基于PXI平臺的光電通信轉(zhuǎn)換器誤碼率測試系統(tǒng)設(shè)計

何進(jìn)松

摘 要：針對國防、軍工、核電等領(lǐng)域?qū)νㄐ胚^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)換器將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，為了驗證通信過程中的誤碼率，本文采用基于PXI平臺的模塊化產(chǎn)品和分立式測試儀器相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計，將光衰減器串接在光纖鏈路中，通過提高信噪比的方式，獲得更高等級的誤碼率驗證，結(jié)合伯努力概率實驗方法，縮短測試時間，從而獲得較高置信度的誤碼率測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：誤碼率；PXI平臺；信噪比；光衰減器

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

0 引言

在國防、軍工、核電等領(lǐng)域，對通信的穩(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)換器將電信號轉(zhuǎn)換成光信號。在信號傳輸過程中，不可避免的會產(chǎn)生誤碼現(xiàn)象，為了驗證通信的穩(wěn)定性和可靠性，需要對誤碼率這一重要指標(biāo)進(jìn)行測試。

本文介紹的誤碼率測試系統(tǒng)基于PXI平臺的模塊化產(chǎn)品和分立式測試儀器相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計，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)開發(fā)，對通信信號進(jìn)行模擬、采集、分析，數(shù)據(jù)計算和數(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 子卡的電信號轉(zhuǎn)換成光信號的轉(zhuǎn)換模塊。目前設(shè)計主要有兩種類型，第一種是N通道，單收單發(fā)，第二種是N通道，單收多發(fā)，實現(xiàn)信號的多路分配。使用前，需要對產(chǎn)品進(jìn)行在線測試，測試 1M 和 5M 速率下的通信功能是否正常。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)采用基于PXI平臺的模塊化產(chǎn)品和分立式測試儀器相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計，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)開發(fā)軟件實現(xiàn)測試資源的統(tǒng)一調(diào)度。

系統(tǒng)測試資源包括兩部分：PXI測試資源和分立式測試儀器。

（1）PXI測試資源，利用PXI-8431模擬不同速率帶寬的串口通信信號、利用PXI-5122實現(xiàn)通信信號的采集；

（2）分立式測試儀器，利用EXFO-FVA-3150可變衰減器實現(xiàn)光信號的衰減：將光衰減器串接在光纖鏈路中，由測試系統(tǒng)通過光電通信轉(zhuǎn)換器的光纖接口發(fā)送特定格式的數(shù)據(jù)幀與被測件進(jìn)行通信，并接收被測產(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，全過程通過LabVIEW編程實現(xiàn)信號采集、數(shù)據(jù)處理、報表生成。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用NI公司的LabVIEW軟件進(jìn)行開發(fā)。軟件設(shè)計架構(gòu)以基于隊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)計上位機軟件模塊，采用分層管理方式，實現(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。

該軟件基于測試引擎+測試線程的設(shè)計結(jié)構(gòu)，各個引擎獨立運行，并分別負(fù)責(zé)各自的功能線程，實現(xiàn)了測試的并行運行。該軟件各模塊介紹如下：

（1）人機界面，主要提供用戶操作菜單、按鈕，并顯示測試執(zhí)行情況；

（2）系統(tǒng)管理引擎，該引擎為軟件運行的基本引擎，主要包括系統(tǒng)配置線程，用戶管理線程，測試數(shù)據(jù)管理線程和故障處理線程。各個線程獨立運行，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，測試資源分配線程和RS422通信測試線程，各個線程獨立運行，分別執(zhí)行不同的測試功能；

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

4 測試項設(shè)計

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

4.1 通信功能測試

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

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

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

4.2 光纖頭性能測試

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

5 測試結(jié)果

通過將光衰減器串接在光纖鏈路中，提高信噪比的方式，獲得更高等級的誤碼率驗證，結(jié)合伯努力概率實驗方法，縮短測試時間，從而獲得較高置信度的誤碼率測試結(jié)果，測試結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)測試結(jié)果可知，我們在將SNR信噪比從14降至12的時候，即通過10E-9的誤碼率測試達(dá)到驗證10E-12誤碼率的效果，由于希望達(dá)到測試結(jié)果置信度為99%以上，根據(jù)伯努利試驗方法我們測試5次10E9的數(shù)據(jù)，光電轉(zhuǎn)換器在該條件下收發(fā)的測試數(shù)據(jù)一致，無丟幀現(xiàn)象，即認(rèn)為該被測對象通過10E-12的誤碼率測試。

6 結(jié)束語

誤碼性能測試作為數(shù)字通信的一個重要的綜合性指標(biāo)測試，測試技術(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)計的基于PXI平臺的光電通信轉(zhuǎn)化器誤碼率測試系統(tǒng)具有誤碼率測試時間短，置信度高，自動化集成高、成本低、人機交互良好等優(yōu)點，同時結(jié)合PXI平臺的高性能、擴展性強、開發(fā)時間短等特點，使得本系統(tǒng)的改進(jìn)和升級都非常方便，該系統(tǒng)在國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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