JP2019122005A - ビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法 - Google Patents

ビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】片方向通信を行う製品レベルの被測定車載機に測定用インタフェースを追加することなく、簡易な構成でビット誤り率を測定することができるビット誤り率測定装置を提供する。【解決手段】ビット誤り率測定装置10は、ビット誤り率を測定するための試験データを生成する試験データ生成部21と、実際の通信におけるMPDUに相当するデータ部42に試験データをマッピングした試験フレーム40をDUT1がフレームを出力するタイミングとは異なるタイミングでDUT1に出力する出力部23と、試験データ生成部21によって生成された試験データの各ビットデータと、DUT1が入力した試験フレームに含まれる試験データの各ビットデータとを比較してビット誤りを検出しビット誤り率を測定するビット誤り率測定部14と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、高度道路交通システム(Intelligent Transport System:ITS)を利用する車載機のビット誤り率を測定するビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法に関する。
従来のビット誤り率測定装置としては、例えば、特許文献1の従来の技術欄及び図6に記載されたものが知られている。
従来のビット誤り率測定装置は、測定装置と被測定装置とが双方向通信を行ってビット誤り率を測定する構成となっている。具体的には、従来のビット誤り率測定装置は、PN(擬似ランダム雑音)符号を含む試験データを被測定装置に出力した後、その試験データを被測定装置から入力し、被測定装置に出力した試験データと、被測定装置を経由して入力した試験データとを比較して、被測定装置のビット誤り率を測定するようになっている。
特開2000−341365号公報
ところで、例えば、ITSにおける車車間通信では、車載機が車車間通信用フレームに所定のメッセージを挿入し、他の車載機に報知する(ブロードキャストする)方式(片方向通信)がとられており、従来技術のように双方向通信の誤り制御は行われていない。このため、車車間通信におけるビット誤り率の測定は、車両の運転者に確実な安全運転支援を実施する上で大変重要となる。
そこで、従来技術のようにPN符号を含む試験データにより、車車間通信におけるビット誤り率の測定をビット誤り率検出器で行おうとした場合には、ビット誤り率検出器向けの測定用インタフェースとして、時分割されたPN符号の連続化機能やクロック再生機能などを有する測定用インタフェースを被測定車載機に追加することが考えられる。
しかしながら、この種の測定用インタフェースの実装は、開発段階の被測定車載機に対して一時的に実施することは容易ではあるが、製品レベルの被測定車載機に対しては困難である。
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、片方向通信を行う製品レベルの被測定車載機に測定用インタフェースを追加することなく、簡易な構成でビット誤り率を測定することができるビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に係るビット誤り率測定装置は、片方向通信によりフレームを入出力する被測定車載機(1)のビット誤り率を測定するビット誤り率測定装置(10)であって、前記被測定車載機は、実際の通信において、データを格納する第1の領域(33、34)及び前記第1の領域内のデータの誤りを訂正するための第2の領域(35)を含む媒体アクセス制御プロトコルデータユニット(32)を有するフレーム(30)を送受信するものであり、ビット誤り率を測定するための試験データを生成する試験データ生成手段(21)と、前記媒体アクセス制御プロトコルデータユニットに相当する領域(42)に前記試験データをマッピングした試験フレーム(40)を前記被測定車載機がフレームを出力するタイミングとは異なるタイミングで前記被測定装置に出力する出力手段(23)と、前記試験データ生成手段によって生成された前記試験データの各ビットデータと、前記被測定装置が入力した前記試験フレームに含まれる前記試験データの各ビットデータとを比較してビット誤りを検出しビット誤り率を測定するビット誤り率測定手段(14)と、を備えた構成を有している。
この構成により、本発明の請求項1に係るビット誤り率測定装置は、実際の通信で用いられる媒体アクセス制御プロトコルデータユニットに相当する領域に試験データをマッピングした片方向通信のフレームによりビット誤り率を測定することができる。
したがって、本発明の請求項1に係るビット誤り率測定装置は、片方向通信を行う製品レベルの被測定車載機に測定用インタフェースを追加することなく、簡易な構成でビット誤り率を測定することができる。
本発明の請求項2に係るビット誤り率測定装置は、前記ビット誤り率測定手段は、前記媒体アクセス制御プロトコルデータユニットにおけるビット誤り位置を検出するものである構成を有している。
この構成により、本発明の請求項2に係るビット誤り率測定装置は、媒体アクセス制御プロトコルデータユニットにおけるビット誤り位置を検出するので、被測定車載機のビット誤り率の改善に資することができる。
本発明の請求項3に係るビット誤り率測定装置は、前記試験データ生成手段は、疑似ランダム雑音符号に基づく試験データを生成するものである構成を有している。
この構成により、本発明の請求項3に係るビット誤り率測定装置は、疑似ランダム雑音符号に基づく試験データによりビット誤り率を測定するので、簡易的かつ十分に被測定車載機のビット誤り率を測定することができる。
本発明の請求項4に係るビット誤り率測定方法は、片方向通信によりフレームを入出力する被測定車載機(1)のビット誤り率を測定するビット誤り率測定方法であって、前記被測定車載機は、実際の通信において、データを格納する第1の領域(33、34)及び前記第1の領域内のデータの誤りを訂正するための第2の領域(35)を含む媒体アクセス制御プロトコルデータユニット(32)を有するフレーム(30)を送受信するものであり、ビット誤り率を測定するための試験データを生成する試験データ生成ステップ(S11)と、前記媒体アクセス制御プロトコルデータユニットに相当する領域(42)に前記試験データをマッピングした試験フレーム(40)を前記被測定車載機がフレームを出力するタイミングとは異なるタイミングで前記被測定装置に出力する出力ステップ(S14)と、前記試験データ生成ステップにおいて生成された前記試験データの各ビットデータと、前記被測定装置が入力した前記試験フレームに含まれる前記試験データの各ビットデータとを比較してビット誤りを検出しビット誤り率を測定するビット誤り率測定ステップ(S16)と、を含む構成を有している。
この構成により、本発明の請求項4に係るビット誤り率測定方法は、実際の通信で用いられる媒体アクセス制御プロトコルデータユニットに相当する領域に試験データをマッピングした片方向通信のフレームによりビット誤り率を測定することができる。
したがって、本発明の請求項4に係るビット誤り率測定方法は、片方向通信を行う製品レベルの被測定車載機に測定用インタフェースを追加することなく、簡易な構成でビット誤り率を測定することができる。
本発明は、片方向通信を行う製品レベルの被測定車載機に測定用インタフェースを追加することなく、簡易な構成でビット誤り率を測定することができるという効果を有するビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法を提供することができるものである。
本発明に係るビット誤り率測定装置の一実施形態におけるブロック構成図である。 本発明に係るビット誤り率測定装置の一実施形態におけるPN9パタンの試験データの一例を示す図である。 本発明に係るビット誤り率測定装置の一実施形態において生成されるフレームの説明図である。 本発明に係るビット誤り率測定装置の一実施形態において、車車間通信におけるフレームのパワーを例示した図である。 本発明に係るビット誤り率測定装置の一実施形態において、ビット誤りがFCS周辺に偏る傾向になった場合の説明図である。 本発明に係るビット誤り率測定方法を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明に係るビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法の実施形態について、図面を用いて説明する。以下の説明では、本発明に係るビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法を、ITSにおいて使用される車載機のビット誤り率測定に適用した例を挙げて説明する。このITSでは、路側機からメッセージを含むフレーム(パケット)をブロードキャスト送信する路車間通信や、車両に実装された車載機からメッセージを含むフレーム(パケット)をブロードキャスト送信する車車間通信が行われる。本発明は、車車間通信に関するものである。
[構成の説明]
本実施形態におけるビット誤り率測定装置及び被測定車載機(DUT)の構成について、図1を用いて説明する。図1に示すように、本実施形態におけるビット誤り率測定装置10は、DUT1のビット誤り率を測定するものである。
(DUT1の構成)
まず、DUT1の構成について説明する。DUT1は、分波器2、受信部3、制御部4、送信部5を備えている。
分波器2は、ビット誤り率測定装置10から入力する無線周波数(RF)のフレームと、ビット誤り率測定装置10に出力するフレームとを分波するようになっている。
受信部3は、図示を省略したが、ダウンコンバータ、ADC(アナログ・デジタル・コンバータ)、復調部、フレーム処理部、復号部等を備え、分波器2を介して制御周期(例えば100ms)ごとに入力したフレームから車車間通信信号(メッセージ)を取得するようになっている。取得された車車間通信信号は、制御周期ごとに制御部4に出力される。
制御部4は、受信部3から入力した車車間通信信号に基づいて、自車周辺の周辺車両の車両情報、例えば車両の位置や速度などの車両走行情報をリアルタイムに入手し、安全運転支援を行う処理を実施するようになっている。また、制御部4は、自車の車両情報を取得し、送信部5を介して周辺車両に提供する処理を行うようになっている。
送信部5は、暗号化部、フレーム処理部、変調部、DAC(デジタル・アナログ・コンバータ)、アップコンバータ等を備え、自車の車両情報を含むRF領域のフレームを制御周期ごとに分波器2を介してビット誤り率測定装置10に出力するようになっている。
(ビット誤り率測定装置10の構成)
次に、本実施形態におけるビット誤り率測定装置10の構成について、図1〜図4を用いて説明する。
本実施形態におけるビット誤り率測定装置10は、信号発生器20、試験データ制御部13、方向性結合器11、検波器12、ビット誤り率測定部14、表示部15を備えている。このビット誤り率測定装置10は、CPU、ROM、RAM、各種インタフェースが接続される入出力回路等を備えたマイクロコンピュータを含む。ビット誤り率測定装置10は、ROMに予め格納された制御プログラムを実行させることにより、マイクロコンピュータをビット誤り率測定装置10の各機能部として機能させるようになっている。
信号発生器20は、試験データ生成部21、試験フレーム生成部22、出力部23を備えている。
試験データ生成部21は、試験データ制御部13の制御に従って、試験データを生成するようになっている。この試験データ生成部21は、試験データ生成手段の一例である。
例えば、試験データ生成部21は、疑似ランダム雑音(Pseudorandom Noise:PN)符号を生成するPN符号生成器で構成され、PN系列の試験データを生成するものである。本実施形態では、試験データ生成部21は、PN9パタン(511ビット)のPN符号で構成された試験データを生成するものとする。この試験データ生成部21が生成するPN9パタンの試験データの一例を図2に示す。
試験フレーム生成部22は、暗号化部、フレーム処理部、変調部、DAC、アップコンバータ等を備え、試験データ生成部21によって生成された試験データを含む試験フレームを生成するようになっている。図3を用いて、試験フレーム生成部22によって生成される試験フレームについて説明する。
まず、図3の上段に示すフレーム30は、DUT1が実際の通信において送受信するフレームであって、PHYヘッダ(物理ヘッダ)31と、MPDU(MAC Protocol Data Unit:媒体アクセス制御プロトコルデータユニット)32と、を有する。
MPDU32は、MAC制御フィールド33、MSDU(MAC Service Data Unit)34、FCS(Frame Check Sequence)35を有する。ここで、MAC制御フィールド33及びMSDU34は第1の領域に対応し、FCS35は第2の領域に対応する。
次に、図3の下段に示すフレーム(以下「試験フレーム」)40は、試験フレーム生成部22によって生成されるフレームである。この試験フレーム40は、PHYヘッダ41と、PN符号で構成された試験データがマッピング(挿入)されたデータ部42と、を有する。図示のように、データ部42は、MPDU32に相当する領域である。すなわち、試験フレーム生成部22は、実際の通信におけるMPDU32に相当する領域に、PN符号で構成された試験データをマッピングした試験フレーム40を生成するものである。
出力部23は、後述する検波器12の検波信号の電力に基づいて、試験フレーム生成部22によって生成された試験フレームを方向性結合器11に出力するようになっている。この出力部23は、出力手段の一例である。
方向性結合器11は、出力部23からのフレームをDUT1側に通過させるとともに、DUT1からのフレームを検波器12側に通過させるようになっている。
検波器12は、方向性結合器11の出力信号(出力フレーム)を検波して出力部23に出力するようになっている。
ここで、出力部23の機能について、図4を用いて説明する。図4は、横軸を時間軸、縦軸を電力軸とし、制御周期が100msの車車間通信におけるフレームのパワーを例示したものである。
図4において、点線で示したフレーム51は、DUT1から出力されたフレームを示している。出力部23は、検波器12から出力される検波信号の電力に基づいて、フレーム51を検知することができる。したがって、出力部23は、DUT1がフレーム51を出力するタイミングを検知することができるので、このフレーム51が出力されるタイミングとは異なるタイミイングで試験フレームをDUT1に出力するようになっている。この構成により、ビット誤り率測定装置10は、DUT1からのフレーム(MPDUを含む)との競合を回避して、試験フレームをDUT1に出力することができる。
図4に示した例では、出力部23は、フレーム51が出力されたタイミングよりも所定時間経過後に、実線で示す複数の試験フレームを含む試験フレーム群52を出力している。ここで、試験フレーム群52の各試験フレームに含まれるPN符号を互いに同一としてもよいが、試験フレームごとにPN符号を互いに異ならせることにより、実環境に近い並列的なビット誤り率を測定できるので好ましい。また、試験フレームごとに、かつ、制御周期ごとに、PN符号を互いに異ならせるのも好ましい。
試験データ制御部13は、試験データ生成部21による試験データの生成を制御するようになっている。また、試験データ制御部13は、後述するビット誤り率測定部14がビット誤り率を測定するために比較するPN符号パタンの同期を確立するようになっている。例えば、試験データ制御部13は、試験フレームにマッピングするPN符号の先頭ビット位置(図2に例示のビットa)を決定するようになっている。なお、PN符号のランダム性を高めるため、試験データ制御部13は、予め定められたルールに基づいて、試験フレームにマッピングするPN符号の先頭ビット位置を変化させる構成としてもよい。
ビット誤り率測定部14は、試験フレームに基づいて、DUT1のビット誤り率を測定するようになっている。このビット誤り率測定部14は、ビット誤り率測定手段の一例である。
具体的には、ビット誤り率測定部14は、試験データ制御部13を介し、試験データ生成部21によって生成された試験データを入力するとともに、DUT1の受信部3からMPDUを入力する。そして、ビット誤り率測定部14は、試験データ生成部21によって生成された試験データの各ビットデータと、DUT1の受信部3からのMPDUの各ビットデータとを比較してビット誤りを検出し、DUT1のビット誤り率を測定するようになっている。
なお、DUT1の受信部3からMPDUを入力するためのモード(例えばテストモード)をDUT1に設ける構成としてもよい。
表示部15は、ビット誤り率測定部14によって測定されたDUT1のビット誤り率を画面に表示するようになっている。
[本発明の特徴の説明]
以上の構成において本発明の特徴について説明する。
本発明の特徴は、例えば、ITS車載機のビット誤り率測定において、MPDUに相当する領域にPN符号をマッピングする構成となっている。この構成が最適な理由を以下に示す。
ITS車載機のMPDUは固定長(例えば187バイト)である。このMPDUには、受信時のヘッダとペイロードの内容が送信時の内容と同じであることをチェックするためのFCS(4バイト)が含まれている(図3参照)。
ところで、例えば、ITSの車車間通信と類似のイーサネット(登録商標)通信においては、MPDU相当の平均長は1000バイトなどであり、ITS車載機のMPDU長187バイトよりも長い。ここで、ITSの車車間通信とイーサネット通信とを比較した場合、MPDU相当の平均バイト数とFCSのバイト数との比率は、前者(ITSの車車間通信)の方が高く、FCSの構成ビットの誤り発生確率は後者(イーサネット通信)よりも高くなる。
ITSの車車間通信はブロードキャスト方式により行われるため、FCSの構成ビットに誤りが発生すると、ITS車載機が正しいMPDUを受信していても、伝送エラーが発生したものとみなされ、MPDUを廃棄する等の処理が行われることになる。ブロードキャスト方式のため、否定応答を返すなどの誤り制御は働かないからである。このような場合には、安全運転支援アプリが重要なメッセージを受け取れず、クルマの運転者に適切な支援を行えないといった事態の発生が予想される。
そこで、MPDUにPN符号をマッピングしてビット誤りの検査を行えば、ビット誤り数が規定の範囲内でも、その発生域が設計上、FCS周辺に偏る傾向にないかを認知、改善することができる。具体的には、図5に示すように、ビット誤りがFCS周辺に偏る傾向になった場合には、例えば、DUT1における周期的な復調エラーが原因として考えられるため、DUT1の復調回路の時定数変更や、立ち上がり時間の改善などを実施してDUT1のビット誤り率を改善することができる。
また、MPDUにPN符号をマッピングしてビット誤りの検査を行うことで、BSI(Bit Sequence Independence)の観点からMPDUの0連続区間又は1連続区間での耐力の評価、改善を行うこともできる。例えば、図2において、連続した「0」に挟まれたビットbが生成時には「1」であったものが、DUT1では「0」となった場合には、DUT1のクロック再生回路の帯域、感度、応答特性の変更などを実施してDUT1のビット誤り率を改善することができる。
これらによって、本実施形態におけるビット誤り率測定装置10は、ITSの車車間通信における、誤り制御なしの片方向通信(ブロードキャスト)のさらなる品質向上に寄与することができる。
なお、近時、片方向通信において前方誤り訂正(FEC:Forward Error Correction)の機能を有するFEC機能付きの車載機が検討されている。FEC機能付きの車載機に対しては、本実施形態におけるビット誤り率測定装置10は、例えば、送信側の既知のパタンの特定ビットを任意に誤らせた試験データを試験データ生成部21に生成させ、生成された試験データを用いることにより車載機のFEC機能の性能確認を行うことができる。
[動作の説明]
次に、本実施形態におけるビット誤り率測定装置10の動作について図6を用いて説明する。図6は、ビット誤り率測定方法を説明するためのフローチャートである。
試験データ生成部21は、試験データ制御部13の制御に従って、PN9パタンのPN符号で構成された試験データを生成する(ステップS11)。
試験データ生成部21は、生成した試験データを試験フレーム生成部22に出力する(ステップS12)。この試験データは、試験データ制御部13を介してビット誤り率測定部14にも出力される。
試験フレーム生成部22は、試験データ生成部21によって生成された試験データを含む試験フレームを生成する(ステップS13)。
出力部23は、検波器12の検波信号の電力に基づいて、試験フレーム生成部22によって生成された試験フレームを、方向性結合器11を介し、制御周期ごとにDUT1に出力する(ステップS14)。
ビット誤り率測定部14は、DUT1の受信部3からMPDUを入力する(ステップS15)。
ビット誤り率測定部14は、試験データ生成部21によって生成された試験データの各ビットデータと、DUT1の受信部3から入力したMPDUに含まれる試験データの各ビットデータとを比較してビット誤りを検出しビット誤り率を測定する(ステップS16)。
表示部15は、ビット誤り率測定部14によって測定されたDUT1のビット誤り率を画面に表示する(ステップS17)。
以上のように、本実施形態におけるビット誤り率測定装置10は、実際の通信で用いられるMPDUに相当する領域に試験データをマッピングした片方向通信のフレームによりビット誤り率を測定することができる。
したがって、本実施形態におけるビット誤り率測定装置10は、片方向通信を行う製品レベルの被測定車載機に測定用インタフェースを追加することなく、簡易な構成でビット誤り率を測定することができる。
なお、前述の実施形態では、ビット誤り率測定装置10が信号発生器20を備えた構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ビット誤り率測定装置10から信号発生器20を除いたものと、汎用の信号発生器20とを用いても同様な効果が得れる。
以上のように、本発明に係るビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法は、片方向通信を行う製品レベルの被測定車載機に測定用インタフェースを追加することなく、簡易な構成でビット誤り率を測定することができるという効果を有し、ITSを利用する車載機のビット誤り率測定装置及びビット誤り率測定方法として有用である。
1 DUT(被測定車載機)
10 ビット誤り率測定装置
14 誤り率測定部(ビット誤り率測定手段)
20 信号発生器
21 試験データ生成部(試験データ生成手段)
22 試験フレーム生成部
23 出力部(出力手段)
32 MPDU(媒体アクセス制御プロトコルデータユニット)
33 MAC制御フィールド(第1の領域)
34 MSDU(第1の領域)
35 FCS(第2の領域)
40 試験フレーム
41 PHYヘッダ
42 データ部(MPDUに相当する領域)

Claims (4)

  1. 片方向通信によりフレームを入出力する被測定車載機(1)のビット誤り率を測定するビット誤り率測定装置(10)であって、
    前記被測定車載機は、実際の通信において、データを格納する第1の領域(33、34)及び前記第1の領域内のデータの誤りを訂正するための第2の領域(35)を含む媒体アクセス制御プロトコルデータユニット(32)を有するフレーム(30)を送受信するものであり、
    ビット誤り率を測定するための試験データを生成する試験データ生成手段(21)と、
    前記媒体アクセス制御プロトコルデータユニットに相当する領域(42)に前記試験データをマッピングした試験フレーム(40)を前記被測定車載機がフレームを出力するタイミングとは異なるタイミングで前記被測定装置に出力する出力手段(23)と、
    前記試験データ生成手段によって生成された前記試験データの各ビットデータと、前記被測定装置が入力した前記試験フレームに含まれる前記試験データの各ビットデータとを比較してビット誤りを検出しビット誤り率を測定するビット誤り率測定手段(14)と、
    を備えたことを特徴とするビット誤り率測定装置。
  2. 前記ビット誤り率測定手段は、前記媒体アクセス制御プロトコルデータユニットにおけるビット誤り位置を検出するものであることを特徴とする請求項1に記載の測定装置。
  3. 前記試験データ生成手段は、疑似ランダム雑音符号に基づく試験データを生成するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の測定装置。
  4. 片方向通信によりフレームを入出力する被測定車載機(1)のビット誤り率を測定するビット誤り率測定方法であって、
    前記被測定車載機は、実際の通信において、データを格納する第1の領域(33、34)及び前記第1の領域内のデータの誤りを訂正するための第2の領域(35)を含む媒体アクセス制御プロトコルデータユニット(32)を有するフレーム(30)を送受信するものであり、
    ビット誤り率を測定するための試験データを生成する試験データ生成ステップ(S11)と、
    前記媒体アクセス制御プロトコルデータユニットに相当する領域(42)に前記試験データをマッピングした試験フレーム(40)を前記被測定車載機がフレームを出力するタイミングとは異なるタイミングで前記被測定装置に出力する出力ステップ(S14)と、
    前記試験データ生成ステップにおいて生成された前記試験データの各ビットデータと、前記被測定装置が入力した前記試験フレームに含まれる前記試験データの各ビットデータとを比較してビット誤りを検出しビット誤り率を測定するビット誤り率測定ステップ(S16)と、
    を含むことを特徴とするビット誤り率測定方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114730519A (zh) * 2019-11-18 2022-07-08 株式会社电装 车载用的测量装置单元以及车载用的测量装置单元中的综合数据生成方法

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