CN100397810C - 用于比特误差率分析的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于确定比特误差率的方法和装置。该方法包括步骤：由测试装置的采集单元获取(310)预定时间周期的数据信号，并将该数据信号存储在测试装置的存储器中。从存储的数据信号恢复(315)时钟信号，并且根据该时钟信号将存储的数据信号分为多个预定长度的数据段。使每个所述数据段与帧或(335)预定模式同步(662)以便确定(345)其比特误差率。

Description

用于比特误差率分析的方法和装置

对相关申请的交叉引用

本申请要求对2002年9月30日递交的美国临时专利申请序列号60/415155的权益，该申请的全部内容通过引用结合在本文中。

发明领域

本发明涉及数字示波器中取样的信号的比特误差率分析的方法。

背景技术

对于所有串行数据测试而言，比特误差率测量是重要的。所有其它测量涉及该参数，该参数是链路质量的最终测量。一般而言，示波器具有来自眼图或者抖动浴盆曲线的一般测量比特误差率。然而，在非常高的取样采集中，这些方法被证明是不可接受的。

发明内容

软件比特误差率和误差位置分析

根据本发明，

SDA通过首先收集比特模式的长波形采集的方式计算比特误差率。使用恢复周期时钟，以最佳阈值电平将该波形取样，并且存储合成的比特序列并将其与已知的比特模式比较。该比特模式可以是标准模式、伪随机发生模式或者定制模式。提供了自动搜索算法，其调整已知和测量的模式。这样，只有在根据本发明的SDA中才可以用软件通过使用软件恢复时钟以定义多个数据段、将捕捉的波形的数据段转换为比特(然后将这些比特与已知的数据模式比较)的方式直接测量比特误差率。

比特误差率(BER)使用适当的软件测量特定接收信号的实际比特误差率。可以计算以下测量：

整个比特误差的数量

″0″误差的数量

″1″误差的数量

BER(比特误差率)-给定数量的测试比特的误差数量

比特误差率测量的上述方法局限于由存储深度(大小)和每比特点数所设定的最小电平。假设每比特4个取样，图1，总结了单个采集的这种灵敏度。这样，如图所示，存储器越大，可检测到的BER越低。

然而，根据数字示波器中发现的当前存储长度，上述灵敏度将软件测量方式限制在相当高的比特误差率。希望大部分串行链路以低于1E-9的误差率工作。上述方式是最有用的，然而，在未揭示的模式中，相关的误差常常大于1E-9。

根据本发明描述的软件BER方式使该装置能够显示数据流内的误差位置(如下所述)。如果假设误差是随机和固定的(即它们并非时间相关)，则通过使用多个数据采集可降低最小误差率。

通过说明书和附图，本发明的其它目的和优点将变得部分明显和显而易见。

相应地，本发明包括若干步骤、一个或多个这些步骤彼此之间的关系，以及实施适用于实现这些步骤的结构特征、元件组合和部件布置的装置，在以下的详细公开中举例说明了所有这些，并且将在权利要求中指示本发明的保护范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明，参考以下说明书和附图，其中：

图1是示出示波器存储长度和最小比特误差率之间关系的图；

图2是比特误差映射，其是示出帧的比特误差位置的三维图；

图3是示出产生图2的行/列显示所需步骤的流程图；

图4是示出基于恢复的时钟的波形的模拟-数字转换的图；

图5是示出所要测试的信号和已知序列的比较的框图；

图6是示出用于执行比特误差率测量的测试测量装置的用户接口；

图7是示出用于分析获取和存储的波形并产生与该波形相关联的恢复的时钟的过程的流程图；

图8是示出用于执行本发明的比特误差率分析的装置的框图。

具体实施方式

比特误差位置

如图2中所示，将实际比特误差映射(诸如225上示出的)显示给用户。误差显示为不同的颜色(图中是白色)。随机误差显示为随机点，而任何类型的重复误差显示为一种模式，该特定模式指示误差的类型。在显示205上示出上述实际比特误差映射的表示，并且该表示包括三维图，其中比特误差220位于输入数据流内。显示205将数据流分成行-列格式215，其中行包含帧中的所有比特210。由特定比特序列(即对于SONET/SDH是0×F268)为数据帧定界，该比特序列是用户可选的或固定数量的比特。该显示将帧相关的误差源显示为垂直条纹，其中水平尺寸是比特编号，垂直尺寸是帧编号。将比特误差的位置作为对比色显示在x-y显示上。

图3示出产生比特误差位置映射所需的步骤，以下将描述这些步骤。

时钟恢复

在图3的步骤310上，采用单个触发器获取波形(如下所述)，并且在步骤315上从波形恢复时钟。现在将结合图7描述数据采集和时钟恢复，图7是示出用于分析获取和存储的波形并产生与该波形相关联的恢复的时钟的过程的流程图。在步骤110中，从存储器检索获取和存储的数据信号。然后，在步骤115上，为了分析用于阈值交叉的数据信号以便随后定义以几乎相同的取样间隔获取的一系列″取样″，定义绝对或相对(记录的波形的振幅的百分比)垂直阈值。在步骤120上，将数据信号的每个部分与该阈值比较以便定位跨过或跨越阈值的数据信号的相邻取样对。即，一个取样大于或等于该阈值，相邻取样小于或等于该阈值。在将标识的取样对作为真正独立的阈值交叉点接收之前，还必须考虑滞后需求，从而消除对抖动起作用的本地噪声。其后，使用线性或非线性内插，在步骤125上通过比取样间隔更精确的阈值做出交叉时间的估计。这定义了阈值交叉的观察时间。在步骤127上，将虚拟时钟的相位初始化。这是通过将初始相位设定为等于第一观察过渡的阈值交叉时间的方式实现。(即，第一观察时间用作恢复的时钟的初始相位的估计)。必须通过若干方法中的一种来进一步改进初始相位：1)丢弃数据中的第一N过渡，或者；2)在一些数字后，检测到N过渡，修改虚拟时钟的初始相位以便为这些等于0的N过渡提供平均时间误差，然后重新启动处理。两种方法都提出了PLL启动或PLL采集时间的问题。这些程序中的第二个适用于在需要使恢复时钟是完全周期的而非跟踪输入数据流的低频率变化的情况下。

在步骤130上将阈值交叉的观察时间与阈值交叉的期望时间比较。阈值交叉的期望时间对应于完全概念或虚拟″周期时钟″的正则区间，在以下所述的校正之后，该概念或虚拟″周期时钟″对应于阈值交叉的期望时间序列。

在步骤135中，然后将恢复的时钟的相位调节到与记录的数据信号中阈值交叉的观察时间正确同步。每个比特间隔中相位调节的数量由精确定义软件PLL的动态响应的数学算法确定。在软件控制下，可将PLL的动态响应与通信标准相匹配，该通信标准与分析的数据信号相关联。

由于分析的记录的波形不一定是时钟，而是大致根据时钟产生的数据流，对于每个比特间隔而言，过渡不会发生。即，实际数据信号中的一些过渡可能并不存在，这是由于一些连续的比特位置可能具有相同的值(例如连续的逻辑″1″)，并因此可能不具有连续比特位置之间的过渡。可以通过假设观察过渡具有响应(该响应具有生成的虚拟时钟的最接近期望过渡)来确定这些比特位置中有多少个不具有过渡。同样，可以将每个观察的过渡与虚拟时钟过渡相关联，并准确地知道从先前的观察过渡以来已经经过了多少生成的虚拟时钟的周期。

当处于模拟锁相环(PLL)中时，根据恢复的虚拟周期时钟确定的阈值交叉时间的期望值和阈值交叉时间的实际观察值之间的相位误差(时间间隔误差″TIE″)可用作改变阈值交叉时间的期望值以及恢复的虚拟时钟的相位的反馈信号(如步骤140中所示)。在步骤145中，将该生成的误差反馈信号反馈，在步骤135上，该信号用于调节阈值交叉的期望时间的相位。重复并继续该程序，直到将阈值交叉时间的所有期望值和恢复的虚拟时钟的相位锁定在阈值交叉时间的实际观察值为止。根据本发明，用软件的方式实现；通过增加浮点数量而非使用谐振电路来计算期望时间，但是结果是非常类似的。由于功能性并不取决于具有初始错误并随时间和变化的环境条件而改变的人造构件，而是取决于数学计算，上述结果是比模拟结果更可重复的。这样，避免了根据时钟信号的物理生成而产生的任何附加抖动。

通过将阈值交叉的期望时间值锁定在阈值交叉时间的实际观察值，阈值交叉时间的期望值可用于导出记录的波形中数字编码信号的理想″取样时间″，如步骤150中所示。这些时间处于阈值交叉时间的期望时间之间(当该数据没有改变时，而非当该数据改变时)。确定了阈值交叉时间的这些期望值(以及理想取样时间)之后，可以根据理想取样时间(恢复的周期时钟)来将记录的波形解码以便确定在数据信号的每个″分段″期间数据的比特状态。

因此，从许多比特过渡的记录信号并通过使用根据本发明的时钟恢复系统来获得每个数据分段。因此，可以将数据信号的波形分段并将其表示为一系列更小的波形(每个波形来自原始波形)，这些波形在精确描述的时间中跨越来自原始数据信号的一些比特。同样，″限制器″用于提供波形的目的，每个这种波形是输入数据信号的波形的子集、与恢复的时钟(从相同的波形提取的)同步，并且该波形的每个部分中的比特状态已知(或可知)。具体地，如示波器上显示的，限制器为波形提供有效的触发时间，该触发时间对应于示波器显示器上第一分度(10个中的)和第九分度上一个比特间隔(单位间隔)的末端(虽然可根据需要采用其它定时序列)。同样，由于这些波形与恢复的虚拟时钟精确同步和同相，这些波形适用于进一步处理。

确定了该时间序列(期望过渡之间的时间)之后，我们准备将记录的波形″取样″以确定比特状态。

模拟-数字转换

回到参考图3，在步骤320上，模拟-数字转换(A/D)程序从步骤315接收恢复时钟，并且从步骤310接收获取的波形。结合图4更完整地描述步骤320上的程序。对于恢复的时钟的每个周期而言，用软件的方式将模拟波形取样并产生数字比特。如果恢复的时钟周期的中心处的模拟值大于或等于阈值电平，则认为数据是数字″1″。如果其小于该阈值，则认为该数据是数字″0″。根据恢复的时钟，将上述程序应用到波形的所有部分以便产生数字数据信号。

同步

再次参考图3，在步骤325上，执行用于使所要测试的帧或无帧数据与测试序列同步的程序。在步骤325上，查询是否指定帧同步。如果肯定地回答该查询，在步骤330上，通过与规定的报头同步的方式和/或由比特数量将模拟-数字转换器提供的比特流分成帧。一旦指定，将参考信号的帧数据指定比特转发到步骤335用于模式同步。还将同步指示器直接转发到产生步骤350的误差映射，用于产生图2中所示的映射。这样，如果拒绝帧，则逐帧地执行显示映射和模式同步。

如果在步骤325上否定地回答上述查询，并且确定没有规定帧大小，则将数字数据直接转发到步骤335，其中将产生的数字数据段与多个预定模式中的一个比较。这些预定模式可包括存储在数据文件中的标准模式、伪随机发生模式或者定制模式中的一种。

一旦选择并调整了上述模式，其后，在步骤340上将数据段的比特与步骤335中产生的指定模式比较。在这些比较期间，在步骤345上将比特误差率统计累加。然后在步骤350上产生图2的比特误差映射。

如果帧数据同步的过程存在(如步骤335中所述)，并且现在参考图5描述帧数据或无帧数据，以及标准模式、伪随机发生模式或步骤340中描述的定制模式的比较。

如图5中所示，接收数字测试信号610，并且将其提供给同步装置620和比特测试单元630。此外，从模式发生器605将伪随机发生序列模式、标准参考模式或定制模式提供给同步装置620。在步骤605上，模式发生器使用特定用户模式、PRBS伪随机比特序列或标准模式在回路中产生已知的序列。上述模式是数据流中的期望比特模式。在步骤620上，使数据信号模式和测试模式的比特同步，并将该同步模式和数据信号610提供给比特测试仪630。逐个比特地比较这两个数据流。对于匹配的每个比特而言，输出1(正确)；如果比特并不匹配，则输出0(错误)。将比特测试仪输出发送到BER统计累加器，该累加器计算测试的比特的全部数量、应该为″1″的误差数量和应该为″0″的误差数量。此外，如果在比特误差统计单元处于测试方式中时确定特别高的比特误差率，则可将该信息提供给同步装置620，并在数据信号和测试模式之间调节该调整以便正确调整数据信号和测试模式。数据流的BER是故障的全部数量(故障1的数量+故障0的数量)与测试的比特的全部数量的比值。

比特误差位置映射

还可以将来自步骤340上的比特测试仪的比特比较结果输入步骤350上的误差映射。将比特比较结果显示在Y轴的连续行上，最好是一次显示一个帧。帧是由从一个帧同步的末尾到步骤325上确定的下一个帧同步的开始的比特指示，并由该比特组成。如果没有规定帧同步比特，将比特布置在固定长度的行中，从屏幕的左上角开始，以光栅模式从左向右进行并且下降。以与正确的比特不同的颜色示出误差比特。

图6示出根据本发明的直接或实际比特误差率测量所需的用户控制。用户输入包括：

·交叉电平字段1710并输入阈值电平(百分数)。

·方式字段1715规定所要使用的帧同步的类型。

取决于该选择，需要根据以下表格设定帧报头1720和帧大小1725：

	帧报头	帧大小
			关	否	否
大小	否	是
			SONET	是	否
报头	是	否
			大小和报头	是	是

方法字段1730是用户可以指定已知的模式，是使用伪随机发生比特序列或是文件中的定制模式。如果是已知模式，在选择模式1735上注明该模式的名称。如果是伪随机发生比特模式，在1736上注明种子和算法指定。如果是文件，在1737上指定该文件。指定的模式是与数据流中数据段相比较的期望比特模式。

·在条目1745上，用户也能够指定所要示出的显示类型。

可以将比特误差位置图显示如下：

·可将数据波形或误差映射显示在第一显示栅格1740上。

·可以将任何其它的轨迹显示在第二栅格，例如-数学、存储器等(未示出)。

·包括用户输入和其它参数1760(未示出)的参数表格。

下面参考图8的框图，其示出了用于根据本发明执行时钟恢复、分段和比特误差测试的装置。该装置包括数据采集信道700和用于处理不同获取的数据的处理单元705。数据采集信道700接收输入模拟数据信号710，并且调整或处理该信号以便确保清洁信号(cleansignal)位于信号调整单元715处。将调整的信号传送到模拟-数字转换器720，该模拟-数字转换器720将获取的、调整的模拟信号数字化。根据外部生成时钟和控制器725执行该模拟-数字转换。优选地，根据本发明，生成时钟是非常稳定的，并且显示为具有非常小的抖动。一旦形成了数字化信号，将该数字化信号存储在采集存储器730中。

在要处理获取的数字信号时，处理单元705的接口单元735从采集存储器730检索数字化数据信号并将该信号提供给处理器740。处理器740包括时钟恢复单元，用于从数字化数据信号中恢复时钟(如上所述)。一旦恢复了这种时钟，将数字数据信号分为多个预定长度的数据段，并将这些数据段存储在磁盘存储器或其它存储器745中。还提供处理器存储器750以便由处理器740在处理期间使用。一旦定义了不同的数据段，处理器740可执行上述的不同比特误差率测试功能，诸如确定上述的比特误差率、执行任何其它不同的显示功能以及可在多个数据段上执行的任何其它功能。因此，可以由处理器740实现图3和5中描述的不同比特比较以及图2的显示。这样，用户能够通过响应于单个触发器来获取长数据信号、根据恢复时钟信号将信号分成数据段以及将分段数据段的比特与已知模式比较的方式确定长数据信号的比特误差率，而不依赖于多个触发器。

因此，可以看出在通过前文的描述变得显而易见的内容中，有效达到了上面阐述的目的，并且由于在执行以上方法的过程中和阐述的结构中，可以做出某些改动而不脱离本发明的精神和保护范围，应该将以上说明书中包含和附图中示出的所有内容的意图解释为示意性而非限制性的。

还应该理解以下权利要求用于覆盖本文描述的本发明的所有一般和特定特征，并且作为语言的问题，本发明的所有阐述可能落入上述一般和特定特征之间。

Claims (16)

1.一种用于确定比特误差率的方法，包括步骤：

由测试装置的采集单元获取预定时间周期的数据信号；

将所述数据信号存储在所述测试装置的存储器中；

从所述存储的数据信号恢复时钟信号；

根据所述恢复的时钟信号将所述存储的数据信号分为多个预定长度的数据段；

使每个所述数据段同步以便将其调整为帧或预定模式，以确定其比特误差率；以及

逐比特地将每个所述数据段与所述预定模式比较。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述时钟恢复步骤还包括步骤：

定义相对于所述存储的数据信号的阈值电平；

将所述存储的数据信号的每个部分与所述阈值电平比较；

确定跨过所述阈值的相邻取样对；以及

估计将所述相邻取样之间的所述阈值交叉的时间以便获得阈值交叉的一系列观察时间。

3.如权利要求2所述的方法，所述时钟恢复步骤还包括步骤：

将阈值交叉的所述一系列观察时间与包括恢复的虚拟周期时钟的阈值交叉的期望时间的理想的周期序列比较；

基于所述比较确定阈值交叉的所述观察时间与包括所述恢复的虚拟周期时钟的阈值交叉的一系列期望时间之间的误差；以及

根据所述确定的误差调节所述恢复的虚拟周期时钟的相位。

4.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

确定帧中每个比特误差的位置；以及

在所述帧的x/y显示中显示每个确定的比特误差的所述位置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：如果所述确定的比特误差率远高于预定阈值，调节所述预定模式和所述数据段之间的所述调整。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预定模式是伪随机发生的比特序列。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预定模式是已知的标准测试模式。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预定模式是存储在数据文件中的定制测试模式。

9.一种用于确定比特差错率的装置，包括：

测试装置的采集单元，用于获取预定时间周期的数据信号；

所述测试装置的存储器，用于存储所述数据信号；

时钟恢复单元，用于从所述存储的数据信号恢复时钟信号；

处理器，用于根据所述恢复的时钟信号将所述存储的数据信号分为多个预定长度的数据段；

同步装置，用于使每个所述数据段同步以便将它们调整为帧或预定模式；以及

比特误差率测试装置，用于逐比特地将每个所述数据段与所述预定模式比较以便确定其中的比特误差率。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元定义相对于所述存储的数据信号的阈值电平，将所述存储的数据信号的每个部分与所述阈值电平比较，确定跨过所述阈值的相邻取样对，并且估计将所述相邻取样之间的所述阈值交叉的时间以便获得阈值交叉的一系列观察时间。

11.如权利要求10所述的装置，所述时钟恢复单元还包括将阈值交叉的所述一系列观察时间与包括恢复的虚拟周期时钟的阈值交叉的期望时间的理想的周期序列比较，基于所述比较确定阈值交叉的所述观察时间和包括所述恢复的虚拟周期时钟的阈值交叉的一系列期望时间之间的误差，以及根据所述确定的误差调节所述恢复的虚拟周期时钟的相位。

12.如权利要求9所述的装置，所述比特误差率测试装置确定帧中每个比特误差的位置，并且在所述帧的x/y显示中显示每个确定的比特误差的所述位置。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于：如果所述确定的比特误差率远高于预定阈值，调节所述预定模式和所述数据段之间的所述调整。

14.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述预定模式是伪随机发生比特序列。

15.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述预定模式是已知的标准测试模式。

16.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述预定模式是存储在数据文件中的定制测试模式。

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