适用于乘性和加性复合信道的信道测试仪器及测试方法技术

适用于乘性和加性复合信道的信道测试仪器及测试方法，涉及一种信道测试技术领域，解决现有通信系统中信道对传输指标的影响，包括位同步测试模块、本地序列产生模块、帧同步测试模块、分组误码率计算模块、信道衰落测试模块、吞吐量测试模块以及衰落信息统计模块；本发明专利技术通过对接收端解调器输出的基带信号，分析在传输过程中的失同步(包括位失同步和帧失同步)、误码性能(包括误码率、丢包率)、系统吞吐量等指标。从而更加具体和完整地反映出信道信息，以便为通信系统的设计和改善时，提供设计输入。本发明专利技术采用FPGA硬件实现，并将计算得到的测试结果以通过以太网传输到电脑中，传输的帧频是1000帧/秒。传递的信息速率约为10Mbps。

【技术实现步骤摘要】
适用于乘性和加性复合信道的信道测试仪器及测试方法
本专利技术涉及一种信道测试
，具体涉及一种适用于乘性和加性复合信道的信道测试仪器及测试方法。应用于以大气激光通信系统为例的通信系统中，通过接收端解调器输出的基带信号分析并反映信道(包括带有乘性和加性噪声)的性能。
技术介绍
以激光通信系统为例的高速通信系统中，现有的技术产品对于接收端信号的测试，一般将模拟电信号输入高速示波器，观察其眼图，从而得到信道起伏状态，或者将其输入误码仪，测量其误码率，从而得到误码性能。从原理上讲，用示波器观察眼图需要用到高速数模转换器A/D，而当数据速率很高例如在10Gbps量级时，A/D速率和示波器的采样点储存数量将制约观测时间，导致无法长时间连续观测。现有的误码仪可以测量瞬时误码率和累积误码率，但是没有办法反映出信道的衰落特性和系统的吞吐量。吞吐量指的是单位时间内正确传输的数据包的个数。以2.5Gbps速率为例，如果每一个数据包时长为1us，如果在1分钟的测量中，出现了10ms的衰落，其余的时候全部正确，那么吞吐量为99.98％。考虑另一种极端情况，10ms长的衰落均匀分布在每一个数据包内，那么系统的吞吐量仅为58.33％。然而这两种情况的误码率完全一致。所以，误码仪并不能反映信道的衰落特性。不仅如此，误码仪还无法获得不同分组长度的误码率，即丢包率(本专利以数据包层面的吞吐量来描述)。此外，示波器和误码仪在测量时，需要外接连线，无法嵌入到接收机当中，无法在接收端完成解调的同时，进行系统性能的统计。除了对误码性能和吞吐量的测量，示波器和误码仪无法在比特层面和帧层面无法描述同步/失同步统计特性，无法测量信道衰落的持续时间及分布情况，从而无法得到最适合传输帧长度和交织深度。
技术实现思路
本专利技术为解决现有通信系统中信道对传输指标的影响等问题，提供一种适用于乘性和加性复合的信道测试仪器。适用于乘性和加性复合的信道测试仪器，包括位同步测试模块、本地序列产生模块、帧同步测试模块、分组误码率计算模块、信道衰落测试模块、吞吐量测试模块以及衰落信息统计模块；所述位同步测试模块可对输入的待测试序列进行位同步或者未同步的指示；所述本地序列产生模块产生与发射端发送的待测试的相同速率、相同码型的序列，该序列与所述位同步测试模块输出的序列进入分组误码率计算模块；所述分组误码率计算模块的计算结果分别输入至帧同步测试模块和衰落信息统计模块；所述帧同步测试模块将帧同步测试结果传送至信道衰落测试模块；所述衰落信息统计模块包括帧同步状态衰落信息统计模块与帧失同步状态衰落信息统计模块；根据分组误码率计算模块的结果，获得帧同步与帧失同步误码性能下衰落信息的统计；所述吞吐量测试模块根据帧同步测试模块与衰落信息统计模块输出的统计结果，获得吞吐量测试结果。适用于乘性和加性复合的信道测试方法，该测试方法包括同步性能测试、误码性能测试、吞吐量测试和信道衰落测试；所述帧同步测试模块用于完成帧同步性能测试，分组误码率计算模块用于误码性能测试，吞吐量测试模块用于吞吐量测试，衰落信息统计模块用于完成信道衰落测试；所述帧同步测试方法由以下步骤实现：步骤A1、设置帧同步标志位Fsyn的初值为0；判断位同步测试模块输出的结果是否为位同步，如果是，执行步骤A2；如果否，执行步骤A1；步骤A2、设置Nno-err初值为0，所述Nno-err为位同步测试模块输出信号a(n)与本地序列产生模块产生的序列b(n)的相同比特计数；步骤A3、判断接收到的位同步测试模块输出信号a(n)与本地序列产生模块产生的序列b(n)是否相同，如果是，则执行步骤A4；如果否，将Nno-err清零并重新计数并重置本地序列产生模块，返回执行步骤A1；步骤A4、更新数值Nno-err＝Nno-err+1，判断是否出现位同步，如果是，执行步骤A5；如果否，执行步骤A1；步骤A5、判断Nno-err的值是否与帧同步门限的值相同，如果是，则进入帧同步，将帧同步标志位Fsyn＝1，如果否，执行步骤A3，将帧同步标志位Fsyn置0；所述帧同步标志位Fsyn为帧同步测试模块的输出结果；误码性能测试的过程具体为：所述分组误码率计算模块分别统计在帧同步状态下瞬时误码率和累计误码率在帧失同步或者位失同步的情况下，不统计误码信息；所述衰落信息统计模块记录每一时刻累积的同步状态下的比特数以及记录每一时刻累计的同步状态下的错误比特数则累积误码率采用表示，与的关系为根据记录的瞬时误码率获得瞬时误码率的统计分布的直方图；所述吞吐量测试包括测试比特层面吞吐量Tbit和数据包层面吞吐量Tpac；定义比特层面吞吐量Tbit为无差错传输的比特的百分比，定义数据包层面的吞吐量Tpac为无差错传输的数据包的百分比；所述比特层面吞吐量Tbit，由获得；所述数据包层面的吞吐量Tpac由以下步骤实现：步骤C1、设定数据包的长度为Lpac，对应该长度的无差错传输的数据包的数量为npac，flag0为数据包是否有差错的标志位，0为有差错，1为无差错，初始化标志位flag0为0，npac为0；步骤C2、设定迭代变量初值k＝1；步骤C3、判断a(k)与b(k)是否相同，如果是，则标志位flag0为1，执行步骤C4；如果否，标志位flag0为0，执行步骤C4；步骤C4、k值加1，判断k是否小于数据包长度Lpac，如果是，执行步骤C3，如果否，执行步骤C5；步骤C5、判断flag0是否为1，如果否，执行步骤C2；如果是，无差错传输的数据包的数量为npac＝npac+1，获得数据包层面的吞吐量Tpac；为总比特数；所述信道衰落测试的具体过程为：步骤D1、初始化为帧同步状态，设定衰落次数nfad为0；flag1为是否发生信道衰落的标志位，0为未发生衰落，1为发生衰落；步骤D2、设定flag1＝0，迭代变量初值kk＝1；步骤D3、判断分组误码率计算模块中得到的第kk组瞬时误码率是否小于帧失同步误码率门限如果是，flag1＝1，执行步骤D4；如果否，执行步骤D2；步骤D4、更新kk值加1，判断kk是否小于比特长度Nfad，如果是，执行步骤D3；如果否，衰落次数nfad＝nfad+1，然后执行步骤D5；步骤D5、用户判断是否需要停止测试，如果是，则输出nfad；如果否，则返回执行步骤D2。本专利技术的有益效果：本专利技术通过对接收端解调器输出的基带信号，分析在传输过程中的失同步(包括位失同步和帧失同步)、误码性能(包括误码率、丢包率)、系统吞吐量等指标。从而更加具体和完整地反映出信道信息，以便为通信系统的设计和改善时，提供设计输入。本专利技术采用FPGA硬件实现，并将计算得到的测试结果以通过以太网传输到电脑中，传输的帧频是1000帧/秒。传递的信息速率约为10Mbps。附图说明图1为本专利技术所述的适用于乘性和加性复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于乘性和加性复合信道的信道测试仪器，包括位同步测试模块、本地序列产生模块、帧同步测试模块、分组误码率计算模块、信道衰落测试模块、吞吐量测试模块以及衰落信息统计模块；其特征是：/n所述位同步测试模块可对输入的待测试序列进行位同步或者未同步的指示；/n所述本地序列产生模块产生与发射端发送的待测试的相同速率、相同码型的序列，该序列与所述位同步测试模块输出的序列进入分组误码率计算模块；/n所述分组误码率计算模块的计算结果分别输入至帧同步测试模块和衰落信息统计模块；/n所述帧同步测试模块将帧同步测试结果传送至信道衰落测试模块；/n所述衰落信息统计模块包括帧同步状态衰落信息统计模块与帧失同步状态衰落信息统计模块；根据分组误码率计算模块的结果，获得帧同步与帧失同步误码性能下衰落信息的统计；/n所述吞吐量测试模块根据帧同步测试模块与衰落信息统计模块输出的统计结果，获得吞吐量测试结果。/n

【技术特征摘要】
1.适用于乘性和加性复合信道的信道测试仪器，包括位同步测试模块、本地序列产生模块、帧同步测试模块、分组误码率计算模块、信道衰落测试模块、吞吐量测试模块以及衰落信息统计模块；其特征是：
所述位同步测试模块可对输入的待测试序列进行位同步或者未同步的指示；
所述本地序列产生模块产生与发射端发送的待测试的相同速率、相同码型的序列，该序列与所述位同步测试模块输出的序列进入分组误码率计算模块；
所述分组误码率计算模块的计算结果分别输入至帧同步测试模块和衰落信息统计模块；
所述帧同步测试模块将帧同步测试结果传送至信道衰落测试模块；
所述衰落信息统计模块包括帧同步状态衰落信息统计模块与帧失同步状态衰落信息统计模块；根据分组误码率计算模块的结果，获得帧同步与帧失同步误码性能下衰落信息的统计；
所述吞吐量测试模块根据帧同步测试模块与衰落信息统计模块输出的统计结果，获得吞吐量测试结果。


2.根据权利要求1所述的适用于乘性和加性复合信道的信道测试仪器，其特征在于：该信道测试仪器通过高速接口与外部交互设备相连，完成测试结果的传输。


3.根据权利要求1所述的适用于乘性和加性复合信道的信道测试仪器的测试方法，其特征是：该测试方法包括同步性能测试、误码性能测试、吞吐量测试和信道衰落测试；所述帧同步测试模块用于完成帧同步性能测试，分组误码率计算模块用于误码性能测试，吞吐量测试模块用于吞吐量测试，衰落信息统计模块用于完成信道衰落测试；
所述帧同步测试方法由以下步骤实现：
步骤A1、设置帧同步标志位Fsyn的初值为0；判断位同步测试模块输出的结果是否为位同步，如果是，执行步骤A2；如果否，执行步骤A1；
步骤A2、设置Nno-err初值为0，所述Nno-err为位同步测试模块输出信号a(n)与本地序列产生模块产生的序列b(n)的相同比特计数；
步骤A3、判断接收到的位同步测试模块输出信号a(n)与本地序列产生模块产生的序列b(n)是否相同，如果是，则执行步骤A4；如果否，将Nno-err清零并重新计数并重置本地序列产生模块，返回执行步骤A1；
步骤A4、更新数值Nno-err＝Nno-err+1，判断是否出现位同步，如果是，执行步骤A5；如果否，执行步骤A1；
步骤A5、判断Nno-err的值是否与帧同步门限的值相同，如果是，则进入帧同步，将帧同步标志位Fsyn＝1，如果否，执行步骤A3，将帧同步标志位Fsyn置0；
所述帧同步标志位Fsyn为帧同步测试模块的输出结果；
误码性能测试的过程具体为：所述分组误码率计算模块分别统计在帧同步状态下瞬时误码率和累计误码率Petotal，在帧失同步或者位失同步的情况下，不统计误码信息；
所述衰落信息统计模块记录每一时刻累积的同步状态下的比特数以及记录每一时刻累计的同步状态下的错误比特数则累积误码率采用表示，Petotal与Pe(i)的关系为
根据记录的瞬时误码率Pe(i)，获得瞬时误码率Pe(i)的统计分布的直方图；
所述吞吐量测试包括测试比特层面吞吐量Tbit和数据包层面吞吐量Tpac；
定义比特层面吞吐量Tbit为无差错传输的比特的百分比，定义数据包层面的吞吐量Tpac为无差错传输的数据包的百分比；所述比特层面吞吐量Tbit，由Tbit＝Psync·(1-Petotal)获得；
所述数据包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚添，耿天文，高世杰，李学良，马爽，王也，李林，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22