速率自適應(yīng)K口誤碼測試裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

馬宇飛　趙玲玲　金儒男

摘要：本文針對當(dāng)前K口誤碼測試中存在的問題，設(shè)計了一種速率自適應(yīng)K口誤碼測試裝置及測試流程，有效減少了儀器的參數(shù)設(shè)置，提高了測試準確率，并可同時進行多路K接口信號誤碼測試，大大降低了設(shè)備成本，提高測試效率，節(jié)省人力資源。

關(guān)鍵詞：速率自適應(yīng) 誤碼測試

隨著電信技術(shù)的發(fā)展，通信終端設(shè)備中很多才有了K口進行通信和連接，K口遠距離通信出現(xiàn)故障時，就需要進行信道的檢查和測試。K口誤碼測試裝置的主要原理，產(chǎn)生偽隨機序列信號，然后發(fā)送至待測的K口中，待測K口將該偽隨機序列信號經(jīng)過交換處理后返回至K口誤碼測試裝置，最后由K口誤碼測試裝置比較自身產(chǎn)生的偽隨機序列信號與K口接收到的K口信號是否一致，然后統(tǒng)計上報測試結(jié)果。

一、傳統(tǒng)測試裝置分析

傳統(tǒng)K口誤碼測試裝置測試前需先建立測試通道、設(shè)置K口速率、設(shè)置測試碼型等步驟，上述傳統(tǒng)的K口測試時，主要存在以下缺陷：一是不能自動識別被測設(shè)備的K口速率。K口的通信包括16Kbit/s、32Kbit/s、64Kbit/s、128Kbit/s四種速率，當(dāng)用戶設(shè)置的K口誤碼測試裝置速率與設(shè)備速率不一致時將無法進行測試，且不能輕易進行故障排除;二是不能自動監(jiān)測線路物理連接狀態(tài)。滿足標準的K接口底層芯片工作于簡單的MOD模式，該模式下芯片只完成TTL電平與條件二相編碼轉(zhuǎn)換與遠距離傳輸，數(shù)據(jù)格式簡單，無固定的幀結(jié)構(gòu)與同步信息，數(shù)據(jù)傳輸時無線路連接狀態(tài)與速率匹配指示;加之實際使用中兩臺K口設(shè)備鋪設(shè)距離非常遠，線路故障排除非常困難;三是不能實現(xiàn)自動化測試。傳統(tǒng)K口誤碼測試裝置不具備網(wǎng)絡(luò)管理能力，不能利用網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)自動建立測試環(huán)境，測試前需要人工對被測的K口間建立測試專線方可進行測試;四是測試結(jié)果二次利用率低。傳統(tǒng)K口誤碼測試裝置測試結(jié)果采用人工記錄方式，測試結(jié)果格式單一、信息完整程度差，且不具備二次處理和統(tǒng)計能力。

二、硬件設(shè)計

速率自適應(yīng)K口誤碼測試裝置主要包括：主控電路、電源電路、FPGA電路、以太網(wǎng)控制電路、外部接口電路。主控電路為K口誤碼測試裝置的核心，用于控制電源電路實現(xiàn)K口誤碼測試裝置的電源管理與轉(zhuǎn)換，控制FPGA電路實現(xiàn)FPGA芯片內(nèi)部的功能模塊管理，通過FPGA電路轉(zhuǎn)換后控制以太網(wǎng)控制電路實現(xiàn)以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)/協(xié)議的處理;通過FPGA電路轉(zhuǎn)換后控制外部接口電路5實現(xiàn)外部K接口電路的控制與管理。硬件設(shè)計如下圖所示：

主控電路包括用于控制和信息處理的ARM控制器，用于防止程序運行發(fā)生死循環(huán)的硬件看門狗，用于臨時存儲ARM控制器運行所需數(shù)據(jù)和指令的隨機存儲器，用于存儲程序、測試數(shù)據(jù)的只讀存儲器，用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為音頻模擬信號的音頻控制器，用于將隨機存儲器中緩存的LCD圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為液晶顯示屏信號的LCD控制器，用于管理GPMC總線時序的GPMC控制器，用于與外部USB接口連接的USB控制器用于管理GPIO管腳輸入/輸出狀態(tài)的GPIO控制器。FPGA電路包括用于生成K口誤碼測試裝置測試用的偽隨機碼流的碼型產(chǎn)生模塊，用于K口誤碼檢測與統(tǒng)計的誤碼檢測模塊，用于控制K口主從模式、時鐘、收發(fā)數(shù)據(jù)的外部接口電路模塊，用于以太網(wǎng)總線處理的以太網(wǎng)接口模塊，用于適配主控電路CPU總線接口時序的CPU總線接口模塊，用于檢測外部K口速率的速率自適應(yīng)模塊。誤碼檢測模塊包括用于跟蹤外部K口偽隨機數(shù)據(jù)的序列同步跟蹤模塊，用于外部偽隨機碼和本地偽隨機碼校對的碼元比較模塊，用于誤碼位計數(shù)的誤碼統(tǒng)計模塊，用于誤碼同步檢測并輸出同步信號的同步檢測模塊，用于緩存本地偽隨機序列的M序列緩沖區(qū)，用于產(chǎn)生本地偽隨機序列的M序列發(fā)生器，用于鎖相外部時鐘及時鐘分頻的時鐘產(chǎn)生模塊。以太網(wǎng)接口模塊包括用于提供一個與媒體無關(guān)的接口，以便連接外部的以太網(wǎng)控制芯的MII管理模塊，用于完成產(chǎn)生報文頭、添加CRC校驗序列等與以太網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)相關(guān)操作的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于完成獲取報文頭、CRC校驗等與以太網(wǎng)接收數(shù)據(jù)相關(guān)操作的數(shù)據(jù)接收模塊，用于緩存NRZ碼形式的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊。速率自適應(yīng)模塊包括用于K口編解碼芯片控制接口時序匹配的控制口時序匹配模塊，用于K口編解碼芯片控制接口同步信息獲取的控制口同步信號提取模塊，用于獲取K口外部線路信噪比質(zhì)量數(shù)據(jù)的信噪比數(shù)據(jù)獲取模塊，用于判斷K口外部線路信噪比質(zhì)量是否達到指定要求的信噪比質(zhì)量判斷模塊，用于去除K口外部線路連接初期不穩(wěn)定狀態(tài)的前向保護模塊，用于去除K口外部線路由于臨時受到外界干擾而出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)的后向保護模塊，用于信噪比質(zhì)量判斷超時控制的判斷超時模塊，用于根據(jù)超時模塊狀態(tài)而產(chǎn)生K口速率切換指令的速率切換模塊，用于控制K口編解碼芯片數(shù)據(jù)口速率的速率控制輸出模塊，用于輸出通過信噪比質(zhì)量提取K口速率適配狀態(tài)、K口線路連接狀態(tài)的連接狀態(tài)輸出模塊。以太網(wǎng)控制電路包括用于完成以太網(wǎng)載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議及沖突檢測功能、8B/6T編碼與NRZ碼間轉(zhuǎn)換功能的以太網(wǎng)控制器，用于完成信號傳輸、阻抗匹配、波形修復(fù)、信號雜波抑制和高電壓隔離功能的以太網(wǎng)變壓器。

三、測試步驟

K口速率自適應(yīng)方法采用提取K口線路信噪比質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過窮舉法、動態(tài)門限管理法、輸入條件選擇性判斷法分析計算信噪比原始數(shù)據(jù)，以獲取K口物理連接狀態(tài)，并推斷出對端K口速率實現(xiàn)K口速率的自適應(yīng)，實現(xiàn)步驟如下：（1）根據(jù)K口編解碼芯片控制口時序要求，提取幀同步信號;（2）根據(jù)控制口幀信息提取K口信噪比數(shù)據(jù);（3）根據(jù)K口連接狀態(tài)檢測狀態(tài)機，判斷K口物理連接狀態(tài);（3）根據(jù)K口連接狀態(tài)以及當(dāng)前K口速率推斷出外部K口速率，實現(xiàn)K口速率自適應(yīng);（4）將超時計數(shù)器“time_out”清零，偽同步門限計數(shù)器“P_SYN_count_T”清零;當(dāng)信噪比數(shù)據(jù)為“11”、“10”兩種狀態(tài)時，偽同步門限計數(shù)器加1;當(dāng)信噪比數(shù)據(jù)為“00”狀態(tài)時，偽同步門限計數(shù)器減1;當(dāng)信噪比數(shù)據(jù)為“01”狀態(tài)時，偽同步門限計數(shù)器不變;（5）判斷偽同步門限計數(shù)器值，當(dāng)大于500時進入偽同步狀態(tài);當(dāng)小于500時，判斷超時計數(shù)器“time_out”是否溢出，當(dāng)計數(shù)器溢出時控制速率切換模塊切換外部K口速率，同時控制連接狀態(tài)輸出模塊輸出狀態(tài)為未連接。

馬宇飛（1972.12），男，漢族，河南林州人，碩士，96646部隊高級工程師

王濤（1980.10），男，漢族，河南內(nèi)黃人，本科，96646部隊助理工程師

趙玲玲（1981.07），女，漢族，山西大同人，本科，96646部隊工程師