基于PXI平臺的光電通信轉換器誤碼率測試系統設計

何進松

摘 要：針對國防、軍工、核電等領域對通信過程中穩定性和可靠性的嚴格要求，通常選擇具有較高抗電磁干擾性能的光纖通信方式，利用光電通信轉換器將電信號轉換成光信號，為了驗證通信過程中的誤碼率，本文采用基于PXI平臺的模塊化產品和分立式測試儀器相結合的方式進行設計，將光衰減器串接在光纖鏈路中，通過提高信噪比的方式，獲得更高等級的誤碼率驗證，結合伯努力概率實驗方法，縮短測試時間，從而獲得較高置信度的誤碼率測試結果。

關鍵詞：誤碼率；PXI平臺；信噪比；光衰減器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.116

0 引言

在國防、軍工、核電等領域，對通信的穩定性和可靠性要求及其嚴格，并且要求兼具較高的EMC電磁兼容性能，針對該要求，通常選擇具有較高抗電磁干擾性能的光纖通信方式，該通信方式需要利用光電通信轉換器將電信號轉換成光信號。在信號傳輸過程中，不可避免的會產生誤碼現象，為了驗證通信的穩定性和可靠性，需要對誤碼率這一重要指標進行測試。

本文介紹的誤碼率測試系統基于PXI平臺的模塊化產品和分立式測試儀器相結合的方式進行設計，包括硬件設備選型、系統搭建，采用NI公司的LabVIEW進行軟件系統開發，對通信信號進行模擬、采集、分析，數據計算和數據輸出。

1 光電通信轉換器介紹

光電通信轉換器模塊是將 RS-422/485 子卡的電信號轉換成光信號的轉換模塊。目前設計主要有兩種類型，第一種是N通道，單收單發，第二種是N通道，單收多發，實現信號的多路分配。使用前，需要對產品進行在線測試，測試 1M 和 5M 速率下的通信功能是否正常。

2 系統總體設計

該系統采用基于PXI平臺的模塊化產品和分立式測試儀器相結合的方式進行設計，采用以太網組網方式進行連接和控制，利用虛擬儀器技術開發軟件實現測試資源的統一調度。

系統測試資源包括兩部分：PXI測試資源和分立式測試儀器。

（1）PXI測試資源，利用PXI-8431模擬不同速率帶寬的串口通信信號、利用PXI-5122實現通信信號的采集；

（2）分立式測試儀器，利用EXFO-FVA-3150可變衰減器實現光信號的衰減：將光衰減器串接在光纖鏈路中，由測試系統通過光電通信轉換器的光纖接口發送特定格式的數據幀與被測件進行通信，并接收被測產品電氣接口輸出的RS422通信數據，利用PXI-5122采集模塊采集通信波形進行分析比較，全過程通過LabVIEW編程實現信號采集、數據處理、報表生成。

3 軟件設計

本系統采用NI公司的LabVIEW軟件進行開發。軟件設計架構以基于隊列方式的通用引擎技術為基礎，根據不同軟件需求設計上位機軟件模塊，采用分層管理方式，實現系統軟件的高效、高穩定性的功能要求。系統軟件包括主控程序、系統管理模塊、資源管理模塊、信號管理模塊等軟件模塊，軟件架構如圖1所示。

該軟件基于測試引擎+測試線程的設計結構，各個引擎獨立運行，并分別負責各自的功能線程，實現了測試的并行運行。該軟件各模塊介紹如下：

（1）人機界面，主要提供用戶操作菜單、按鈕，并顯示測試執行情況；

（2）系統管理引擎，該引擎為軟件運行的基本引擎，主要包括系統配置線程，用戶管理線程，測試數據管理線程和故障處理線程。各個線程獨立運行，分別執行不同的軟件功能；

（3）資源管理引擎，該引擎為測試資源的管理和調度部分，主要包括硬件設備管理線程，測試資源分配線程和RS422通信測試線程，各個線程獨立運行，分別執行不同的測試功能；

（4）測試管理引擎，該引擎為測試軟件的核心引擎，主要包括測試序列編輯線程、測試序列執行線程和測試報告管理線程。

4 測試項設計

根據產品模塊的測試需求，測試項目可以分為兩大類：通信功能測試和光纖頭性能測試。

4.1 通信功能測試

光電模塊的通信功能測試主要是RS422通信測試，測試依據為測試設備發送的數據幀和接收的數據幀一致，無丟包，測試方法設計如下：

a）由測試系統通過RS422通信測試模塊的電氣接口發送特定格式的數據幀與被測件進行通信，數據通信速率為 5M 波特率，同時接收被測產品光纖口輸出的 RS422 通信數據。

b） 由測試系統通過RS422通信測試模塊的光纖接口發送特定格式的數據幀與被測件進行通信，數據通信速率為 5M 波特率，同時接收被測產品電氣接口輸出的 RS422 通信數據。

4.2 光纖頭性能測試

將光衰減器串接在光纖鏈路中，由測試系統通過 RS422 通信測試模塊的光纖接口發送特定格式的數據幀與被測件進行通信，數據通信速率為 5M波特率，并接收被測產品電氣接口輸出的 RS422 通信數據，測試時間為2 小時，同時控制示波器采集被測產品輸出的 RS422 電信號的波形，并計算誤碼率。

5 測試結果

通過將光衰減器串接在光纖鏈路中，提高信噪比的方式，獲得更高等級的誤碼率驗證，結合伯努力概率實驗方法，縮短測試時間，從而獲得較高置信度的誤碼率測試結果，測試結果如圖2所示。

根據測試結果可知，我們在將SNR信噪比從14降至12的時候，即通過10E-9的誤碼率測試達到驗證10E-12誤碼率的效果，由于希望達到測試結果置信度為99%以上，根據伯努利試驗方法我們測試5次10E9的數據，光電轉換器在該條件下收發的測試數據一致，無丟幀現象，即認為該被測對象通過10E-12的誤碼率測試。

6 結束語

誤碼性能測試作為數字通信的一個重要的綜合性指標測試，測試技術上不去必將成為嚴重制約通信技術發展的重要因素，因此誤碼率測試成為廣大工程技術人員高度重視和深入探討的課題。

本文設計的基于PXI平臺的光電通信轉化器誤碼率測試系統具有誤碼率測試時間短，置信度高，自動化集成高、成本低、人機交互良好等優點，同時結合PXI平臺的高性能、擴展性強、開發時間短等特點，使得本系統的改進和升級都非常方便，該系統在國防和核電安全的通信領域具有廣泛的應用前景。

參考文獻：

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