ADS模擬信號(hào)與新信號(hào)的對(duì)應(yīng)參數(shù)，從而可作為對(duì)被測(cè)硬件設(shè)備相關(guān)參數(shù)調(diào)整的參考。[3]

2.2 案例擴(kuò)展應(yīng)用2

ADS還可以進(jìn)一步進(jìn)行擴(kuò)展，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新測(cè)試項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)：可建立起小型射頻測(cè)試中心，模擬相對(duì)較為負(fù)責(zé)的射頻環(huán)境，解決了以往射頻測(cè)試中涉及的費(fèi)用高、設(shè)備復(fù)雜等問題，使得學(xué)生可以輕易組建簡(jiǎn)易射頻測(cè)試系統(tǒng)，并可對(duì)其功能做進(jìn)一步擴(kuò)展。實(shí)驗(yàn)可以通過ADS的仿真功能，建立起信號(hào)源功能模型及損傷模型，并設(shè)定好特定的測(cè)試算法，等待被測(cè)件引入系統(tǒng)后，便形成了一個(gè)簡(jiǎn)單的小型射頻測(cè)試中心。可通過信號(hào)分析儀中的算法分析，得到通過被測(cè)件后的實(shí)際射頻損傷數(shù)據(jù)，可與之前建立的損傷模型中的信號(hào)進(jìn)一步做數(shù)據(jù)對(duì)比，從而可以了解到被測(cè)件射頻特征，最終得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果。[3]

結(jié)論：本文以ADS虛擬仿真通信系統(tǒng)軟件作為研究對(duì)象，在介紹其功能特點(diǎn)的同時(shí)，以貴州理工學(xué)院在校學(xué)生為例，通過教學(xué)實(shí)例及其在教學(xué)中的主要應(yīng)用，大力提倡廣泛推進(jìn)虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，希望能對(duì)未來的實(shí)踐教學(xué)改革提供借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張軍國(guó)，周峰.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)格化優(yōu)化部署及仿真研究[J].新型工業(yè)化，2011，1（9）：91-97.

[2] 王兆祥等.通信系統(tǒng)仿真[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2009，09：124-126.

[3] 邵玉斌著.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析[M].清華大學(xué)出版社，2008，06：56-58.