CN111343038B - 对通信系统中的信号传输的质量进行测试的方法和系统 - Google Patents

对通信系统中的信号传输的质量进行测试的方法和系统 Download PDF

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Abstract

对通信系统中的信号传输的质量进行测试的方法和系统。生成包括一系列的第一比特序列Xn的信号。每个Xn是使用确定性算法P根据前一个Xn‑1确定的，其中，n≥1。所述信号是从发送器通过通信系统发送的并且由接收器接收为第二比特序列Xn’。所述方法包括：针对每个接收到的Xn’确定与多个可能的第一比特序列Xn,i相对应的第一组候选
Figure DDA0002295083410000011
多个可能的第一比特序列可能已经从发送器装置发送并且根据通信系统中的可接受修改而改变成第二比特序列Xn’；从针对前一个索引n‑1并且使用P确定的候选中确定第二组候选
Figure DDA0002295083410000012
通过使第一组候选与所述第二组候选相交来确定第三组候选
Figure DDA0002295083410000013
以及检查第三组候选。

Description

对通信系统中的信号传输的质量进行测试的方法和系统
技术领域
本公开涉及对通过通信系统、网络、架构等(例如，在汽车音频架构中)的信号传输的质量进行测试的领域。
背景技术
存在用于对通过网络、通信系统、架构等的数字信号传输的质量进行测试的不同已知技术。
一种公知的技术是测量传输期间的误码率(BER)，并且使用作为二进制序列的PRBS(伪随机二进制序列)，PRBS在利用确定性算法生成时，难以预测和具有类似于真正的随机序列的统计行为，以便评估通过网络的传输更改。
更精确地说，在发送器装置侧，使用源寄存器(例如，线性反馈移位寄存器(LFSR))来生成伪随机二进制序列的。在实践中，生成反馈多项式的序列(构成确定性算法)对置于源寄存器的特定比特位置的集合中的比特进行运算(称为“抽头(tap)”)，以便生成新的比特。然后，源寄存器向右移位，输出最右边的比特，并且将最近生成的比特反馈到秩为“0”的最左边的比特位置。
根据源寄存器的长度来选择反馈多项式，以便在源寄存器返回其初始状态之前创建非常长的比特周期(看似随机)。例如，对于16比特寄存器，最大长度反馈多项式为“x16+x15+x13+x4+1”，意味着对第16比特和第15比特进行XOR运算，然后对第一结果和第13比特进行XOR运算，然后对第二结果和第4比特进行XOR运算，以生成新的比特。
在接收器装置侧，目标寄存器接收到源寄存器发送的第一序列的n个比特，如所期望地使用同一反馈多项式来确定目标寄存器的后续状态，从而预测要发送的下一个比特，并将接收到的下一个比特与所预测的比特进行比较。
还可以将上述方法用于比较比特序列(例如，16比特序列)，而不是执行用于处理“逐个样本”传递的逐比特比较，就像音频系统所常见的那样。这种系统中的样本是声学样本的“有符号整数”表示。然而，将随机比特序列应用于这种样本是填充它们的有效方法。
这种用于对信号传输进行测试的方法允许基于逐比特比较来评估所述信号是否通过网络正确地传输。所述方法通常用于对电子链路进行测试。
然而，这种逐比特误差测量不足以测试某些类型的系统或网络中的信号传输的质量，例如，不足以测试通过汽车音频架构传输的数字声音，该汽车音频架构通常包括几个音频子系统以及这些音频子系统的接口，例如不同的IC(集成电路)之间的接口，以及车辆中的ECU(电子控制单元)之间的接口，比如从音响主机(Head Unit)到放大器的MOST(面向媒体的系统传输总线)或以太网AVB(音频视频桥接)。这些子系统和接口可能会在传输的音频样本中产生小的变化，例如由于各种网络节点中的软件类型转换而引起的舍入误差或者由可能应用于给定的音频通道的数字采样率转换方法所造成的小的偏差。这些变化和偏差在发生和重要性方面是随机的，这意味着这些变化和偏差可以随时间的推移以随机的重要程度随机地出现(或不出现)在系统或网络中。但是除了样本中任何地方的随机比特误差之外，上述可容许误差的本质是每个样本的真实值的相对小的算术差。而且，由于源寄存器发送的音频信号的比特样本在抵达目标寄存器之前通过系统或网络发生了更改，因此BER测试很可能失败。
然而，即使汽车数字音频系统中的音频通道可能会劣化所传输的与音频消息相对应的音频信号，所述音频消息在由扬声器播放给听众时也仍可以被评定为完全可听并且未明显劣化。
由于音频消息在从休闲到安全的各个层面上高度影响到用户对汽车的体验，因此能够评估车辆中的音频传输的质量变得至关重要。
而且，在以下不同的情形中需要获得有关通过音频系统或网络(例如，车辆的音频架构)传输的音频信号的质量的信息：
-在设计和设计验证时，在测试台上以可自动化的方式(不依赖于适当的扬声器设定)对音频分布进行简单的质量检查；
-当音响系统制造完成时，以便保证音频系统的预期质量，
-在使用音频系统时(例如，在车辆行驶时)，对于每个发射的音频信号，确保将敏感的音频信息(比如与音频功能安全相关的消息)正确地提供给用户(例如，车辆乘员)。
发明内容
本公开涉及一种对通信系统中的信号传输的质量进行测试的方法，所述方法包括：
a)生成包括一系列的第一比特序列Xn的信号，n＝0,1,2,…，其中，每个第一比特序列Xn是根据前一个第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的，其中，n≥1；
b)将所述信号通过所述通信系统从发送器装置发送至接收器装置；
c)针对通过所述通信系统传输的所述信号中的每个第一比特序列Xn，通过所述接收器装置接收第二比特序列Xn’；
并且，针对每个第二比特序列Xn’执行以下操作，其中，n≥1：
d)确定与多个可能的第一比特序列Xn,i相对应的第一组候选
Figure BDA0002295083390000031
其中，i＝0,1,2,…，所述多个可能的第一比特序列可能已经从所述发送器装置发送并且根据所述通信系统中的可接受修改而改变成所述第二比特序列Xn’，所述可接受修改是根据容许且预期的误差来限定的；
e)通过根据前一个第二比特序列Xn-1’确定的候选
Figure BDA0002295083390000032
并且使用所述确定性算法P来确定第二组候选/>
Figure BDA0002295083390000033
其中，j＝0,1,2,…；
f)通过确定存在于所述第一组候选{Xn,i}i∈N和所述第二组候选{Yn,j}j∈N两者中的候选，使所述第一组候选
Figure BDA0002295083390000034
与所述第二组候选/>
Figure BDA0002295083390000035
相交，以便确定第三组候选
Figure BDA0002295083390000036
g)检查所述第三组候选
Figure BDA0002295083390000037
以便确定所述信号传输的质量。
在本公开的方面，在检查步骤g)中，当所述第三组中的候选的数量等于零时，确定所述信号传输的质量不足。
有利地，针对索引n，其中，n≥2，在步骤e)中，所述第二组候选
Figure BDA0002295083390000038
是根据针对索引n-1确定的所述第三组候选中的候选/>
Figure BDA0002295083390000039
并且使用所述确定性算法P确定的，其中，j＝0,1,2,…。
所述信号可以占据所述发送器装置的源寄存器中的所有比特位置。
另选地，所述信号可以占据所述发送器装置的源寄存器中除所述源寄存器中的最低有效位的集合之外的其它所有比特位置。这可减少计算量，而且还可减少测试覆盖范围。
在本公开的方面，所述信号被注入要通过所述通信系统从所述发送器装置向所述接收器装置发送的主信号中，并且占据所述发送器装置的源寄存器中的比特位置的一部分，所述源寄存器中的余下比特位置被所述主信号占据。有利地，每个第一比特序列Xn替换所述源寄存器中的所述主信号的最低有效位的集合。
有利地，只要所述第三组候选包括至少一个候选，就重复步骤d)至g)。
有利地，如果在已经接收到所述信号中的全部第二比特序列时所述第三组候选包括至少一个候选，则确定所述信号传输的质量是好的。
根据本公开的方面，所述第一组候选
Figure BDA0002295083390000041
是根据容限信息来确定的，所述容限信息包括容限的两个极限值，分别为最小容限值和最大容限值，并且针对每个第二比特序列Xn’，所述最小容限值和所述最大容限值是根据所述第二比特序列Xn’的十进制值来计算的。
容限的最小极限值可以等于所述第二比特序列Xn’的十进制值减少x％，并且容限的最大极限值可以等于所述第二比特序列Xn’的十进制值增加x％，其中，x介于2到20之间，优选介于5到15之间。
另选地，容限的最小极限值可以等于所述第二比特序列Xn’的十进制值减少固定的量τ，并且容限的最大极限值可以等于所述第二比特序列Xn’的十进制值增加所述固定的量τ，其中，τ介于2到20之间，优选介于5到15之间。
在本公开的方面，所述信号是音频信号。
在本公开的方面，在检查步骤g)中，当所述第三组候选仅具有一个候选时，确定所述发送器和所述接收器是同步的。
有利地，在确定所述发送器和所述接收器将针对索引n0同步之后，针对接下来的索引n中的每个索引，n>n0，所述方法对所接收的第二比特序列Xn’与根据所述一个候选并使用所述确定性算法P生成的比特序列进行比较，以便寻找匹配。
当所述发送器和所述接收器处于“同步”状态时，所述方法可以转变成误差计数模式。这意味着像经典的误码测试仪一样，对连续误差的数量进行计数。
有利地，当针对多个连续的索引n连续几次未找到匹配时，所述数量超过预定的值，确定所述发送器和所述接收器不是同步的。
可以应用先前定义的测试方法以测试车辆架构中的音频信号的传输。
所述测试方法可以在车辆的制造期间和/或在车辆使用时应用。
本公开的另一方面涉及一种对通信系统中的信号传输的质量进行测试的系统，所述系统包括：
生成单元，所述生成单元被配置成生成包括一系列的第一比特序列Xn的信号，其中，n＝0,1,2,…，其中，每个比特序列Xnn≥1是根据前一个第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的，其中，n≥1；
发送器装置，所述发送器装置通过所述通信系统发送所述信号；
接收器装置，所述接收器装置接收所述信号，并且被配置成针对通过所述通信系统传输的每个第一比特序列Xn，接收第二比特序列Xn’；
确定单元，所述确定单元被配置成针对第二比特序列Xn’中的每个第二比特序列执行以下操作，其中，n≥1：
确定与多个可能的第一比特序列Xn,i相对应的第一组候选
Figure BDA0002295083390000051
i＝0,1,2,…，所述多个可能的第一比特序列可能已经从所述发送器装置发送并且根据所述通信系统中的可接受修改而改变成所述第二测试比特序列Xn’，所述可接受修改是根据容许且预期的误差来限定的；
通过根据前一个第二比特序列Xn-1’确定的候选者
Figure BDA0002295083390000052
并且使用所述确定性算法P来确定第二组候选/>
Figure BDA0002295083390000053
其中，j＝0,1,2,…；
通过确定存在于所述第一组候选{Xn,i}i∈N和所述第二组候选{Yn,j}j∈N两者中的候选，使所述第一组候选
Figure BDA0002295083390000054
与所述第二组候选/>
Figure BDA0002295083390000055
相交，以便确定第三组候选
Figure BDA0002295083390000056
对所述第三组候选
Figure BDA0002295083390000057
进行检查，以便确定所述信号传输的质量。
本公开的另一方面涉及一种接收器装置，所述接收器装置包括：用于接收通过通信系统传输的信号的装置，所述信号包括一系列的第一比特序列Xn，n＝0,1,2,…,，其中，每个第一比特序列Xn是根据前一个第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的，其中，n≥1；以及用于通过针对所接收到的序列Xn中的每个序列执行先前定义的方法的步骤d至g)来对所述信号传输的质量进行确定的装置，其中，n≥1。
本公开的另一方面涉及一种包括指令的计算机程序，当该程序由计算机执行时，使所述计算机接收通过通信系统传输的信号，所述信号包括一系列的第一比特序列Xn，n＝0,1,2,…，其中，每个第一比特序列Xn是根据前一第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的，其中，n≥1；以及用于通过针对所接收到的序列Xnn≥1中的每个序列执行先前定义的方法的步骤d至g)来对所述信号传输的质量进行确定的装置，其中，n≥1。
本公开的另一方面涉及一种集成有上面定义的系统的音频测试设备，所述音频测试设备被配置成对车辆的架构的音频质量进行测试。
本公开的另一方面涉及一种集成有上面定义的系统或者上面定义的音频测试设备的车辆。
附图说明
通过阅读参照附图进行的非限制性实施方式的详细陈述，本公开的其它特征、目的以及优点将变得更加明显。
图1示出了根据本公开的示例性实施方式的通信系统或架构或网络100的示意图。
图2示出了根据第一实施方式的表示用于对通过图1的通信系统的信号传输的质量进行测试的测试方法或处理的流程图。
图3示出了比特寄存器，更精确地说LFSR(线性反馈移位寄存器)的示例。
图4示出了根据第一实施方式的测试处理的示意图。
图5表示与第二实施方式有关的示例。
具体实施方式
在更详细地讨论示例实施方式之前，应注意到，将一些示例实施方式描述为被描绘为流程图的处理或方法。尽管流程图可以将操作描述为顺序处理，但这些操作中的一些操作可以并行地、并发地或者同时来执行，并且操作的次序可以重新排列。该处理可以对应于方法、功能、过程、子例程、子程序等。
出于描述本公开的示例实施方式的目的，本文所公开的具体的结构细节和功能细节仅是代表性的。然而，本公开可以按许多另选形式来具体实施，并且不应被视为仅限于本文所阐述的实施方式。
下面，将结合附图进一步提供本公开的细节。
图1示出了根据第一实施方式的包括发送器装置1、通信系统或架构或网络100以及接收器装置2的系统200。例如，如图1所示的系统200是在车辆中实现的，用于传输音频数字信号。在这个示例情况中，通信系统100是汽车音频系统或架构。
本公开不限于音频数字信号的传输，而是可以应用于任何其它类型的数字信号(图像、视频、文本等)的传输。
在车辆中实施的系统200中，发送器装置1例如是声音处理器，而接收器装置2例如是扬声器。通信系统100包括一个或更多个音频子系统(例如，不同的集成电路或电子控制单元、网络部件或节点等之间的接口)和音频通道。发送器装置1被配置成向接收器装置2发送音频信号，该音频信号被划分成连续的L个比特长度的样本，例如16比特长度的样本。然后，由L个比特音频样本组成的音频信号传输通过通信系统100并由接收器装置2接收。通信系统100中的传输很可能造成音频样本中的小变化，从而可能影响信号传输的质量。
发送器装置1包括源比特寄存器10。接收器装置包括目标比特寄存器20。源寄存器10和目标寄存器20的长度均为L个比特。
通信系统100包括测试系统，该测试系统对通过通信系统100从发送器装置1到接收器装置2的信号传输的质量进行测试。
该测试系统包括被配置成生成信号(标记为Stest)的生成单元3。信号Stest包括一系列的第一比特序列或样本Xn，其中，n＝0,1,2,…。首先设定原始比特序列(或样本)X0。例如，该原始比特序列是固定值或随机值。X0被称为“种子”，并且必须与仅为“0”的序列不同。每个比特序列Xn(n≥1)是根据前一个比特序列Xn-1并且使用确定性算法P确定的。换句话说，每个比特序列Xn(n≥1)可以表达如下：Xn＝P(Xn-1)。
在第一示例实施方式中，确定性算法P是PRBS(伪随机二进制序列)算法。生成单元3例如包括具有源比特寄存器10和控制单元11的LFSR(线性反馈移位寄存器)。控制单元11被配置成根据PRBS算法通过源寄存器10来控制信号Stest的第一比特序列Xn(n＝0,1,2,…)的生成。
可以使用任何其它确定性算法来代替PRBS。
该测试系统还包括用于确定信号传输的质量的确定单元4。确定单元4是在接收侧上提供的。确定单元4被集成在接收器装置2中。另选地，确定单元4可以在接收器装置2外部实现并且连接至接收器装置2。确定单元4的操作和功能将在用于对通过通信系统100从发送器装置1到接收器装置2的信号传输的质量进行测试的测试处理的描述中进行更详细的描述。
生成单元3和确定单元4可以是在单个处理器或CPU(中央处理单元)中实现的功能。另选地，生成单元3和确定单元4是在两个不同的处理器或CPU中实现的。
诸如PRBS的确定性算法P的使用使得：
-生成要通过待测试的通信系统(该示例实施方式中的音频系统)从源寄存器10向目标寄存器20发送的一系列的第一比特序列Xn，其中，n＝0,1,2,…，并且
-对接收到的比特序列(下文中称为“第二比特序列”)进行过滤，以评估传输质量是否在容限范围内。
源寄存器10和目标寄存器20的长度为L，L是比特数。值L优选地对应于要发送的信号样本(例如音频样本)的长度(或者比特数)。例如，L等于16个比特。然而，L可以等于另一个值，优选为2p，其中，p＝2,3,4,5…。
信号Stest的比特序列Xn的长度是m个比特。优选地，m≤L，这意味着，根据该实施方式，k＝L或者m<L，如在下面的描述中所述。在第一种情况(m＝L)下，信号Stest占据了源寄存器10的全部比特位置。在第二种情况(m<L)下，信号Stest占据了源寄存器10的全部比特位置的一部分。
为了对通过通信系统100的信号传输的质量进行评估，定义诸如容限范围的容限信息。该容限信息指示从源寄存器10发送并且通过通信系统100传输至接收器装置2的数字信号可以经历的最大量的修改或更改，使得仍可以将接收到的信号在提供给用户(例如，作为音频消息)时标识为最初发送的信号。
现在，参照图2更详细地描述该测试方法或处理的第一实施方式。
该测试方法包括步骤S0：生成包括一系列的第一比特序列Xn的信号Stest，其中，n＝0,1,2,…，其中，每个第一比特序列Xn(n≥1)是根据前一个第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的。在本实施方式中，该确定性算法P是伪随机二进制序列算法(PRBS)。从随机选择的种子比特序列S0生成比特序列Xn。然后，针对n≥1，每个第一比特序列Xn可以表达如下：Xn＝P(Xn-1)。
在第一实施方式中，比特序列Xn(n＝0,1,2,…)中的每个比特序列的长度m等于源寄存器10的长度L。因而，每个第一比特序列Xn占据了源寄存器10的全部比特位置。
在例示性示例中，出于更好理解第一实施方式的目的，假定长度L为16个比特。源寄存器10是16比特LFSR，并且用于LFSR中的反馈的影响寄存器的下一状态(也称为“抽头”)的比特位置安排可以表达为多项式x16+x14+x13+x11+1(其中，“1”相当于x0)。该多项式的系数为“1”或“0”。在如图3所示的该反馈多项式中，抽头位于第16、第14、第13及第11比特位置处。
在步骤S1中，第一比特序列Xn(n＝0,1,2,…)是从发送器装置1，更精确地说是从源寄存器10通过通信系统100向接收器装置2发送的。
在接收侧，在步骤S2中，接收器装置2接收与第一比特序列Xn相对应的第二比特序列X′n,n＝0,1,2,…,，该第一比特序列Xn在传输期间在通信系统100中可能已经发生更改。换句话说，对于由发送器装置1发送并且通过通信系统100传输的信号的第一比特序列Xn，接收器装置2接收到第二比特序列Xn’。
在测试处理的“0”级(对于n＝0)，发送器装置1生成并发送第一比特序列X0(步骤S0和S1)或者种子比特序列X0，并且接收器装置2接收第二比特序列X0’(步骤S2)。然后，在步骤S3中，确定单元4确定与多个可能的第一比特序列X0,i相对应的第一组候选
Figure BDA0002295083390000091
(i＝0,1,2,…)，所述多个可能的第一比特序列可能已经从发送器装置发送并且根据通信系统100中的可接受修改而改变成第二比特序列X0’。候选的范围取决于容限信息，如稍后在本说明书中所解释的。
序列或样本的这种“可接受的”修改可以通过对容许且预期的误差进行算术加法或减法来表征，而实际的误差是以样本的完全意外的值来表征的，例如，因为样本的一些较高有效位已经翻转或者一个或更多个样本已经被去除。换句话说，通信系统中的可接受的修改是根据容许且预期的误差来定义的。在测试处理的“1”级(对于n＝1)，发送器装置1生成并发送第一比特序列X1(步骤S0和S1)，接收器装置2接收第二比特序列X1’(步骤S2)，然后执行下面说明的步骤S4至S6。
在步骤S4中，确定单元4确定与多个可能的第一比特序列X1,i相对应的第一组候选
Figure BDA0002295083390000092
其中，i＝0,1,2,…，所述多个可能的第一比特序列可能已经从发送器装置发送并且根据通信系统100中的可接受修改而改变成第二比特序列X1’。候选的范围取决于稍后在本说明书中解释的容限信息。
另外，在步骤S5中，确定单元4根据与在级别“0”接收到的第二比特序列X0’有关的所述组的候选
Figure BDA0002295083390000093
并且使用确定性算法P来确定第二组候选/>
Figure BDA0002295083390000094
其中，i＝0,1,2,…。更精确地说，将确定性算法P应用至在前一级别“0”(对于n＝0)获得的所述组的候选
Figure BDA0002295083390000095
的每个比特序列X0,i，以便确定级别“1”(n＝1)的第二组候选/>
Figure BDA0002295083390000101
然后，在随后的步骤S6中，确定单元4通过使分别在步骤S4和步骤S5中确定的第一组候选
Figure BDA0002295083390000102
与第二组候选者/>
Figure BDA0002295083390000103
相交来确定第三组候选/>
Figure BDA0002295083390000104
换句话说，第三组候选或相交组包括存在于第一组候选/>
Figure BDA0002295083390000105
和第二组候选/>
Figure BDA0002295083390000106
两者中的比特序列，并且使第一组候选与第二组候选相交意指确定存在于第一组候选和第二组候选两者中的候选。
在步骤S6之后，处理进行至稍后描述的步骤S10。
在后续级别n(n≥2)中的每个级别，对于由接收器装置2接收到的每个第二比特序列Xn’，执行后续步骤S7至S9。
在步骤S7中，确定单元4确定与多个可能的第一比特序列Xn,i相对应的第一组候选者
Figure BDA0002295083390000107
其中，i＝0,1,2,…，所述多个可能的第一比特序列可能已经从发送器装置发送并且根据通信系统中的可接受修改而改变成第二比特序列Xn’。候选的范围取决于稍后解释的容限信息。
在步骤S8中，确定单元4根据与前一个第二比特序列Xn-1’有关的第三组候选
Figure BDA0002295083390000108
或相交组(换句话说，根据在所述处理的前一级别“n-1”获得的第三组候选/>
Figure BDA0002295083390000109
并且使用确定性算法P来确定第二组候选者/>
Figure BDA00022950833900001010
其中，j＝0,1,2,…。确定性算法P被应用至在前一级别“n-1”(对于n＝0)获得的所述组的候选/>
Figure BDA00022950833900001011
的每个比特序列Xn-1,k，以便确定级别“n”的标记为/>
Figure BDA00022950833900001012
的第二组候选。
接着，在步骤S9中，确定单元4通过获得第一组候选
Figure BDA00022950833900001013
与第二组候选者
Figure BDA00022950833900001014
之间的交集来确定第三组候选/>
Figure BDA00022950833900001015
换句话说，所确定的候选/>
Figure BDA00022950833900001016
是存在于第一组候选/>
Figure BDA00022950833900001017
和第二组候选/>
Figure BDA00022950833900001018
两者中的候选。
在随后的步骤S10中(在步骤S6之后，也针对n＝1以级别“1”级来执行)，执行测试以检查在步骤S9(或S3)中确定的第三组或相交组，以便于确定信号传输的质量。在步骤S10中，确定当前第三组候选
Figure BDA00022950833900001019
是否包括至少一个候选。换句话说，确定如在步骤S9(或S6)中确定的当前第三组是否为空。
如果针对当前索引n，第三组候选或相交组为空(图2上的“是”分支)，则测试处理进行至步骤S12，其中，确定通过通信系统100的信号传输的质量是不足的。在步骤S12中，确定单元4可以例如向外部处理器发送指示传输质量不足的通知。可以将指示通过通信系统100的信号传输的质量不足的警告消息显示给用户和/或提供给操作员，例如制造商的操作员。
如果第三组候选
Figure BDA0002295083390000111
或相交组不为空(图2上的“否”分支)，则测试处理进行至下一步骤S11，其中，检查是否已接收到新的第二比特序列(X′n+1)。该测试可以包括检查当前索引n是否等于总数N或者检查目标寄存器的内容。如果已经接收到新的第二比特序列X′n+1(图2中的“是”分支)，则该处理返回至步骤S7，将索引n增加一(“n＝n+1”)，并且针对后续索引n+1重复步骤S7至S10。
如果不再接收到第二比特序列(或者n＝N)，则该处理进行至步骤S13，其中，确定信号传输的质量足够(或者良好)。可以将通知发送至外部处理器，以指示质量良好的信息。
因此，重复包括步骤S7到S10的循环，直到出现以下两种情形中的一种情形：
a.当前第三组候选为空(步骤S10，“是”分支)；
b.没有接收到具有第三组中的至少一个候选的新的第二比特序列X′n(或者索引n达到最大数N)(步骤S11，分支“否”)。
在第一种情形a)中(相交组在接收到所述信号的最后一个第二比特序列X′n时或之前变为空)，通过通信系统100的信号传输的质量被确定为不足。在第二种情形b)中，(在相交组或第三组中存在至少一个候选的同时，接收到所述信号的最后一个第二比特序列X′n)，通过通信系统100的信号传输的质量被确定为足够的或良好的。
生成单元3被配置成执行步骤S0。确定单元被配置成执行步骤S3至S13。
图4示出了在级别n＝0、n＝1以及n＝2，上述处理的示意性表示。
对形成信号Stest的、总数为N的第一比特序列Xn执行处理。信号Stest的大小或长度是优选地在通过通信系统100从发送器装置1向接收器装置2发送的信号的通常大小的范围内选择的。信号Stest的大小可以等于参考信号的大小。例如，信号Stest的大小是通常从发送器装置1向接收器装置2发送的多个信号的平均值。在车辆中的音频通信系统或架构100的情况下，发送器装置1可以被配置成发送具有已知持续时间的预定义的音频消息，诸如安全消息或用户指令。可以将信号Stest的大小设定成表示预定义的音频消息(安全性、用户指令等)的已知持续时间的平均值。根据信号Stest的大小来计算总数N(索引n的最大值)。例如，该音频消息是像“请控制车辆并重新抓住方向盘！”一样的口头短语。这样的音频消息可以具有5秒钟的持续时间。
该容限信息指示从源寄存器1发送并且通过通信系统100传输至接收器装置2的数字信号可以经历的最大量的修改或更改，使得仍可以将接收到的信号标识为最初发送的信号。例如，在音频信号承载音频消息并通过通信系统发送的情况下，收听由扬声器播放的音频消息的用户应当能够识别发送的原始音频消息。容限信息可以包括限定容限范围的最小容限值和最大容限值。对于由接收器装置2接收到的每个第二比特序列Xn’，最小容限值和最大容限值是根据第二比特序列Xn’的十进制值来计算的。例如，容限的最小极限值X′n,min可以等于第二比特序列Xn’的十进制值减少x％，并且容限的最大极限值X′n,max可以等于第二比特序列Xn’的十进制值增加x％，可以将它们表达如下：
X′n,min＝X′n-x％.X′n
X′n,max＝X′n+x％.X′n
百分比值x可以介于2到20之间，优选地介于5到15之间。例如，x等于10，因此：
X′n,min＝90％.X′n
X′n,min＝110％.X′n
另选地，容限的最小极限值X′n,min等于第二比特序列Xn’的十进制值减少固定的量τ，并且容限的最大极限值X′n,max可以等于第二比特序列Xn’的十进制值增加所述固定的量τ。换句话说：
X′n,min＝X′n-τ
X′n,max＝X′n+τ
固定的量τ的值可以介于2到20之间，优选介于5到15之间。例如，τ等于10并且
X′n,min＝X′n-10
X′n,min＝X′n+10
在第一实施方式中，信号Stest占据了源寄存器10的全部比特位置。
因此，在第一实施方式的变型例中，信号Stest占据了源寄存器中的除该源寄存器中的最低有效位的集合之外的全部比特位置。换句话说，从测试中排除了最低有效位(LSB)的集合。由此，减少了测试的计算量。缩短了计算持续时间，这可使缩短测试持续时间和/或使用较小的处理器(CPU)来执行测试。
万一确定性算法是双射的(反馈多项式就是这种情况)，可以从任何阶段的第三组候选开始，以确定已经发送以生成第三组候选的所有可能的连续比特序列以及它们经历的偏差。
该测试方法是在分布式计算环境中实现的。本公开涉及包括发送器装置1和接收器装置2的分布式系统以及分布式系统的每个实体，即，发送器装置1和接收器装置2。
而且，所述测试方法是有利地由发送器侧的第一计算机并且由接收器侧的第二计算机来实现的。因此，本公开还涉及：
-一种包括指令的计算机程序，当该程序由第一计算机执行时，使第一计算机通过执行步骤S0来生成信号并将该信号发送至第二计算机；
-一种包括指令的计算机程序，当该程序由第二计算机执行时，使第二计算机接收所述信号并且通过执行步骤S3至S13来确定传输的质量。
第二实施方式基于第一实施方式，并且仅在下文中描述的特征上与第一实施方式不同。
在第二实施方式中，信号Stest被插入主信号Sm中。在车辆的音频通信系统或架构的情况下，主信号可以是承载要向用户播放的音频消息(例如安全消息或用户指令)的音频信号。
信号Stest被注入要通过通信系统100从发送器装置1向接收器装置2发送的主信号中Sm。
信号Stest包括一系列的第一比特序列Xn，n＝0,1,2,…，如前所述。第一比特序列Xn中的每个第一比特序列的长度m严格小于源寄存器和/或主信号Sm的样本的长度L。信号Stest占据了源寄存器10的全部比特位置的一部分，源寄存器10中的余下比特位置被主信号Sm占据。更精确地，源寄存器10的m个比特位置被信号Stest中的第一比特序列Xn占据，而L-m个余下比特位置被主信号Sm的样本的比特占据。
有利地，每个第一比特序列Xn替换源寄存器10中的主信号Sm的最低有效位的集合。换句话说，在源寄存器10中，或者在主信号Sm的长度L的每个样本中，删除主信号Sm的最低有效位的集合，并替换成信号Stest中的第一比特序列Xn。例如，第一比特序列Xn替换了源寄存器10中的五个最低有效位。
确定性算法P仅被应用至源寄存器10中的信号Stest的比特。
在第二实施方式中，在主信号中注入所述信号在主信号中引入了测试比特序列。主信号的修改适于同化成难以被用户(对于音频信号的情况来说是听众)感知的白噪声。这是通过以下特征中的全部或部分特征来实现的：
-确定性算法P是PRBS算法。这种算法生成随机的比特序列，根据它们的随机性质，可以被用户(例如，听众)同化成白噪声。
-信号Stest的比特仅占据了源寄存器和目标寄存器的一小部分，优选为包括LSB(最低有效位)的部分A(例如，五个LSB)，因此用户(例如，听众)几乎不会察觉到部分A，并且可能将其误认为小的本底噪声。
-主信号(例如，有用的音频消息)占据了源寄存器和目标寄存器的另一部分。因而，对于从源寄存器10发送的每个比特序列，LSB中的一些被用于测试处理，而其它比特被用于主信号本身。
现在，参照图5描述第三实施方式。第三实施方式基于第一实施方式或者第二实施方式，并且仅在下文中描述的特征上与这些实施方式不同。第三实施方式可使得能够确定发送器和接收器是同步的还是不同步的(或处于“同步丢失(sync loss)”状态)。
根据第三实施方式，执行步骤S0至S9，如下面将说明的。还执行检查步骤S10，并且在步骤S10中，检查第三组中是否仅仅具有一个候选。如果第三组仅仅包括一个候选，则确定发送器和接收器是同步的。这意味着接收器接收到发送器发送的、未经修改的比特序列或样本。从而，传输质量被认为是非常好的。
然后，在发送器1和接收器2被确定为处于“同步”状态之后(例如，在索引n0)，针对接下来的索引n中的每个索引(n>n0)，所述方法对接收到的第二比特序列或样本Xn’与根据所述一个候选并使用确定性算法P生成的比特序列或样本进行比较，以便寻找匹配。当针对X个连续的索引n，X次都未找到匹配(X超过预定的极限值(例如1、2或更大)时，确定发送器1和接收器2不同步或者处于“同步丢失”状态。在该情况下，该方法返回至开头(步骤S0)并再次开始。预定的极限值可以介于1到100之间，优选介于1至50之间，更优选地介于5到20之间，例如极限值等于10。
第三实施方式可以与第一或第二实施方式结合执行，或者与第一或第二实施方式无关地单独执行。
图5表示允许例示第三实施方式的示例图。图左侧的X0、X1以及X2是由发送器1生成的三个样本或序列。例如，每个序列包括16个比特。通过将确定性算法P应用至X0作为起始条件或种子来构建X1。然后，发送器1按相同的方式生成X2、X3、X4而继续。
发送器1通过通信系统100向接收器2发送X0。假定序列X0在通过通信系统100传输期间遭受容许误差。接收器2接收样本X0’。当发送器1和接收器2不同步时，接收器2没有历史数据。该接收器仅具有确定性算法P的定义以及由于通信系统100中的传输而导致的容许误差的假设。因而，当接收到序列X0’时，接收器2只能假设已经得到所发送的序列X0的16个有效比特，或被视为容许误差的与该16个比特序列X0的算术偏差。这构成了潜在发送的序列的字段。例如(仅出于例示第三实施方式的目的)，潜在发送的序列是5个，并且在图5上标记为X0a、X0b、X0c、X0d及X0e。假设X0的十进制值为“50”，容限范围是“2”，然后X0a、X0b、X0c、X0d及X0e的十进制值分别为48、49、50、51及52。例如，发送器1可能已经发送了49，而且49可能已经被接收为48。发送器同样可能已经发送了50，而且50已经被接收为49。接收器2无法获知。
由于接收器2此时没有更多信息，因此接收器2通过应用确定性算法P，针对潜在发送的序列或样本X0a、X0b、X0c、X0d及X0e中的每个序列或样本来生成下一候选Y0a、Y0b、Y0c、Y0d及Y0e(步骤S5)。
然后，发送器1发送下一序列X1(通过应用算法P根据X0生成)。再次，接收器2假设传输的容许误差，并且将构建潜在发送的序列或样本X1a、X1b、X1c、X1d及X1e。但是现在，接收器2处于“同步”处理中，因为该接收器已经具有先前样本或序列的历史数据。接收器2将X1a、X1b、X1c、X1d及X1e与Y0a、Y0b、Y0c、Y0d及Y0e进行比较(步骤S6)。接收器识别所有匹配(可以存在超过一个匹配)并保存它们。在图5所示的本示例中，存在两个匹配：M1a、M1b。
然后，再次应用算法P以生成用于下一预期的样本或序列的两个候选Y2a和Y2b(步骤S8)。
然后，发送器1发送下一样本或序列X2，并且在通过通信系统进行传输之后，接收器2接收样本X2’。当接收到该下一样本或序列X2’时，通过接收器2生成所发送的样本X2的全部潜在发送变体X2a、X2b、X2c、X2d及X2e(步骤S7)。然后，接收器2对两个候选Y2a和Y2b与X2a、X2b、X2c、X2d及X2e进行比较。
在本示例中，确定现在仅找到一个匹配M2(在检查步骤S10中)。这意味着发送器与接收器之间的PRBS序列的对准是完美的。因此，确定接收器2和发送器1是同步的。
从处理的这个阶段开始，无需进一步调查更多的候选。这意味着当接收器2接收到新的样本或序列时，不再生成多个候选者。
另选地，接收器可以简单地使用确定性算法P从单个先前的候选生成下一个候选，并将该下一个候选与下一个接收到的样本进行比较。
在该比较提供了匹配的情况下，确定接收器2和发送器1仍保持“同步”状态。
在该比较不再提供匹配的情况下，这意味着接收到的样本与使用算法P从先前的候选生成的所述一个候选是不同的，则确定接收到的样本包括误差，称为“样本误差”。然后，启动误差计数器以对连续误差或“样本误差”的数量进行计数。无论如何，接收器2使用所述一个候选来针对下一个要接收的样本生成新的预期样本。当接收到所述下一个样本时，将两个样本(从所述一个候选生成的预期样本和接收到的样本)进行比较。如果发现匹配，则计数器停止，并且确定接收器2和发送器1再次同步。如果未发现匹配，则将计数器增加一。
因此，只要发送器1和接收器2处于“同步”状态，接收器就可以转变成误差计数模式。这意味着接收器可以像经典的误码测试仪一样，对连续误差的数量进行计数。
可以预定义连续样本误差的极限值。如果计数器中的连续误差的量达到该极限值，则可以确定或检测到发送器1和接收器2不是同步的或者处于“同步丢失”状态。该极限值可以仅等于一或者多于一。如前所示，预定的极限值可以介于1到100之间，优选介于1至50之间，更优选地介于5到20之间，例如极限值等于10。
然后，接收器2返回至该处理的第一步骤，图5的示意图的开头(或者图2的步骤S0)。从开头再次执行该处理，以便搜索发送器和接收器的“同步”状态。
另选地，在未找到单个候选的匹配之后，接收器2可以立刻确定发送器和接收器不同步，并返回至该处理的第一步骤。
如上所述，第三实施方式执行图2所示的步骤S1至S10。在检查步骤S10中，检查第三组候选是否仅包括一个候选。如果是这样，则当接收到新的样本或第二位序列时，所述方法停止确定一组若干个候选，并对接收到的第二比特序列Xn’与根据所述一个候选并且使用确定性算法P生成的比特序列进行比较，以便寻找匹配。只要找到匹配，就将发送器和接收器检测为同步的。当针对数量超过预定值的多个连续索引n，有若干连续次未找到匹配时，确定发送器和接收器不是同步的。然而，一旦一次都未找到匹配，就可以确定发送器和接收器是不同步的。
接收器2包括目标比特寄存器20和被配置成执行如上所述的第三实施方式的确定单元4。
在接收器侧，第三实施方式可以由包括指令的计算机程序来实现，当该程序由计算机执行时，使该计算机接收通过通信系统100传输的信号，所述信号包括一系列的第一比特序列Xn，n＝0,1,2,…，其中，每个第一比特序列Xn(n≥1)是根据前一个第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的；以及如上所述用于确定发送器1和接收器2是否同步的装置。
本公开适于集成在测试设备中，并且可以应用于在制造期间检查通信系统或网络的总体传输质量。
第一实施方式适于应用于在制造期间或结束时检查传输系统的质量。
第二实施方式适于应用于检查使用中的通信系统的质量(例如，当包括音频架构的车辆在行驶时)。
该测试方法能够出于下面说明的理由，对给定的音频通道的质量或“清晰度”进行分类。
在第三组候选中只剩下一个候选并且假设确定性算法P为双射的情况下，该测试处理可以示出样本已经经历的偏差。在第三组候选中还剩下几个候选或者假设P不是双射的情况下，该测试处理还可以提供这些偏差的概率分布。
而且，该测试方法可以提供超过可接受的容限的误差的计数(第三组候选中不再有候选的次数)。
当第三组候选达到没有候选留下时，该测试方法还可以指示例如因丢弃(dropped)的音频缓冲区而造成的同步丢失事件(失去同步)。
在通信系统包括位于源寄存器与目标寄存器之间的混合装置的情况下，该混合装置混合和/或组合来自包括源寄存器在内的不同源的比特序列，这种混合装置不应改变由被用于对质量进行测试的测试比特所占据的部分A。换句话说，该混合装置应充当部分A的“比特掩码”混合器。
本公开的测试方法特别适于捕捉由数字信号处理的本质所带来的一些问题，特别是：
-来自变量类型转换(沿处理和传输链的浮点到定点)的舍入问题；
-不了解隐含采样率转换(例如，在Linux ALSA架构的SW堆栈中，其中在没有明显的理由的情况下，可能发生了采样率转换，例如，在一个ECU中从48kHz源转换成声卡输出的44.1kHz，而在另一ECU中反向转换成48kHz)；
-丢失样本组(缓冲区)的问题，例如当在处理和传输链中的某处时，由于缺乏处理功率，因此出现欠载运行情形(缓冲区的馈送速度低于读取的速度)。
该测试方法使用了这样的事实，即，第一比特序列Xn(n＝0,1,2,…)是看上去随机但是皆可以根据前一个第一比特序列来确定的伪随机比特序列。用户(例如，音频信号的听众)可以将这些第一比特序列同化成白噪声。PRBS信号替换了主信号的最低有效位(LSB)，创建了少许不令人烦躁的本底噪声，并且在PRBS上使用所指示的方法来检查LSB并因此检查主信号是否处于所定义的容限范围内。
本公开允许估计数字传输网络的清晰度和质量，并且评估分布在这种网络上的传输的信号的质量。
还可以通过本公开来对评估音频通道的质量(实际的偏差、误差的数量等)。
即使将这样的音频流与其它音频信号混合，也可以将本公开用于检测和证明音频流的回放。
本公开还涉及：
-一种集成有先前描述的测试系统的音频测试设备，该音频测试设备被配置成对车辆的架构的音频质量进行测试，以及
-一种集成了所述系统或上面的音频测试设备的车辆。

Claims (20)

1.一种对通信系统(100)中的信号传输的质量进行测试的方法，所述方法包括以下步骤：
a)生成包括一系列的第一比特序列Xn的信号，n＝0,1,2,…，其中，每个第一比特序列Xn是根据前一个第一比特序列Xn-1并使用确定性算法P来确定的，其中，n≥1；
b)通过所述通信系统(100)从发送器装置(1)向接收器装置(2)发送所述信号；
c)针对通过所述通信系统传输的所述信号中的每个第一比特序列Xn，由所述接收器装置(2)接收第二比特序列Xn’；
并且针对每个第二比特序列Xn’执行以下步骤，其中，n≥1，
d)确定与多个第一比特序列Xn,i相对应的第一组候选
Figure FDA0004111886840000011
其中，i＝0,1,2,…，所述多个第一比特序列已经从所述发送器装置(1)发送并且根据所述通信系统(100)中的可接受修改而改变成所述第二比特序列Xn’，所述可接受修改是根据容许且预期的误差来限定的；
e)通过根据前一个第二比特序列Xn-1’的候选
Figure FDA0004111886840000012
并使用所述确定性算法P来确定第二组候选/>
Figure FDA0004111886840000013
其中，j＝0,1,2,…；
f)通过确定存在于所述第一组候选{Xn,i}i∈N和所述第二组候选{Yn,j}j∈N两者中的候选，使所述第一组候选
Figure FDA0004111886840000014
与所述第二组候选/>
Figure FDA0004111886840000015
相交，以便确定第三组候选/>
Figure FDA0004111886840000016
g)检查所述第三组候选
Figure FDA0004111886840000017
以便确定所述信号传输的质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在检查步骤g)中，当所述第三组候选中的候选的数量等于零时，确定所述信号传输的质量不足。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，针对索引n，其中，n≥2，在步骤(e)中，根据针对索引n-1确定的所述第三组候选中的候选
Figure FDA0004111886840000018
并使用所述确定性算法P来确定所述第二组候选{Yn,j}j∈N，其中，j＝0,1,2,…。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号占据所述发送器装置的源寄存器(10)中的全部比特位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号占据源寄存器中的除所述源寄存器的最低有效位的集合之外的全部比特位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号被注入要通过所述通信系统(100)从所述发送器装置(1)向所述接收器装置(2)发送的主信号中，并且占据所述发送器装置(1)的源寄存器(10)中的比特位置的一部分，所述源寄存器(10)中的余下比特位置由所述主信号占据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，每个第一比特序列Xn替换所述源寄存器(10)中的所述主信号的最低有效位的集合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，只要所述第三组候选包括至少一个候选，就重复所述步骤d)至所述步骤g)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在接收到所述信号中的全部第二比特序列时，如果所述第三组候选包括至少一个候选，则确定所述信号传输的质量是好的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组候选
Figure FDA0004111886840000021
是根据容限信息来确定的，所述容限信息包括容限的两个极限值，所述两个极限值分别为最小容限值和最大容限值，并且针对每个第二比特序列Xn’，根据所述第二比特序列Xn’的十进制值来计算所述最小容限值和所述最大容限值。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，在检查步骤g)中，当所述第三组候选仅具有一个候选时，确定所述发送器和所述接收器是同步的。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在针对索引n＝n0确定所述发送器和所述接收器是同步的之后，针对接下来的索引n中的每个索引，其中，n>n0，所述方法对所接收的第二比特序列Xn’与根据所述一个候选并使用所述确定性算法P生成的比特序列进行比较，以便寻找匹配。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，当针对数量超过预定值的多个连续索引n都未找到匹配时，确定所述发送器和所述接收器不是同步的。
14.根据权利要求1所述的方法，所述方法被应用以测试车辆架构中的音频信号的传输。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法是在车辆的制造期间或者在车辆使用时进行应用的。
16.一种对通信系统(100)中的信号传输的质量进行测试的系统，所述系统包括：
生成单元(3)，所述生成单元被配置成生成包括一系列的第一比特序列Xn的信号，n＝0,1,2,…，其中，每个比特序列Xn是根据前一个第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的，其中，n≥1；
发送器装置(1)，所述发送器装置通过所述通信系统(100)发送所述信号；
接收器装置(2)，所述接收器装置接收所述信号并且被配置成针对通过所述通信系统(100)传输的每个第一比特序列Xn，接收第二比特序列Xn’；
确定单元(4)，所述确定单元被配置成针对第二比特序列Xn’中的每个第二比特序列执行以下操作，其中，n≥1：
确定与多个第一比特序列Xn,i相对应的第一组候选
Figure FDA0004111886840000031
其中，i＝0,1,2,…，所述多个第一比特序列已经从所述发送器装置发送并且根据所述通信系统中的可接受修改而改变成所述第二比特序列Xn’，所述可接受修改是根据容许且预期的误差来限定的；
通过根据前一个第二比特序列Xn-1’确定的候选
Figure FDA0004111886840000032
并使用所述确定性算法P来确定第二组候选/>
Figure FDA0004111886840000033
其中，j＝0,1,2,…；
通过确定存在于所述第一组候选{Xn,i}i∈N和所述第二组候选{Yn,j}j∈N两者中的候选，使所述第一组候选{Xn,i}i∈N与所述第二组候选{Yn,j}j∈N相交，以便确定第三组候选{Xn,k}k∈N；
检查所述第三组候选
Figure FDA0004111886840000034
以便确定所述信号传输的质量。
17.一种接收器装置(2)，所述接收器装置包括：
用于接收第二比特序列Xn’的装置(20)，所述第二比特序列Xn’对应于通过通信系统(100)传输的信号中包括的一系列的第一比特序列Xn，n＝0,1,2,…，其中，每个第一比特序列Xn是根据前一个第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的，其中，n≥1；以及
用于针对所接收的各个第二比特序列Xn’通过执行根据权利要求1所述的方法的步骤d至步骤g)来对所述信号传输的质量进行确定的装置(4)，其中，n≥1。
18.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有包括指令的计算机程序，当该程序通过计算机执行时，使所述计算机接收第二比特序列Xn’，所述第二比特序列Xn’对应于通过通信系统传输的信号中包括的一系列的第一比特序列Xn，n＝0,1,2,…，其中，每个第一比特序列Xn是根据前一个第一比特序列Xn-1并且使用确定性算法P来确定的，其中，n≥1；以及用于针对所接收的各个第二比特序列Xn’，通过执行根据权利要求1所述的方法的步骤d至步骤g)来对所述信号传输的质量进行确定的装置，其中，n≥1。
19.一种集成有根据权利要求16所述的系统的音频测试设备，所述音频测试设备被配置成对车辆的架构的音频质量进行测试。
20.一种集成有根据权利要求16所述的系统或者根据权利要求19所述的音频测试设备的车辆。
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