基于FPGA的2M誤碼測試儀設計

0 引言
無論是何種通信新業務的推出和運營，都離不開強力有效且高可靠的傳輸系統。隨之而帶來的問題就是如何對系統的傳輸質量進行測量和保證。
誤碼測試儀是一種能夠測量和保證傳輸質量的智能化儀器，該儀器可通過檢測來反映數據傳輸設備及其信道工作的誤碼損傷性能質量指標，并對其進行傳輸質量分析的有效工具。在電信運營、工程驗收、科研、設備生產、教學實驗等各方面，誤碼儀都是必不可少的通信測量和線路維護的最佳輔助工具。目前在陜西省業務設備的接口應用中，百分之九十以上的接口是2M的接口，比如：交換網絡上應用、信令網上的應用、數據網上的應用、網管網上的應用等，都使用了2M的數據。針對傳統誤碼儀的不足，本文給出了基于Altera公司的cyclone系列FPGA芯片EP1C12-240PQFP的2M誤碼測試儀的設計方案。基于FP-GA的誤碼測試儀相對于傳統的誤碼測試儀的優點在于其FPGA的內部邏輯功能是通過向內部靜態存儲器單元加載配置數據來實現的。其配置文件決定了邏輯單元的邏輯功能以及模塊間或與I／O間的連接，并最終決定了FPGA所實現的功能。FPGA的這種結構允許多次編程，并享有快速有效地對新設計進行優化的靈活性，故現今的通信系統大量采用FPGA作為系統的核心控制器件。本文重點介紹了FPGA內核中序列發生模塊和序列接收模塊中核心內容的設計。其中FPGA內核中m序列發生器的設計思想采用移位寄存器理論，并根據本原多項式來獲得m序列移位寄存器的反饋邏輯式：

其中cn-1-i∈GF(2)是反饋系數，xi∈GF(2)是每位寄存器的狀態。這樣，結合cyclone系列FPGA芯片EP1C12-240PQFP的結構特點，就很容易實現反饋移位寄存器的邏輯功能。

1 誤碼測試系統的總體方案
誤碼一般是由通信系統中接收端抽樣判決器的錯誤判斷造成的，而造成錯誤判斷的原因主要有兩個：一是碼間串擾，另一個是信道加性噪聲的影響。誤碼測試儀存在兩種設計方案，一種是誤碼儀的發射端模塊和接收模塊兩部分獨立，可用于單工的通信系統性能測試。但是由于該系統的測試序列需要動態生成，所以，其能夠測試的系統碼速只能和FPGA控制模塊所能達到的速度相同。另一種方案是將發射端模塊和接收模塊結合在一個系統內部，這樣能測試具有回環的通信系統，如雙工通信的收發設備等。本文設計屬于第二種方案，其誤碼測試系統框圖如圖1所示。圖中，發送端模塊產生的偽隨機序列作為通信系統的信源數據流流經信道，接收端模塊則接收來自信道輸出的比特流，并將其與接收端模塊產生的與發送端模塊輸出類型相同的偽隨機序列進行比較，從而完成誤碼測試。誤碼儀由發送端的序列發生器1模快、接收端的位同步信號提取模塊、幀同步碼檢測模塊、序列發生器2模塊、誤碼分析模塊及外設接口構成。其中位同步信號提取模塊的作用是獲得位定時同步脈沖。幀同步碼檢測模塊的作用是獲取幀同步信號，以使兩個序列能以同相位比較計算誤碼率。因為如果接收的測試序列與序列發生器2模塊產生的序列兩者相位不同，則誤碼的測試結果將毫無意義。

2 系統硬件設計
2．1 系統硬件組成
根據誤碼測試儀器的功能要求，在本系統的硬件總體架構中，將FPGA作為總控制器，并外擴E1接口模塊，以用于實現碼型和波形的轉換，同時將FPGA輸出的NRZ碼型轉換成適合于在E1信道中傳輸的HDB3碼型，并將來自E1信道的HDB3碼轉換為NRZ碼送入FPGA中；E2PROM存儲模塊則可將誤碼分析模塊的誤碼測試結果進行存儲，且掉電不丟失數據，并可隨時讀取，以便于在無人值守的情況下進行誤碼測試；LCM顯示模塊是為了使用戶了解誤碼測試結果；RS232串口模塊則用于和PC機通訊，上傳誤碼檢測結果，以便于從PC機上看到一段時間內誤碼率曲線圖及其它誤碼信息，使用戶了解通信系統的誤碼發生情況；此外，系統還外擴有鍵盤、電源管理模塊、時鐘電路、JTAG下載口和AS下載口。