摘  要： 針對(duì)E1信號(hào)傳輸過程中出現(xiàn)的失幀問題進(jìn)行研究，提出以FPGA為控制核心的檢測方案，當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)失幀狀況時(shí)能及時(shí)進(jìn)行檢測并作出相應(yīng)措施，以保障E1信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定、流暢。
關(guān)鍵詞： 失幀檢測；E1；FPGA

　伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，E1通信得到了極大的提升，應(yīng)用范圍日益廣泛[1]，如國家安全電路、重大慶典、重大體育比賽的傳播，銀行、交易所等DDN數(shù)據(jù)傳送等。E1信號(hào)在傳輸過程中會(huì)出現(xiàn)失幀等狀況，造成信號(hào)傳輸品質(zhì)下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)缺失。因此如何迅速、精確檢測出E1信號(hào)的失幀狀況是E1傳輸中的研究重點(diǎn)。
　近年來，F(xiàn)PGA發(fā)展迅猛，在無線通信、光纖通信等通信領(lǐng)域，憑借其強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力和低成本，受到開發(fā)者的青睞。FPGA的內(nèi)部邏輯功能是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)器單元加載配置數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，其配置文件決定了邏輯單元的邏輯功能以及模塊間或與I/O間的連接，而FPGA結(jié)構(gòu)允許多次編程并享有快速有效地對(duì)新設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的靈活性[2]，所以，選用FPGA作為檢測控制核心。本文結(jié)合FPGA，針對(duì)E1信號(hào)傳輸過程中的失幀問題，設(shè)計(jì)了失幀檢測的硬件電路及檢測過程的判據(jù)流程，使E1信號(hào)的失幀檢測更加快速、精確。
1 E1概述
　E1是30路脈碼調(diào)制PCM的簡稱，速率是2.048 Mb/s。其幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　圖1中，在E1信道，8 bit組成一個(gè)時(shí)隙，由32個(gè)時(shí)隙組成了一個(gè)幀，16個(gè)幀組成一個(gè)復(fù)幀。在一幀中，TS0主要用于傳輸幀定位信號(hào)、CRC-4循環(huán)冗余校驗(yàn)及告警指示，TS16主要用于傳送隨路信令、復(fù)幀定位信號(hào)，TS1-TS15和TS17-TS31等30個(gè)時(shí)隙用于傳輸語音或數(shù)據(jù)等信息。
2 失幀檢測原理
　失幀檢測的關(guān)鍵在于同步碼組“0011011”的檢測。同步碼組只存在于偶幀的TS0時(shí)隙中，所以檢測時(shí)要將兩組E1信號(hào)看成一組復(fù)幀。由于E1串行數(shù)據(jù)流中也會(huì)出現(xiàn)和同步碼相同的內(nèi)容，所以在設(shè)計(jì)中一般會(huì)采用計(jì)數(shù)器來進(jìn)行幀同步碼的定位以消除干擾。
　E1的幀周期為125 μs，兩幀即為250 μs，規(guī)定在捕捉到第一個(gè)同步序列開始，若在之后的一段時(shí)間內(nèi)每間隔250 μs，可連續(xù)三次（計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)）捕捉到同步序列時(shí)，則認(rèn)為系統(tǒng)處于幀同步狀態(tài)[3]。同理，若在一段時(shí)間內(nèi)如果連續(xù)三次都沒有捕捉到幀同步序列，則可認(rèn)為系統(tǒng)幀同步丟失，所以，幀失步倒換時(shí)間為3×250 μs=750 μs。其檢測原理框圖如2所示。

　圖3的失幀檢測電路由7個(gè)D觸發(fā)器、7個(gè)異或非門和一個(gè)8輸入與非門構(gòu)成，該電路可以檢測出E1信號(hào)序中串行輸入數(shù)據(jù)流中包含的特殊碼字“0011011”，其中利用地線（GND）和電源線（VCC）可將相關(guān)運(yùn)算陣列的一個(gè)輸入自右向左連接成“0011011”，與同步碼字對(duì)應(yīng)的另一個(gè)輸入端接輸入序列移位寄存器的7個(gè)輸出的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行異或非（同或）運(yùn)算，對(duì)應(yīng)位匹配時(shí)結(jié)果為“1”。7個(gè)異或非門的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)入求和網(wǎng)絡(luò)后，只有當(dāng)7位對(duì)應(yīng)位全都匹配時(shí)，捕捉同步信號(hào)才有效（有效狀態(tài)為“0”），此時(shí)表明找到了一次同步序列碼[4]。在經(jīng)過計(jì)數(shù)與判斷單元，對(duì)每次捕獲的同步狀態(tài)進(jìn)行計(jì)數(shù)，若連續(xù)3次捕獲到同步碼，則說明E1碼流沒有出現(xiàn)失幀；反之，則認(rèn)為失幀。
4 失幀檢測判據(jù)流程
　幀同步系統(tǒng)的流程圖如圖4所示。

　圖4中A為同步狀態(tài)信號(hào)，表示收發(fā)兩端的工作狀態(tài)同步；B表示宣告失步，幀同步系統(tǒng)進(jìn)入捕捉狀態(tài)；C所在的虛框表示前方保護(hù)計(jì)數(shù)流程，其作用是防止假失步；D所在的虛方框表示后方保護(hù)計(jì)數(shù)的流程，其作用是防止假同步；Ps為幀同步碼組的檢出標(biāo)志，只有一位脈寬。當(dāng)Ps=0時(shí)說明由信道而來的數(shù)字碼流包括Ps=0，1 bit在內(nèi)的前7 bit為“0011011”碼組[5]；Pc為接收端產(chǎn)生的比較標(biāo)志，在同步狀態(tài)時(shí)，由接收端定時(shí)電路在偶幀TS0的D8位出現(xiàn)一次50%占空比的正脈沖Pc。
　當(dāng)幀同步處于流程圖狀態(tài)時(shí)，表明在預(yù)定的時(shí)刻已經(jīng)連續(xù)檢出了幀同步碼組的標(biāo)志Ps，即Pc=Ps。如果起初還沒有建立E1信號(hào)起收發(fā)之間的同步，或者由于其他原因，當(dāng)同步系統(tǒng)連續(xù)三次在預(yù)定的時(shí)刻[6]（該時(shí)刻為TS0偶·D8時(shí)刻，不以發(fā)端為準(zhǔn)，只有同步時(shí)刻才是發(fā)端偶幀的TS0偶·D8）沒有檢出同步碼標(biāo)志，即Pc≠Ps，則宣告失步（符號(hào)B）。同步系統(tǒng)由前方保護(hù)計(jì)數(shù)狀態(tài)C進(jìn)入到捕捉狀態(tài)（應(yīng)注意到，在前方保護(hù)計(jì)數(shù)的這一過程中，E1信號(hào)仍處在同步工作的狀態(tài)，只有連續(xù)三次不出現(xiàn)Pc=Ps的情況，才宣告失步，進(jìn)入捕捉狀態(tài)）。進(jìn)入捕捉狀態(tài)后，幀同步系統(tǒng)將開始在接收到的E1數(shù)字碼流中搜索同步碼組。若檢測出“0011011”碼組，幀同步系統(tǒng)將啟動(dòng)定時(shí)電路并同時(shí)進(jìn)入后方保護(hù)計(jì)數(shù)D[7]。在捕捉狀態(tài)，若出現(xiàn)Ps=0的情況，則認(rèn)為捕捉到了同步碼組，并認(rèn)為Ps=0的時(shí)刻是偶幀TS0的D8位，啟動(dòng)定時(shí)系統(tǒng)。隔125 μs便是假設(shè)的N+1幀的TS0時(shí)隙，在TS0時(shí)隙檢查b2≠1，若b2=1，則說明有監(jiān)視碼，上幀的同步碼可能為真，繼續(xù)檢測N+2幀；反之，b2=0，表明上幀同步碼組為偽同步碼組，返回B，重新置位捕捉。若在N+2幀有Pc=Ps出現(xiàn)，表明假設(shè)的N幀捕捉的幀同步碼組符合周期出現(xiàn)的規(guī)律，為真同步碼組。幀同步系統(tǒng)進(jìn)入同步狀態(tài)A，開始正常工作；若在N+2幀沒有Pc=Ps出現(xiàn)，則認(rèn)為同步碼組的出現(xiàn)不符合規(guī)律，幀同步系統(tǒng)重新進(jìn)入捕捉狀態(tài)B。
　該研究方案的運(yùn)用能夠及時(shí)檢測出E1信號(hào)傳輸過程中出現(xiàn)的失幀狀況，并對(duì)其作出精確判斷以供后續(xù)處理。對(duì)于E1信號(hào)的收、發(fā)兩端之間同步狀態(tài)的建立和保護(hù)有著一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
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