CN111835581A

CN111835581A - 一种以太网物理层信号测试方法及系统

Info

Publication number: CN111835581A
Application number: CN202010553619.0A
Authority: CN
Inventors: 梁建英; 刘泰; 崔玉龙; 吴学超; 杨国艺; 刘汉
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: CN111835581B

Abstract

本发明公开了一种以太网物理层信号测试方法及系统，包括：采集设定时间段内百兆以太网物理层的测试信号；基于采集到的测试信号电平，计算第一触发电平和第二触发电平；测试信号经过第一触发电平或者第二触发电平时，分别触发记录设定长度的波形于眼图的负半部分或正半部分；叠加记录设定次数后，形成两电平眼图；基于两电平眼图参数对百兆以太网物理层质量进行评价。本发明利用信号触发的方式，将三电平信号转化为两电平眼图信号；克服了三电平眼图无法直接测量眼高、眼宽、上升时间、下降时间和抖动等参数质量的问题。

Description

一种以太网物理层信号测试方法及系统

技术领域

本发明涉及以太网物理层测试技术领域，尤其涉及一种以太网物理层信号测试方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

100Base-TX(百兆以太网)又称为快速以太网，100Base-TX同时采用了 MLT-3(三电平编码)的信道编码方法，MLT-3定义只有数据是“1”时，数据信号状态才跳变，“0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低信号的频率。

对于百兆以太网物理层的信号测试包括：抖动测试、占空比失真、信号幅度，对称性以及过冲测试、信号上升时间测试以及信号下降时间测试等。

现有技术中，可以采用眼图分析法对数字总线信号物理层的质量进行测试；眼图分析法指的是用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响；眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统的优劣程度。

因为百兆以太网100Base-TX电信号是以MLT-3编码方式编码的，该编码方式的电信号具有-1、0、1三种状态，所以直接使用信号余晖得到的是三电平眼图，参照图1；由于三电平眼图具有3种不同的电平，图像过于复杂，不利于计算机分析，难以准确测量眼高、眼宽、上升时间、下降时间和抖动等参数指标，因此，在进行百兆以太网物理层质量测试时，直接使用余晖方式得到眼图并评价信号物理层质量复杂度过高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种以太网物理层信号测试方法及系统，通过触发的方式将三电平眼图分解成两电平眼图，利用两电平眼图的参数指标去等效评价百兆以太网的物理层信号质量。

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种以太网物理层信号测试方法，包括：

采集设定时间段内百兆以太网物理层的测试信号；

基于采集到的测试信号电平，确定第一触发电平和第二触发电平；

测试信号经过第一触发电平或者第二触发电平时，分别触发记录设定长度的波形于眼图的负半部分或正半部分；

叠加记录设定次数后，形成两电平眼图；

基于两电平眼图参数对百兆以太网物理层信号质量进行评价。

根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种以太网物理层信号测试系统，包括：

数据采集模块，用于采集设定时间段内的百兆以太网物理层测试信号；

触发参数模块，用于基于采集到的测试信号电平，计算第一触发电平和第二触发电平；

眼图生成模块，用于测试信号经过第一触发电平或者第二触发电平时，分别触发记录设定长度的波形于眼图的负半部分或正半部分；叠加记录设定次数后，形成两电平眼图；

测试结果评价模块，用于基于两电平眼图参数对百兆以太网物理层质量进行评价。

根据本发明实施例的第三个方面，提供了一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行上述的以太网物理层信号测试方法。

根据本发明实施例的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的以太网物理层信号测试方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用三电平信号的实际电平，通过概率统计的方式，计算触发电平，并设置触发器，将实际通过了第一触发电平和第二触发电平的信号分别触发到两电平眼图的负半周期和正半周期。利用信号触发的方式，将三电平信号转化为两电平眼图信号；克服了三电平眼图无法直接测量眼高、眼宽、上升时间、下降时间和抖动等参数质量的问题。

(2)本发明利用两电平眼图的物理层测试的技术指标去等效评价百兆以太网信号的物理层信号质量，计算过程简单，测试结果准确可靠。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是百兆以太网物理层信号三电平眼图；

图2根据本发明实施例的一种以太网物理层测试方法流程图；

图3是根据本发明实施例的一种计算触发电平的流程图；

图4是根据本发明实施例的一种水平直方图实例；

图5是根据本发明实施例的形成两电平眼图的流程图；

图6是根据本发明实施例的生成的两电平眼图；

图7是根据本发明实施例的基于眼图参数进行以太网物理层质量测试的流程图；

图8是根据本发明实施例的在两电平眼图中绘制垂直直方图的目标电平及峰值点，据此计算上升下降时间；

图9是根据本发明实施例的以太网物理层测试系统示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种以太网物理层信号测试方法的实施例，图2 是根据本发明实施例的一种以太网物理层信号测试方法的流程图，参照图2，该方法包括如下步骤：

步骤S101：采集设定时间段内的百兆以太网物理层测试信号；

具体地，采集到的测试信号是电信号，是以MLT-3(三电平编码)为规则编码的信息流；通常情况下，采集250ms电信号。

步骤S102：基于采集到的测试信号电平，计算第一触发电平和第二触发电平；

参照图3，具体包括以下过程：

步骤S1021：通过示波器等工具确定采集到的测试信号电平的最高值和最低值，并将其间的电平划分为500个区间；当然，区间的个数本领域技术人员可以根据需要确定。

步骤S1022：采样并统计上述采集到的信号电平落于各电平区间的概率，绘制水平直方图，图4给出了一种通过概率统计绘制的水平直方图实例。

步骤S1023：依据直方图，找到概率最高的三个峰值电平(即直方图中柱最长的三个电平)，然后按电平从低到高，依次记为V_n，V_0，V_p(即三电平眼图中-1、0、1对应的实际电平)；

步骤S1024：计算交叉电平：

V_n_coss＝(V_n+V_0)/2；

V_P_coss＝(V_0+V_p)/2；

其中，V_n_coss作为第一触发电平，V_P_coss作为第二触发电平。

本实施例中，选取这两个电平作为触发点的原因是：以交叉电平作为触发点能够最大程度保证电平在向上、下跳变时能够被精准无误地捕捉到，从而提升眼图转化的质量。

步骤S103：采用信号触发的方式，测试信号经过第一触发电平或者第二触发电平时，分别触发记录设定长度的波形于眼图的负半部分或正半部分；叠加记录设定次数后，形成两电平眼图；

需要说明的是，本实施例中所述的正半部分，指的是两点平眼图中0-1的部分，即上眼图；本实施例中所述的负半部分，指的是两点平眼图中-1-0的部分，即下眼图。

具体地，参照图5，通过触发器设置触发条件，分别设置0到-1触发器、-1 到0触发器、0到1触发器以及1到0触发器；

本实施例中，采集250ms的测试信号，测试信号经过第一触发电平V_n_coss 时，0到-1触发器或-1到0触发器触发，此时记录8ns波形于眼图的负半部分；

测试信号通过交叉电平V_p_coss时，0到1触发器或1到0触发器触发，此时记录8ns波形于眼图的上半部分；

测试信号的电平在保持不变的情况下，仍然记录8ns于眼图，至于记录于眼图的正半部分还是负半部分，则根据前一次波形记录的位置确定；即，若前一次波形记录在眼图的负半部分，则本次波形记录在眼图的负半部分；若前一次波形记录在眼图的正半部分，则本次波形记录在眼图的正半部分。

此处需要说明的是，测试信号的电平在保持不变时，认为是MLT-3信号的静默状态，但是，实际信号中，MLT-3信号的静默状态，也会存在固定周期的跳变，这个是编码特性导致的。因此，本实施例中所述的测试信号的电平保持不变，指的是MLT-3信号的静默状态，并不仅仅表示电平完全不变。

另外需要说明的是，本实施例中，8ns为一个数据位时间，本领域技术人员也可以根据需要选择两个数据位时间或者三个数据位时间或者四个数据位时间等，但是，选取的数据位时间也不宜太长，以防止钟差造成的信号余晖叠加发生积累。

上述对于测试信号的记录过程，在眼图的正半部分和负半部分，分别重复叠加记录若干次信号，便形成了两电平的眼图，参照图6。本实施例中，眼图的正半部分和负半部分分别叠加记录了一万次信号，以此减小偶然性对最终数据的影响；当然，具体的重复次数可以根据实际需要进行确定。

步骤S104：基于两电平眼图参数对百兆以太网物理层质量进行评价。

具体地，参照图7，基于形成的两电平眼图，计算眼图参数；本实施例中，眼图参数包括：

眼高：对两电平眼图绘制水平直方图(纵轴为电平，横轴为该采样电平出现次数)，直方图两个峰值电平(即出现次数最多的两个电平)的差即为眼图的眼高。

眼宽：以0电平为目标电平绘制垂直直方图(纵轴为目标电平出现次数，横轴为时间)，直方图相邻的两个峰值时间(即出现0电平次数最多的两个相邻时间)的差即为眼图的眼宽。

上升时间：分别以低电平上升20％和高电平下降20％为目标电平绘制垂直直方图(纵轴为目标电平出现次数，横轴为时间)，参照图8，直方图中④处峰值时间与①处峰值时间的差即为上升时间。

下降时间：分别以低电平上升20％和高电平下降20％为目标电平绘制垂直直方图(纵轴为目标电平出现次数，横轴为时间)，参照图8，直方图中②处峰值时间与③处峰值时间的差即为下降时间。

抖动：以0电平为目标电平绘制垂直直方图(纵轴为目标电平出现次数，横轴为时间)，对所得直方图进行统计学标准差计算，结果即为抖动。

将三电平眼图转化为两电平眼图，极大简化了各眼图参数的计算过程，同时能够保证计算结果的准确性。

基于上述得到的每一个眼图参数，分别设置判断阈值和评分标准，对所有的单个参数分别进行评分；具体的判断阈值和评分标准的设定，可以根据实际需要进行自由设定。

将各个参数的评分结果进行汇总，得到百兆以太网物理层信号质量的整体评价结果。

实施例二

根据本发明实施例，还提供了一种以太网物理层信号测试系统实施例，图9 是根据本发明实施例的一种以太网物理层信号测试系统示意图，参照图9，该系统包括：

此处需要说明的是，上述数据采集模块、触发参数模块、眼图生成模块和测试结果评价模块对应于实施例一中的步骤S101至S104，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

实施例三

根据本发明实施例，提供了一种终端设备的实施例，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的以太网物理层信号测试方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

实施例一中的以太网物理层信号测试方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种以太网物理层信号测试方法，其特征在于，包括：

采集设定时间段内百兆以太网物理层的测试信号；

叠加记录设定次数后，形成两电平眼图；

2.如权利要求1所述的一种以太网物理层信号测试方法，其特征在于，基于采集到的测试信号，计算第一触发电平和第二触发电平，具体过程包括：

将采集到的测试信号电平划分为设定个数的区间，统计测试信号电平落于每个区间的概率分布；

确定概率最高的三个峰值信号电平，由小到大依次记为：V_n，V_0，V_p；

所述第一触发电平为V_n与V_0的均值，所述第一触发电平为V_0与V_p的均值。

3.如权利要求1所述的一种以太网物理层信号测试方法，其特征在于，采用信号触发的方式，将经过第一触发电平和第二触发电平的测试信号，分别触发记录到眼图的负半部分和正半部分，具体过程包括：

测试信号经过第一触发电平时，触发记录设定时间T内的波形于眼图的负半部分，测试信号经过第二触发电平时，触发记录设定时间T内的波形于眼图的正半部分。

4.如权利要求1所述的一种以太网物理层信号测试方法，其特征在于，测试信号电平保持不变时，记录设定时间T内的波形于眼图。

5.如权利要求4所述的一种以太网物理层信号测试方法，其特征在于，若前一次波形记录在眼图的负半部分，则本次波形记录在眼图的负半部分；若前一次波形记录在眼图的正半部分，则本次波形记录在眼图的正半部分。

6.如权利要求1所述的一种以太网物理层信号测试方法，其特征在于，基于两电平眼图参数对百兆以太网物理层质量进行评价，具体过程包括：计算两电平眼图参数指标，将所述参数指标与设定的阈值进行比较，得到测试结果。

7.如权利要求6所述的一种以太网物理层信号测试方法，其特征在于，所述两电平眼图参数指标包括：眼高、眼宽、上升时间、下降时间和抖动。

8.一种以太网物理层信号测试系统，其特征在于，包括：

9.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的以太网物理层信号测试方法。

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的以太网物理层信号测试方法。