（通信与信息系统专业论文）2m误码测试分析仪的研究与设计.pdf

武汉邮电科学研究院硕士论文 摘要 2 m 传输线路是我国电信传输网传输系统的基础。在我国，无论是准同步数字体 系，还是同步数字体系，都是建立在2 m 传输线路的基础之上。因而，2 m 线路的传 输性能直接影响我国电信网络的通信质量。对其传输性能的检测在通信网维护工作中 有着非常重要的意义。 误码仪通过检测数据传输系统的误码率指标，对其进行传输质量分析。它用于电 信和数据通信网络的测试和性能维护，是电信部门必须使用的基本测量仪器。其次， 在工程验收、教学实验、科研等各方面，误码仪也是必不可少的通信测量设备。因此， 2 m 误码仪还有很大的市场需求。在此背景下，本文提出了2 m 误码仪的研究与设计 这一研究课题，主要研究内容如下： 分析了国内外误码仪的研究现状，研究了2 m 误码仪的各种设计方法，通过分析 对比这些设计方法的优缺点，选定d s 2 6 5 2 1 作为误码仪误码检测内核，然后对数字 通信系统中误码产生原因、二进制伪随机序列分析、线路编解码技术、g 8 2 1 协议这 些关键技术进行研究，扫清了设计的障碍；接着进行市场调研，对2 m 误码仪进行需 求分析，在此基础上完成了2 m 误码仪的总体方案设计，该设计方案采用d s 2 6 5 2 1 对2 m 信号进行检测，单片机协调控制，并提供友好的人机接口，并用模块化设计思 想进行系统硬件设计；论文用c 语言进行2 m 误码仪误码检测内核的设计，采用自顶 向下和模块化的设计思想完成系统的软件设计；论文还对系统设计中所采用的数据通 信方式进行了研究，本系统主要采用了1 2 c 和s p i 串行通信方式来实现各功能模块 之间的数据通信；最后对设计出的设备进行了测试，结果表明设计完全符合要求，可 以投入使用。 关键词：2 m 误码仪；误码率；单片机；1 2 c ；s p i 武汉邮电科学研究院硕士论文 a b s t r a c t 2 mt r a n s m i s s i o nl i n e sa r e t h eb a s i c so fp s t ni nc h i n a i no u rc o u n t r y , b o m p l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h ya n ds y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h ya r eb a s e do n2 m t r a n s m i s s i o nl i n e s s ot h ep e r f o r m a n c eo f2 m - t r a n s m i s s i o nl i n e sd i r e c t l ye f f e c to nt h e t r a n s m i s s i o nq u a l i t yo fp s t n e v a l u a t i n gi t st r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c ei sv e r ys i g n i f i c a n t i nt h em a i n t e n a n c eo ft h en e t w o r k ab i te r r o rt e s t o rm e a s u r e st h et r a n s f e rq u a l i t yo ft h es y s t e mb y d e t e c t i n gi t s e r r o r - c o d ed a m n i f i c a t i o nl e v e l ab i te r r o rt e s t o ri su s e di nt h et e l e c o m d a t a c o m c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s t e s t i n ga n dm a i n t e n a n c e i ti sab a s i cm e a s u r ee q u i p m e n ti nt h e t e l e c o m m u n i c a t i o nd e p a r t m e n t a l s o ，i ti sn e c e s s a r yc o m m u n i c a t i o nm e a s u r ee q u i p m e n ti n t h ea c c e p t a n c ea n dt e s to fe n g i n e e r i n g ，t e a c h i n ga n dr e l a t i v er e s e a r c h s o ，2 mb i te r r o r t e s t o rs t i l lh a sav e r yb i gm a r k e td e m a n d u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，t h i sc o n t e x ta d v a n c e st h e r e s e a r c hs u b j u c to fr e s e a r c ha n dd e s i g no f2 mb i te r r o rt e s t o r t h em a i nc o n t e n to ft h i s t h e s i sc a nb ed e s c r i p t e da sf o l l o w s ： t h e s i se x p l a i n st h ei m p o r t a n c ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c hs u b j u c to fr e s e a r c h a n dd e s i g no f2 mb i te r r o rt e s t o rb ya n a l y s i n gt h e r e s e a r c h c o n d i t i o na n da p p l i e d c i r c u m s t a n c eo fd o m e s t i ca n df o r e i g ne r r o rc o d et e s t o r , a n di ta l s oa d v a n c e st h em a i n r d s e a r c hc o n t e n to ft h i st o p i c i ta d o p t sd s 2 6 5 21a st h eb i te r r o rd e t e c t i o nc o r eo ft h eb i t e r r o rt e s t o ra f t e rs t u d y i n gv a r i o u sd e s i g nm e t h o d so f2 mb i te r r o rt e s t o r , c o m p a r i n ga n d a n a l y s i n gt h em e r i ta n ds h o r t c o m i n go ft h e s em e t h o d s t h e ni ts t u d i e so nk e yt e c h n i q u e s s u c ha st h ee r r o rc o d eg e n e r a t i n gi nt h ed i g i t a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h ea n a l y s i so f b i n a r yp s e u d o ，r a n d o ms e q u e n c e ，t h et e c h n i q u eo fl i n ee n c o d i n ga n dd e c o d i n g , g 8 21 p r o t o c a l ，e t c t h e s ew o r k ss w e p tt h eo b s t a c l eo fd e s i g n t h e ni tc a r r i e so nt h em a r k e t i n v e s t i g a t i o na n dd o e sr e q u i r e m e n ta n a l y s i so nt h e2 mb i te r r o rt e s t o r , b a s e do nt h i s ， f i n i s h e st h et o t a lp r o j e c td e s i g n a d o p t st h es o l u t i o no fd s 2 6 5 21w i 吐12 ms i g n a l p r o c e s s i n ga n ds i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e rc o o p e r m i n gc o n t r o la n dp r o v i d e saf r i e n d l y m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，i nt h i st h e s i s ，m o d u l ed e s i g nt h i n k i n gm e t h o di sc a r r i e do nt h e 武汉邮电科学研究院硕士论文 二一 d e s i g no fs y s t e mh a r d w a r e t h et h e s i su s e sc l a n g u a g et od e s i g nt h ee r r o rd e t e c t i n gc o r eo f 2 mb i te r r o rt e s t o r a n di ta d o p t st h ed e s i g no ft o p - d o w na n d em o d u l ed e s i g nt h i n g k i n g m e t h o dt oc o m p l e t et h es y s t e ms o f t w a r ed e s i g n t h et h e s i sa l s or e s e a r c h e so n t h em e 恤d s o ft h es y s t e m sd a t ac o m m u n i c a t i o n ，t h i ss y s t e mu s e si 2 ca n ds p i 嬲t h em e m o d so ft h e d a t ac o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ef u n c t i o nm o d u l e s a tl a l s t m et h e s i sg i v e sat e s to f e q u i p m e n t s ，a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n d e x e sm e e tt h er e q u i r e m e n t s ，s oi tc a l lp u ti n t o l l s e k e yw o r d s ：2 me r r o rc o d et e s t o r ；b e r ；s i n g l e - c h i pm i c r o c o m p u t e r ；i 2 c ；s p i 武汉邮电科学研究院硕士论文 第1 章概述 2 m 误码测试分析仪是为2 m 传输线路进行误码测试的基础设备，是对电信网传 输质量的重要指标进行测试的基本工具，在整个电信网的维护工作中起着重要作用。 以前，国外厂商生产的误码仪在市场上处于垄断地位，近年来，由于国内厂商的不懈 努力，在误码仪的市场也占据了一定的分额，但仍存在着一些问题。本章对国内外误 码测试分析仪的发展现状及应用情况作了介绍，同时对本课题的研究的来源、目的、 意义、主要内容及创新点作出了说明。 1 1 国内外2 m 误码仪的发展现状及应用情况 通信技术日新月异的发展，使如何确保先进复杂的通信网络以及网内各种设备正 常运行这一问题越来越为人们所重视，这也极大的推动了通信测试技术的发展n 1 。通 信领域设计的范围很广，这些领域需要测试的参数越来越多，精度要求越来越高，测 试速度越来越快，频率范围也越来越宽。随着各种通信新技术的发展，用于通信测量 的测试手段及各种专用、通用的测试设备也随之应运而生。 数字通信以抗干扰能力强，高质量的远距离传输，以及便于与计算机连接，易于 加密等优点己经成为现代信息传输的重要手段晗1 ，而且随着大规模集成电路的广泛应 用，使得数字通信得到了突飞猛进的发展。而在数字系统中，传输性能的好坏直接影 响着整个网络的运行。数字通信中，误码率是检验数据传输设备及其信道工作质量的 一个主要指标，误码测试数据往往作为评判通信传输设备性能或系统传输质量优劣的 依据。因此，误码测试分析仪作为用于数字通信中误码率测量的通信测量设备成为整 个通信网上使用量最大的测试设备口1 。 目前误码仪的工作模式已发展到如下几种： ( 1 ) 发生器模式。发生器模式可以产生各种测试图案，常用的测试图案有伪随机 序列码、周期序列码等，主要适用于离线测试。 ( 2 ) 分析仪模式。分析仪模式主要适用于在线测试。 ( 3 ) 发生器分析仪模式。本文研究的误码仪属于此类。 ( 4 ) 直通模式。直通模式用于抽测一个6 4 k b i t s 时隙的比特误码。具体做法是： 武汉邮电科学研究院硕士论文 在2 m b i t s 的帧内选择一个6 4 k b i t s 时隙，把测试信号放进去；在接收端，误码仪把 该6 4 k b i t s 时隙的信号取出并与本身的参考信号进行比较，从而测出比特误码率。这 种测试需要停止一个信道的业务。 从误码仪的设计方法上来看，主要有以下几种方法： ( 1 ) 用分立元件设计误码测试模块的各个部分，该方法属于传统的设计方法，其 主要缺点是结构繁琐，设计复杂。 ( 2 ) 采用现场可编程门阵列( f p g a ) 与单片机进行设计，用f p g a 完成误码测试模块 的各个部分，单片机完成系统控制部分，这是也目前一种比较流行的设计方案。 ( 3 ) 采用专用误码测试芯片，如m a x i m 公司的d s 2 1 7 2 芯片等，这种误码测试 芯片具有功能完备，性能稳定，并且能极大的缩短产品的上市时间。 从误码仪的发展趋势上来看，多功能、小型化是这类产品的发展趋势。 具有代表性的国外产品主要有：a g i l e n t 公司的e 7 5 8 0 a 2 m b i t s 测试仪。国内 产品有中国电子科技集团公司第四十一研究所的a v 5 2 8 2 型p c m 综合测试仪、中创 公司的q s z 2 4 和柳州通信设备厂的d d 9 4 2 0 c 。 国外的误码测试仪表为了面向国际市场，为了兼顾各种制式，具备了很多的功能， 但有些功能并不符合目前我国电信网所采用的标准和制式，因此这部分功能其实是冗 余的，而且进口仪表的面板操作和显示界面也很复杂。而且，国外的误码测试仪表价 格昂贵，并且面板和说明书大部分都是英文的，使用起来不是特别方便。而传统的国 产误码仪由于设计起点不高，所以大多功能单一、测试指标少、缺少友好的人机界面， 从性能，精度和质量等各方面都与进口仪表有相当大的差距。 1 2 本课题的来源、研究目的及意义 本课题来自深圳市亚光通信有限公司研发部的科研项目“2 m 在线式误码仪”，主 要用于2 m b i t sp c m ( p u l s ec o d em o d u l a t i o n ) 通信的传输测试h 1 。 本课题的研究目的及其意义： 在信息高速发展的今天，通信无疑已经成为人们生活中不可缺少的部分。在目前 的数字通信中，有的数据信号的传输是通过模拟信道来实现的嘲，在模拟信道的两端 都要用调制、解调器以实现数模信号的转换，在这个过程中，难免会产生误码：即 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 使直接利用的是数字信道3 ，也同样会由于码间串扰瞳1 、噪声影响等各种原因产生误 码。为了解决这个问题，除了在数据传输系统中要有自动检测和纠正误码的能力外， 还必须对通信系统或他的局部设备的误码情况进行测试。 误码测试仪就是通过检测数据传输系统的误码性能指标，对其系统传输质量进行 分析。其中误码率就是反映数据传输设备和其信道工作质量的一个重要指标。所谓误 码率是指在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。误码率的大小由 通路的系统特性和信道质量决定，即要定量了解系统的运行质量，就需要对其误码率 进行测量。如果通路的系统特性和信道特性都是高质量的，则系统的误码率较低。 2 0 4 8 k b i t s 一次群作为交换网中继线路常用的一种传输速率，测试一次群线路的 传输质量是传输网维护的基本工作，数字传输线路的误码率则是电信网传输质量的重 要指标。进入9 0 年代以来，我国电信事业得到了迅猛发展，社会对通信的需求增长也 越来越快。尤其在近几年，随着大规模建设的完成，供需矛盾己得到大大缓解。与之 相应的，服务质量的提高己上升为主要矛盾。那么，整个电信网的维护工作日益显出 其重要性来。因此，电信部门对维护所投入的资金和人力也日益增加。而且，由于在 我国电信网的建设过程中，引进多个国家、众多公司的设备，其检测维护则更是重要 和繁忙。因此2 m 误码仪是电信部门日常维护不可缺少的工具。其次由于通信行业的 迅猛发展，所需工程技术人员不断增加，各大高校也相继开设通信、电子信息等专业， 在教学中也要进行大量的通信实验，误码仪的应用更是必不可少。再者在工程验收、 以及科研、生产中误码仪都是必不可少的仪器。因此，2 m 误码仪还有很大的市场。 亚光公司的y g b e r t 2 m 型误码仪是上世纪9 0 年代的产品，缺点相当明显： ( 1 ) 只具有离线测试功能，不支持在线测试功能； ( 2 ) 全英文操作环境，使用不方便； f ( 3 ) 体积较大，携带不便； ( 4 ) 电池续航能力不强； 基于以上缺点，急需升级换代。因此，开发新型的2 m 在线式误码仪具有非常现 实的意义。 3 武汉邮电科学研究院硕士论文 1 3 本课题的主要内容及创新点 在本课题中，本人的主要研究工作如下： ( 1 ) 完成搜集和查阅与项目相关的资料工作；组织和完成了i t u tg 7 0 3 n 们、 g 8 2 6 n 2 1 等英文资料的翻译工作。 ( 2 ) 与项目组成员合作完成了对项目的总体方案设计。包括用户需求分析，系统 实现框架的确定，功能模块和任务的划分，以及对每个子项目的方案制定等。 ( 3 ) 完成了系统硬件电路的设计与实现。包括主板和电源板等部分的设计开发， 包括原理图设计及p c b 板卡设计。 ( 4 ) 参与2 m 误码测试分析仪的基本软件设计。 ( 5 ) 完成产品的各功能模块的单元测试和最终的综合测试。 整篇论文的组织情况为：本论文的第二章首先简要介绍了2 m 误码测试分析仪的 相关理论及其涉及到的数据通信原理。第三章介绍了该仪器的总体方案设计以及对仪 器硬件平台的设计和功能实现。第四章分别介绍了软件设计和功能实现。第五章详细 介绍了系统中用到的两种通信方式以及在本系统中的具体运用；第六章介绍了对设计 出来的2 m 误码测试分析仪的相关测试。 本课题的创新点及实用性为：设计出的产品便于升级与维护，使用元器件少，在 制作p c b 板时尽量减小板卡的面积，从而减小2 m 误码测试仪的体积。充分考虑性 能及散热问题，使设计出的产品性能稳定、发热量小，在温度较高的环境中可稳定运 行。同时，本系统致力于节约成本，以最小的成本制作出稳定的产品。 4 武汉邮电科学研究院硕士论文 第2 章2 m 误码测试仪的相关理论 误码测试仪是一种常用的通信仪器，广泛用于电子电路、通信和教学实验等领域。 其基本原理是通过对经过被测系统的序列和原序列进行逐位比较，从而得到误码数。 基本原理图如图2 1 所示。 被测系统 ； 图2 1 误码检测的基本原理图 这里的被测系统是指广义的信道，它不仅包括传输煤质、还有调制解调器等交换 设备，因而检测误码可以了解整个数据传输系统的传输性能。误码的产生不仅仅只是 线路上的码间串扰和噪声干扰引起，系统的接受、发送设备以及其它部分都可能引起 误码。 本章对数字通信系统中的误码产生原因进行了分析，介绍了误码测量的原理及 g 8 2 1 建议规范。然后对二进制伪随机序列分析、2 m 传输线路的基本帧结构、线路 编解码技术这些关键技术进行研究，扫清了设计的障碍。 2 1 数字通信系统中的误码产生原因分析 数字通信系统的可靠性，最终体现在系统的误码上。所谓误码，是指数字通信系 统接收端经过判决电路，所产生的比特流中，某些比特与发送端相比发生了差错。误 码率是接收端接收到的误码比特数与总比特数的比值。引起误码的原因主要有以下几 个方面： ( 1 ) 各种噪声源产生的误码，包括有源器件产生的热噪声、光电检测器件产生的 散弹噪声、雪崩倍增噪声等。这些噪声都是以随机量为参数，其引起的误码是随机分 布的。 ( 2 ) 码间干扰引起的误码。 5 武汉邮电科学研究院硕士论文 ( 3 ) 定时信号的抖动引起的误码口3 ( 4 ) 线路及终端设备受外界的干扰引起的误码，这类误码大部分是突发性的。 2 2 误码测量原理 试。 对于误码的测量，通常有两种测量方式：一种是离线测试，另一种是在线在线测 2 2 1 误码离线测试的原理 所谓离线测试，是指在中断业务传输的情况下，由误码仪对系统进行实时误码的 测量。这种中断业务测量的实质是对系统运行质量进行时域抽样检测。根据测量期间 ( 即抽样检测时间内) 测得的数据来推断( 或估计) 系统传输业务时的运行质量。当 系统运行稳定，系统误码平稳随机且前后独立等概率的情况下，只有测量时间( 统计 时间) 足够长，离线测量获得的数据是能够以较大的可信度反映系统的运行质量的。 根据i t u t 建议，在对线路进行2 0 4 8 k b p s 码流速率的环路测量时，可以使用2 1 5 _ 1 的p r b s ( p s e u d or a n d o mb i ts e q u e n c e 伪随机序列) 阻1 。仪表通过发送和接收2 1 5 1 的 p r b s ，然后将接收和发送的数字序列进行逐比特比较，统计出误码个数，计算出信 道误码率。假定统计时间t 内检测到比特差错的个数为n ，则信道的误码率为： = 赤。 2 2 2 误码在线测试的原理 但是，在很多情况下，系统的误码并不是平稳随机的，而是会出现缓慢的随机波 动。这样，不同的测量时间和不同的统计周期，获得的测量数据可能会有明显的区别。 此时，中断业务测量获得的数据就不能很好的反映系统传输业务时的质量，这是它的 局限性。所以，要了解系统长期运行期间的质量情况，就需要对系统进行在线测试。 所谓在线测试，是指在不中断业务运行的情况下，利用系统总的码流中固定样码 或冗余码对系统误码进行实时在线检测。与离线测试相比，由于在线测试不影响系统 6 武汉邮电科学研究院硕士论文 正常运行，统计时间不受限制，因而测量结果有较高的精度和较好的可信度。在线测 试根据检测的对象不同，又分为两种方式：帧同步码检测和c r c 码检测。 1 帧同步码检测 这种方式即利用系统码流中的帧同步码组的差错情况，检测系统的误码率。其实 是通过样品推断总体的抽样检测法睛1 。 在一次群系统中，码流速率是2 0 4 8 k b p s ，帧同步码组长度m = 7 。假设系统误码 率为，则可求得帧同步码组的错误概率为昂= l 一( 1 一) 7 7 。 但在这里我们有一个假定：如果检测到一个差错帧同步码组，那么在它所包含的 7 个比特位中，有且只有一个比特发生差错。下面我们验证这一假定的成立。已知线 路误码率为，则一个帧同步码无差错的概率为：p o2 ( 1 一) ，。 一个帧同步码中有一个比特差错的概率为：忍= ( 1 一) 6 芝。 一个帧同步码中至少有两个比特差错的概率为： _ 忍2 = l - p o - p , = i - ( 1 - p 。) 7 - ( 1 一只) 6 在数字通信中，当线路误码率大于1 0 。3 时，则认为线路不可用。此时讨论其准确 的误码率已无意义。将只= 1 0 _ 4 代入上式，可得如0 0 0 0 5 9 9 。由此可见，在误码率 小于1 0 - 4 时，一个帧同步码中至少有两个比特差错的概率是非常小的，上述假定成立。 所以，在线路误码率比较小的情况下，可以直接用帧同步码的差错率来估算信道 误码率，即斥。 2 c r c 码检测 假设信道前后独立，且信道噪声具有高斯分布嘲，则由信道误码导致一个c r c 块出现k 个误码的概率p ( k ) 满足泊松分布：p ( k ) 2 意p 。其中，见= 2 0 4 8 p 。当 1 ) = 1 - p ( o ) 一p ( 1 ) = l e - - o 删3 0 2 0 4 8 e - o 朋8 0 0 1 8 3 上式说明，此时在一个c r c 块中出现一个以上误码的可能性很小。所以，可以 7 武汉邮电科学研究院硕士论文 用统计c r c 差错个数的方法来统计信道误码率，即假设在时间t 内，共检测到的 p ： 丝 c r c 块差错数为n ，则信道误码率r 堆2 0 4 8 * 1 0 6 当信道误码率 1 0 - 3 时，在一个c r c 块中出现一个以上误码的概率为： p ( k 1 ) = l 一尸( o ) 一p ( 1 ) = 1 一p - 2 0 4 8 2 0 2 8 e - 2 小8 0 6 0 6 8 这说明，此时在一个c r c 块中出现一个以上误码的可能性很大，所以，不能用 c r c 块的差错概率来折算系统误码率，换言之，当信道误码率较高时，c r c 检测方 法失效。 对某些特定结构的误码，c r c 是检测不出来的，这将导致漏检发生，可以证明， 其漏检概率p 2 - 4 = o 0 6 2 5 2 3g 8 2 1 建议规范 作为综合数字服务国际网络互联操作的误码性能标准，g 8 2 1 建议在手持式误码 测试分析仪中起到了至关重要的作用n 1 1 。按照( 2 8 2 1 建议，本误码测试分析仪得出的 各项指标将能够准确的作为检测网络连接质量的依据，同时这些指标还可以帮助用户 判断网络连接故障的具体情况。下面就对g 8 2 1 建议进行简要的介绍。 2 3 1 误码秒和严重误码秒指标 g 8 2 1 建议是一个运用于综合服务数字网络的、运行在低于原始比率和前部分之 下比特率的国际数字连接误码性能规范。这一规范指定了用于语言传输或作为数据类 型服务传输通道的n x 6 4 k 电路转换数字连接的误码性能、参数和指标。它的误码性 能参数来自于下列一些指标： ( 1 ) 误码秒( e s ) ：这是一个一秒的时间周期，在这个周期内产生了一个或更多 的比特错误。 ( 2 ) 严重误码秒( s e s ) ：这是一个一秒的时间周期，在这个周期内产生了一个大 于等于l x l o 。3 的比特误码率。 8 武汉邮电科学研究院硕士论文 应该注意的是，完整的测试时间( 6 - 删) 被分成了两部分，也就是连接可用时间 ( ) 和不可用时间( ) 。误码参数仅可以在连接有效状态时才可以被评价。 ( 3 ) 误码秒率( e s r ) ：即在一个固定测量间隔的可用时间内，完整秒的误码秒的 比率。 ( 4 ) 严重误码秒率( s e s r ) ：即在一个固定测量间隔的可用时间内，完整秒的严格 误码秒的比率。 在g 8 2 1 g 8 2 6 建议中，误码参数目标有以下两个功能： ( 1 ) 给国内和国际的数字网络用户一个指标，用以在实际运行状况下预测误码性 能，从而推进服务计划和终端设备的设计。 ( 2 ) 形成一个标准，在这个标准之上参数标准被分成传输设备和i s d n 连接系统。 2 3 2 可用时间和不可用时间指标 在g 8 2 1 建议规范的附件a 中，还提供了误码率测试中的另一项非常重要的指标， 这就是可用时间和不可用时间。对于可用时间和不可用时间，g 8 2 1 建议规范中的附 件a 是这样进行定义的： 一段不可用时间开始于：当每一秒的比特误码率在连续l o 秒的时间区间内出错 j 毗l x l 0 。，则认为这1 0 秒时间为不可用时间。 而一段新的可用时间开始于：当一段连续1 0 秒内每一秒的比特误码率正确的超 过l o 一，则认为这1 0 秒时间为可用时间。 2 3 3g 8 2 1 建议规范在误码测试中的应用 在2 m 误码测试分析仪中，根据g 8 2 1 建议标准，通过对指标进行统计可以很容 易的得到误码秒、严重误码秒、误码秒率和严重误码秒率等参数。 而如上节所述，如果持续1 0 秒钟的每一秒误码率超过1 0 。3 ，则认为进入不可用 时间，该1 0 秒也认为是不可用时间。在进行误码处理时，如果有一秒发现误码率超 过1 0 一，且当前为可用时间，则开始不可用时间的判断累计，而此时仍然按照可用时 9 武汉邮电科学研究院硕士论文 间的统计方式计算其它变量。如果下一秒仍然超过1 0 q ，则进行计时累加；如果不满 足超过1 0 叫的条件，则清“不可用判断即时 为零。如此反复，知道不可用判断计时 超过1 0 ，认为当前进入不可用时间，且刚刚过去的1 0 秒为不可用时间，于是修改当 前按照可用时间统计的参量。 就实现的细节来说，可用时间的处理方式和不可用时间是类似的。可用时间、不 可用时间要求在持续严重差错或其它状态进行1 0 秒切换，且只有在状态变换的时候， 才有这1 0 秒切换的判断。 另外，因为g 8 2 1 建议规范中只规定了误码秒、严重误码秒、可用时间与不可用 时间几项指标以及他们之间的相互关系，而没有对失步、无信号等在误码测试中也十 分重要的指标作出规定。所以，在对于这些重要指标，在2 m 误码测试分析仪的软件 设计中另行做出了约定。 2 4 二进制伪随机序列 2 m 离线测试最通用的测试图案是伪随机序列p 1 ，这里需要介绍一下伪随机序列 的相关知识。 众所周知，人在讲话时的话音信号完全是一种随机的，作为传递随机信息的p c m 系统当然应该是一个随机信息系统。为了对随机信息系统的特性进行测试，需要有一 个随机信号送给p c m 系统，然后在系统的输出口进行检测。这种随机信号可以由某 个模拟装置来实现，但更多的是利用计算机或其它装置来产生一个二进制周期信号。 这是因为这种二进制周期信号既易于实现又易于检测，且这种周期信号具有接近某一 类随机信号的统计特性。 伪随机序列码有很多种，其中用多级移位寄存器产生的m 序列即最长线性移存 器序列是最常用的一种，这不仅是因其性能可靠，电路简单易于实现更重要的是r n 序列码具有以下特性： ( 1 ) 如果将随机噪声的一个实样n ( t ) 进行抽样那么所得抽样为正和负的数目应该 接近相等。抽样总数越大，越接近。而由n 级移存器产生的m 序列中，n 位二进数字除 无意义的全零外，共有p = 2n 1 种组合，故其长度为2n 1 即周期为2n 1 。在每周期 1 0 武汉邮电科学研究院硕士论文 内，0 出现2 1 次，1 出现2 州次，0 比“1 只少出现一次。 。 ( 2 ) 我们把连续2 、3 、4 、n 个“1 ”或0 分别称为“二连符”、“三连符”、“四 连符”、n 连符。在一个周期2 “1 中，单个的“1 ”和“0 ”占总数的1 2 ；二连符占1 4 ； 三连符占音1 8 ；，并且在同级连符中连“1 ”和连“o ”各占一半最后有一个( n 1 ) 连0 和一个n 连“1 ”。这种规律与随机噪声的抽样序列也是相似的。 ( 3 ) r n 序列的自相关函数( 指r 取子码宽度整数倍时的自相关函数) 有两个值即非 归一化数字自相关函数为： r ( o ) - - + e r ( t ) = - 1 f o ，p ，垃p 显然r n 序列所具有的以上这些特性正是我们所需要的伪随机特性以下很有用的 特性： ( 1 ) m 序列的倒序y u ( 虽o 把序列的次序逆转过来) 和补码仍是m 序列： ( 2 ) 一个m 序列若与它本身移动若干位的序列模二相加，其和仍然为一个m 序列， 即原序列移动一些位数的序列； ( 3 ) 若将m 序列每隔一定个的奇位数抽出一位但所隔的位数不能除尽p ，那么就 可以得到一个新的序列。若所隔的位数是偶数，则得到原序列移位后的序列。 2 52 m 传输线路的基本帧结构 1 基本帧 时分复用的基本原理指出，时分多路复用是将时间分割成若干个路时缝，每一路 信号分配一个路时隙，帧同步码和其它业务信号、信令信号再分配一个或两个路时隙， 在p c m 基群设备中是以帧结构为基本单位乜3 ，将各种信息规律地相互交叉汇总形成 2 0 4 8 k b i t s 的告诉码流。 由于p c m 基群的话路只占用3 0 个路时隙，而帧同步码及每个话路的信令信号码 等非语音信息占用两个路时隙，因此称这种帧结构的基群为p c m3 0 3 2 路系统璐1 。 p c m3 0 3 2 路系统的高次群，如二次群、三次群等均是以基群系统作为基本单元 的，所以也称p c m 为一次群。 武汉邮电科学研究院硕士论文 1 2 7 3 2 ，1 2 7 0 4 ，g 7 0 6 建议给出p c m 基群设备有关特性的建议，其中包括规定复 用后的信息码流结构的帧结构。基群系统的帧结构如图2 1 所示。p c m3 0 3 2 路基群 最大帧结构是复帧，l 个复帧内有1 6 个子帧，( 编号为f 0 ，f 1 ，f 1 5 ) ，称f o ，f 2 ， f 1 4 为偶帧，称f l ，f 3 ，f 1 5 为奇帧，每帧有3 2 个路时隙( t s o ，t s l ，t s 3 1 ) ， 每个路时隙内有8 比特码，构成一个码字，当某一时隙用于传语音信号，这个时隙通 常传送该信号抽样速率为8 k h z 及每样值抽样速率为8k h z ，样值周期为1 2 5 9 s ，因此 帧周期是1 2 5 9 s 。当然，各时隙也可传非语音编码的数字信号。p c m 基群帧结构如图 2 2 所示。 b 0b ib 2b 3 b ib 6b 6b 7 。l 复帧( 含1 6 子帧) _ _ 、r l f 0f lf 2f 3f 4f 5f 6f 7 f 8 f 9l f l o l f l l l f l 2 i f l 3 l f l 4 l f l 5 l 1 子帻( 含3 2 个时隙) i t s 0i s 1 i t s 2 t r s l 5 | t s l 6 t r s l 7 i t s 2 6 f r s 2 市s 2 对r $ 2 9 r s 3 c r s 3 l 一 。帧同步码( 偶帧)： l oollo ll f co 0 0 o1a 2l1 仁+ 留给国际通信用也可用 。复帧同步码。多用，不用发l + c r c 校验，不用时发l 、 一 士 7 ll a l llill 复帧失步对告；失步a 2 = l 、留给国内通信用7 同步a 2 - - - - 0 审( 不用时发1 ) f ia lb lc ld la 1 6 lb l sc 1 6 id 1 6 帧失步对告：失步a ，：l 第l 路第1 6 路 同步a l = 0 f 2a 2 b 2c 2d 1 7a 1 7 l b l 7c 1 7 ld 1 7 第2 路 第1 7 路 f 5a 5b 5c 5d 5 a 2 0 lb 2 0 c 2 0 id 2 0 第1 5 路第3 0 路 图2 2p c m 基群帧结构 图2 2 中子帧的3 2 个时隙安排如下： ( 1 ) 偶帧( f 0 ，f 2 ，f 1 4 ) 的t s 0 用于传送帧同步码，码型为0 0 1 1 0 1 1 。 ( 2 ) 奇帧( f 1 ，f 3 ，f 1 5 ) 的t s 0 用于传送帧失步对告码等。 ( 3 ) 每一子帧t s 0 的第l 比特用于c r c 校验码，不用时固定发“1 ( 4 ) t s l - t s l 5 及t s l 7 t s 3 1 共3 0 个时隙用于传送第1 至第3 0 路的信息信号。 ( 5 ) t s l 6 用于传送复帧同步信号、复帧失步对告及各路的信令( 摘机、拨号、占 1 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 用等) 信号。当t s l 6 用于传随路信令时，它的安排是f 0 子帧的t s l 6 时隙用于传复帧 失步对告码及复帧同步码，f l 子帧的t s l 6 时隙传送第1 路和第1 6 路的信令信号，f 2 子 帧的t s l 6 时隙传送第2 路和第1 7 路信令信号，依次类推，每一子帧内的t s l 6 时隙只能 传2 路信令信号码，这样3 0 路的信令信号传送一遍需要1 5 个子帧的t s l 6 时隙，每话路 信令信号码的重复周期为一个复帧周期，复帧同步码为0 0 0 0 ，为避免出现虚假复帧同 步，各话路的信令信号比特abcd 不可同时为o ，到目前为止d 比特不用，此时要固定 发“1 ”，若bcd 均不用，要固定发“1 0 1 。 当前我们所用的基群设备，t s l 6 一般用于传随路信令信号。t s l 6 时隙也可用于 传送速率达到6 4k b i t s 的公共信道信令。利用信号的定位的方法，可组成特定公共信 道信令规范的一部分。 根据t s l 6 的不同用法，帧结构分为两种： p c m 3 0 ：t s l 6 用于传送随路信令，一帧共有3 0 个话路。 p c m 3 1 ：t s l 6 分配给1 个话路，一帧共有3 1 个话路。 根据帧结构可得p c m3 0 3 2 路系统总的码速率( 也称数码率) 为 f b = 8 0 0 0 ( 帧秒) 3 2 ( 时隙帧) x8 ( 比特时隙) = 2 0 4 8m b i t s 每子帧即每帧时隙内含比特数为3 2 ( 时隙帧) x8 ( 比特时隙) = 2 5 6 b i t ，由于周期 为1 2 5 9 s ，每时隙占用时间为1 2 5 3 2 = 3 9 1 a s ，每比特码占用时间为3 9 8 4 8 8 n s 。 而复帧周期为1 2 5 i _ t s 1 6 = 2m s 。 2 c r c 复帧 i t u t 在确定帧同步码时已充分考虑到出现伪同步码的可能性，但是在实际通信 中还是不可避免地出现伪同步信号。为防止伪同步码造成的错误同步，同时也为了向 通信系统提供一种误码检测手段，i t u t 建议采用4 位循环冗余校验陋1 。方法是：在 发送端将待发的一组数据进行运算，得到一个4 位的余数，将该余数放在下一组数据 的指定位置作为校验数据并随数据发往对端。在接收端，将收到的信号进行同样的运 算，将所得余数与下帧数据中的校验数据相比较，如不一致即为误码阳1 。 每个c r c 4 复帧也由1 6 个子帧组成，分为两个子复帧( s m f ) 。在偶帧内，比特 l 用来传送c r c - 4 比特。在每个子复帧内，有4 个c r c - 4 b i t e ，记作c 1 、c 2 、c 3 、 c 4 ，用于传送前一子复帧的校验码。在奇帧内，比特1 用来传送6 比特c r c - 4 复帧 1 3 武汉邮电科学研究院硕士论文 定位信号( 0 0 1 0 1 1 ) 和两个c r c - 4 误码指示比特( e 比特) 。e 比特用来指示下游出现误 码的子复帧，c r c 4 复帧结构如表2 1 所示。 c r c 4 复帧与c a s 复帧是相互独立的，两种复帧结构可以组合起来同时使用， 因此2 m 口实际使用的帧结构有4 种： ( 1 ) p c m 3 0只具有c a s 复帧结构 ( 2 ) p c m 31没有任何复帧结构 ( 3 ) c r c 3 0即具有c a s 复帧结构，又具有c r c 4 复帧结构 ( 4 ) c r c 31只具有c r c 4 复帧结构 表2 1c r c 4 复帧结构 子复帧内1 8 b i t 帧号 帧( s m f )l 234 5678 oc l 0o1 lo1l 101as as as as as a 2c 2o01l0ll 3o1as as as a s a s a i 4c 3o01lol1 5l 1as a s as as as a 6c 4 o o l 1 o 11 7olas as as as as a 8c l0o1 lo1l 911as as as as as a 1 0c 20o1lo1l 1 111as as as as as a i i 1 2c 3 ool 1 o11 1 3e1as as as as as a 1 4c 4o0l1011 1 5elas a s a s as as a 1 4 武汉邮电科学研究院硕士论文 2 6 线路编码技术 在p c m 基群的信道上，线路编码采用a m i 码( 传号交替反转码) 或h d b 3 码 ( 三阶高密度双极性码) “3 ，下面分别介绍这两种线路编码。 1 a m i 码 a m i 码称为传号交替反转码。其编码规则为代码中的0 仍传输码0 ，而把代码中 的1 交替变换为传输码的+ 1 1 + i ，。 a m i 码的特点： ( 1 ) 无直流成分且低频成分很小，因而在信道传输中不易造成信号失真。 ( 2 ) 编码电路简单，便于观察误码状况。 ( 3 ) 由于它可能出现长的连o 串，因而不利于接收端的定