基于FPGA的RS485接口误码测试仪的设计

2010-05-25 18:55:44来源: 杨洪军 刘永亮 关键字:FPGA  RS485  误码测试仪

  摘  要: 介绍了一种基于FPGA误码测试仪的设计原理、实现过程及调试经验。该误码测试系统使用RS485接口,具有原理简单、接口独特、功能丰富等特点,系统具有较好的可扩展性。

  在数字通信中,误码率BER(Bit Error Rate)是衡量通信系统质量的一项重要指标。无论是设备故障、传播衰落、码间干扰、临近信道干扰等因素都可能造成系统性能恶化甚至造成通信中断,其结果都可通过误码的形式表现出来[1]。因此,误码测试仪是现代通信系统的主要测试仪器之一。

  目前,通常使用的传统误码测试仪虽然具有测试内容丰富、测试结果直观等优点,但是由于通信系统复杂程度的不断增加,接口形式变化多样以及一些非标准码率的应用,使得传统误码测试仪的使用受到了一定的限制。另一方面,近年来FPGA技术得到了迅速发展,使用FPGA设计电路具有很大的灵活性,可以大大提高集成度和设计速度,还可以简化接口和控制,有利于提高系统的整体性能和工作可靠性。本文即介绍了一种基于FPGA的RS485接口误码测试仪的设计和实现。该设计具有系统简单、功能可靠、接口独特等特点,并且增加了传统误码测试仪所没有的测量系统传输延时的功能。

  1 设计背景

  本文所设计的误码测试仪主要用于测试某通信系统的误码性能。该通信系统是一个庞大复杂的系统,本文主要介绍信道部分,包括基带的信道编解码和无线信道的收发,其基本框图如图1所示。

  为了在线路传输上保证良好的抗干扰能力,系统采用了RS485接口,选用了4.096 Mb/s的码率。因此,为了测试图1所示系统的误码性能,误码测试仪必须具有以下指标:

  (1) 逻辑接口:RS485差分信号。

  (2) 物理接口:DB9。

  (3) 码率:4.096 Mb/s。

  传统误码测试仪通常都不具备以上3项指标,本文设计的误码测试仪满足了上述3项指标。

  2 误码测试原理

  构成误码测试仪的方案有多种形式,其基本工作过程可以概括为以下几个步骤:

  (1) 以某种方式产生和发送码组相同的码形,以相同相位的本地码组作为比较标准。

  (2) 将本地码组与接收码组逐个进行比较,并输出误码脉冲信号。

  (3) 对误码脉冲信号进行统计,并给出相应的误码率。

  在通信工程应用中,为了最大程度地模拟真实通信中的数据流的统计特性,通常采用二进制伪随机序列。对于伪随机序列有以下几点要求[2]:

  (1) 应具有良好的伪随机性,即应具有和随机序列类似的随机性。

  (2) 应具有良好的自相关、互相关和部分相关特性,即要求自相关峰值尖锐,而互相关和部分相关值接近于零。这是为了接收端的准确检测,以减小差错。

  (3) 要求随机序列的数目足够多,以保证在码分多址的通信系统中,有足够多的地址提供给不同的用户。

  根据本地码组发生器的构成方式不同,误码测试仪可分为多种类型,本文采用的是逐位检测式,其使用的码组为最大长度线形移位反馈寄存器序列,即m序列。其工作原理为:本地的m序列发生器产生的m序列和所接收的m序列进行逐位比较,若两个m序列同步,则比较器输出的是传输误码;若两个m序列不同步,则比较器输出的是由失步造成的误码。由于失步造成的误码较大(根据m序列的特性,其误码率应为0.5),因此可根据误码率门限来区分检测系统是否失步。若失步,则让本地m序列发生器等待一个时钟周期,再依次逐位比较,并逐位控制本地m序列发生器的等待时间,直到两序列完全同步为止。

[1] [2] [3]

关键字:FPGA  RS485  误码测试仪

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0525/article_1153.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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