微機(jī)在通信線路誤碼率測(cè)試中的應(yīng)用

1 通信線路誤碼率測(cè)試

1.1 測(cè)試原理及方法

　　在數(shù)字通信中，誤碼率是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及其信道工作質(zhì)量的一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際應(yīng)用中一般都采用本原多項(xiàng)式為1+X5+X9的m序列，其周期為29-1=511，即通常所說的511碼序列。511碼序列實(shí)際上是一個(gè)偽隨機(jī)碼序列，利用它進(jìn)行通信線路誤碼率測(cè)試的原理如圖1所示。

在實(shí)際工作中一般采用誤碼率測(cè)試儀(以下稱誤碼儀)來測(cè)試通信線路的誤碼率。為解決遠(yuǎn)距離傳輸造成的信號(hào)衰減，實(shí)際通信中常用兩臺(tái)調(diào)制解調(diào)器(MODEM)將收、發(fā)數(shù)據(jù)終端連接起來，從而實(shí)際應(yīng)用中的誤碼率測(cè)試就有自測(cè)、環(huán)測(cè)和對(duì)測(cè)三種方式，如圖2所示。

圖中虛線均表示傳輸信道。

1.2 利用誤碼儀測(cè)試誤碼率存在的缺陷

　　當(dāng)需要對(duì)某個(gè)信道進(jìn)行誤碼率測(cè)試時(shí)，在通信的兩端要同時(shí)將數(shù)據(jù)終端的收發(fā)電纜拔下再連接到誤碼儀上，其弊端是顯而易見的:一是操作不方便，從開始測(cè)試到恢復(fù)線路狀態(tài)要對(duì)電纜進(jìn)行兩次插拔，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)事;二是同時(shí)對(duì)多路信道進(jìn)行誤碼率測(cè)試時(shí)，必需具備多臺(tái)誤碼儀;三是多次插拔電纜會(huì)因電纜磨損嚴(yán)重或接觸不良影響設(shè)備工作的可靠性。

2 利用微機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)誤碼率的測(cè)試

2.1 實(shí)現(xiàn)原理

　　針對(duì)上述不利之處，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新的誤碼率測(cè)試方法應(yīng)用在我單位的數(shù)據(jù)傳輸中心(30路通信信道)。新方法的原理是利用一臺(tái)微機(jī)，輔以自行開發(fā)的軟、硬件系統(tǒng)替代誤碼儀，對(duì)所有信道進(jìn)行集中控制和測(cè)試。在測(cè)試系統(tǒng)不工作時(shí)它僅僅是掛接在通信信道上，對(duì)信道中的數(shù)據(jù)傳輸不產(chǎn)生任何影響;當(dāng)要對(duì)某一個(gè)或幾個(gè)信道進(jìn)行誤碼率測(cè)試時(shí)，在軟件的控制下切斷該信道與數(shù)據(jù)終端的連接，并將其接到測(cè)試系統(tǒng)，利用微機(jī)與對(duì)端的誤碼儀進(jìn)行測(cè)試，完畢后由軟件將線路恢復(fù)原狀，如圖3所示。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

　　由于數(shù)據(jù)傳輸中心有多達(dá)30路通信信道，為了控制靈活方便，我們?cè)O(shè)計(jì)了一塊外置式線路切換板和一塊基于ISA總線的控制板，以實(shí)現(xiàn)從32路全雙工通信信道中分組選擇1～8路進(jìn)行誤碼率測(cè)試。分組方式為4個(gè)信道作為一組，每組中只能有一個(gè)信道被選中測(cè)試，最多時(shí)可以選中8個(gè)信道(一組一個(gè))參加測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)511碼序列的接收與發(fā)送，又購(gòu)買了一塊基于ISA總線的誤碼測(cè)試板，該板被設(shè)計(jì)成具有8路全雙工通道，支持包括雙同步傳輸方式在內(nèi)的多種通信協(xié)議;且板上具有時(shí)鐘控制電路，可以方便地實(shí)現(xiàn)測(cè)試碼速率的選擇。但在實(shí)際應(yīng)用中我們將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成外時(shí)鐘觸發(fā)的方式，即系統(tǒng)收發(fā)511碼序列的速率由MODEM的傳輸速率來確定，最大可支持到14.4Kbits/s的速率。如圖4所示。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 應(yīng)用程序介紹

　　目前使用的微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的軟件是用BC++3.1在DOS6平臺(tái)下開發(fā)的。由于多路信道的誤碼率測(cè)試具有隨機(jī)性，為適應(yīng)這種具有多任務(wù)性質(zhì)的操作，在設(shè)計(jì)過程中模擬了Win32系統(tǒng)的多線程技術(shù)，將軟件設(shè)計(jì)成包含一個(gè)主線程和多個(gè)子線程。主線程負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化、人機(jī)接口、記錄顯示及子線程的調(diào)度。各子線程獨(dú)立負(fù)責(zé)對(duì)某個(gè)信道進(jìn)行誤碼率測(cè)試，其數(shù)目與被選擇要測(cè)試的信道數(shù)目相關(guān)。當(dāng)需要對(duì)某個(gè)信道測(cè)試誤碼率時(shí)，主線程執(zhí)行下列操作:

　　·通過控制板向線路切換板發(fā)送控制信息，將相應(yīng)信道接駁到誤碼測(cè)試板中，同時(shí)切斷該信道與數(shù)據(jù)終端的連接;

　　·初始化誤碼測(cè)試板上相應(yīng)通道的狀態(tài);

　　·創(chuàng)建一個(gè)子線程啟動(dòng)511碼的發(fā)送、接收及對(duì)比，并開始計(jì)時(shí)顯示;

　　·子線程與主線程通信，實(shí)時(shí)地將測(cè)試的結(jié)果送主線程顯示、記錄，顯示的內(nèi)容包括信道名稱、測(cè)試時(shí)間、同步情況、誤碼計(jì)數(shù)和最終結(jié)果誤碼率;

　　·測(cè)試完成時(shí)由主線程將相應(yīng)通道復(fù)位，并將線路恢復(fù)到原始狀態(tài)。

2.3.2 511碼序列的產(chǎn)生

　　產(chǎn)生511碼序列的本原多項(xiàng)式為1+X5+X9，其初始值為任意9位非全“0”的二進(jìn)制數(shù)，產(chǎn)生方法如圖5所示。

即位a0與位a5異或后作為下一位輸入值，如此循環(huán)511次，即得到一組511碼序列(一個(gè)周期)。

2.3.3 511碼序列的發(fā)送

　　由于在實(shí)際的誤碼率測(cè)試過程中，線路上傳輸?shù)氖前醇榷ùa速率發(fā)送的持續(xù)等間隔511碼位流，即不允許在該位流中插入任何控制字符或比特位。每個(gè)比特位的同步依靠與數(shù)據(jù)(TxD、RxD)一同傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)(TxC、RxC)來完成。

　　考慮到一個(gè)周期的511碼序列不是整數(shù)字節(jié)，為便于微機(jī)的處理，預(yù)先生成8個(gè)周期即511個(gè)字節(jié)的碼序列，置于一個(gè)專門的發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)。根據(jù)511碼產(chǎn)生原理可知，在一個(gè)8周期的碼序列中，任選一個(gè)相鄰的16位碼組，該碼組必是唯一的。由此，可從511字節(jié)的碼序列中任意選定一個(gè)16位碼組作為同步字符，并將誤碼測(cè)試板的通信協(xié)議設(shè)置成所支持的雙同步(16位同步字符)傳輸方式。511碼的發(fā)送主要依靠硬件來完成，軟件僅在初始化時(shí)設(shè)定發(fā)送緩沖區(qū)的地址、要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，然后啟動(dòng)加載發(fā)送;待第一個(gè)511字節(jié)的位流發(fā)送完畢后，由硬件自動(dòng)加載持續(xù)發(fā)送，直到停止測(cè)試為止，從而實(shí)現(xiàn)511碼序列的持續(xù)不間斷發(fā)送。

2.3.4 511碼的接收與比對(duì)

　　在設(shè)定好雙同步工作方式后，利用2.3.3節(jié)中的16位同步字符對(duì)接收的位流進(jìn)行同步。每同步一次即接收511字節(jié)的位流，然后與預(yù)先生成的511字節(jié)碼序列對(duì)比，并計(jì)算出誤碼數(shù)。為了處理上的方便，對(duì)每個(gè)被測(cè)試接收信道設(shè)置兩個(gè)接收緩沖區(qū)，長(zhǎng)度各為511字節(jié)，交替接收處理。由于在同步后接收到的511字節(jié)位流是由硬件實(shí)現(xiàn)直接打入到相應(yīng)的接收緩沖區(qū)中(DMA接收)，非常高效，故設(shè)置兩個(gè)接收緩沖區(qū)所增加的系統(tǒng)開銷相對(duì)而言是微不足道的。

2.4 應(yīng)用效果

　　利用新的微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，我們?cè)谝粋€(gè)信道和多個(gè)信道的情況下，分別進(jìn)行了自測(cè)、環(huán)測(cè)及與誤碼儀的對(duì)測(cè)，并在測(cè)試過程中人工加入干擾，以判斷系統(tǒng)的適應(yīng)性。測(cè)試結(jié)果表明，采用新的誤碼率測(cè)試方法是完全可靠和可行的。

與用誤碼儀進(jìn)行通信線路誤碼率測(cè)試的方法相比，本文中所述的方法有如下幾點(diǎn)優(yōu)越性:

　　·控制靈活方便，不再需要插拔電纜，簡(jiǎn)化了操作;

　　·從32路通道中分組選擇1~8路進(jìn)行測(cè)試的功能既降低了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，又可以適應(yīng)不同情況下的需要。選擇足夠通道的誤碼測(cè)試板，即可在通信的兩端實(shí)現(xiàn)高效率的誤碼率測(cè)試;

　　·測(cè)試誤碼率時(shí)，被測(cè)信道不會(huì)影響其它信道的正常工作。系統(tǒng)不工作時(shí)對(duì)所有信道的數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)造成任何影響，可靠性高。

　　為更好地適應(yīng)多路誤碼率測(cè)試的需求，可充分地利用WindowsNT和VC++的多線程技術(shù)，將該微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)成在WindowsNT 4(工作站版)下運(yùn)行，這樣既可提高測(cè)試系統(tǒng)的性能，又便于軟件的維護(hù)。