FPGA實現復接與分接系統

引言

　　近年來可編程器件的應用日益廣泛，使用較多的是現場可編程門陣列(FPGA)和復雜可編程邏輯器件(CPLD)。FPGA器件性能優越，使用方便，成本低廉，投資風險小，使用FPGA設計可以完全根據設計者需要開發ASIC芯片，可方便地反復編寫和修改程序，即使制成PCB后仍能進行功能修改。本文將著重介紹運用FPGA技術實現基群與二次群之間復接與分接系統的總體設計方案。

　　數字復接基本原理及系統構成

　　二次群幀結構及其復接子幀結構按ITU-TG.742協議，工作在8448kbit/s的采用正碼速調整的二次群復接設備幀結構如圖1所示，一幀共有848bit，前12位幀碼組包括幀同步碼10位，碼型為1111010000;失步對告碼，同步為“0”，失步為“1”;國內通信備用碼。Cj1、Cj2、Cj3(j=1，2，3，4)為插入標志碼，Vj(j=1，2，3，4)為碼速調整插入比特，其作用是調整基群碼速。二次群由四支路的子幀構成，子幀結構如圖2所示，一子幀有212bit，1、2、3位碼為幀碼組，記Fj;插入標志碼用Cj表示;碼速調整插入比特用Vj表示。

　　復接系統構成

　　復接系統構成的框圖如圖3。復接時序信號發生器產生碼速調整需要的時序信號，四路基群信號先各自經正碼速調整，變為2.112Mbit/s的同步碼流。合路器順序循環讀取四路碼流，并在每幀開頭插入幀定位信號，輸出8.448Mbit/s的標準二次群。

　　在接收端，合路碼流先進行幀定位捕獲，判定系統處于同步態、失步態還是過渡態。一旦捕獲到幀定位信號，便驅動分接時序信號發生器工作，產生分路和碼速恢復需要的時序信號，同時分路器工作，把幀定位信號拋掉，順序循環分別送入4個碼速恢復單元，扣除插入碼元，恢復成四路2.048Mbit/s的基群信號。

　　數字復接系統的FPGA設計

　　本次FPGA設計采用分層設計，頂層為整個系統的原理框圖(見圖3)，用一些符號表示功能塊，然后把每個功能塊分成若干子模塊，各模塊獨立設計。下面就各模塊的設計思想進行詳細介紹。

　　復接電路設計

　　復接電路如圖4所示，它由復接時序發生器、緩存器、碼速調整控制電路、插入碼控制電路、幀定位信號發生器和合路器6個模塊構成。圖中只畫了第一條支路參與復接的實現過程，因為四條支路的過程完全相同，因而略去其余3個支路的電路。

　　(1)復接時序發生器模塊

　　輸入為2.112MHz頻率的均勻時鐘，通過該模塊產生插入碼控制電路所需的插入標志時隙脈沖SZ、調整插入時隙脈沖SV、頻率為2.112MHz的非均勻時鐘f(從輸入的均勻時鐘扣除了時隙SZ和SF)和幀定位信號發生器所需的時隙脈沖SF。

　　(2)緩存器模塊

　　基群信號以2.048MHz的均勻時鐘clk_wr寫入緩存器，同時以2.112MHz的非均勻時鐘clk_rd讀出，clk_rd由插入碼控制電路產生。該模塊還需輸出每次寫入和讀出一幀數據時第一個clk_wr脈沖P1和clk_rd脈沖P2，送給碼速調整控制電路模塊。在該模塊的設計中，應注意每一幀信息碼的位數不是固定的，必須通過碼速調整控制電路模塊的反饋信號Fn來確定，當反饋信號表明本幀需要調整，則位數為205;反之，位數為206。

　　(3)碼速調整控制電路模塊

　　緩存器的寫入脈沖超前于讀出脈沖的時間量稱為讀寫時差，讀寫時差的大小總隨時間不斷變化著。該電路中緩存器的寫入速率低于讀出速率，隨著時間的推移，緩存器中所存信息碼數目越來越少，最后導致“取空”而造成錯誤的數據傳輸。因此，我們必須設定一門限，當信碼數降到門限值時，就進行碼速調整。

　　通過對各時刻讀寫時差的聯系以及趨向最終狀態變化的分析得出，讀寫時差的最低點總是發生在一幀末尾，而在幀首通過兩脈沖相位差就能判斷本幀是否需要碼速調整。具體地說，P1和P2輸入進行鑒相判決得到幀首的讀寫時差T0，與調整門限值TS進行比較，若T0>TS則本幀不需要調整，反之若T0≤TS，則需要調整。這時模塊輸出反饋信號Fn給緩存器，和調整控制負脈沖Gate給輸入碼控制電路模塊。

(4)插入碼控制電路模塊

　　該模塊的功能是對緩存器的讀出信息進行插入碼控制，輸出2.112MHz的非均勻時鐘clk_rd和參與合路的支路碼流。為了標志是否在時隙SZ有插入調整比特，就必須引入插入標志碼。通常在一幀中規定一個特定時隙SV，提供一次碼速調整的機會。如果某支路需要進行調整，就在該時隙插入一比特脈沖，如不需要調整則該時隙仍傳支路信息。為確?？煽啃裕ǔ２捎?位碼作為插入標志碼。如果某支路有插入調整，用標志碼為111來表示，否則用000表示。