JP4444708B2

JP4444708B2 - 符号誤り率測定装置及び符号誤り率測定方法

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Publication number: JP4444708B2
Application number: JP2004091244A
Authority: JP
Inventors: 幸司澁谷; 成一斉藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005278014A

Description

現在、大容量のディジタルデータを伝送するシステムでは高速シリアル信号による伝送方式が主流となりつつある。高速シリアル伝送では信号の周波数成分が高周波にまで及ぶため、さまざまな要因により信号が劣化する。このため、システムにおける符号誤り率を測定し、データ転送の信頼性を評価する必要がある。

ところが、従来のディジタル信号伝送の符号誤り率測定は、システム内のデータ送出部からデータ受信部に実際にデータを流し、送出パターンと受信パターンを直接比較することによって符号誤りを検出して、符号誤り率を測定していた。あるいは、専用の測定器を用いて符号誤り率を測定する方法が取られていた（例えば、非特許文献１）。
ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社、"１０ＧｂＥのテクノロジーとデバイス特性評価"、［online］、平成１４年１０月１日、［平成１６年３月４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：／／ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ．ａｇｉｌｅｎｔ．ｃｏｍ／ｌｉｔｗｅｂ／ｐｄｆ／５９８８−６９６０ＪＡ．ｐｄｆ＞

従来の、実際にデータを流し送出パターンと受信パターンを直接比較する符号誤り率測定は、要求される伝送品質によっては、誤りを検出して符号誤り率が確定するまでに極めて長い測定時間が必要になるという問題点があった。

また、専用の測定器を用いて測定する場合には、データ送出部とデータ受信部が測定器のものとなるため、実際のシステムでの符号誤り率測定ができず、測定器自身も高価であるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、バックプレーン伝送等の高速なディジタル電気信号伝送のシステムレベルの符号誤り率測定を、高速かつ安価に実施する手段を得ることを目的とする。

本発明に係る符号誤り率測定装置は、
送信データを、伝送経路を介して受信した受信データの測定値を入力として、伝送による符号誤り率を測定する符号誤り率測定装置であって、以下の要素を備えることを特徴とする
（１）サイクル毎に１と０とが変化するパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行わないで伝送させて測定した受信データの測定値について、上記パターンの波形のジッタヒストグラムを正規分布でフィッティングし、ランダムジッタの標準偏差を求める標準偏差算出部
（２）ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行わないで伝送させて測定した受信データの測定値から、通常時のジッタを算出し、
更に、ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行ない伝送させて測定した受信データの測定値から、高周波減衰時のジッタを算出し、
更に、高周波減衰時のジッタから通常時のジッタを差し引いて、増加ジッタ量を算出する増加ジッタ量算出部
（３）ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行ない伝送させて測定した受信データの測定値から、高周波減衰時の符号誤り率を算出する高周波減衰時符号誤り率算出部
（４）前記高周波減衰時の符号誤り率と、前記増加ジッタ量と、前記ランダムジッタの標準偏差とに基づいて、高周波減衰を行わない通常時の符号誤り率を算出する通常時符号誤り率算出部。

実際のシステムにおけるデータ送出部とデータ受信部を使用し、波形等の情報から間接的に符号誤り率を測定しているので、従来の送出パターンと受信パターンを直接比較する手法や専用測定器を用いた測定ではできなかった、高速なシステムレベルでの符号誤り率測定を実施することを可能とする。

また本手法で使用している測定器は、波形測定器のみであるため極めて安価に実施することが可能である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係るディジタルデータ伝送システムの構成図である。

図１において、１はデータ送出部で、伝送線路４ａ，有効無効の切り替えが可能な高周波減衰機構３，伝送線路４ｂを経て、データ受信部２に接続されている。５はデータ受信部２に近接した伝送波形の観測ポイントであり、オシロスコープなどの測定器で波形を観測できるものとする。

次に符号誤り率の測定原理について説明する。

図２は伝送波形のアイパターンとジッタヒストグラムを表す模式図で、この図のようにジッタヒストグラムは二つの正規分布の和として近似的にモデリングすることができる。（ａ）はアイパターン、（ｂ）は高周波減衰機構を無効にした通常状態でのジッタヒストグラム、（ｃ）は高周波減衰機構を有効にした場合のジッタヒストグラムで、高周波減衰機構により確定的ジッタが増加していることを表している。図中のＤＪ_０は通常状態の確定的ジッタ、ＤＪ_＋は高周波減衰機構を有効にしたことによる確定的ジッタの増分、Ｔ_Ｓは高周波減衰機構を有効にした場合の正規分布のピーク位置からデータのサンプリングタイムまでの時間である。

ここで高周波減衰機構を有効にした状態の符号誤り率をＢＥＲ_２とすると、Ｔ_Ｓが満たすべき方程式は

となる。ただし時間の単位はランダムジッタの標準偏差σで正規化している。Ｐ_ｔｄはデータの遷移確率でデータパターンにより決まる。

前式より求めたＴ_Ｓを用いると高周波減衰機構を無効にした通常状態における正規分布のピーク位置からサンプリングタイムまでの時間は図２の（ｂ）より

とかけるから、通常状態での符号誤り率（ＢＥＲ）は

となる。すなわち、高周波減衰機構が有効なときの符号誤り率、高周波減衰機構を有効にしたことによるジッタの増分、ランダムジッタの標準偏差の３つの値から、高周波減衰機構を無効にした通常の状態における符号誤り率を求めることができる。

次に符号誤り率の測定手順について説明する。

図１の構成図において、高周波減衰機構３を無効にし、データ送出部１から送出するデータパターンを、毎サイクル１と０が変化するパターンとする。そのときの波形を波形観測ポイント５で測定する。図３は毎サイクル変化するパターンの測定例を示す図である。伝送させるデータパターンを毎サイクル１と０が変化するパターンとすると、確定的ジッタを構成する要因のうちデータパターンに依存する成分を除去できるので、次のランダムジッタの標準偏差を求める手順において高精度の解析が可能になる。

測定で得られた毎サイクル１と０が変化するパターンの波形のジッタヒストグラムを正規分布でフィッティングを行い、ランダムジッタの標準偏差を求める。複数の正規分布が重畳している場合は、最も大きい値を採用する。図４は、図３の測定例のジッタヒストグラムの解析例を示す図である。

データ送出部１から送出するデータパターンをランダムパターンとする。そのときの波形を波形観測ポイント５で測定し、ジッタの値を求める。図５は、高周波減衰機構が無効な場合の測定例を示す図である。

次に、高周波減衰機構３を有効にして、データ送出部１から送出するデータパターンをランダムパターンとする。そのときの波形を波形観測ポイント５で測定し、ジッタの値を求め、高周波減衰機構３を有効にすることにより増加したジッタ量を計算する。図６は、高周波減衰機構が有効な場合の測定例を示す図である。また、高周波減衰機構３を有効にしている状態ではジッタが増加し、符号誤りが短時間で発生するので、符号誤り率を短時間で測定可能である。このときの符号誤り率を測定する。

以上の手順で得られた、高周波減衰機構が有効なときの符号誤り率、高周波減衰機構を有効にしたことによるジッタの増分、ランダムジッタの標準偏差から、すでに示した数式に従って計算することにより高周波減衰機構が無効である通常状態での符号誤り率が得られる。

以上のように、この実施の形態１では、実際のシステムにおけるデータ送出部とデータ受信部を使用し、波形等の情報から間接的に符号誤り率を測定しているので、従来の送出パターンと受信パターンを直接比較する手法や専用測定器を用いた測定ではできなかった、高速なシステムレベルでの符号誤り率測定を実施することを可能とする。

実施の形態２．
実施の形態１で示した手法を実行する符号誤り率測定装置と方法について説明する。

図７は、符号誤り率測定装置の構成を示す図である。標準偏差算出部７１、増加ジッタ量算出部７２、高周波減衰時符号誤り率算出部７３、及び通常時符号誤り率算出部７４から構成されている。通常時符号誤り率算出部７４については、図９を用いて詳述する。

図８は、符号誤り率測定方法の全体処理フローを示す図である。まず、標準偏差算出部７１により標準偏差算出処理（Ｓ８０１）を行う。本処理では、サイクル毎に１と０とが変化するパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行わないで伝送させて測定した受信データの測定値について、上記パターンの波形のジッタヒストグラムを正規分布でフィッティングし、ランダムジッタの標準偏差を求める。

次に、増加ジッタ量算出部７２により増加ジッタ量算出処理（Ｓ８０２）を行う。本処理では、ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行わないで伝送させて測定した受信データの測定値から、通常時のジッタを算出する。そして、ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行ない伝送させて測定した受信データの測定値から、高周波減衰時のジッタを算出する。更に、高周波減衰時のジッタから通常時のジッタを差し引いて、増加ジッタ量を算出する。

次に、高周波減衰時符号誤り率算出部７３により高周波減衰時符号誤り率算出処理（Ｓ８０３）を行う。本処理では、ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行ない伝送させて測定した受信データの測定値から、高周波減衰時の符号誤り率を算出する。

最後に、通常時符号誤り率算出部７４により通常時符号誤り率算出処理（Ｓ８０４）を行う。本処理では、高周波減衰時の符号誤り率と、増加ジッタ量と、ランダムジッタの標準偏差とに基づいて、高周波減衰を行わない通常時の符号誤り率を算出する。

図９は、通常時符号誤り率算出部の構成を示す図である。高周波減衰時ピーク位置算出部９１、通常時対ピーク間隔算出部９２、及び符号誤り率算出部９３を有している。

図１０は、通常時符号誤り率算出処理フローを示す図である。高周波減衰時ピーク位置算出部９１により高周波減衰時ピーク位置算出処理（Ｓ１００１）を行う。本処理では、時間の単位をランダムジッタの標準偏差によって正規化した高周波減衰時のジッタヒストグラムの正規分布に従って、高周波減衰時の符号誤り率と、データパターンから決定されるデータの遷移確率とにより、高周波減衰時の正規分布のピーク位置を算出する。

次に、通常時対ピーク間隔算出部９２により通常時対ピーク間隔算出処理（Ｓ１００２）を行う。本処理では、高周波減衰時の正規分布のピーク位置に、増加ジッタ量の半分を加えて、通常時の正規分布のピーク位置からサンプリング位置までの時間である通常時対ピーク間隔を求める。

最後に、符号誤り率算出部９３により符号誤り率算出処理（Ｓ１００３）を行う。本処理では、時間の単位をランダムジッタの標準偏差によって正規化した通常時のジッタヒストグラムの正規分布に従って、通常時対ピーク間隔と、データの遷移確率とにより、通常時の符号誤り率を算出する。

このように、動作することにより、実施の形態１による測定を自動化することができる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係るディジタル伝送システムの構成図である。図１の高周波減衰機構を、着脱可能なスタブと、スタブをとりつける為の機構としたものである。

図１１において、１はデータ送出部で、伝送線路４ａ，スタブをとりつける為の機構６ａ，伝送線路４ｂを経て、データ受信部２に接続されている。スタブをとりつける為の機構６ａは基板上に設けられたスルーホール等であり、同軸ケーブル等のスタブ７ａを半田付けなどの手段により取り付け可能とする。伝送線路の途中にスタブを取り付けると高周波領域の減衰が大きくなるので、高周波減衰機構として動作する。５はデータ受信部２に近接した伝送波形の観測ポイントであり、オシロスコープなどの測定器で波形を観測できるとする。

手順などは実施の形態１及び２と同様である。高周波減衰機構の有効無効の切り換えは、スタブ７の取り付けと取り外しで実現する。

以上のように、この実施の形態３でも、実際のシステムにおけるデータ送出部とデータ受信部を使用し、波形等の情報から間接的に符号誤り率を測定しているので、従来の送出パターンと受信パターンを直接比較する手法や専用測定器を用いた測定ではできなかった、高速なシステムレベルでの符号誤り率測定を実施することを可能とする。

さらに本手法は、本手法の適用を想定していない既存のシステムにおいても、データ受信部に近接した伝送波形の観測ポイントと、伝送線路途中にスタブの取り付けが可能な構造であるなら、適用することができる。

実施の形態４．
図１２は実施の形態４に係るディジタル伝送システムの構成図である。図１の高周波減衰機構を、着脱可能な容量性素子と、容量性素子をとりつける為の機構としたものである。

図１２において、１はデータ送出部で、伝送線路４ａ，容量性素子をとりつける為の機構６ｂ，伝送線路４ｂを経て、データ受信部２に接続されている。容量性素子をとりつける為の機構６ｂは基板上に設けられたランド等の配線パターンであり、コンデンサ等の容量性素子７ｂを半田付けなどの手段により取り付け可能とし、容量性素子７ｂを経由してグランドプレーン８と接続される。伝送線路の途中に容量性素子を取り付けると高周波領域の減衰が大きくなるので、高周波減衰機構として動作する。５はデータ受信部２に近接した伝送波形の観測ポイントであり、オシロスコープなどの測定器で波形を観測できるとする。

手順などは実施の形態１及び２と同様である。高周波減衰機構の有効無効の切り換えは、容量性素子７ｂの取り付けと取り外しで実現する。

以上のように、この実施の形態４でも、実際のシステムにおけるデータ送出部とデータ受信部を使用し、波形等の情報から間接的に符号誤り率を測定しているので、従来の送出パターンと受信パターンを直接比較する手法や専用測定器を用いた測定ではできなかった、高速なシステムレベルでの符号誤り率測定を実施することを可能とする。

さらに本手法は、本手法の適用を想定していない既存のシステムにおいても、データ受信部に近接した伝送波形の観測ポイントと、伝送線路途中に容量性素子の取り付けが可能な構造であるなら、適用することができる。

実施の形態５．
図１３は実施の形態５のディジタル伝送システムの構成図である。図１の高周波減衰機構を、着脱可能なインダクタと、インダクタをとりつける為の機構としたものである。

図１３において、１はデータ送出部で、伝送線路４ａ，インダクタをとりつける為の機構６ｃおよび６ｄ，インダクタ７ｃ、伝送線路４ｂを経て、データ受信部２に接続されている。インダクタをとりつける為の機構６ｃ、６ｄは基板上に設けられたランド等の配線パターンであり、インダクタ７ｃを半田付けなどの手段により取り付け可能とする。インダクタ７ｃはチップ部品や金属線であり、０オームの抵抗器や同軸ケーブル等の伝送線路の周波数特性に影響を及ぼしにくい部品と交換可能とする。伝送線路の途中にインダクタを取り付けると高周波領域の減衰が大きくなるので、高周波減衰機構として動作する。５はデータ受信部２に近接した伝送波形の観測ポイントであり、オシロスコープなどの測定器で波形を観測できるとする。

手順などは実施の形態１及び２と同様である。高周波減衰機構の有効無効の切り換えは、インダクタ７ｃを０オームの抵抗器や同軸ケーブル等の伝送線路の周波数特性に影響を及ぼしにくい部品と交換することで実現する。

以上のように、この実施の形態５でも、実際のシステムにおけるデータ送出部とデータ受信部を使用し、波形等の情報から間接的に符号誤り率を測定しているので、従来の送出パターンと受信パターンを直接比較する手法や専用測定器を用いた測定ではできなかった、高速なシステムレベルでの符号誤り率測定を実施することを可能とする。

さらに本手法は、本手法の適用を想定していない既存のシステムにおいても、データ受信部に近接した伝送波形の観測ポイントと、伝送線路途中のチップ部品などをインダクタに取替えが可能な構造であるなら、適用することができる。

実施の形態６．
図１４は実施の形態６に係るディジタル伝送システムの構成図である。図１の高周波減衰機構を、長さが可変な伝送線路としたものである。

図１４において、１はデータ送出部で、伝送線路４ａ、長さが可変な伝送線路７ｄ、伝送線路４ｂを経て、データ受信部２に接続されている。長さが可変な伝送線路７ｄは同軸ケーブルや基板上の配線等であり、ケーブルの取替えやスイッチ等の手段により配線長を変更できるものとする。伝送線路が長くなると高周波領域の減衰が大きくなるので、高周波減衰機構として動作する。５はデータ受信部２に近接した伝送波形の観測ポイントであり、オシロスコープなどの測定器で波形を観測できるとする。

手順などは実施の形態１及び２と同様である。高周波減衰機構の有効無効の切り換えは、伝送線路７ｄの長さを変更することで実現する。

以上のように、この実施の形態６でも、実際のシステムにおけるデータ送出部とデータ受信部を使用し、波形等の情報から間接的に符号誤り率を測定しているので、従来の送出パターンと受信パターンを直接比較する手法や専用測定器を用いた測定ではできなかった、高速なシステムレベルでの符号誤り率測定を実施することを可能とする。

さらに本手法は、本手法の適用を想定していない既存のシステムにおいても、データ受信部に近接した伝送波形の観測ポイントと、伝送線路途中で伝送線路の延長が可能な構造であるなら、適用することができる。

実施の形態１に係るディジタルデータ伝送システムの構成図である。伝送波形のアイパターンとジッタヒストグラムを表す模式図である。毎サイクル変化するパターンの測定例を示す図である。図３の測定例のジッタヒストグラムの解析例を示す図である。高周波減衰機構が無効な場合の測定例を示す図である。高周波減衰機構が有効な場合の測定例を示す図である。符号誤り率測定装置の構成を示す図である。符号誤り率測定方法の全体処理フローを示す図である。通常時符号誤り率算出部の構成を示す図である。通常時符号誤り率算出処理フローを示す図である。実施の形態３に係るディジタル伝送システムの構成図である。実施の形態４に係るディジタル伝送システムの構成図である。実施の形態５のディジタル伝送システムの構成図である。実施の形態６に係るディジタル伝送システムの構成図である。

符号の説明

７１標準偏差算出部、７２増加ジッタ量算出部、７３高周波減衰時符号誤り率算出部、７４通常時符号誤り率算出部、９１高周波減衰時ピーク位置算出部、９２通常時対ピーク間隔算出部、９３符号誤り率算出部。

Claims

送信データを、伝送経路を介して受信した受信データの測定値を入力として、伝送による符号誤り率を測定する符号誤り率測定装置であって、以下の要素を備えることを特徴とする符号誤り率測定装置
（１）サイクル毎に１と０とが変化するパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行わないで伝送させて測定した受信データの測定値について、上記パターンの波形のジッタヒストグラムを正規分布でフィッティングし、ランダムジッタの標準偏差を求める標準偏差算出部
（２）ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行わないで伝送させて測定した受信データの測定値から、通常時のジッタを算出し、
更に、ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行ない伝送させて測定した受信データの測定値から、高周波減衰時のジッタを算出し、
更に、高周波減衰時のジッタから通常時のジッタを差し引いて、増加ジッタ量を算出する増加ジッタ量算出部
（３）ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行ない伝送させて測定した受信データの測定値から、高周波減衰時の符号誤り率を算出する高周波減衰時符号誤り率算出部
（４）前記高周波減衰時の符号誤り率と、前記増加ジッタ量と、前記ランダムジッタの標準偏差とに基づいて、高周波減衰を行わない通常時の符号誤り率を算出する通常時符号誤り率算出部。
前記通常時符号誤り率算出部は、以下の要素を有することを特徴とする請求項１記載の符号誤り率測定装置
（Ａ）時間の単位をランダムジッタの標準偏差によって正規化した高周波減衰時のジッタヒストグラムの正規分布に従って、前記高周波減衰時の符号誤り率と、データパターンから決定されるデータの遷移確率とにより、高周波減衰時の正規分布のピーク位置を算出する高周波減衰時ピーク位置算出部
（Ｂ）前記高周波減衰時の正規分布のピーク位置に、前記増加ジッタ量の半分を加えて、通常時の正規分布のピーク位置からサンプリング位置までの時間である通常時対ピーク間隔を求める通常時対ピーク間隔算出部
（Ｃ）時間の単位をランダムジッタの標準偏差によって正規化した通常時のジッタヒストグラムの正規分布に従って、前記通常時対ピーク間隔と、前記データの遷移確率とにより、通常時の符号誤り率を算出する符号誤り率算出部。
送信データを、伝送経路を介して受信した受信データの測定値を入力として、伝送による符号誤り率を測定する符号誤り率測定装置による符号誤り率測定方法であって、以下の要素を有することを特徴とする符号誤り率測定方法
（１）サイクル毎に１と０とが変化するパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行わないで伝送させて測定した受信データの測定値について、上記パターンの波形のジッタヒストグラムを正規分布でフィッティングし、ランダムジッタの標準偏差を求める標準偏差算出処理
（２）ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行わないで伝送させて測定した受信データの測定値から、通常時のジッタを算出し、
更に、ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行ない伝送させて測定した受信データの測定値から、高周波減衰時のジッタを算出し、
更に、高周波減衰時のジッタから通常時のジッタを差し引いて、増加ジッタ量を算出する増加ジッタ量算出処理
（３）ランダムパターンの送信データを、伝送経路中で高周波減衰を行ない伝送させて測定した受信データの測定値から、高周波減衰時の符号誤り率を算出する高周波減衰時符号誤り率算出処理
（４）前記高周波減衰時の符号誤り率と、前記増加ジッタ量と、前記ランダムジッタの標準偏差とに基づいて、高周波減衰を行わない通常時の符号誤り率を算出する通常時符号誤り率算出処理。
前記通常時符号誤り率算出処理は、以下の要素を有することを特徴とする請求項３記載の符号誤り率測定方法
（Ａ）時間の単位をランダムジッタの標準偏差によって正規化した高周波減衰時のジッタヒストグラムの正規分布に従って、前記高周波減衰時の符号誤り率と、データパターンから決定されるデータの遷移確率とにより、高周波減衰時の正規分布のピーク位置を算出する高周波減衰時ピーク位置算出処理
（Ｂ）前記高周波減衰時の正規分布のピーク位置に、前記増加ジッタ量の半分を加えて、通常時の正規分布のピーク位置からサンプリング位置までの時間である通常時対ピーク間隔を求める通常時対ピーク間隔算出処理
（Ｃ）時間の単位をランダムジッタの標準偏差によって正規化した通常時のジッタヒストグラムの正規分布に従って、前記通常時対ピーク間隔と、前記データの遷移確率とにより、通常時の符号誤り率を算出する符号誤り率算出処理。