基于单片机与FPGA的电话线路测试方法

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  【中图分类号】TN916.2 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158(2012)11-0085-02
  1、引言
  随着科学技术的进步及数字通信技术的不断发展,用户通信中越来越关注数据通信的安全性保密性。电话作为人们日常生活中的通信工具,除语音通话外,被广泛用来传真、上网及电话会议等,其数据传输的安全性和保密性越来越受到重视。偶尔的一点消息的外漏,都会引发公司巨大的经济损失。
  普通电话线路接口为模拟接口,线路测试仪与交换机问的用户线路上传输的是话音模拟信号,频率较低(频率范围大致为300-3400Hz)。然而有些电话线路接口却为数字接口,此类接口虽然也使用普通的电话线,但用户线路上是将高速数字信号通过基带或幅频调制进行传输,频率较高(频率范围大致为16K-250KHz,如某军工用XXX话机)。目前,相关的线路测试设备不断涌现和换代,普通的电话线路测试仪仅适用于对普通电话业务的线路质量进行全程或区域测量,而对于上述数字类的接口线路,目前的普通线路测试仪就不能满足要求。专用的数字接口测试仪体积较大,不适于用户现场使用,而且测试程序繁琐价格昂贵。因此,本文提出了一种既适应模拟用户接口又适应数字用户接口的电话线路测试仪方法。
  2、测试仪硬件结构
  测试仪由单片机、FPGAI、LCD、时钟芯片、存储器芯片、Modem芯片1、Modem芯片2、保持电路等组成。测试仪采用单片机与FPGA作为其核心控制电路;存储芯片提供实时保存测试数据的功能;时钟芯片为测试仪提供测试时间;液晶显示用于显示测试的信息等;键盘来选择测试项目和查看测试信息等从而实现人机互动;串口芯片可与电脑通过串口线连接,从而把测试数据传送给上位机软件;配置ROM用来配置FPGA~E作;当电话线路接通后保持电路能够保持测试仪连接到电话线路上电话线路保持通路状态。系统的硬件结构如图1所示。
  3、测试仪的测试功能
  本测试仪能够实现模拟接口和数字接口的电话线路测试。其基本实现原理为Modem芯片1为低速调制解调芯片,主要实现模拟接口的电话线路测试;Modem芯片2为高速调制解调芯片,实现数字接口的电话线路测试。通过键盘选择相应的测试速率,单片机响应键盘操作并发送相应指令到FPGA,FPGA解析接收到的单片机指令通过控制Modem芯片1的工作来测试低速模拟接口线路或控制Modem芯片2来测试高速数字接口线路。
  测试仪需要实现的测试功能有幅频衰耗测试、误码测试、相位抖动测试、串扰测试、信令测试和自检。
  4、测试仪系统工作简介
  测试仪是整个测试系统的核心,测试时测试系统由测试仪主机和测试仪从机两部测试仪配合使用。其测试连接图如图2所示。此种连接方式能够测试的功能有幅频衰减测试、误码测试、相位抖动测试、串扰测试及信令测试。
  测试的基本方法为:预先拨号将电话接通,挂断电话(测试仪通过内置保持电路使被测试线路保持通畅),选择需要测试的功能,如幅频衰耗测试、误码测试等并设置其测试参数。此时,测试仪主机发送测试命令,测试仪从机接收测试数据并分析测试结果。每隔1秒,测试仪从机将测试结果发送至测试仪主机,测试完成,测试仪从机发送测试完成命令至测试仪主机。测试结果可以直接通过RS323串口传送到上位机,也可以保存测试结果待测试完成后利用上位机读取测试结果。停止测试,电话线路恢复通话功能。
  自检测试为测试电话线路的各个组成部分是否连接正确,是测试仪工作是否正常的自我检测,不需要连接任何设备,工作原理如图3所示。
  选择自检测试,并按0K键,单片机发送自检测试命令至FPGA,Flea分别发送命令至Modem芯片1和Modem芯片2,Modem芯片将FPGA发送的命令直接反馈到FPGA,FPGA再将接收到的命令发送至单片机,单片机将自检结果在液晶显示器显示。
  为了测试仪使用灵活方便,本测试仪内部集成主、从两套系统,即其既可以当主机使用也可以当从机使用。其主、从模式转换原理图如图
  4、所示
  如图4所示测试仪初始默认状态为从机,只进行数据的接收与处理,当选择要测试项目并按OK键后,测试仪从默认的从机状态转换为主机状态,测试测试仪开始发送相应的测试数据。T秒后进行的测试项目完成,测试仪自动由主机状态回复到默认的从机状态。
  5、测试仪系统测试结果
  选择北京地区大兴区与海淀区的电话线,实测该线路的误码率为1.98*10-7,给1200bps、4800bps、9600bps、16Kbps、32Kbps、64Kbps、128Kbps和160Kps共八个频点加突发误码分别为1.O-10-7,1.0*10-6,1.0*10-5时,所得的测试结果如图4。
  经测试,该测试仪测试结果与市面上标准测试仪测试结果基本相符。
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