何進(jìn)松

摘 要：針對(duì)國(guó)防、軍工、核電等領(lǐng)域?qū)νㄐ胚^(guò)程中穩(wěn)定性和可靠性的嚴(yán)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(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，為了驗(yàn)證通信過(guò)程中的誤碼率，本文采用基于PXI平臺(tái)的模塊化產(chǎn)品和分立式測(cè)試儀器相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，將光衰減器串接在光纖鏈路中，通過(guò)提高信噪比的方式，獲得更高等級(jí)的誤碼率驗(yàn)證，結(jié)合伯努力概率實(shí)驗(yàn)方法，縮短測(cè)試時(shí)間，從而獲得較高置信度的誤碼率測(cè)試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：誤碼率；PXI平臺(tái)；信噪比；光衰減器

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

0 引言

在國(guó)防、軍工、核電等領(lǐng)域，對(duì)通信的穩(wěn)定性和可靠性要求及其嚴(yán)格，并且要求兼具較高的EMC電磁兼容性能，針對(duì)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(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。在信號(hào)傳輸過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生誤碼現(xiàn)象，為了驗(yàn)證通信的穩(wěn)定性和可靠性，需要對(duì)誤碼率這一重要指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

本文介紹的誤碼率測(cè)試系統(tǒng)基于PXI平臺(tái)的模塊化產(chǎn)品和分立式測(cè)試儀器相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)備選型、系統(tǒng)搭建，采用NI公司的LabVIEW進(jìn)行軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行模擬、采集、分析，數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)輸出。

1 光電通信轉(zhuǎn)換器介紹

光電通信轉(zhuǎn)換器模塊是將 RS-422/485 子卡的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的轉(zhuǎn)換模塊。目前設(shè)計(jì)主要有兩種類型，第一種是N通道，單收單發(fā)，第二種是N通道，單收多發(fā)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多路分配。使用前，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行在線測(cè)試，測(cè)試 1M 和 5M 速率下的通信功能是否正常。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用基于PXI平臺(tái)的模塊化產(chǎn)品和分立式測(cè)試儀器相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用以太網(wǎng)組網(wǎng)方式進(jìn)行連接和控制，利用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)試資源的統(tǒng)一調(diào)度。

系統(tǒng)測(cè)試資源包括兩部分：PXI測(cè)試資源和分立式測(cè)試儀器。

（1）PXI測(cè)試資源，利用PXI-8431模擬不同速率帶寬的串口通信信號(hào)、利用PXI-5122實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的采集；

（2）分立式測(cè)試儀器，利用EXFO-FVA-3150可變衰減器實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的衰減：將光衰減器串接在光纖鏈路中，由測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)光電通信轉(zhuǎn)換器的光纖接口發(fā)送特定格式的數(shù)據(jù)幀與被測(cè)件進(jìn)行通信，并接收被測(cè)產(chǎn)品電氣接口輸出的RS422通信數(shù)據(jù)，利用PXI-5122采集模塊采集通信波形進(jìn)行分析比較，全過(guò)程通過(guò)LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、報(bào)表生成。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用NI公司的LabVIEW軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)以基于隊(duì)列方式的通用引擎技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同軟件需求設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件模塊，采用分層管理方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的高效、高穩(wěn)定性的功能要求。系統(tǒng)軟件包括主控程序、系統(tǒng)管理模塊、資源管理模塊、信號(hào)管理模塊等軟件模塊，軟件架構(gòu)如圖1所示。

該軟件基于測(cè)試引擎+測(cè)試線程的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，各個(gè)引擎獨(dú)立運(yùn)行，并分別負(fù)責(zé)各自的功能線程，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試的并行運(yùn)行。該軟件各模塊介紹如下：

（1）人機(jī)界面，主要提供用戶操作菜單、按鈕，并顯示測(cè)試執(zhí)行情況；

（2）系統(tǒng)管理引擎，該引擎為軟件運(yùn)行的基本引擎，主要包括系統(tǒng)配置線程，用戶管理線程，測(cè)試數(shù)據(jù)管理線程和故障處理線程。各個(gè)線程獨(dú)立運(yùn)行，分別執(zhí)行不同的軟件功能；

（3）資源管理引擎，該引擎為測(cè)試資源的管理和調(diào)度部分，主要包括硬件設(shè)備管理線程，測(cè)試資源分配線程和RS422通信測(cè)試線程，各個(gè)線程獨(dú)立運(yùn)行，分別執(zhí)行不同的測(cè)試功能；

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

4 測(cè)試項(xiàng)設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品模塊的測(cè)試需求，測(cè)試項(xiàng)目可以分為兩大類：通信功能測(cè)試和光纖頭性能測(cè)試。

4.1 通信功能測(cè)試

光電模塊的通信功能測(cè)試主要是RS422通信測(cè)試，測(cè)試依據(jù)為測(cè)試設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和接收的數(shù)據(jù)幀一致，無(wú)丟包，測(cè)試方法設(shè)計(jì)如下：

a）由測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)RS422通信測(cè)試模塊的電氣接口發(fā)送特定格式的數(shù)據(jù)幀與被測(cè)件進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)通信速率為 5M 波特率，同時(shí)接收被測(cè)產(chǎn)品光纖口輸出的 RS422 通信數(shù)據(jù)。

b） 由測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)RS422通信測(cè)試模塊的光纖接口發(fā)送特定格式的數(shù)據(jù)幀與被測(cè)件進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)通信速率為 5M 波特率，同時(shí)接收被測(cè)產(chǎn)品電氣接口輸出的 RS422 通信數(shù)據(jù)。

4.2 光纖頭性能測(cè)試

將光衰減器串接在光纖鏈路中，由測(cè)試系統(tǒng)通過(guò) RS422 通信測(cè)試模塊的光纖接口發(fā)送特定格式的數(shù)據(jù)幀與被測(cè)件進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)通信速率為 5M波特率，并接收被測(cè)產(chǎn)品電氣接口輸出的 RS422 通信數(shù)據(jù)，測(cè)試時(shí)間為2 小時(shí)，同時(shí)控制示波器采集被測(cè)產(chǎn)品輸出的 RS422 電信號(hào)的波形，并計(jì)算誤碼率。

5 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)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(jí)的誤碼率驗(yàn)證，結(jié)合伯努力概率實(shí)驗(yàn)方法，縮短測(cè)試時(shí)間，從而獲得較高置信度的誤碼率測(cè)試結(jié)果，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，我們?cè)趯NR信噪比從14降至12的時(shí)候，即通過(guò)10E-9的誤碼率測(cè)試達(dá)到驗(yàn)證10E-12誤碼率的效果，由于希望達(dá)到測(cè)試結(jié)果置信度為99%以上，根據(jù)伯努利試驗(yàn)方法我們測(cè)試5次10E9的數(shù)據(jù)，光電轉(zhuǎn)換器在該條件下收發(fā)的測(cè)試數(shù)據(jù)一致，無(wú)丟幀現(xiàn)象，即認(rèn)為該被測(cè)對(duì)象通過(guò)10E-12的誤碼率測(cè)試。

6 結(jié)束語(yǔ)

誤碼性能測(cè)試作為數(shù)字通信的一個(gè)重要的綜合性指標(biāo)測(cè)試，測(cè)試技術(shù)上不去必將成為嚴(yán)重制約通信技術(shù)發(fā)展的重要因素，因此誤碼率測(cè)試成為廣大工程技術(shù)人員高度重視和深入探討的課題。

本文設(shè)計(jì)的基于PXI平臺(tái)的光電通信轉(zhuǎn)化器誤碼率測(cè)試系統(tǒng)具有誤碼率測(cè)試時(shí)間短，置信度高，自動(dòng)化集成高、成本低、人機(jī)交互良好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合PXI平臺(tái)的高性能、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間短等特點(diǎn)，使得本系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)都非常方便，該系統(tǒng)在國(guó)防和核電安全的通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

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