一種任意波形發生器的波形文件產生方法

唐婷

（中國西南電子技術研究所 四川 成都610036）

一種任意波形發生器的波形文件產生方法

唐婷

（中國西南電子技術研究所 四川 成都610036）

針對任意波形發生器中的波形文件產生，給出一種參數優化設計算法。對于任意數字調制信號參數組合，在滿足任意波形發生器的存儲容量及采樣速率條件下，尋求最優波形實際采樣總時間以及采樣率。設計結果表明，采用本文方法產生的實際信號參數與期望信號參數偏差較小，可滿足實際設計需要。

數字調制信號；任意參數；波形文件；采樣率

任意波形發生器是一種常見的信號源，它既能產生大量標準信號，又可產生用戶自定義信號，因此受到越來越多的關注和研究。隨著電子元器件、電路及工藝的提高，任意波形發生器的性能也逐步提高。當前，泰克公司的任意波形發生器AGW7112B采樣率10 Msps～24 Gsps可變，存儲容量64 MB。

國內任意波形發生器相關研究工作也在逐漸開展[1-15]。文獻[1]給出了一種數字化函數發生器設計方法，可產生精度在0.1 Hz～20 kHz的任意函數波形和相移。文獻[2]給出了一種采用SDRAM MODULES實現任意波形發生器容量擴展的硬件設計。文獻[3]針對單頻信號和多頻信號，分析了數據取樣點數和信號周期數與合成頻率誤差的關系。文獻 [4-5]采用DDS和軟件無線電相結合的技術，可產生常規波形信號。文獻[6]增大數據ROM的存儲量，同時采用改進型相位抖動注入法抑制相位截斷誤差。數字調制信號是通信、數傳等領域的一種常用信號，但上述研究工作并未涉及到任意波形發生器對數字調制信號產生的相關內容。

任意波形發生器并非可以無條件產生任意波形信號，其產生信號受硬件條件的限制，包括存儲容量、DA量化位數、最高采樣率等。本文工作針對于某一確定的硬件平臺，通過對數字調信號的產生波形參數進行優化設計，使得最終輸出信號能盡可能滿足用戶要求。

1 任意波形發生器工作原理

任意波形發生器的工作原理框圖如圖1所示。用戶首先根據需要編輯完成波形文件，然后將波形數據文件放入存儲器內，在采樣時鐘的推動下，波形數據依次通過DAC轉化為模擬波形輸出。波形文件最終完整有效的輸出為模擬信號有以下限制條件：首先，產生的波形數據文件須被完整放入存儲器內，因此文件大小不能超出存儲器容量；其次，通過對存儲器循環尋址，波形數據被循環讀取，從而產生連續的模擬信號。若波形數據文件首尾不連續時，則產生的模擬信號會發生跳變，因此波形數據文件需首尾連續；最后，波形數據文件在采樣時鐘的控制下進行轉換，因此產生的波形數據文件需工作在相同的采樣時鐘。

圖1 任意波形發生器的工作原理框圖

2 數字調制信號波形的產生

2.1 數字調制信號波形特點

傳輸數字信號有3種基本調制方式：幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控，它們分別對應于用正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號。與數字調制信號波形產生相關參數有：載波中心頻率f0、符號速率Rs、碼元個數L、采樣率fs。圖2是相關參數在BPSK調制波形中的示意圖，其中fs=5f0，fs=10Rs，L=2。

圖2 BPSK波形示意圖

2.2 波形文件參數選擇

產生的數字調制信號波形文件需滿足以下條件：

1）采樣總時長Ttotal內包含完整的載波周期和整倍數的碼元周期，即：

2）波形文件的采樣率需滿足奈奎斯特采樣率定理，且不高于DAC最高工作頻率fDAC，即：

3）波形文件大小滿足硬件存儲容量要求，即波形文件長度N不大于總存儲長度Nmax，數學表達式為：

其中，N=Ttotal·fs。

2.3 參數選擇具體步驟

對于任意波形參數f0、Rs和組合，波形文件產生的難點是如何選取同時滿足上述3個條件的和總采樣總時間。而某些組合情況下，不存在同時滿足上述3個條件的fs和Ttotal時，需進行適當調整，以求產生最優波形參數。

文中波形產生參數的設計思想是首先保證符號速率Rs滿足設計需求，即滿足；然后，在條件2）和條件3）同時滿足的基礎上，尋找最優Ttotal和fs，使得實際產生波形的盡量趨近f0。

具體設計步驟如下：

1）計算采樣總時長 Ttotal。 令 k=1，由計算獲得采樣總時長Ttotal的值。

4）判定上述計算結果是否滿足2.1節中條件2）和條件3）。判定是否存在波形文件長度N，滿足，即判定是否成立。條件成立則進入步驟5），反之搜索結果，進入步驟8）。

5）令Nk=min{fDAC·Ttotal，Nmax}，并記錄當前波形文件長度Nk對應的實際載波中心頻率， 以及采樣總時長 Ttotal，k。

7）令k=k+1，重新計算采樣總時長Ttotal的值。并跳轉至步驟2）。

8）搜索結果，獲得最優 Ttotal和 fs。 由當前 ky的值，可計算出對應最優Ttotal和fs。

3 設計實例

本節采用第2節中的參數[16]選擇方法，對給定的波形參數f0、Rs和L組合，選擇最優Ttotal和fs。設定任意波形發生器的儲存單元容量為32 MB，DAC的最高工作頻率為fADC=24 Gsps，量化位數為8 bit，載波中心頻率f0偏差率計算公式為。

圖3 設計流程圖

表1中隨意給出了5種期望波形參數f0、Rs和L組合，以及設計的實際波形參數，從表中可知，實際載波中心頻率f′0與期望偏差率f0與具體參數相關，表中的5組參數中偏差率最小為0，最大也僅為5.39e-8。

采用第3組參數產生8PSK信號波形，采用第5組參數產生BPSK信號波形，并將波形數據依次導入任意波形發生器，然后進行連續播放。任意波形發生器的輸出信號采用Agilent DSO90604A進行解調，解調參數按照期望波形參數進行設置[17]。信號頻譜及解調后的星座圖如圖4所示。從圖4可知，采用本文方法對期望波形參數進行的適當調整，生成的信號波形完成不影響信號解調。

表1 期望波形參數與實際波形參數對照表

圖4 信號頻譜和解調星座圖

4 結 論

文中依據任意波發生器的特點，對數字調制信號的波形文件進行設計，在滿足硬件平臺各項指標的前提下，使得設計產生的信號波形文件參數與用戶期望參數偏差率最小化。本文中5種隨機參數組合的設計結果驗證了該方法的有效性。

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Method of waveform file generation in arbitrary wave generator

TANG Ting
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

An algorithm of parameter optimize design is given for waveform file generation in arbitrary wave generator.For random parameter combination of digital modulation signals to seeking the best actual sampling time and sampling rate，which satisfy the condition of memory capability and sampling rate in arbitrary wave generator.Design result indicates that the warp between actual signal parameter generated by the proposed method and expected signal parameter is less，and the design results meet actual demand.

digital modulation signals；arbitrary parameter；wave file；sampling rate

TN98

：A

：1674-6236（2017）08-0075-03

2016-01-28稿件編號：201601275

唐 婷（1983—），女，四川成都人，碩士。研究方向：高速數傳技術。