一種基于FPGA的誤碼性能測試方案

在數(shù)字通信系統(tǒng)的性能測試中，通常使用誤碼分析儀對其誤碼性能進(jìn)行測量。它雖然具有簡單易用、測試內(nèi)容豐富、誤碼測試結(jié)果直觀、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，但是，價(jià)格昂貴、不易與某些系統(tǒng)接口適配，通常需要另加外部輔助長線驅(qū)動(dòng)電路；此外，誤碼分析儀對于突發(fā)通信系統(tǒng)的誤碼性能測試存在先天不足。例如，在對TDMA系統(tǒng)上行鏈路誤碼性能測試時(shí)，只有通過外加接口，對連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓擴(kuò)，才能為被測設(shè)備模擬出突發(fā)形式的數(shù)據(jù)，從而完成測試。這給測試工作帶來極大的不便。

另一方面，現(xiàn)今的通信系統(tǒng)大量采用FPGA作為系統(tǒng)的核心控制器件。將物理層上的各協(xié)議層的功能集中在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，不僅提高了通信系統(tǒng)的集成，同時(shí)也減少了硬件和軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

基于上述兩方面的考慮，筆者在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡易的多功能誤碼分析儀。該誤碼儀主要有三方面優(yōu)點(diǎn)：一是可以根據(jù)用戶需要，以連續(xù)或突發(fā)的方式產(chǎn)生若干種不同的隨機(jī)序列或固定序列，并據(jù)此測試數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼性能；二是測試結(jié)果可以誤碼率或者誤碼數(shù)兩種形式，通過外圍器件直觀地顯示出來；三是作為被測系統(tǒng)的一個(gè)嵌入式模塊，便于功能擴(kuò)展及系統(tǒng)調(diào)試。

1 偽隨機(jī)序列（m序列）

許多數(shù)字通信理論的結(jié)論都基于這樣一個(gè)假設(shè)：原始的信源信號(hào)為0、1等概并相互獨(dú)立的隨機(jī)數(shù)字序列。同樣，實(shí)際數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也是基于相同假設(shè)。因此，為使測試結(jié)果盡可能真實(shí)地反映系統(tǒng)的性能，采用偽隨機(jī)序列（m序列）作為測試中傳輸?shù)男盘?hào)。

M序列是一種線反饋移位寄存器序列，其原理方框圖如圖1所示。每級移位寄存器的輸出被反饋系數(shù)Ci加權(quán)（Ci可以取1或0），經(jīng)模2和運(yùn)算再反饋到第一級。令第一級的輸入為ak，就有：

根據(jù)反饋系數(shù)的取值不同，電路可以產(chǎn)生出各種具有不同特性的數(shù)字序列。對于一定的移位寄存器級數(shù)r，存在一些特殊的Ci取值，使得輸出序列的周期達(dá)到最長，即為2r-1。這樣的序列被稱為最長線性反饋移位寄存器序列，即m序列。

2 誤碼儀測試原理

該誤碼儀由發(fā)端模塊和收端模塊兩部分組成。發(fā)端模塊產(chǎn)生連續(xù)或者突發(fā)的比特流，作為通信系統(tǒng)的信源數(shù)據(jù)；收端模塊接收通信系統(tǒng)輸出的比特流，并將其與本地產(chǎn)生的、與發(fā)端形式相同的比特流進(jìn)行比較，從而完成誤碼測試。從邏輯上看，誤碼儀的工作過程大致可以分成以下幾個(gè)步驟：

（1）發(fā)端模塊產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)，并使其通過被測通信系統(tǒng)構(gòu)成的信道；

（2）收端模塊產(chǎn)生與發(fā)端相同碼型、相同相位的數(shù)據(jù)流；

（3）將收到的數(shù)據(jù)流與收端產(chǎn)生的本地?cái)?shù)據(jù)流逐比特地比較，并進(jìn)行誤碼統(tǒng)計(jì)；

（4）根據(jù)誤碼統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算出相應(yīng)的誤碼率，并輸出誤碼指示。

誤碼儀收端模塊所面臨的最主要問題是如何準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)本地產(chǎn)生的m序列與收到的數(shù)據(jù)流同步，即比特對齊，這是整個(gè)誤碼儀正常工作的前提。為了適應(yīng)各種不同類型的通信系統(tǒng)，根據(jù)m序列的性質(zhì)，采用隨動(dòng)同步的方法解決這個(gè)問題。