摘  要： 針對(duì)E1信號(hào)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的失幀問(wèn)題進(jìn)行研究,，提出以FPGA為控制核心的檢測(cè)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(cè)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(cè)；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(guó)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(guò)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(cè)出E1信號(hào)的失幀狀況是E1傳輸中的研究重點(diǎn),。
　近年來(lái)，F(xiàn)PGA發(fā)展迅猛,，在無(wú)線(xiàn)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(kāi)發(fā)者的青睞,。FPGA的內(nèi)部邏輯功能是通過(guò)向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)器單元加載配置數(shù)據(jù)來(lái)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(cè)控制核心,。本文結(jié)合FPGA,，針對(duì)E1信號(hào)傳輸過(guò)程中的失幀問(wèn)題,，設(shè)計(jì)了失幀檢測(cè)的硬件電路及檢測(cè)過(guò)程的判據(jù)流程，使E1信號(hào)的失幀檢測(cè)更加快速,、精確,。
1 E1概述
　E1是30路脈碼調(diào)制PCM的簡(jiǎn)稱(chēng)，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(yǔ)音或數(shù)據(jù)等信息,。
2 失幀檢測(cè)原理
　失幀檢測(cè)的關(guān)鍵在于同步碼組“0011011”的檢測(cè)。同步碼組只存在于偶幀的TS0時(shí)隙中,，所以檢測(cè)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(lái)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(kāi)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(méi)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(cè)原理框圖如2所示,。

　圖3的失幀檢測(cè)電路由7個(gè)D觸發(fā)器,、7個(gè)異或非門(mén)和一個(gè)8輸入與非門(mén)構(gòu)成，該電路可以檢測(cè)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(xiàn)（GND）和電源線(xiàn)（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(mén)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(guò)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(shuō)明E1碼流沒(méi)有出現(xiàn)失幀,；反之，則認(rèn)為失幀,。
4 失幀檢測(cè)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(shuō)明由信道而來(lái)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(méi)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T(mén)S0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(méi)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(guò)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(kāi)始在接收到的E1數(shù)字碼流中搜索同步碼組,。若檢測(cè)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(shuō)明有監(jiān)視碼,，上幀的同步碼可能為真,，繼續(xù)檢測(cè)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(kāi)始正常工作,；若在N+2幀沒(méi)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(cè)出E1信號(hào)傳輸過(guò)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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