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数字通信系统误码率测试

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1数字通信系统误码率BER测试解决方案

现代通讯中数据通信越来越重要,评估误码率是评判传输系统性能的最终标准。误码率的测试都是作为一个系统指标主要集中在基带信源码的测试。随着系统集成度的复杂性增加,系统功能的细化导致了在分机系统中也需要进行误码率的测试。接收机、发射机的误码测试已经越来越多地出现在我们面前。而误码率测试系统所面对的信号已经由传统的信源信号转变为模拟的中频信号,甚至是射频信号。针对不同阶段的测试,RS均提供了相应的测试解决方案。

1.1接收机误码率BER测试解决方案接收机测试的目的是为了评估数字通信系统接收部分的整体性能是否符合设计和验收要求。一般情况下,测试端口位于射频输入端口,采用标准信号源产生射频测试信号,馈入接收机,然后将接收机输出码流反馈回信号源,完成接收机的误码率测试评估。接收机的测试项目很多,包括接收门限(或灵敏度)、载噪比C/N、动态选择性、邻信道选择性等。基于以上所有测试项目,其共同点就是每一个测试项目都是以误码率测试为参考。接下来详细介绍基于罗德与施瓦茨公司的综测仪和矢量信号源平台,提供强大的误码率测试功能选件如何完成接收机误码率测试功能。(1)单端误码率(Single-EndedBER)测试通过综测仪或者矢量信号源输出射频信号,馈入被测件,由被测件完成误码率测试,其测试平台有两种方式,具体参见图1、2。该方法工作原理:通过信号源发送带同步序列(如伪随机序列或者带Pattern的Datalist)的被测数据给DUT,DUT同步之后,解调数据并内部自己计算BER。此方法的特点如下:优点:由于BER计算由DUT完成,无需环回。缺点:DUT内部需要内置BER测量功能,工作量大、无法得到第三方认可。常见的例子:手机测试(非信令模式)、3G/LTE等通信制式的基站测试。适用的测试仪器:矢量信号源SMx或综测仪CMU/CMW(2)环回误码率(LoopBackBER)测试常见的误码率测试环境需要借助第三方的仪表完成,主要通过环回的方式完成误码率BER测试。下面详细介绍由罗德与施瓦茨公司提供的射频环回和基带环回测试解决方案。射频环回误码率(RFLoopBackBER)测试射频环回,该方法是信号源发送被测数据给被测件DUT,DUT解调(甚至解码)后,再(编码)调制到射频,环回给测量仪器,由仪器测试误码率BER测试,由于要射频环回,该测试往往由综测仪来完成。测试平台如图3所示。由于无线通信综测仪内置信号源和接收机,因此该方法使用起来极为方便,只需一台综测仪即可完成测量,完全采用射频输入/输出连接方式,并提供直观的测试结果显示(见图4)。常见的例子:手机测试(在信令模式,基于CMU/CMW)、GSM基站测试(基于CMD57或CMU300),适用的测试仪器:无线通信综测仪CMU/CMW。基带环回误码率(BaseBandLoopBackBER)测试基带环回(码流环回)是本文重点介绍的测试方法,适用于除上面之外的情况,适用的测试仪器:矢量信号源SMx。原则上,基本的误码率测试装置图通常如图5所示。罗德与施瓦茨公司的矢量信号源SMU200A可输出如下信号:高性能调制质量(低EVM);噪声干扰、失真源及衰落。因此,使用SMU200A进行误码率测试,只需要将被测件的时钟和数据反馈回SMU200A内,就可使用单台仪表完成几乎所有接收机性能测试项目,其最大的好处在于:方便、简洁、可靠。例如,用户可直接使用SMU200A完成载噪比C/N测试,由于SMU200A-K80可以直接测试误码率,SMU200A-K62可以直接在内置的高斯白噪声模块AWGN进行载噪比模拟,然后将接收机输出的码流反馈回SMU200A内,最终使用单表完成BER~C/N的测试,使得整个测试平台及过程将会更加简洁(见图6)。系统接收机误码率的测试可分为两种情况:一是通过发送已知的伪随机码;另外一种是通过发送用户定制的数据类型。两者略有不同,其过程如下:——通过伪随机码方式进行误码率BER测试上文提到,误码率=传输中的误码/所传输的总码数,因此要想得到传输中的误码,就一定需要知道传输的码流是什么,在这个过程中,可以通过传输伪随机码来进行。例如,PN9序列就是一个长度为29-1=511bit的数据流,同时具备较好的随机性,保证了数字基带信号定位时的恢复能力。图7是通过SMU200A,采用伪随机码方式完成DUT的误码率测试示意图。原理:SMU发送射频调制信号,调制特性根据DUT的配置来定,比如短距离无线数据通信ZigBee设备,可通过SMU200A的任意矢量调制模块产生Zig-Bee设备需要的信号,如2.4GHz频段的OQPSK信号(采用半正弦滤波成型)。数据类型为PRBSdata,发射信号可加噪声模拟C/N,然后通过DUT解调,解调后的数据馈入SMU-K80接口,SMU将解调数据和原始数据进行比较,即可测出误比特率情况;其特点如下:可支持的伪随机序列有PN9、PN11、PN15、PN16、PN20、PN21、PN23;支持的最大传输速率可达60Mbit/s;可进行误块率测试BLER,支持CCITTCRC16类型的校验码;时钟、数据输入阻抗,支持1kΩ、50Ω两种方式。——通过用户定制数据方式进行误码率BER测试有时候,用户需要测试设备在正常通信状态下的误码率,而这类产品大多要求发送用户定制的数据类型,而不一定是伪随机码,这就要求我们可以在用户定制数据类型下进行误码率测试。图8通过矢量信号源SMU200A采用Datalist格式发送用户定制的数据,然后通过K80误码率测试模块完成接收机误码率测试。原理:SMU发送射频调制信号,调制特性根据DUT的配置来定,数据类型为Datalist格式,可通过ControlList作为Enable信号进行定制数据的控制以满足客户设备工作状态的需要,然后通过DUT解调,解调后的数据馈入SMU-K80接口,SMU将解调数据和原始数据进行比较,即可测出误比特率情况。另外,用户定制的数据可编辑成*.txt格式,然后通过罗德与施瓦茨公司的工具ARBToolBox可非常方便地完成数据格式的转换,其误码率测试设置框图如图9所示。

1.2发射机误码率BER测试解决方案如前文所说,接收机误码率测试是衡量数字通信系统传输质量的主要目标,接收机性能的好坏决定了是否可以正确接收传输信息。综所周知,随着数字通信的快速发展,无线通信的环境越来越复杂,传输的信息很容易受到外界的干扰,从而在发射机部分就已经产生误码,此时需要用户首先判断误码在什么时候、什么阶段产生,比如有时误码的产生是由发射机本身性能不好而产生或者由于传输路径受到干扰而产生的,所以发射机误码的测试也来越受到用户的关注,如下面两种情况:(1)发射机自身产生误码(此类情况,一般主要由发射机的时钟误差如时钟抖动等,或者发射机的非线性所引起的误码,放大器\混频器\等失真引起,如群时延),具体参见图10。(2)传输信道引起误码(此类情况,一般主要由传输信道的恶化,如多径干扰、噪声叠加等信道失真所引起的误码),具体参见图11。罗德与施瓦茨公司的矢量信号分析仪FSW、FSV都可以在任意矢量信号分析模式下提供此功能的测试,其基本工作原理如图12所示。从图12可以看出,首先被测件DUT需要发射一串已知数据,然后通过FSW/FSV记录一个所有可能性的数据文件XML-File,最后将解调的数据与记录的XML-File文件做对比,计算出误码率。数据文件XML-File产生原理如图13所示。如图13所示,其操作步骤如下:记录工具RecordingTollforSequences.EXE采用TCPIP控制FSW/FSV。运行,此步骤完成所有可能性的数据记录,取决于发送的数据序列长度以及调制方式的选择,如发送伪随机码PN9序列、QPSK调制,由于QPSK有4种相位,因此最终的数据序列长度将达到(29-1)×4=2044。在RecordingTollforSequences.EXE工具运行完后,可通过StoreforK70产生需要的XML文件。然后导入已经记录的XML文件,进行已知数据文件解调(见图14)。最后,根据解调的总比特数和错误比特数,计算出发射机所产生的误码,具体参见图15。至此,我们已经得到了发射机的误码率BER。此外,记录的数据文件XML,还可带来一个意想不到的用处—精确同步。显然,以前的任意矢量解调软件K70可以完成各种调制方式的解调,但如果仔细研究,会发现那是一种盲解,即未知数据解调。而通过FSW/FSV提供的误码率计算功能,还将带来已知数据的解调功能,并且可提供一种精确同步的功能,具体参见图16。实际测试案例:图17为被测件在加入高斯白噪声AWGN,其载噪比C/N=10dB情况下,发射机误码率测试结果显示。

2误码率BER测试仪表介绍

RS提供了一系列的仪器以满足不同的数字通信系统误码率测试需求,表1为本文中提到的测试仪器,包括接收机误码率和发射机误码率测试仪表介绍。

3结束语

本文详细介绍了罗德与施瓦茨公司的数字通信系统误码率测试解决方案,基于RS公司先进的宽带矢量信号源、矢量信号分析仪的平台,在充分利用信号源和频谱仪进行通用指标测试的基础上,可再次利用信号源完成接收机的误码率测试以及利用频谱仪完成发射机的误码率测试。节约仪表资源、充分利用已有资源简化和加速了系统的研究和开发,在无线/有线射频发射机和接收机的应用中,保障了发送信号的通信质量。

作者:甘秉鸿单位:罗德与施瓦茨中国有限公司

数字化用户杂志责任编辑:田老师    阅读:人次