速率自適應K口誤碼測試裝置的設計與實現

馬宇飛　趙玲玲　金儒男

摘要：本文針對當前K口誤碼測試中存在的問題，設計了一種速率自適應K口誤碼測試裝置及測試流程，有效減少了儀器的參數設置，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，大大降低了設備成本，提高測試效率，節省人力資源。

關鍵詞：速率自適應 誤碼測試

隨著電信技術的發展，通信終端設備中很多才有了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，產生偽隨機序列信號，然后發送至待測的K口中，待測K口將該偽隨機序列信號經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，然后統計上報測試結果。

一、傳統測試裝置分析

傳統K口誤碼測試裝置測試前需先建立測試通道、設置K口速率、設置測試碼型等步驟，上述傳統的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，當用戶設置的K口誤碼測試裝置速率與設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;二是不能自動監測線路物理連接狀態。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換與遠距離傳輸，數據格式簡單，無固定的幀結構與同步信息，數據傳輸時無線路連接狀態與速率匹配指示;加之實際使用中兩臺K口設備鋪設距離非常遠，線路故障排除非常困難;三是不能實現自動化測試。傳統K口誤碼測試裝置不具備網絡管理能力，不能利用網絡管理技術自動建立測試環境，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;四是測試結果二次利用率低。傳統K口誤碼測試裝置測試結果采用人工記錄方式，測試結果格式單一、信息完整程度差，且不具備二次處理和統計能力。

二、硬件設計

速率自適應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K口誤碼測試裝置的電源管理與轉換，控制FPGA電路實現FPGA芯片內部的功能模塊管理，通過FPGA電路轉換后控制以太網控制電路實現以太網接口數據/協議的處理;通過FPGA電路轉換后控制外部接口電路5實現外部K接口電路的控制與管理。硬件設計如下圖所示：

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生死循環的硬件看門狗，用于臨時存儲ARM控制器運行所需數據和指令的隨機存儲器，用于存儲程序、測試數據的只讀存儲器，用于將數字信號轉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圖形數據轉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生模塊，用于K口誤碼檢測與統計的誤碼檢測模塊，用于控制K口主從模式、時鐘、收發數據的外部接口電路模塊，用于以太網總線處理的以太網接口模塊，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模塊。誤碼檢測模塊包括用于跟蹤外部K口偽隨機數據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，用于誤碼位計數的誤碼統計模塊，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，用于產生本地偽隨機序列的M序列發生器，用于鎖相外部時鐘及時鐘分頻的時鐘產生模塊。以太網接口模塊包括用于提供一個與媒體無關的接口，以便連接外部的以太網控制芯的MII管理模塊，用于完成產生報文頭、添加CRC校驗序列等與以太網發送數據相關操作的數據發送模塊，用于完成獲取報文頭、CRC校驗等與以太網接收數據相關操作的數據接收模塊，用于緩存NRZ碼形式的以太網數據的數據緩沖區模塊。速率自適應模塊包括用于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量數據的信噪比數據獲取模塊，用于判斷K口外部線路信噪比質量是否達到指定要求的信噪比質量判斷模塊，用于去除K口外部線路連接初期不穩定狀態的前向保護模塊，用于去除K口外部線路由于臨時受到外界干擾而出現不穩定狀態的后向保護模塊，用于信噪比質量判斷超時控制的判斷超時模塊，用于根據超時模塊狀態而產生K口速率切換指令的速率切換模塊，用于控制K口編解碼芯片數據口速率的速率控制輸出模塊，用于輸出通過信噪比質量提取K口速率適配狀態、K口線路連接狀態的連接狀態輸出模塊。以太網控制電路包括用于完成以太網載波監聽多路訪問協議及沖突檢測功能、8B/6T編碼與NRZ碼間轉換功能的以太網控制器，用于完成信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、信號雜波抑制和高電壓隔離功能的以太網變壓器。

三、測試步驟

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

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