基于FPGA的RS485接口誤碼測試儀的設計

　　摘 要： 介紹了一種基于FPGA的誤碼測試儀的設計原理、實(shí)現過(guò)程及調試經(jīng)驗。該誤碼測試系統使用RS485接口，具有原理簡(jiǎn)單、接口獨特、功能豐富等特點(diǎn)，系統具有較好的可擴展性。

　　在數字通信中，誤碼率BER（Bit Error Rate）是衡量通信系統質(zhì)量的一項重要指標。無(wú)論是設備故障、傳播衰落、碼間干擾、臨近信道干擾等因素都可能造成系統性能惡化甚至造成通信中斷，其結果都可通過(guò)誤碼的形式表現出來(lái)[1]。因此，誤碼測試儀是現代通信系統的主要測試儀器之一。

　　目前，通常使用的傳統誤碼測試儀雖然具有測試內容豐富、測試結果直觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，但是由于通信系統復雜程度的不斷增加，接口形式變化多樣以及一些非標準碼率的應用，使得傳統誤碼測試儀的使用受到了一定的限制。另一方面，近年來(lái)FPGA技術(shù)得到了迅速發(fā)展，使用FPGA設計電路具有很大的靈活性，可以大大提高集成度和設計速度，還可以簡(jiǎn)化接口和控制，有利于提高系統的整體性能和工作可靠性。本文即介紹了一種基于FPGA的RS485接口誤碼測試儀的設計和實(shí)現。該設計具有系統簡(jiǎn)單、功能可靠、接口獨特等特點(diǎn)，并且增加了傳統誤碼測試儀所沒(méi)有的測量系統傳輸延時(shí)的功能。

　　1 設計背景

　　本文所設計的誤碼測試儀主要用于測試某通信系統的誤碼性能。該通信系統是一個(gè)龐大復雜的系統，本文主要介紹信道部分，包括基帶的信道編解碼和無(wú)線(xiàn)信道的收發(fā)，其基本框圖如圖1所示。

　　為了在線(xiàn)路傳輸上保證良好的抗干擾能力，系統采用了RS485接口，選用了4.096 Mb/s的碼率。因此，為了測試圖1所示系統的誤碼性能，誤碼測試儀必須具有以下指標：

　　(1) 邏輯接口：RS485差分信號。

　　(2) 物理接口：DB9。

　　(3) 碼率：4.096 Mb/s。

　　傳統誤碼測試儀通常都不具備以上3項指標，本文設計的誤碼測試儀滿(mǎn)足了上述3項指標。

　　2 誤碼測試原理

　　構成誤碼測試儀的方案有多種形式，其基本工作過(guò)程可以概括為以下幾個(gè)步驟：

　　(1) 以某種方式產(chǎn)生和發(fā)送碼組相同的碼形,以相同相位的本地碼組作為比較標準。

　　(2) 將本地碼組與接收碼組逐個(gè)進(jìn)行比較,并輸出誤碼脈沖信號。

　　(3) 對誤碼脈沖信號進(jìn)行統計,并給出相應的誤碼率。

　　在通信工程應用中,為了最大程度地模擬真實(shí)通信中的數據流的統計特性，通常采用二進(jìn)制偽隨機序列。對于偽隨機序列有以下幾點(diǎn)要求[2]：

　　(1) 應具有良好的偽隨機性,即應具有和隨機序列類(lèi)似的隨機性。

　　(2) 應具有良好的自相關(guān)、互相關(guān)和部分相關(guān)特性，即要求自相關(guān)峰值尖銳，而互相關(guān)和部分相關(guān)值接近于零。這是為了接收端的準確檢測，以減小差錯。

　　(3) 要求隨機序列的數目足夠多，以保證在碼分多址的通信系統中，有足夠多的地址提供給不同的用戶(hù)。

　　根據本地碼組發(fā)生器的構成方式不同，誤碼測試儀可分為多種類(lèi)型，本文采用的是逐位檢測式，其使用的碼組為最大長(cháng)度線(xiàn)形移位反饋寄存器序列，即m序列。其工作原理為：本地的m序列發(fā)生器產(chǎn)生的m序列和所接收的m序列進(jìn)行逐位比較，若兩個(gè)m序列同步，則比較器輸出的是傳輸誤碼；若兩個(gè)m序列不同步，則比較器輸出的是由失步造成的誤碼。由于失步造成的誤碼較大(根據m序列的特性，其誤碼率應為0.5)，因此可根據誤碼率門(mén)限來(lái)區分檢測系統是否失步。若失步，則讓本地m序列發(fā)生器等待一個(gè)時(shí)鐘周期,再依次逐位比較,并逐位控制本地m序列發(fā)生器的等待時(shí)間,直到兩序列完全同步為止。