【摘　要】　用StateCad為開發(fā)工具設(shè)計出一種簡單、實用的幀定位系統(tǒng)。
??? 關(guān)鍵詞：幀定位信號，幀同步，幀定位，StateCad
?
　　在數(shù)字通信網(wǎng)中，為了提高傳輸效率，常常需要將若干路低速數(shù)字信號合并成一路高速數(shù)字信號，通過高速信道傳輸。數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是實現(xiàn)這種數(shù)字信號合并的專門技術(shù)，完成此功能的設(shè)備稱為數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)。而在此系統(tǒng)中，為保證接收端的分路和發(fā)送端一致，必須有一個幀定位系統(tǒng)，以實現(xiàn)發(fā)送端和接收端的幀同步。在數(shù)字通信網(wǎng)中，幀定位系統(tǒng)是同步復(fù)接設(shè)備中最重要的部分。在實現(xiàn)工程設(shè)計中，它涉及的問題較多，對整個復(fù)接設(shè)備性能影響也較大。

1　幀定位問題
　　在同步發(fā)送、接收設(shè)備中，能夠正確實施接收的前提是接收器的幀狀態(tài)必須與發(fā)送器的幀狀態(tài)保持正確的相位關(guān)系，即必須保持幀同步。幀定位指的就是把接收器的幀狀態(tài)調(diào)整到與發(fā)送器幀狀態(tài)具有正確相位關(guān)系，并且保持這種相位關(guān)系的過程。而這種過程通常稱為同步搜捕過程。

　　幀定位系統(tǒng)的原理圖見圖1。它是由時鐘源、發(fā)送定時單元、接收定時單元、同步接收定時單元、同步搜捕、保持單元組成的。發(fā)送定時單元向發(fā)送器提供各種定時信號，接收定時單元向接收器提供各種定時信號，二者產(chǎn)生的幀結(jié)構(gòu)是相似的，幀長則是相等的，從原理上講，二者產(chǎn)生的幀定位碼型也是一樣的，它們分別表示各自幀的開始或終了（或者其它特定部位），即表示各自的幀狀態(tài)。發(fā)送器要把時鐘和幀定位信號傳送給接收器。通常接收器的定時單元也要由接收時鐘信號來推動，它也產(chǎn)生自己的幀定位信號。在同步搜捕／保持單元中，對發(fā)送器與接收器幀定位信號的相對位置進行比較，如果不符正確相位關(guān)系，就采取某種控制措施，使得接收幀狀態(tài)相對于發(fā)送幀狀態(tài)發(fā)送相對延時，直至使得二者都達到正確的相位關(guān)系，即達到同步，然后就保持這種同步狀態(tài)運行，這就是幀定位的全部過程。
　　在工程設(shè)計中，幀定位系統(tǒng)要解決下列具體設(shè)計問題：
??? ·同步搜捕方法；
??? ·幀定位碼型設(shè)計；
??? ·幀長度的確定；
??? ·幀定位碼的碼長選擇；
　　·幀定位保護方法。
2　同步搜捕方法
　　傳統(tǒng)的同步搜捕方法有兩種：逐位調(diào)整法和預(yù)置起動法。當(dāng)合路數(shù)字信號誤碼率較低時，預(yù)置起動方法的平均搜捕時間較短；當(dāng)合路數(shù)字信號誤碼率較高時，逐位調(diào)整法的平均搜捕時間較短。數(shù)字信道誤碼率按國際推薦通常是相當(dāng)?shù)偷模豢捎谜`碼率門限也只有1×10－3，所以，一般采用預(yù)置起動搜捕方法是比較合適的。
??? 預(yù)置起動法的工作過程：在失幀期間，接收設(shè)備時序發(fā)生器被置在一個特定的等待狀態(tài)，即接收設(shè)備幀狀態(tài)處于特定的預(yù)置狀態(tài)；接收碼流逐比特進入幀定位信號檢測電路，一旦其中全部n位信碼與規(guī)定的幀定位信號碼型相同，就立即輸出一個控制信號，啟動接收設(shè)備的時序發(fā)生器，同時用接收時鐘信號來推動它。然后經(jīng)過一個檢驗周期的時間檢驗判斷。如果示未能建立正確的相位關(guān)系，就重復(fù)上述；如果確實建立了正確的相位關(guān)系，就保持這種相位關(guān)系并結(jié)束搜捕過程。從上述過程可以看出，如果接收碼流中未同步前的任何一段信碼都不出現(xiàn)幀定位碼型，而且?guī)ㄎ淮a中不發(fā)生誤碼，那么只要遇到一個完整的幀定位碼組就足以建立起同步，可見，這時完成搜捕過程是比較快的。實際上，存在虛警現(xiàn)象和虛漏現(xiàn)象，即某一段信碼可能組合成幀定位碼型，真正的幀定位碼也可能因存在誤碼而未被發(fā)現(xiàn)（即沒有控制信號輸出），這樣就要拉長搜捕過程。
　　本設(shè)計就是采用了預(yù)置起動的搜捕方法。本設(shè)計是16路E1復(fù)接成光纖信號系統(tǒng)工程中的一個模塊，此幀長為4320bits，采取的是集中式幀定位信號為F628H。
3　幀定位系統(tǒng)邏輯圖
　　以上只是介紹了幀定位過程采用的具體方法，下面來介紹在實際幀定位系統(tǒng)中如何利用這些具體
方法。

　　在實際情況下，設(shè)計幀定位系統(tǒng)要考慮下列兩種情況：首先，信碼內(nèi)容是隨機的，其中每一段內(nèi)容都可能隨機地形成幀定位信號所特有的圖案，即形成冒充的幀定位信號，這樣就可能出現(xiàn)假同步；此外，數(shù)字傳輸通常都存在誤碼操作，如果剛好幀定位信號中出現(xiàn)誤碼，同步識別設(shè)備在相應(yīng)的部位就識別不出信碼，這時同步設(shè)備就可能判斷系統(tǒng)發(fā)生失
步，因而開始同步搜捕，這樣恰恰導(dǎo)致了真失步。考慮到上述兩種情況，幀定位過程都要制訂一種特定的搜捕校核邏輯和同步保護邏輯，以便消除信碼隨機組合引起的虛警現(xiàn)象和誤碼引起的虛漏現(xiàn)象的影響。圖2為CCITT推薦了幀定位校核／保護邏輯圖。
　　假定幀定位系統(tǒng)處于失步狀態(tài)，于是同步系統(tǒng)開始進行搜捕，從合路信碼中識別出定位信號時，同步校核計數(shù)器計1，并且起動分接定時單元；如果在整整相隔一個幀周期的時刻（簡稱規(guī)定時刻）又發(fā)現(xiàn)了幀定位信號，同步校核計數(shù)器就計2；如果總計連續(xù)在規(guī)定時刻共發(fā)現(xiàn)x次幀定位信號，那么幀定位系統(tǒng)就確認(rèn)系統(tǒng)進入了同步狀態(tài)。其中，x稱為同步搜捕校核系數(shù)。如果，連續(xù)發(fā)現(xiàn)幀定位信號的次數(shù)不足x次，其間在規(guī)定時刻有一次未發(fā)現(xiàn)幀定位信號，則同步校核計數(shù)器立即置0，并且把分接定時單元置于預(yù)置狀態(tài)，即幀定位系統(tǒng)重新處于失步狀態(tài)。
4　用StateCad實現(xiàn)幀定位系統(tǒng)
　　以上在理論上論述了幀定位系統(tǒng)的框圖、搜捕方法及幀定位系統(tǒng)校核與保護。由圖2可看出幀定位系統(tǒng)涉及到各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如用電路或語言描寫來實現(xiàn)勢必具有一定的技術(shù)困難，而StateCad軟件就是方便實現(xiàn)各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的有利工具。下面將介紹以StateCad為工具實現(xiàn)的幀定位系統(tǒng)的工程設(shè)計。
??? 圖3是本設(shè)計的邏輯框圖。
　　為了確保系統(tǒng)在大部分時間內(nèi)處于工作狀態(tài)，在本設(shè)計中校核計數(shù)設(shè)計為1次，保護計數(shù)為3次，即在幀的同一位置連續(xù)2次發(fā)現(xiàn)幀同步信號則進入同步狀態(tài)，而在同步狀態(tài)中連續(xù)4次丟失幀同步信號才進入失步狀態(tài)，重新搜捕幀同步信號。
　　按照圖3的設(shè)計，用StateCad實現(xiàn)的狀態(tài)圖如圖4所示。整個系統(tǒng)中輸入信號為：reset端（復(fù)位端）、din（輸入信號）、clk（時鐘信號）；輸出信號為：fp（幀識別脈沖：當(dāng)每個幀來臨時回定送出此信號）、lof（鎖定信號）、dfp（偽幀識別脈沖）、lck（偽鎖定信號）。其中，在輸出信號中fp、lof在鎖定狀態(tài)下才有

效，而dfp、lck只有在發(fā)現(xiàn)幀頭時才有效，它們的設(shè)計目的是為了方便系統(tǒng)調(diào)試，辨別系統(tǒng)工作狀態(tài)；信號變量有：n為計數(shù)器（它用來標(biāo)識幀頭的位置且在renx中復(fù)位）、a為16位移位寄存器（它為搜捕幀頭服務(wù)）。圖4中以虛線劃分出鎖定與未鎖定狀態(tài)。
　　未鎖定狀態(tài)中有三個狀態(tài)：（1）start狀態(tài)為初始狀態(tài)變?yōu)閺?fù)位狀態(tài),各個變量都賦初值；（2）unlock、ren0、ren1構(gòu)成失步狀態(tài)，在此狀態(tài)中完成預(yù)置起動法搜捕幀頭；（3）usearch1、ren2構(gòu)成檢驗狀態(tài)。
　　鎖定狀態(tài)中有兩個狀態(tài)：（1）同步狀態(tài)包括lock、ren3，在此狀態(tài)里要不斷檢驗幀頭是否符合預(yù)置狀態(tài)；（2）保護狀態(tài)：保持1（ren4、search1）、保持2（ren5、search2）、保持3（ren6、search3），在此狀態(tài)中要完成檢驗幀同步信號的任務(wù)。
　　各個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件都是以n與a的值為依據(jù)的，在這里幀長假設(shè)為4320bits，預(yù)置幀頭為
“1111011000101000”。整個系統(tǒng)的工作原理在介紹邏輯框圖中已陳述。
　　StateCad軟件在編譯過程中可自動生成硬件描述語言，再通過其它軟件下載到可編程邏輯器件中用于實際應(yīng)用。
　　此系統(tǒng)已通過digital fusion軟件仿真并且已應(yīng)用于實際16路E1信號復(fù)接成光纖傳輸系統(tǒng)，且運行良好。

1　孫玉編著．?dāng)?shù)字網(wǎng)專用技術(shù)．北京：人民郵電出版社，1998
2　孫玉編著．?dāng)?shù)字復(fù)接技術(shù)．北京：人民郵電出版社，1991
3　陳熾文，張建紅編著．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)．北京：清華大學(xué)出版社，1999
4　韋樂平，李英灝編著．SDH及其新應(yīng)用．北京：人民郵電出版社，2001
5　劉少亭．付慧生編．?dāng)?shù)字通信．北京：煤炭工業(yè)出版社，1995