星间异步通信链路的误码率测试技术

作者简介 刘磊１９８４年生，硕士研究生，就读于北京航 空航天大学。目前从事星间数据链路技术与卫星导 航接收机等方面的研究工作。 常青１９６２年生，工学博士，毕业于北京航空 航天大学，副教授。研究方向涉及卫星定位接收机、 新一代无线通信系统、通信抗干扰、音视频信息处理 等多个领域。 李军１９８０年生，硕士研究生，毕业于北京航 空航天大学，工程师，现从事卫星有效载荷系统测试 丁作。 习清伶 １９６５年生，大学本科，毕业于西北工 业大学，研究员。目前从事卫星测控与星间数据链 路技术等方面的研究工作。
误码率测试分为数据直传模式下的单程误码率
万方数据
２０１０年第１期
刘磊等：星间异步通信链路的误码率测试技术
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图４发送数据帧格式设置框图
图５误码率统计框图
图６发送数据格式框图
上位机每收到一帧，将该帧与发送的数据相比 较，检测到错误后，将总误码数加ｌ。由于ＬＮＡ接１３ 为有线接口，且ＴＣＰ协议中本身含有校验和重传机 制。故由ＬＮＡ接口带来的误码可以忽略不计。待测 试完成（发送的帧数达到要求）后，上位机应用软件 自动完成误码率计算。
参考文献
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图３ 串口转网口组网解决方案示意图
３ 系统误码率测试的数据帧格式设置
测试和数据转发模式下的双程误码率测试。两种模 式都包括使用外部数据源和内部数据源（由上位机 应用软件产生测试数据）两种情况。所有情况都由 上位机软件完成收发数据的比对，统计误码率。
为了测试方便，在使用内部数据源时，用来进行 误码率测试的帧格式统一取为２０ ６００ｂｉｔ，帧的时间 长度大约为４ｓ，这样，为了满足长时间误码率测试 的要求，可以重复发送，直到达到以下要求：
方法在此不展开叙述，下面重点讨论误码率的测试
方法。
误码率ＢＥＲ的定义是：
ＢＥＲ＝Ｊｖ，／Ｊｖ，＝Ｎ，／Ｎｍ
（１）
式中，Ⅳ。、Ｍ分别为时间间隙ｔ。内的错误比特数、所 传输的总比特数；Ｂ为在测量点的二进制信号的比
ห้องสมุดไป่ตู้
特率。
测试原理图如图１所示。
图１ 通信线路误码率测试原理示意图
２ 多终端误码率统计的组网解决方案 设计
串口在远距离传输中高误码率的缺陷，故在终端中 加入一个串口转网口的设备。将设备终端从串口出 来的数据流按ＴＣＰ／ＩＰ协议传给ＰＣ，再由ＰＣ对数 据进行处理。这里采用的是ＭＯＸＡ公司的Ｎｐｏｒｔ ５１１０产品。它具有如下优点：
（１）轻松安装和简易设定，信用卡般的大小； （２）立即使串口仪器组网，采用点对点连接模 式，可在不使用ＰＣ的情况下经由网络连接串口仪 器； （３）支持Ｗｉｎｄｏｗｓ／Ｌｉｎｕｘ ＣＯＭ串口驱动程序模 式，支持通用Ｓｏｃｋｅｔ操作模式，包括ＴＣＰ服务器模 式、ＴＣＰ客户端模式、ＵＤＰ服务器／客户端和以太网 调制解调器模式等； （４）自动侦测ＩＯ／１００Ｍｂｉｔ／５Ｅｔｈｅｍｅｔ，所有串口 信号皆内建１５ｋＶ ＥＳＤ突波保护； （５）通过网络／Ｔｅｌｎｅｔ／控制器端口进行配置，配 置工具在网络上自动寻找Ｎｐｏｒｔ仪器。 组网解决方案示意图如图３所示，一台计算机 可以通过集线器连接多个网口。
（１）动态条件电平变化范围３０ｄＢ
频率变化范围≤±６ｋＨｚ
频率变化速率≤４５０Ｈｚ／ｓ 时延变化范围０．１咖一０．５ｍｓ
Ｅｈ，Ｎｏ
１４ｄＢ一４４ｄＢ
（２）系统指标 误码性能
Ｐｅ≤１×１０“（既／Ⅳ０≥
１４ｄＢ，电平和频率动态条 件下）
图ｌＯ误码性能测试连接框图
误码率性能测试分别在自测、环测、对测三种模 式下进行。这里只是列出了对测的模式连接图。如 果自测和环测，只需将相应的数据接口更换即可。 ５．３数据处理和测试结果判决
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空间电子技术
２０１０年第１期
之间通信传输无误的关键。ＣＲＣ校验的简单设计 流程图如图８所示。这里重复发送３次错误帧，如 果连续３次发现传输错误，则报警提示。
相对于下行数据，上行解析误码率测试数据的 设计显得较为复杂。主要是，针对不同的码序列要 设计不同的解析流程，工作量较大，其流程示意图如 图９所示。
误码率Ｐ，的计算公式： 误码率Ｐ。＝检测到的总误码数／发送的数据 总ｂｉｔ数 如果都有误码率Ｐ。冬１０一，则误码率性能满足 设计指标。 ５．４误码率测试结果 分别对数据在直传Ｔ作模式和数据再生转发模 式这两种情况下的数据进行误码率统计。 数据帧格式分别选择６种码型格式，长度１２８ （字节），次数１００００，帧数１５；每次测试用时２５小 时，测试结果显示，误码率性能满足设计指标。 图１ １显示了误码率测试的显示框图。
４误码率测试软件设计
误码率测试软件的设计分为上行和下行部分。
图７误码率测试下行数据程序设计流程图
图８误码率测试下行数据的ＣＲＣ校验程序设计流程图 下行部分主要负责向终端发送测试数据。考虑
到需要数据校验（这里采用的是ＣＲＣ校验方法）， 下发的时序由解析上行的校验帧来控制。
误码率测试下行程序设计流程图如图７所示。 其中，请求信号的解析也是误码率测试中很重 要的一部分。采用的ＣＲＣ校验方法是常见的网络 信息传输的校验方法，也是保证上位机和硬件终端
空间电子技术
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ＳＰＡＣＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
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星间异步通信链路的误码率测试技术
刘磊１ 常青１ 李军２ 习清伶２
（１．北京航空航天大学，北京１０００８３；２．中国空间技术研究院西安分院，西安７１００００）
摘要误码率是星间链路通信系统中的一个重要指标。文章提出了适用于星间双向异步通 信链路直传、转发模式的误码率测试方法，通过串口一网口转换方案实现了对多节点的星间通信链 路进行数据传输误码率检测。设计了双向异步信道传输误码分析算法并利用软件实现，提供对星 间链路多种码型、多种传输帧协议的误码率测试功能，能够给出双向异步信道传输误码的详细参 数，分析星间双向异步通信链路的误码成因。
发送的数据总ｂｉｔ数＝１０／要求达到的误码 率指标Ｐ。
这样，如果待测设备恰能满足误码率指标，则会 检测到１０ｂｉｔ的误码；如果检测到的误码数小于 ｌＯｂｉｔ，则待测设备的误码率性能优于设计指标。
为了使测试帧具有典型性，定义测试帧结构。 可以通过上位机应用软件重复发送２５帧星间通信 信息帧给中频信号处理板，组成一个完整的测试帧。 通信信息帧格式如表１所示。
Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒ—Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｌｉｎｋ
Ｌｉｕ Ｌｅｉ Ｃｈａｎｇ Ｑｉｎ９１ Ｌｉ Ｊｕｎ２ Ｘｉ Ｑｉｎｇｌｉｎ９２
（Ｉ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３； ２．Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｕｍｙ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｘｉ ７ａｎ），Ｘｉ ７ａｎ ７１００００）
表１通信信息帧
其中，数据段填充分为以下几种情况： ａ）填人全０； ｂ）填入全１； ｃ）填入０、１交替序列； ｄ）填人自然数序列； ｅ）各帧依次填人Ｉｌｌ序列，可以设置各种长度的 ｍ序列； ｆ）本地文件，可以选择本地硬盘里的任意文本 文件。 设置界面的框图如图４所示，从图可以直接清 晰地看到多种码型的选择都列在其中，方便选择和 设置，每一种码型的长度和次数都可以随意设置；还 有显示估算发送时间。 图５则显示出了误码率统计框图的结果显示 图。 发送数据帧格式设置的上方可以显示当前发送 的数据帧格式。前导码和帧头帧尾都可以随意设 置，如图６所示。
通信链路直传、转发模式的误码率测试方法，通过串 口一网口转换方案实现了对多节点链路进行数据传 输误码率检测，设计了传输误码分析算法，提供对星 间链路多种传输帧协议、多种码型的误码率测试功 能，分析星间双向异步通信链路的误码成因。每套 测试终端产生并接收误码率测试、测距／时间同步数 据流，完成双向信道误码性能测试、载噪比估计及距 离、时差测量结果的处理和显示，并具有对终端设备 状态监控的功能¨，２ Ｊ。
１ 通信线路误码率测试原理及方法
在数字通信中，误码率是检验数据传输设备及
收稿日期：２００８—０７—０２；修回日期：２００８—０９—１１
其信道工作质量的一个主要标准旧Ｊ。测试中，一般
采用由多项式生成的Ｍ序列（也就是伪随机码序
列）作为测试内容。这里采用７种码序列，外加发
送比对文件模式，共８种测试内容。码序列的生成
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ（ＢＥＲ）ｉｓ ａ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ—ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．ＢＥＲ ｔｅｓｔｉｎｇ
ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｒｅｌａｙｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒ—ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｌｉｎｋ．Ｕｓｉｎｇ ＲＳ２３２一Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｕｎｉｔ．ＢＥＲ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒ—ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｍｕｌｔｉ—ｎｏｄｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｌｉｎｋ ｉｓ ｒｅ— ａｌｉｚｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ＢＥＲ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｌｉｎｋ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ｄｅ— ｖｅｌｏｐｅｄ．ＢＥＲ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃａｎ ｓｕｐｐｏｒｔ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｅ ｃｏｄｅ ｔｙｐｅｓ，ｍｕｈｉｐｌｉｃａｔｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｌａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｐｒｏｐｏｓｅ ＢＥＲ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｄｅｄｎｅｅ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ＢＥＲ ｉｎ ｉｎｔｅｒ—ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｓｙｎｅｈｒｏｎｏｔｅｓｍｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｌｉｎｋ．
关键词 星间通信链路双向异步信道误码率测试
０引 言
文章研究内容面向星间异步通信链路，实现对 信道的误码率在线测试、实时统计与分析处理。
任务的星问链路采用了全双工异步链路体制， 基于双向单程伪距测量（Ｄｕａｌ Ｏｎｅ－ｗａｙ Ｒａｎｇｉｎｇ， ＤＯＷＲ）方法，实现星间双向异步通信与非相十扩频
测蹦时间比对。文中提出了适用于星间双向异步
Ｉ＝ｍ
误码性能测试连接框图如图１０所示。
图９误码率测试上行数据解析程序设计流程图
５误码率性能测试
５．１误码率测试设备 参与误码率测试的设备主要包括：两台计算机、两
台串口转网口设备、两个衰减器、两台待测设备终端。 ５．２误码率测试依据及连接框图
测试依据如表２所示。 表２误码率性能测试依据
序号
项目
指标要求
图ｉ１误码率测试框图
６ 结论
文章主要研究了星间双向异步通信链路扩频信
万方数据
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刘磊等：星问异步通信链路的误码率测试技术
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道误码率在线测试与实时统计分析技术。研究结果 表明，文章提出的误码率测试方法正确高效，误码率 统计算法准确可靠，对于整个星间链路分系统信道 误码性能的评测起到了关键作用。同时，该算法模 块具有很好的移植性，特别适用于通信网节点较多、 拓扑复杂、动态条件下的交叉多址通信链路进行误 码性能在线监测与统计分析。
星间异步通信链路终端包括铷钟、多普勒模拟单 元、基准源放大及分路器、频率综合器、噪声源、Ａ／Ｄ
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空间电子技术
２０１０年第１期
采样、综合基带处理单元、８ＰＳＫ调制器及设备监控单 元和计算机等。处理终端设备尽可能只占机柜中的 一个抽屉，监控计算机采用笔记本电脑…。简化的终
Ｈ 端Ａ和终端Ｂ的中频连接示意图如图２所示。 ｍ：嬲试卜盟］ 冒事蹲。阻 图２星间通信链路终端设备连接示意图 由于终端和ＰＣ之间可能相隔较远的距离，而