基于FPGA的高速突发模式误码测试系统的设计与实现

基于FPGA的高速突发模式误码测试系统的设计与实现

论文摘要

GPON无源光网络以其独特优势在宽带网中已经开始规模化的应用。GPONOLT侧的光突发接收模块是GPON无源光网络关键部分,它的性能直接影响了GPON光网络中局端的数据处理能力。由于目前市场推出的应用于测试GPON光突发接收模块误码性能的成熟商用测试设备不多,且价格相当昂贵。针对这一现象,本文提出一种适用于GOPN OLT突发接收模块可靠性测试的高速突发模式误码测试系统的设计和实现方案。由于GPON上行数据不同于一般信号的特点给突发模式误码测试系统设计带来了两大设计难点:一是在突发模式误码测试系统发送端要产生能模拟GPON上行突发数据的码流;二是突发模式误码测试系统接收端在误码比对前要实现在十几比特内,对具有相位跳变特点的信号进行时钟提取和数据恢复,并且在误码比对时须滤除前导码和定界符,仅对有效数据进行误码统计。因此,对突发模式误码测试系统的定义要区别于一般的连续模式的误码测试设备:一方面是发送端的发送数据的格式不同,另一方面是接收端的误码比对和统计的实现方法不同。综上所述,突发模式误码测试系统完成两个功能:一是对突发光接收模块的响应时间进行测试,二是将数据包中的包头数据滤除,只对有效载荷进行误码统计。在本篇论文中,根据GPON上行数据的特点并结合FPGA技术提出了基于FPGA实现的高速突发模式误码测试系统的设计方案。该测试系统的发送端利用FPGA的逻辑产生能够模拟GPON上行的具有相位突变和幅度不均衡特点的突发数据;接收端能够在12比特的时间内完成对突发数据的时钟提取和数据恢复,并滤除无效载荷,仅对有效数据进行误码统计。该方案的设计分为误码测试逻辑部分和控制系统两部分:逻辑部分主要实现测试码流的产生、误码比对和误码统计等功能;控制系统是通过Xilinx FPGA中的内嵌软核处理器和一些外设实现,控制系统的功能为对逻辑部分的控制及与上位机的交互。该测试系统自环回路测试和应用于1.25G GPON系统突发光接收模块的误码测试结果,验证其具有较好的性能和实际意义。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究的背景和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 论文结构安排
  • 第2章 突发模式误码测试系统的基本原理
  • 2.1 GPON OLT突发接收基本原理
  • 2.1.1 GPON系统工作原理
  • 2.1.2 GPON OLT端突发接收技术
  • 2.2 突发模式误码测试系统设计方案
  • 2.2.1 系统设计方案选择
  • 2.2.2 最终系统设计方案介绍
  • 2.3 本章小节
  • 第3章 突发模式误码测试仪HDL设计与实现
  • 3.1 FPGA芯片中实现的逻辑功能模块架构
  • 3.2 控制解码模块和状态编码模块的设计
  • 3.3 发送端逻辑模块的设计
  • 3.3.1 码型发生器状态机的设计
  • 3.3.2 伪随机序列码发生器的设计
  • 3.3.3 数据包头发生器的设计
  • 3.3.4 高速串行收发器GTP
  • 3.4 接收端逻辑的设计
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 控制系统硬件平台的设计
  • 4.1 嵌入式开发套件—EDK
  • 4.2 MicroBlaze处理器软核与Coreconnect总线
  • 4.2.1 MicroBlaze处理器软核的介绍
  • 4.2.2 IBM Coreconnect总线的介绍
  • 4.3 嵌入式处理器从设备的设计
  • 4.3.1 GPIO通用输入/输出核
  • 4.3.2 BERT用户自定义核
  • 4.3.3 UART通用异步收发器
  • 4.3.4 Timer定时器
  • 4.3.5 ⅡC总线与突发CDR
  • 4.4 数据指令存储BRAM存储器
  • 4.5 时钟和复位模块
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 控制系统软件平台的设计
  • 5.1 驱动函数的设计
  • 5.1.1 外设的内存映射
  • 5.1.2 BERT的驱动函数
  • 5.1.3 ⅡC总线与突发CDR的驱动函数
  • 5.1.4 UART驱动函数设计
  • 5.2 应用程序的设计
  • 5.2.1 应用程序流程
  • 5.2.2 应用程序中调用的子函数
  • 5.3 本章小结
  • 第6章 突发模式误码测试系统的验证
  • 6.1 自环测试
  • 6.2 应用于GPON突发接收模块的测试
  • 第7章 总结与展望
  • 7.1 工作总结
  • 7.2 系统的可拓展性分析
  • 致谢
  • 参考文献
  • 硕士期间发表论文情况
  • 相关论文文献

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