基于FPGA的智能誤碼測(cè)試儀

實(shí)際工作中，常常需要誤碼儀能測(cè)試多種信道。但是目前市面上所銷售的誤碼儀大多只能測(cè)試電信部門的標(biāo)準(zhǔn)通信信道，低速以一、二次群為主，高速可達(dá)ＳＤＨ信道速率；且價(jià)格昂貴、體積偏大，不能用于測(cè)試實(shí)際工作中大量存在的專用信道或自行架設(shè)的信道。這類信道多為水文監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)等特殊用途而設(shè)計(jì)，一般對(duì)傳輸系統(tǒng)的可靠性要求較高。

本文所介紹的智能誤碼儀在設(shè)計(jì)時(shí)特別考慮了這類信道的測(cè)試要求。它結(jié)合ＦＰＧＡ及單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行編程，可在較寬的速率范圍內(nèi)（１５０ｂｉｔ／ｓ～２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ）實(shí)現(xiàn)智能位同步和快速碼序列同步。用戶不僅可以從ＬＣＤ上了解信道的誤碼情況，還可以通過儀器與ＰＣ機(jī)連接，在個(gè)人電腦上看到某段時(shí)間內(nèi)的誤碼率折線圖和其它誤碼信息，并以此來了解系統(tǒng)的誤碼發(fā)生情況。為了便于在無人值守的情況下進(jìn)行誤碼測(cè)試，該誤碼儀內(nèi)置了大容量的Ｅ２ＰＲＯＭ，可以保存被測(cè)系統(tǒng)最后４０００次的誤碼事件（包括時(shí)間及誤碼率大小）。由于設(shè)計(jì)時(shí)采用了ＦＰＧＡ、單片機(jī)等大規(guī)模集成電路，該誤碼儀不僅體積小巧（采用貼片元件時(shí)僅香煙盒大?。?，而且成本低廉、功能強(qiáng)大，具有較高的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)值。

１ 誤碼儀總體框圖及誤碼測(cè)試原理

１．１ 誤碼儀整體結(jié)構(gòu)

圖１是該誤碼儀的整體設(shè)計(jì)框圖。

ｍ序列發(fā)生模塊的主要功能是根據(jù)用戶的速率要求產(chǎn)生測(cè)試序列――ｍ序列。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，采用ＣＣＩＴＴ建議的用于低速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備測(cè)試誤碼的ｍ序列，其特征多項(xiàng)式為Ｘ９＋Ｘ５＋１，周期為５１２。在外部附件的支持下，它還可以進(jìn)行多種碼型變換和調(diào)制解調(diào)。

位同步模塊的主要功能是從傳來的碼元中提取位同步信息――碼元時(shí)鐘并將這一時(shí)鐘提供給本地序列同步模塊，以便在本地恢復(fù)出與測(cè)試序列同步的檢驗(yàn)序列。

序列比較模塊用于比較檢驗(yàn)序列與測(cè)試序列的一致性。通過比較就能知道經(jīng)過被測(cè)信道傳輸后測(cè)試序列中有多少碼元產(chǎn)生了錯(cuò)誤，并以此評(píng)估被測(cè)信道的性能。由于ｍ序列是周期序列，所以測(cè)試序列與檢驗(yàn)序列的比較必須在周期的同一位置開始進(jìn)行（即同相）。這也是本地序列同步模塊的另一項(xiàng)重要功能。完成了序列比較后，序列比較模塊將實(shí)時(shí)地把傳輸?shù)目偞a元數(shù)和誤碼數(shù)傳送給單片機(jī)。

單片機(jī)是整個(gè)誤碼儀的核心，它根據(jù)用戶的選擇控制各模塊的正常工作，并根據(jù)各模塊提供的狀態(tài)向用戶發(fā)出誤碼事件、狀態(tài)告警、故障提示等信息。在加電時(shí)對(duì)ＦＰＧＡ進(jìn)行配置也是單片機(jī)的一項(xiàng)重要任務(wù)。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)選用了性價(jià)比極高的ＦＰＧＡ――Ａｌｔｅｒａ公司的ＦＬＥＸ１０Ｋ１０。該器件的配置文件有１５Ｋ字節(jié)，因此選用了大容量的通用單片機(jī)ＡＴ８９Ｃ５５。存儲(chǔ)器及時(shí)鐘為用戶查詢誤碼信息提供了方便，為了簡化電路設(shè)計(jì)，選用了Ｉ２Ｃ總線方式的Ｅ２ＰＲＯＭ（２４ＬＣ１２８）和專用時(shí)鐘芯片（ＰＣＦ８５６３）。

１．２ 主要模塊特點(diǎn)

在設(shè)計(jì)該誤碼儀時(shí)，根據(jù)ＦＰＧＡ的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行編程，采用了獨(dú)特的算法，使該誤碼儀中位同步模塊和本地序列同步模塊具有較強(qiáng)的智能處理能力。

位同步模塊可自適應(yīng)地提取并跟蹤位同步時(shí)鐘。由于誤碼儀需要對(duì)多種非標(biāo)準(zhǔn)信道進(jìn)行測(cè)試，因此它必須能在較寬的速率范圍內(nèi)工作。在位同步模塊中采用了新型數(shù)字鎖相算法，使該誤碼儀能在不知道發(fā)端發(fā)送速率的情況下對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的位同步處理。在單片機(jī)的配合下，還可向用戶提供無信號(hào)提示、失步告警等多種信息。

本地序列同步模塊可實(shí)現(xiàn)快速序列同步。完成位同步后，誤碼儀還需進(jìn)行序列同步。為了減少序列同步的時(shí)間，設(shè)計(jì)了快速序列同步算法，使誤碼儀能在不知道發(fā)送端ｍ序列發(fā)生器初始狀態(tài)的情況下進(jìn)行快速盲同步，并提供序列失步告警和序列失步后快速恢復(fù)功能。因此，該誤碼儀不僅可以用于對(duì)信道進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試，而且還能方便地進(jìn)行開環(huán)測(cè)試。