一种任意波形发生器的波形文件产生方法

唐婷

（中国西南电子技术研究所 四川 成都610036）

一种任意波形发生器的波形文件产生方法

唐婷

（中国西南电子技术研究所 四川 成都610036）

针对任意波形发生器中的波形文件产生，给出一种参数优化设计算法。对于任意数字调制信号参数组合，在满足任意波形发生器的存储容量及采样速率条件下，寻求最优波形实际采样总时间以及采样率。设计结果表明，采用本文方法产生的实际信号参数与期望信号参数偏差较小，可满足实际设计需要。

数字调制信号；任意参数；波形文件；采样率

任意波形发生器是一种常见的信号源，它既能产生大量标准信号，又可产生用户自定义信号，因此受到越来越多的关注和研究。随着电子元器件、电路及工艺的提高，任意波形发生器的性能也逐步提高。当前，泰克公司的任意波形发生器AGW7112B采样率10 Msps～24 Gsps可变，存储容量64 MB。

国内任意波形发生器相关研究工作也在逐渐开展[1-15]。文献[1]给出了一种数字化函数发生器设计方法，可产生精度在0.1 Hz～20 kHz的任意函数波形和相移。文献[2]给出了一种采用SDRAM MODULES实现任意波形发生器容量扩展的硬件设计。文献[3]针对单频信号和多频信号，分析了数据取样点数和信号周期数与合成频率误差的关系。文献 [4-5]采用DDS和软件无线电相结合的技术，可产生常规波形信号。文献[6]增大数据ROM的存储量，同时采用改进型相位抖动注入法抑制相位截断误差。数字调制信号是通信、数传等领域的一种常用信号，但上述研究工作并未涉及到任意波形发生器对数字调制信号产生的相关内容。

任意波形发生器并非可以无条件产生任意波形信号，其产生信号受硬件条件的限制，包括存储容量、DA量化位数、最高采样率等。本文工作针对于某一确定的硬件平台，通过对数字调信号的产生波形参数进行优化设计，使得最终输出信号能尽可能满足用户要求。

1 任意波形发生器工作原理

任意波形发生器的工作原理框图如图1所示。用户首先根据需要编辑完成波形文件，然后将波形数据文件放入存储器内，在采样时钟的推动下，波形数据依次通过DAC转化为模拟波形输出。波形文件最终完整有效的输出为模拟信号有以下限制条件：首先，产生的波形数据文件须被完整放入存储器内，因此文件大小不能超出存储器容量；其次，通过对存储器循环寻址，波形数据被循环读取，从而产生连续的模拟信号。若波形数据文件首尾不连续时，则产生的模拟信号会发生跳变，因此波形数据文件需首尾连续；最后，波形数据文件在采样时钟的控制下进行转换，因此产生的波形数据文件需工作在相同的采样时钟。

图1 任意波形发生器的工作原理框图

2 数字调制信号波形的产生

2.1 数字调制信号波形特点

传输数字信号有3种基本调制方式：幅度键控、频移键控和相移键控，它们分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。与数字调制信号波形产生相关参数有：载波中心频率f0、符号速率Rs、码元个数L、采样率fs。图2是相关参数在BPSK调制波形中的示意图，其中fs=5f0，fs=10Rs，L=2。

图2 BPSK波形示意图

2.2 波形文件参数选择

产生的数字调制信号波形文件需满足以下条件：

1）采样总时长Ttotal内包含完整的载波周期和整倍数的码元周期，即：

2）波形文件的采样率需满足奈奎斯特采样率定理，且不高于DAC最高工作频率fDAC，即：

3）波形文件大小满足硬件存储容量要求，即波形文件长度N不大于总存储长度Nmax，数学表达式为：

其中，N=Ttotal·fs。

2.3 参数选择具体步骤

对于任意波形参数f0、Rs和组合，波形文件产生的难点是如何选取同时满足上述3个条件的和总采样总时间。而某些组合情况下，不存在同时满足上述3个条件的fs和Ttotal时，需进行适当调整，以求产生最优波形参数。

文中波形产生参数的设计思想是首先保证符号速率Rs满足设计需求，即滿足；然后，在条件2）和条件3）同时滿足的基础上，寻找最优Ttotal和fs，使得实际产生波形的尽量趋近f0。

具体设计步骤如下：

1）计算采样总时长 Ttotal。 令 k=1，由计算获得采样总时长Ttotal的值。

4）判定上述计算结果是否满足2.1节中条件2）和条件3）。判定是否存在波形文件长度N，满足，即判定是否成立。条件成立则进入步骤5），反之搜索结果，进入步骤8）。

5）令Nk=min{fDAC·Ttotal，Nmax}，并记录当前波形文件长度Nk对应的实际载波中心频率， 以及采样总时长 Ttotal，k。

7）令k=k+1，重新计算采样总时长Ttotal的值。并跳转至步骤2）。

8）搜索结果，获得最优 Ttotal和 fs。 由当前 ky的值，可计算出对应最优Ttotal和fs。

3 设计实例

本节采用第2节中的参数[16]选择方法，对给定的波形参数f0、Rs和L组合，选择最优Ttotal和fs。设定任意波形发生器的储存单元容量为32 MB，DAC的最高工作频率为fADC=24 Gsps，量化位数为8 bit，载波中心频率f0偏差率计算公式为。

图3 设计流程图

表1中随意给出了5种期望波形参数f0、Rs和L组合，以及设计的实际波形参数，从表中可知，实际载波中心频率f′0与期望偏差率f0与具体参数相关，表中的5组参数中偏差率最小为0，最大也仅为5.39e-8。

采用第3组参数产生8PSK信号波形，采用第5组参数产生BPSK信号波形，并将波形数据依次导入任意波形发生器，然后进行连续播放。任意波形发生器的输出信号采用Agilent DSO90604A进行解调，解调参数按照期望波形参数进行设置[17]。信号频谱及解调后的星座图如图4所示。从图4可知，采用本文方法对期望波形参数进行的适当调整，生成的信号波形完成不影响信号解调。

表1 期望波形参数与实际波形参数对照表

图4 信号频谱和解调星座图

4 结 论

文中依据任意波发生器的特点，对数字调制信号的波形文件进行设计，在满足硬件平台各项指标的前提下，使得设计产生的信号波形文件参数与用户期望参数偏差率最小化。本文中5种随机参数组合的设计结果验证了该方法的有效性。

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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稿件编号：201601275

唐 婷（1983—），女，四川成都人，硕士。研究方向：高速数传技术。