光电通信
何进松
摘 要：针对国防、军工、核电等领域对通信过程中稳定性和可靠性的严格要求，通常选择具有较高抗电磁干扰性能的光纤通信方式，利用光电通信转换器将电信号转换成光信号，为了验证通信过程中的误码率，本文采用基于PXI平台的模块化产品和分立式测试仪器相结合的方式进行设计，将光衰减器串接在光纤链路中，通过提高信噪比的方式，获得更高等级的误码率验证，结合伯努力概率实验方法，缩短测试时间，从而获得较高置信度的误码率测试结果。
关键词：误码率；PXI平台；信噪比；光衰减器
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.116
0 引言
在国防、军工、核电等领域，对通信的稳定性和可靠性要求及其严格，并且要求兼具较高的EMC电磁兼容性能，针对该要求，通常选择具有较高抗电磁干扰性能的光纤通信方式，该通信方式需要利用光电通信转换器将电信号转换成光信号。在信号传输过程中，不可避免的会产生误码现象，为了验证通信的稳定性和可靠性，需要对误码率这一重要指标进行测试。
本文介绍的误码率测试系统基于PXI平台的模块化产品和分立式测试仪器相结合的方式进行设计，包括硬件设备选型、系统搭建，采用NI公司的LabVIEW进行软件系统开发，对通信信号进行模拟、采集、分析，数据计算和数据输出。
1 光电通信转换器介绍
光电通信转换器模块是将 RS-422/485 子卡的电信号转换成光信号的转换模块。目前设计主要有两种类型，第一种是N通道，单收单发，第二种是N通道，单收多发，实现信号的多路分配。使用前，需要对产品进行在线测试，测试 1M 和 5M 速率下的通信功能是否正常。
2 系统总体设计
该系统采用基于PXI平台的模块化产品和分立式测试仪器相结合的方式进行设计，采用以太网组网方式进行连接和控制，利用虚拟仪器技术开发软件实现测试资源的统一调度。
系统测试资源包括两部分：PXI测试资源和分立式测试仪器。
（1）PXI测试资源，利用PXI-8431模拟不同速率带宽的串口通信信号、利用PXI-5122实现通信信号的采集；
（2）分立式测试仪器，利用EXFO-FVA-3150可变衰减器实现光信号的衰减：将光衰减器串接在光纤链路中，由测试系统通过光电通信转换器的光纤接口发送特定格式的数据帧与被测件进行通信，并接收被测产品电气接口输出的RS422通信数据，利用PXI-5122采集模块采集通信波形进行分析比较，全过程通过LabVIEW编程实现信号采集、数据处理、报表生成。
3 软件设计
本系统采用NI公司的LabVIEW软件进行开发。软件设计架构以基于队列方式的通用引擎技术为基础，根据不同软件需求设计上位机软件模块，采用分层管理方式，实现系统软件的高效、高稳定性的功能要求。系统软件包括主控程序、系统管理模块、资源管理模块、信号管理模块等软件模块，软件架构如图1所示。
该软件基于测试引擎+测试线程的设计结构，各个引擎独立运行，并分别负责各自的功能线程，实现了测试的并行运行。该软件各模块介绍如下：
（1）人机界面，主要提供用户操作菜单、按钮，并显示测试执行情况；
（2）系统管理引擎，该引擎为软件运行的基本引擎，主要包括系统配置线程，用户管理线程，测试数据管理线程和故障处理线程。各个线程独立运行，分别执行不同的软件功能；
（3）资源管理引擎，该引擎为测试资源的管理和调度部分，主要包括硬件设备管理线程，测试资源分配线程和RS422通信测试线程，各个线程独立运行，分别执行不同的测试功能；
（4）测试管理引擎，该引擎为测试软件的核心引擎，主要包括测试序列编辑线程、测试序列执行线程和测试报告管理线程。
4 测试项设计
根据产品模块的测试需求，测试项目可以分为两大类：通信功能测试和光纤头性能测试。
4.1 通信功能测试
光电模块的通信功能测试主要是RS422通信测试，测试依据为测试设备发送的数据帧和接收的数据帧一致，无丢包，测试方法设计如下：
a）由测试系统通过RS422通信测试模块的电气接口发送特定格式的数据帧与被测件进行通信，数据通信速率为 5M 波特率，同时接收被测产品光纤口输出的 RS422 通信数据。
b） 由测试系统通过RS422通信测试模块的光纤接口发送特定格式的数据帧与被测件进行通信，数据通信速率为 5M 波特率，同时接收被测产品电气接口输出的 RS422 通信数据。
4.2 光纤头性能测试
将光衰减器串接在光纤链路中，由測试系统通过 RS422 通信测试模块的光纤接口发送特定格式的数据帧与被测件进行通信，数据通信速率为 5M波特率，并接收被测产品电气接口输出的 RS422 通信数据，测试时间为2 小时，同时控制示波器采集被测产品输出的 RS422 电信号的波形，并计算误码率。
5 测试结果
通过将光衰减器串接在光纤链路中，提高信噪比的方式，获得更高等级的误码率验证，结合伯努力概率实验方法，缩短测试时间，从而获得较高置信度的误码率测试结果，测试结果如图2所示。
根据测试结果可知，我们在将SNR信噪比从14降至12的时候，即通过10E-9的误码率测试达到验证10E-12误码率的效果，由于希望达到测试结果置信度为99%以上，根据伯努利试验方法我们测试5次10E9的数据，光电转换器在该条件下收发的测试数据一致，无丢帧现象，即认为该被测对象通过10E-12的误码率测试。
6 结束语
误码性能测试作为数字通信的一个重要的综合性指标测试，测试技术上不去必将成为严重制约通信技术发展的重要因素，因此误码率测试成为广大工程技术人员高度重视和深入探讨的课题。
本文设计的基于PXI平台的光电通信转化器误码率测试系统具有误码率测试时间短，置信度高，自动化集成高、成本低、人机交互良好等优点，同时结合PXI平台的高性能、扩展性强、开发时间短等特点，使得本系统的改进和升级都非常方便，该系统在国防和核电安全的通信领域具有广泛的应用前景。
参考文献：
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