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PRBS码学习理解

2015年2月14日 / 760次阅读

PRBS是Pseudo Random Binary Sequence的缩写,即“伪随机二进制序列”的意思。PRBS码具有“随机”特性,是因为在PRBS码流中,二进制数“0”和“1”是随机出现的,但是它又和真正意义上的随机码不同,这种“随机”特性只是局部的,即在周期内部,“0”和“1”是随机出现的(码流生成函数与初始码确定后,码流的顺序也是固定的),但各个周期中的码流却是完全相同的,所以我们称其为“伪随机码”。

PRBS码的周期长度与其阶数有关,常用的阶数有7、9、11、15、20、23、31,也就是我们常说的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。

对于n阶PRBS码,每个周期的序列长度为2n-1,在每个周期内,“0”和“1”是随机分布的,并且“0”和“1”的个数相等,连“1”的最大数目为n,连“0”的最大数目为n-1(反转后就是n-1个连“1”和n个连“0”)。

PRBS码各阶数对应数据表

PRBS码各阶数对应数据表

在对高速信号链路进行误码测试时,基本上都是利用PRBS码流来模拟真实的线网码流环境,因为在现网中,所有的数据都是随机出现的,没有任何规律可言,而PRBS码流在一定程度上具有这种“随机数据”特性,二进制“0”和“1”随机出现,其频谱特征与白噪声非常接近。PRBS码流的阶数越高,其包含的码型就越丰富,就越接近真实的线网环境,测试的结果就越准确。

 

2019-03-29:

LFSR(Linear-Feedback Shift Register),线性反馈移位寄存器这个名字,首先它是个移位寄存器,然后这个移位寄存器的输入是上一个状态的线性组合。PRBS码型是由PRBS码型发生器(就是线性反馈移位寄存器)产生的,下面是一个简单发生器的示意图:

PRBS码型发生器

PRBS码型发生器

架构很简单,就由两部分组成:移位寄存器和异或运算器。

首先移位寄存器,顾名思义作用就是移位,1个bit发送后,把下一个bit推向前准备发送;异或运算,简单点说就是两个不一样就是“1”,两个一样就是“0”,因此有“1”和“1”是0,“0”和“0”是0,“1”和“0”是1。那像上面这个PRBS3发生器,进行异或的位是第二位和第三位,因此用一个多项式命名它,叫做1+X^2+X^3。

线性反馈移位寄存器

线性反馈移位寄存器

移位寄存器的动作过程如同上面图中所示,每一次移位都会使移位寄存器切换到下一个状态,4位移位寄存器总共可以有2^4=16种状态,除去0000状态之外,该LFSR可以在剩下的15个状态中循环切换。如果我们令LFSR的状态从0001开始,每一次移位都将x^4输出,则可以生成的随机码序列为:100010011010111 - 100010011010111 - 100010011010111……完成15个bit输出后,循环重复。

上图的多项式为:1+x^3+x^4,称为MLS(Maximum Length Sequence),关于MLS分析有时间再单独讨论,常用的PRBS都是MLS。

常用的PRBS生成多项式

常用的PRBS生成多项式

不同的PRBS生成多项式可以生成不同的码型,有不同的应用场景,以PRBS7为例,移位寄存器可以遍历除0000000外的所有状态,所以可以遍历的状态为2^7-1个,生成的码型位数为2^7-1。码型中连续1最长为7位,最长连续0为6位。在实际应用中常用于8B/10B编码的信道测试,8B/10B编码的码型最长的1或0的位数为5位。同样的信道使用PRBS7码型要比8B/10B编码产生的结果要稍差一些,这样也可以保证一定的设计裕量。

本文链接:https://www.maixj.net/ict/prbs-2398

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