基于FPGA的二次群分接器的結構分析及實現(xiàn)

1．引言

　　為了提高傳輸速率，擴大通信容量，減少信道數(shù)量，通常把多路信號復用成一路信號進行傳輸。在多種復用方式中，時分復用是一種常用的方式。時分復用是多路信號按照時間間隔共享一路信道進行傳輸。復接是把多路速率相對較低的數(shù)字信號通過某種協(xié)議復合成一路信號進行傳輸；而分接正好相反，是把一路速率相比高的信號按照對應的協(xié)議分割成發(fā)送端對應的速率相對較低的信號。為了規(guī)范復接與分接協(xié)議，ITU(國際電信聯(lián)盟)根據(jù)傳輸速率的不同等級，將復接的數(shù)字信號為基群、二次群、三次群、四次群等，以我國實際應用為例，速率分別：2．048MHz、8．4．48MHz、34．368MHz、139．264MHz。本文介紹基于FPGA實現(xiàn)二次群數(shù)字信號的分接部分的功能，包括幀頭捕獲、幀丟失告警、基群信號提取，去除插入碼、負碼速調(diào)整等二次群分接的關鍵技術。

　　2．二次群幀結構介紹

　　二次群幀結構如圖1所示，幀長為848bit，復幀包含的比特內(nèi)容如下：

　　(1)幀定位10bit，表示為F11F12～F13F23，碼型為1111010000；

　　(2) 公務2bit，其中1bit(11位)用來向?qū)Χ税l(fā)出告警指示；另外1bit(12位)留作國內(nèi)使用；

　　(3)支路信息820bit，第1組為200bit(13～212)，第Ⅱ組為208bit(217～424)，第Ⅲ組為208bit(429～636)，第Ⅳ組為204bit(645～848)；

　　(4) 碼速調(diào)整4bit，表示為V1，V2，V3，V4(641～644位)，各基群1bit，共4bit；

　　(5)插入標志12bit，以C表示，填充脈沖4bit。為了使接收端能知道是否有插入及插在何處，在復接端發(fā)出插入指令的同時需要發(fā)出插入標志信號，以告知分接器有插入。目前常用的辦法是定位插入。在這里規(guī)定：第1基群第1位插入標志C11在213位插入，第1基群第2位插入標志C12在425位插入，第1基群第3位插入標志C13在637位插入。由此可知：

　　C11C21C31C41是第1位插入標志；

　　C12C22C32C42是第2位插入標志；

　　C13C23C33C43是第3位插入標志；

　　插入標志信號是3位，采用3位碼來組成插入標志信號，可提高標志信號的可靠性。用"111"表示有插入，用"000"表示無插入。當C11C12C13為"111"時，表示在641時隙的脈沖是插入脈沖；當C11C12C13為"000"時，表示在641時隙的脈沖是信息碼。

　　一幀分為4組，每組為212bit，這212bit的分配如圖2所示，4個基群相似，以第1基群為例。將212bit分為4組，每組53bit。第1組的1，2，3三個碼位，供插入復接器幀同步碼用，以F表示；然后是50bit的信息碼；Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ組的第1位碼用作標志信號，用C表示；第Ⅳ組的第2個碼位就是碼速調(diào)整的碼位，用V表示，需要插入時，就在這個位置上插入一個不帶信息的脈沖，不必插入時，這個碼位仍傳信息碼；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組的其他位置都是信息碼。4個基群的第1～3個碼位復接在一起，共12位，其中前10位作為復接器的幀同步碼，第12位為告警指示，第12位作為備用。4個基群的插入標志信號碼和碼速調(diào)整比特，復接后又分別連在一起。

　　3．二次群幀頭捕獲及幀丟失告警

　　根據(jù)上面二次群幀結構的分析，二次群的幀頭信碼為：”1111010000“10個bit，在FPGA中，定義一個10位的寄存器，二次群信碼從右向左進入10位寄存器，如果10位寄存器的值連續(xù)兩次為：”1111010000"則表示幀頭捕獲成功，幀同步建立。同樣如何連續(xù)兩個二次群幀時間長度內(nèi)沒有捕獲到幀頭信碼，則表示幀丟失，產(chǎn)生幀丟失告警。VHDL語言代碼實現(xiàn)如下程序段：

　4．基群信號提取

　　一個二次群信號復接了四個基群信號，基群信號提取是在二次群幀同步的狀態(tài)下把二次群信號按一分四的規(guī)則進行串并轉(zhuǎn)化。因為二次的復接是按bit復接，所以二次群一幀中第一位為第一個群的第一位，二次群一幀中第二位為第二個群的第一位，以此類推。VHDL語言代碼實現(xiàn)如下程序段：

　　5．去除插入碼及負碼速調(diào)整

　　去除插入碼及負碼速調(diào)整是二次群的關鍵部分，首先要去除幀頭插入的F1、F2和F3;接著去除C1、C25DC3；最后根據(jù)C1、C2和C3值來判斷第161位V否為插入碼，如果C1C2C3為："1 11"，則V是插入碼應去除，如果C1C2C3為："000"，則V是基群的信碼，不應去除。把去除了插入碼的信號輸入到一個FIFO，用經(jīng)過負碼速調(diào)整過的2．048MHz時鐘讀出輸出基群信號如圖3所示。

　　由于寫到FIF0的時鐘是不均勻的，不利于后端處理，所以必須做負碼速調(diào)整，即把2．112MHz速率調(diào)整到2．048MHz速率。FPGA實現(xiàn)的原理是根據(jù)2．112MHz速率和2．048MHz速率的有效信碼個數(shù)是一樣多的，可以根據(jù)它們的個數(shù)進行調(diào)整。如果根據(jù)2．048MHz速率輸出的信碼少了則稍微提高2．048MH z時鐘的頻率，如果根據(jù)2．048MHz速率輸出的信碼多了則稍微降低2．048MHz時鐘的頻率。

　　VHDL語言代碼實現(xiàn)如下程序段：一根據(jù)div的值動態(tài)調(diào)整clk2048的頻率，實現(xiàn)負碼速調(diào)整。

　　6．結論

　　本文對二次群的分接處理，提出了一種基于FPGA的方案，介紹了二次群的幀結構，給出了幀頭捕獲、幀丟失告警、負碼速調(diào)整等VHDL語言的關鍵程序。在QUARTUSII軟件中編譯完成，資源僅占用三十多個LE，給二次群設備的設計提供了一種參考，具有很高的應用價值。