本發(fā)明涉及一種可廣泛用于各類整機、系統及部件、元器件的測試中，作為各種仿真信號或激勵信號發(fā)生器或簡稱信號源，供任意波形發(fā)生器AWG生成數字調制信號波形數據的方法，更具體地說，為任意波發(fā)生器的數字調制信號波形文件產生提供的一種優(yōu)化設計的方法。

技術背景

在測試系統中，激勵信號源作為輸入設備，并不直接測試任何參數。其作用是為待測系統提供激勵信號，或者產生仿真信號，模擬電子設備所需與實際環(huán)境特性相同的信號，其性能指標與待測對象密切相關。信號源在電子實驗和測試處理中，并不測量任何參數而是根據使用者的要求，仿真各種測試信號，提供給被測電路，以達到測試的需要。信號源的種類很多，就產生信號的特征而言，有正弦信號發(fā)生器、函數發(fā)生器、脈沖發(fā)生器、掃描發(fā)生器、任意波形發(fā)生器、合成信號源等。正弦信號發(fā)生器和函數發(fā)生器都只能產生規(guī)則的信號。由分立元件或模擬集成電路構成的波形發(fā)生器,其結構復雜,調試難度大,且不易實現程控。在調試硬件時，常常需要加入一些信號，以觀察電路工作是否正常。用一般的信號發(fā)生器，不但笨重，而且只發(fā)一些簡單的波形，不能滿足需要。在實際電子環(huán)境所設計的電路在運行中，由于各種干擾和響應的存在，實際電路往往存在各種信號缺陷和瞬變信號，例如過脈沖、尖峰、阻尼瞬變、頻率突變等，這些情況的發(fā)生，如在設計之初沒有考慮進去，有的將會產生災難性后果。如果給一個抗沖能力差的電路過尖峰脈沖，將可能會導致整個設備“燒壞”。編輯一個任意波形有時需要花費大量的時間和精力，并且每次編輯波形可能有所差異。在一些航空、交通制造業(yè)等領域中，有些電路運行環(huán)境很難估計，在實驗設計完成之后，在現實環(huán)境還需要作更進一步實驗，有些實驗的成本很高或者風險性很大。

任意波形發(fā)生器(AWG,Arbitrary Waveform Generator)是近年來飛速發(fā)展起來的一類通用信號源。任意波形發(fā)生器是一種特殊的信號源，綜合具有其它信號源波形生成能力，因而適合各種仿真實驗的需要。與傳統信號源相比，任意波形發(fā)生器的最大優(yōu)勢在于其產生信號的方式靈活。它不僅能產生正弦波、方波等標準波形，同時具有輸出頻率穩(wěn)定度和分辨率高，頻率切換速度快，并且切換時輸出波形相位連續(xù)等優(yōu)點。它還可以通過波形編輯軟件，根據用戶的測試需求仿真被測產品在實際條件運行時所遇到的“真實世界”信號，生成任意波形激勵信號，重演由數字示波器捕獲的波形，模擬甚至替代來自某個尚未安裝元件的信號或測試過程中難以重復或很難通過元件和傳感器生成的信號。例如在飛機的可行性和穩(wěn)定性測試中，模擬試機時螺旋槳的運行情況；在通信接收機測試中，仿真接收到的信道衰減信號；在低截獲概率雷達的應用中，產生復雜且捷變的波形等。目前，任意波形發(fā)生器已經取代傳統信號源，廣泛應用于磁盤驅動器測試、串行數據通信、基帶/IF調制測試、汽車防抱死、發(fā)動機控制、變頻器和生物醫(yī)學模擬等領域。

AWG的基本設計思想是把所需重現的信號波形截取一個周期進行均勻采樣，保存在存儲器中。把存儲器中的波形數據按順序讀出，經數字模擬轉換器DAC轉換后，再濾波，獲得所需要的波形。AWG和數字存儲示波器在原理上可以認為是一個互逆的過程。數字存儲示波器把模擬波形通過ADC數字化，AWG把數字化的波形數據通過數字模擬轉換器DAC轉換為模擬波形。這兩類儀器都受Nyquist定律約束，能夠測量/輸出的最高頻率分量不超過ADC/數字模擬轉換器DAC采樣率的一半。就是說，根據Nyquist定律，AWG能夠輸出的最高頻率成分不超過最大采樣率的一半。實際應用中，AWG所用到的波形數據不全是真正采樣獲得的，通常用軟件輔助產生。

在圖3所示的在任意波形發(fā)生器中，用戶首先要根據需要編輯完成波形文件，然后將波形數據文件放入任意波發(fā)生器的存儲器內，在采樣時鐘的推動下，波形數據依次通過數字模擬轉換器DAC轉化為模擬波形輸出。然而，任意波形發(fā)生器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，文件大小不能超出存儲器容量；其次，通過對存儲器循環(huán)尋址，波形數據被循環(huán)讀取，產生連續(xù)的模擬信號。若波形數據文件首尾不連續(xù)，產生的模擬信號會發(fā)生跳變，因此波形數據文件需首尾連續(xù)，而且波形數據文件在采樣時鐘的控制下進行轉換，所產生的波形數據文件需工作在相同的采樣時鐘。上述約束條件決定了，在有限的存儲器容量下，任意波發(fā)生器的存儲器無法保存高采樣率下的長時間波形數據。

從目前發(fā)展狀況來看，國外任意波形發(fā)生器的研制和生產起步較早，技術已經比較成熟。國內起步較晚，目前文獻可見的研究大多集中于任意波形發(fā)生器的硬件設計，或是產生單頻、AM、FM等信號。數字調制信號是通信、數傳等領域的一種常用信號，但目前文獻研究工作并未涉及到任意波形發(fā)生器對數字調制信號產生的相關內容。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現有技術的不足之處，提出一種可生成穩(wěn)定、低失真輸出信號，能保持信號波形文件的連續(xù)性和完整性，且波形文件首尾相連，循環(huán)讀取不會產生相位跳變，供任意波形發(fā)生器AWG生成數字調制信號波形數據的方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提出的一種供AWG生成數字調制信號波形數據的方法，具有如下技術特征：

選取同時滿足任意波形參數的載波中心頻率f₀、符號速率R_s和碼元個數L組合三個條件的采樣率f_s和采樣總時長T_total；同時在滿足：波形文件的采樣率f_s滿足奈奎斯特采樣率定理，且不高于數字模擬轉換器DAC最高工作頻率f_DAC和波形文件大小滿足硬件存儲容量兩個條件下，尋找最優(yōu)采樣總時長T_total和采樣率f_s，使產生的實際載波中心頻率f′₀波形趨近于載波中心頻率f₀；循環(huán)搜索采樣總時間、采樣率以及微調載波中心頻率參數，求取產生最優(yōu)波形參數，生成首尾相連，循環(huán)讀取不產生相位跳變的信號波形文件。

本發(fā)明相比于現有技術具有如下有益效果：

本發(fā)明在首先保證符號速率R_s滿足設計需求；然后，同時滿足以下兩個條件：波形文件的采樣率f_s滿足奈奎斯特采樣率定理，且不高于數字模擬轉換器DAC最高工作頻率f_DAC，和波形文件大小滿足硬件存儲容量的上述條件下尋找最優(yōu)采樣總時長T_total和f_s，使得實際產生波形的f′₀盡量趨近f₀，可保證波形文件的連續(xù)性和完整性，且能產生方便程控、調試容易的多種類信號波形。通過選取適當的采樣總時間、采樣率以及微調載波中心頻率參數，可生成穩(wěn)定、精確、純凈、連續(xù)和低失真輸出信號的信號波形文件，為日益提高的測量挑戰(zhàn)提供了優(yōu)秀的波形應用混合信號激勵解決方案。

本發(fā)明通過選取適當的采樣總時間、采樣率以及微調載波中心頻率參數，產生信號波形文件。產生的信號波形文件可滿足對應信號參數組合，通過輸入接口導入到任意波形發(fā)生器的存儲器內，在采樣時鐘的控制下轉換為連續(xù)模擬波形輸出。產生的波形文件可導入各種任意波形發(fā)生器，輸出對應信號，增加了任意波形發(fā)生器使用的靈活性。

本發(fā)明對于任意數字調制信號的參數組合，在滿足任意波形發(fā)生器的存儲容量和采樣速率限制條件下，尋求參數優(yōu)化設計，生成信號波形文件，參數優(yōu)化設計通過循環(huán)搜索的方式，選取適當的采樣總時間、采樣率以及微調的載波中心頻率參數，在滿足任意波形發(fā)生器的存儲容量及采樣速率條件下，可以獲得最優(yōu)波形實際采樣總時間以及采樣率。產生的信號波形文件包含完整的數據信息，且波形文件首尾相連，能保持信號波形文件的連續(xù)性和完整性，循環(huán)讀取不會產生相位跳變。產生的信號波形文件通過輸入接口導入到任意波形發(fā)生器的存儲器內，在采樣時鐘的控制下轉換為連續(xù)模擬波形輸出。

附圖說明

為了更清楚地理解本發(fā)明，現將通過本發(fā)明實施例，同時參照附圖，來描述本發(fā)明，其中：

圖1是含有本發(fā)明的任意波形發(fā)生器的工作原理框圖。

圖2是本發(fā)明數字調制信號的波形示意圖。

圖3是本發(fā)明生成數字調制信號波形數據的流程圖。

具體實施方式

參閱圖1、圖2。傳輸數字信號有三種基本調制方式：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R_s、碼元個數L和采樣率f_s。根據本發(fā)明，選取同時滿足任意波形參數的載波中心頻率f₀、符號速率R_s和碼元個數L組合，三個條件的采樣率f_s和采樣總時長T_total；同時在滿足：波形文件的采樣率f_s滿足奈奎斯特采樣率定理，且不高于數字模擬轉換器DAC最高工作頻率f_DAC和波形文件大小滿足硬件存儲容量兩個條件下，尋找最優(yōu)采樣總時長T_total和采樣率f_s，使產生的實際載波中心頻率f′₀波形趨近于載波中心頻率f₀；循環(huán)搜索采樣總時間、采樣率以及微調載波中心頻率參數，求取產生最優(yōu)波形參數，生成首尾相連，循環(huán)讀取不產生相位跳變的信號波形文件。

在對于任意波形參數載波中心頻率f₀、符號速率R_s和碼元個數L組合中，某些組合情況下，不存在同時滿足上述三個條件的f_s和采樣總時長T_total時，適當調整載波中心頻率f₀，選取同時滿足上述三個條件的f_s和采樣總時長T_total，以求產生最優(yōu)波形參數。

產生的數字調制信號波形文件需滿足以下條件：

條件1：采樣總時長T_total內包含完整的載波周期和L整倍數的碼元周期，即：

為正整數。

條件2：波形文件的采樣率f_s需滿足奈奎斯特采樣率定理，且不高于數字模擬轉換器DAC最高工作頻率f_DAC，即：

2(f₀+R_s)≤f_s≤f_DAC

條件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N_max，數學表達式為：

N≤N_max

其中，N＝T_total·f_s。

參閱圖3。對于任意波形參數f₀、R_s和L組合，波形文件產生的難點是如何選取同時滿足上述三個條件的f_s和采樣總時長T_total。而某些組合情況下，不存在同時滿足上述三個條件的f_s和采樣總時長T_total時，需進行適當調整，以求產生最優(yōu)波形參數。本發(fā)明的設計思想是首先保證符號速率R_s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(yōu)采樣總時長T_total和f_s，使得實際產生波形的f′₀盡量趨近f₀。

具體設計步驟如下：

(1)在計算采樣總時長時，令循環(huán)參數k＝1，由計算獲得采樣總時長T_total的值。

(2)計算實際載波個數m′。根據可計算出當前采樣總時長T_total對應載波中心頻率f₀的載波個數m。對m四舍五入獲得調整后的載波個數m′。

(3)計算實際載波中心頻率f′₀。由采樣總時長T_total和載波實際個數m′，根據可獲得實際載波中心頻率f′₀。

(4)判定上述計算結果是否滿足條件2和條件3。判定是否存在波形文件長度N，滿足2(f′₀+R_s)·T_total≤N≤min{f_DAC·T_total,N_max}，

即判定2(f′₀+R_s)·T_total≤min{f_DAC·T_total,N_max}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N_k＝min{f_DAC·T_total,N_max}，并記錄當前波形文件長度N_k對應的實際載波中心頻率f′_0,k，以及采樣總時長T_total,k。

(6)對實際載波中心頻率f′_0,k進行判決，若f′_0,k＝f₀，則尋找到同時滿足3.1節(jié)中三個條件的f_s和總采樣總時長T_total，將f′_0,k保存至暫時最優(yōu)f′_0,y，并同時保存f′_0,k對應的k至k_y。搜索結束，跳轉至步驟(8)。若f′_0,k≠f₀，則將本次循環(huán)所得的f′_0,k與暫時最優(yōu)f′_0,y進行比較，兩者中與f₀偏差較小的值保存到暫時最優(yōu)f′_0,y，并同時保存對應k至k_y。若k＝1，則f′_0,y＝f′_0,1，k_y＝1。

(7)令k＝k+1，重新計算采樣總時長T_total的值。并跳轉至步驟(2)。

(8)搜索結果，獲得最優(yōu)T_total和f_s。由當前循環(huán)參數k_y的值，可計算出對應最優(yōu)T_total和采樣率f_s。