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信元及误码率测试技术研究

发布时间:2019-06-16 19:51 来源:未知 编辑:admin

  通信论坛责任编辑:姚翌 信元及误码率测试技术研究 (1中国电子科技集团公司第54研究所河北石家庄050081)(2石家庄信息工程职业学院 河北石家庄050035) 要】首先概述便携型信元及误码率测试设备研制需求。针对标准/无线ATM信元格式,研究测试信元格式、标准/无线信元的测试及信道误码率的测试技术体制及实现方法,详细描述测试设备的硬件和软件设计信息流程,介绍测试设备在 工程实践中的信元测试和误码率测试2种应用模式。 【关键词】便携 信元误码测试 1引言 在大型网络工程实践中,对ATM交换机的性能及运行协议 进行测试和评估,在系统联试和系统交付过程中仲裁系统故障, 以及测试网络性能和方便用户维护和检修,需要测试无线/标准 ATM信元的传输与交换的信元差错率、信元丢失率、信元误插 率、信元传输时延、信元时延变化,还需要测试系统的误码率。现 有的测试仪器只能针对标准信元进行测试,而且信元测试与误码 率测试由不同的仪器完成,所需设备多,设备体积较大,给实际使 用带来不便。便携型信元及误码率测试设备正是针对这种情况研 制的一种适合于工程应用、便于携带的一体化信元及误码率测试 设备,其中信元测试和误码率测试为设备研制的2项关键技术, 是本文研究的重点。 2信元测试和误码率测试概述 2.1测试信元格式 进行性能测试时, 标志数据由48字节净荷 承载,分成4部分:发送 图1测试信元的净荷格式 顺序号码,时间标签,未使用字段和校验字段,如图1所示。其中, sN和Ts用于信元丢失率测试,cRC用于信元差错率测试;未 使用字段总是被置0;发送顺序号码是1个32#bit的计数器,每 发送1个信元,sN加1;发送时间标签是1个32j[j}bit二进制累加 器,时间标签精度为6111s(按2 M或者8 M时钟),发送信元 时,将当前时间放入TS字段。 2.2误码率测试数据格式 误码率测试数据格式采取2n一1(n=2—32)的伪随机码序列。 收稿日期:2006一05—03 44 2.3测试项目的定义测试设备主要对被测系统进行6个方面的测试,以评估系统 的性能,测试包括: 信元丢失率:将单位时间内应该接收到的信元数和丢失的信 元数进行累计,得到当前的总信元数T和总丢失信元数L,二者 比较得到当前的信元丢失率:cLR=L/T。 信元差错率:将单位时间内应该接收到的信元数和出错的信 元数进行累计,得到当前的总信元数T和总错误信元数E,二者 比较得到当前的信元差错率:cER=E/T。 信元误插率:将单位时间内(0.5 s)应该接收到的信元数和 数M,二者比较得到当前的信元误插率:MsR=L/T,并将T、M、MsR一起提供给显示界面。 信元传输时延:将当前收到的所有信元的时延做比较,得到 最大和最小时延cTDmax、CTDm.m,并将每次统计的单位时间 (o.5s)内所有信元的时延取平均值,得到瞬时平均信元时延 CTDmeaIl。 信元时延变化:cTDmaX和cTDmiIl之差值即为信元时延 变化。 误码个数和误码率:单位时间内收到的错误的数据比特个数 称为误码个数。将单位时间内应该接收到的数据比特数和错误的 比特数进行累计,得到当前的总数据比特数N和总错误数据比 特数E,二者相除得到当前的误码率:BER=E/N。 3技术实现 从方便携带、易于实现、接口通用几方面考虑,便携型信元及 误码率测试设备由便携笔记本计算机内嵌PcI插卡构成,功能组 成框图见图2。以下分信元测试和误码率测试2部分进行介绍。 万方数据 责任编辑:姚翌 通信论坛 或/主机\系圈圈l黧I 统PCI插卡 图2便携型信元及误码率测试设备组成框图 3.1信元测试的实现 信元测试由硬件与软件相结合来实现。硬件部分由图2中的 FPGA及接口电路组成,FPGA采用xILINx公司的sPARTAN— II系列的FPGA,性价比高,速度快、性能好、工作比较稳定。电路 设计采用vHDL语言进行设计,易调试、修改和移植,FPGA主要 完成下列功能:信元测试时产生测试数据序列、信元测试时判断 收回的信元数据,从而统计出信元丢失率和信元差错率、完成无 线信元的Rs编码/解码功能、完成帧生成和帧同步功能、完成 E1/E2帧适配/解适配功能、总线扩展和时序匹配处理。信元测试 软件部分主要实现ATM信元测试结果的统计和上报,是信元测 试的主要部分:1)接收板级维护管理软件发送的消息,进行相应 的设置;2)读取FpGA产生的ATM信元的瞬间测试结果(包括瞬 间接收总数、瞬间差错数、瞬间丢失数、瞬间误差数和时延等);3) 进行统计计算,算出迄今信元总数、总差错数、总丢失数、总误插 数、最大时延、最小时延、平均时延等性能指标;4)向板级维护管 理软件模块发送消息,将瞬间测试结果和统计计算结果上报。 3.1.1模块的外部接口 ATM信元测试软件模块的实现是硬件FPGA发起中断,中 断服务程序函数调用,读取FPGA的测试结果,进行处理。板级维 护管理软件向ATM信元测试模块发送消息,通过接收消息队 列,判断消息类型,根据消息类型进行不同的处理,同时向板级维 护管理软件回送响应消息。ATM信元测试软件模块通过cPu接 口对FPGA进行设置,读取FPGA的测试结果。 3.1.2内部信息流程 ATM信元测试软件内分为消息接收与处理单元、性能测试 统计与上报单元、中断处理单元3部分。消息接收与处理单元的 功能主要是接收来自板级维护管理软件发送来的消息,判断消息 类型,根据消息类型进行不同的处理。性能测试统计与上报单元 主要完成ATM信元测试的统计计算和上报。读取FPGA的瞬时 计算结果,进行统计、累计运算并定时向板级维护管理软件汇报。 同时读取告警指示寄存器,如果线路异常,及时上报给板级维护 管理软件模块;中断处理单元主要是接收来自FPGA的中断,通 过中断服务程序进行中断处理。 中断处理单元与性能测试统计与上报单元之间为API接口, 通过调用性能测试统计与上报单元提供的API函数实现;消息接 收与处理单元接收到消息后,修改性能测试统计与上 报单元的全局变量,使性能测试统计与上报单元的处 理与界面设置一致。 3.2误码率测试的实现 误码率测试由硬件结合软件来实现。硬件部分主 要由图2中的FPGA、接口电路、误码率测试电路组 成,其中接口电路与信元测试部分相同,FPGA与信元 测试部分为同一芯片,增加对误码率测试单元进行数 据格式适配/解适配的功能;误码率测试电路采用专用数字误码 率测试芯片产生一定的误码率测试数据序列,检验收回测试数 据序列,统计误码个数、比特加误。误码率测试软件部分完成误 码率测试结果的统计和上报。功能包括:1)接收板级维护管理软 件发送的消息,进行相应的设置;2)读取误码率测试芯片产生的 误码率测试结果(包括瞬间误码总数等);3)进行统计计算,算出 迄今总数(包括迄今误码总数、迄今误码率,测试时间等);4)向板 级维护管理软件模块发送消息,将瞬间测试结果和统计计算结 果上报。 3.2.1模块的外部接口 误码率的测试主要由误码率测试芯片完成,由cPu读取测 试结果,统计计算,再上报人机界面。误码率测试软件模块也通过 消息队列接收外部消息,进行处理,回送响应消息给发送单元。误 码率测试软件模块通过cPu接口的地址总线,数据总线和控制 总线对误码率测试芯片进行设置,直接读取误码率测试芯片的测 试结果。 3.2.2内部信息流程 误码率测试软件分为消息接收与处理单元、性能测试统计与 上报单元、误码率测试芯片读写控制单元3部分。消息接收与处 理单元的功能主要是接收来自板级维护管理软件发送来的消息, 判断消息类型,根据消息类型进行不同的处理。性能测试统计与 上报单元主要完成误码率测试的统计计算和上报。读取误码率测 试芯片的测试结果,进行统计、累计运算并定时向板级维护管理 软件汇报。同时读取误码率测试芯片告警指示寄存器,如果线路 异常,及时上报给板级维护管理软件模块;误码率测试芯片读写 控制单元主要完成对误码率测试芯片寄存器的读写,及对芯片工 作方式的控制。 消息接收与处理单元与误码率测试芯片读写控制单元、以及 性能测试统计与上报单元与误码率测试芯片读写控制单元之间 为API接口,通过调用误码率测试芯片读写控制单元提供的API 函数实现。消息接收与处理单元接收到消息后,修改性能测试统 计与上报单元的全局变量,使性能测试统计与上报单元的处理与 界面设置一致。 (下转第47页) 45万方数据 责任编辑:姚翌 通信论坛 (5)结构设计先进。机箱采用欧式快速插拔式机箱,机箱后部 母板安装有cH6系列高低频混装插座,单元模块上采用cH6系 列高低频混装插头,这样,射频接插件与控制、电源等低频接插件 实现了统一,在机箱前部即可对单元模块进行快速插拔安装或更 20输入20输出射频交换矩阵组成原理框图3关键电路单元的设计 3.1放大分路单元的设计 放大分路单元主要对天线波束信号进行低噪声大动态放大 和分路。经过仿真和计算,综合考虑各种因素的影响,在设计中采 用平衡无损反馈放大电路。采用低噪声、低失真的高频三极管,同 时对反馈变压器的特性进行了仿真和测试,使噪声系数和动态指 标有较大提高,同时设备功耗大大降低。 3.2 44交换开关单元的设计 44交换开关单元是射频交换矩阵的交换核心。主要由四分 路器和单刀四掷开关组成,在监控单元的控制下,完成4个输人 信号与4个输出信号之间的全交换。其原理框图见图2。 图2交换开关单元原理框图 4路输入信号经分路器分成4路,再由4个单刀四掷开关选 择输出,这样既保证每一个输出接任意输入,又可以使4个输出 端同时连接同一个输入。 在电路设计时,由于信号线之间纵横交叉,布线时既要保证 带线良好的高频特性,还要保证其之间良好的隔离度,这就给印 制板的设计带来了较大的难度。为此,采用6层印刷电路板,在布 线时对射频、控制、电源和地线采用分层设计,同时对射频交叉过 孔点的位置精心选择,经测试达到了系统指标的要求。 4结束语 通过在实际工程中的应用表明,采用模块化和分组交换的设 计方法,有效地降低了设备的复杂度,提高了配置灵活性和可维 修性,同时为今后类似设备的研制提供了工程经验。 (上接第45页)4测试应用 便携型信元及误码率测试设备在工程应用中主要有如下用 法:信元测试(网络设备或网络),信道误码率测试。 4.1信元测试 根据设置产生测试信元流,此测试信元流通过交换网络后被 测试设备接收。设置期望接收信元的头信息,通过对接收信元净 荷内容的比较分析,判定是否为合法信元,统计得到被测设备或 网络的性能指标,指标包括:信元差错率、差错个数、信元丢失率、 丢失个数。 4.2误码率测试 根据用户设置的伪随机序列码产生测试码流,此测试码流通 过被测网络后由测试仪接收。测试设备将发送数据和接收数据进 行比较,得出被测设备及系统的传输性能。产生测试数据的部分 为发生器,观察测试结果的部分为监视器。 5结束语 通过研究标准/无线ATM信元及误码率测试技术,从便于 携带、易于实现、方便扩展的因素,依硬件和软件相结合的技术思 路,设计和实现信元测试和误码率测试技术。在工程应用中,测试 和评估了通信系统的功能、性能,对大型通信网的系统联试起到 了较好的辅助作用。 参考文献 [1】ITu—T标准G704建议. 【2】ITu—T标准G703建议. [3】程时端.综合业务数字网【M】.北京:人民邮电出版社.1993. 【4】赵辰,彭美云.数据通信【M】.北京:人民邮电出版社.1985. 【5】冯重熙.现代数字通信技术【M】.北京:人民邮电出版社.1987.

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