1 引 言
數(shù)字復(fù)接就是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的支路數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)接方式合并成單一的合路數(shù)字信號(hào),。按照各低次群時(shí)鐘的情況,，復(fù)接有3種方式：如果各輸入支路數(shù)字信號(hào)相互同步，且與本機(jī)定時(shí)信號(hào)也同步,，那么調(diào)整單元只需調(diào)整相位,，這就是同步復(fù)接；如果輸入支路數(shù)字信號(hào)不同步且與本機(jī)定時(shí)信號(hào)也異步,，那么調(diào)整單元就要對(duì)各支路信號(hào)進(jìn)行頻率和相位的調(diào)整,，使之成為同步信號(hào)，這就是異步復(fù)接,；如果輸入支路數(shù)字信號(hào)的生效瞬間相對(duì)于本機(jī)對(duì)應(yīng)的定時(shí)信號(hào)是以同一標(biāo)稱速度出現(xiàn),，而速度的任何變化都限制在規(guī)定的容差范圍內(nèi)，這種就是準(zhǔn)同步(PDH)復(fù)接[1],，本文研究的就是基于CPLD的PDH通信二次群復(fù)接器,。
2 二次群復(fù)接的基本原理
二次群復(fù)接就是把4個(gè)2 048 kb／s的信號(hào)復(fù)接成1個(gè)8 448 kb／s的二次群數(shù)字信號(hào)，其原理圖如圖1所示,。
復(fù)接器由緩沖存儲(chǔ)器、插入控制電路,、時(shí)鐘發(fā)生器,、分頻器和復(fù)接器組成。時(shí)鐘產(chǎn)生器提供8 448 kHz時(shí)鐘,；分頻器對(duì)8 448 kHz進(jìn)行4分頻,，以獲得2 112 kHz的讀出時(shí)鐘；緩沖存儲(chǔ)器和插入控制電路用來(lái)進(jìn)行碼速調(diào)整,，把標(biāo)稱速度相同實(shí)際有容差的4個(gè)2 048 kb／s的支路都調(diào)整到2 112 kb／s上,，使他們同步；復(fù)接器是將4個(gè)已經(jīng)同步的支路信號(hào)復(fù)接成1個(gè)8 448 kb／s的二次群信號(hào)[2],。
2.1 數(shù)字復(fù)接方法
數(shù)字復(fù)接方法有3種：按位復(fù)接,、按碼字復(fù)接、按幀復(fù)接,。由于后兩者所需緩沖存儲(chǔ)器的容量較大,，目前應(yīng)用的很少。故本文采用按位復(fù)接,，其示意圖如圖2所示,。
圖中，a,，b,，c,，d是4個(gè)支路信號(hào)，e是復(fù)接后的二次群信號(hào),。復(fù)接過(guò)程如下：首先輪流取4個(gè)基群的第1位碼,，之后再輪流取第2位碼，依此類推,?？梢钥闯觯瑥?fù)接后每位碼的寬度只是原來(lái)支路每位碼寬度的1／4,，即容量增加了4倍,，基群話路信號(hào)的容量為30個(gè)話路，復(fù)接后為120路,。這種方法簡(jiǎn)單易行,，所需緩存器的容量最小，現(xiàn)有的復(fù)用設(shè)備多采用這種方式,。緩沖存儲(chǔ)器的容量由式(1)決定：
式中u為復(fù)接單位的比特?cái)?shù),，m為被復(fù)接的基群數(shù)，這里,，u=1,，m=4，1 b是先寫(xiě)進(jìn)去以便讀出的存儲(chǔ)起始量,，由此可得：
可見(jiàn),，緩沖存儲(chǔ)器的容量取2 b就夠了[1]。
2.2 碼速調(diào)整幀結(jié)構(gòu)
由ITU-T建議G.724推薦的準(zhǔn)同步復(fù)接二次群幀結(jié)構(gòu)如圖3,、圖4所示,。
二次群幀長(zhǎng)為848 b，一幀分為4組,，每組為212 b,，這212 b的分配，4個(gè)基群相似,，以第l基群為例,，幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。將212 b分為4組,，每組53 b,。第Ⅰ組的1，2,，3三個(gè)碼位,，供插入復(fù)接器幀同步碼用，以F表示；然后是50 b的信息碼,；Ⅱ,，Ⅲ，Ⅳ組的第1位碼用作標(biāo)志信號(hào),，用C表示,；第Ⅳ組的第2個(gè)碼位就是碼速調(diào)整的碼位，用V表示,，需要插入時(shí),，就在這個(gè)位置上插入一個(gè)不帶信息的脈沖，不需要插入時(shí),，這個(gè)碼位仍傳信息碼,；Ⅱ、Ⅲ,、Ⅳ組的其他位置都是信息碼,。4個(gè)基群的第1～3個(gè)碼位復(fù)接在一起，共12位,，其中前10位作為復(fù)接器的幀同步碼,，第ll位為告警指示，第12位作為備用,。4個(gè)基群的插入標(biāo)志信號(hào)碼和碼速調(diào)整比特,，復(fù)接后又分別連在一起。具體復(fù)接幀結(jié)構(gòu)圖如圖4所示,。復(fù)幀包含的比特內(nèi)容如下[1]：
(1) 幀定位10 b,，表示為F11F12～F13F23，碼型為1111010000,；
(2) 公務(wù)2 b，其中1 b(11位)用來(lái)向?qū)Χ税l(fā)出告警指示,；另外1 b(12位)留作國(guó)內(nèi)使用,；
(3) 支路信息820 b，第Ⅰ組為200 b(13～212),，第Ⅱ組為208 b(217～424),，第Ⅲ組為208 b(429～636)，第Ⅳ組為204 b(645～848),；
(4) 碼速調(diào)整4 b,，表示為V1，V2,，V3,V4(641～644位),，各基群l b，共4 b；
(5) 插入標(biāo)志12 b,，以C表示,，填充脈沖4 b。為了使接收端能知道是否有插入及插在何處,，在復(fù)接發(fā)端發(fā)出插入指令的同時(shí)需要發(fā)出插入標(biāo)志信號(hào),，以告知分接器有插入。現(xiàn)在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(biāo)志C11在213位插入,，第1基群第2位插入標(biāo)志C12在425位插入，第1基群第3位插入標(biāo)志C13在637位插入,。由此可知：
C11C21C31C41 (213—216)是第l位插入標(biāo)志,；
C12C22C32C42 (425—428)是第2位插入標(biāo)志；
Cl3C23C33C43 (637—640)是第3位插入標(biāo)志,；
插入標(biāo)志信號(hào)是3位,，采用3位碼來(lái)組成插入標(biāo)志信號(hào)，可提高標(biāo)志信號(hào)的可靠性,。用“111”表示有插入,，用“000”表示無(wú)插入。當(dāng)C11C12C13為“111”時(shí),，表示在641時(shí)隙的脈沖是插入脈沖,；當(dāng)C11C12C13為“000"時(shí)，表示在641時(shí)隙的脈沖是信息碼[1],。
3 數(shù)字復(fù)接電路VHDL程序設(shè)計(jì)及仿真
基于以上的原理介紹,，可以知道PDH數(shù)字復(fù)接器一般由分頻器、緩沖存儲(chǔ),、插入控制,、合路器等幾部分組成，這里我們使用VHDL進(jìn)行模塊化編程,，把整個(gè)復(fù)接系統(tǒng)設(shè)計(jì)成3部分：分頻器,、碼速調(diào)整控制器(實(shí)現(xiàn)緩沖存儲(chǔ)以及碼速相位的調(diào)整插入)、合路器,。原理框圖如圖5所示,。
3.1 分頻部分仿真波形
分頻器是將8 448 kHz的時(shí)鐘4分頻得到2 112 kHz的時(shí)鐘，給碼速調(diào)整提供讀出時(shí)鐘,。其時(shí)序仿真波形如圖6所示,。
3.2 碼速調(diào)整部分程序設(shè)計(jì)及仿真波形
正碼速調(diào)整就是將被復(fù)接的低次群的碼速都提高，使其同步到某一規(guī)定的較高的碼速上,。以二次群復(fù)接為例,，二次群由4個(gè)一次群合成,，一次群碼率為2 048 kb／s，二次群的碼率為8 448 kb／s,，因此,，可以根據(jù)復(fù)接幀的要求，插人相應(yīng)的脈沖數(shù)目,，將基群速率調(diào)整為2 112 kb／s,，然后將4個(gè)支路合并，就可以得到1路碼元速率為8 448 kb／s的二次群,。采用脈沖插入同步的正碼速調(diào)整的原理示意圖如圖7所示,。
基群輸入速率為2 048 kb／s的數(shù)字信號(hào)到一個(gè)緩沖存儲(chǔ)器，讀出時(shí)鐘頻率則是碼速調(diào)整后的速率2 112 kb／s,，所以存儲(chǔ)器處于“快讀慢寫(xiě)”的狀態(tài),。從圖7(a)和圖7(b)可以看出，第一個(gè)脈沖經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后讀出,，第二個(gè)脈沖的讀出所經(jīng)過(guò)的時(shí)間比前者要短,，因讀出速度比寫(xiě)入速度快，以后的寫(xiě)入與讀出時(shí)間差,，即相位差越來(lái)越小,，當(dāng)相位差小到一定程度時(shí)，由相位比較器(緩沖存儲(chǔ)器中)發(fā)出插入請(qǐng)求,，要求插入脈沖控制電路發(fā)出一個(gè)插入指令,，停止一次讀出，同時(shí)插入一個(gè)脈沖,，如圖中虛線位置所示,。插人脈沖不攜帶信息，在接收端應(yīng)把他去掉,，為此,，發(fā)送端在插入脈沖的同時(shí)，必須發(fā)出一個(gè)標(biāo)志信號(hào)告知接收端哪些是插入脈沖,，以便把他去掉以恢復(fù)原始信號(hào),。
接收端收到發(fā)送端的標(biāo)志信號(hào)后，他連同信號(hào)一起經(jīng)過(guò)一個(gè)標(biāo)志信號(hào)檢出電路而被檢出,，因而產(chǎn)生一個(gè)“消插信號(hào)”，把寫(xiě)入脈沖禁掉一個(gè),，如圖7(c)所示,。這時(shí)，數(shù)碼與原來(lái)的數(shù)碼次序一樣,，但時(shí)間間隔是不均勻的,，因此在接收端必須從圖7(c)中提取時(shí)鐘，通過(guò)鎖相環(huán)的環(huán)路作用來(lái)將已去掉插入脈沖的數(shù)碼流均勻化。4個(gè)基群支路的速率都調(diào)整到2 112 kb／s后,，再?gòu)?fù)接成二次群[1],。碼速調(diào)整生成器件及其時(shí)序仿真波形如圖8所示。
3.3 復(fù)接(合路)部分程序設(shè)計(jì)及仿真波形
圖中d1,，d2,，d3，d4依次為輸入的低次群支路信號(hào),，quik8448為復(fù)接后的二次群輸出信號(hào),，在8 448 kHz讀出時(shí)鐘的下降沿觸發(fā)。在4個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)依次讀取輸入信號(hào)d1,，d2,，d3，d4為“1100'’,，下一個(gè)為“1001”,，依次類推，最終的輸出為“1100 0110 1001 1111…”,。
3.4 綜合電路
綜合以上的各個(gè)模塊,，可以得到綜合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)二次群復(fù)接功能，具體的實(shí)現(xiàn)框圖如圖10所示,。
時(shí)序仿真波形如圖11所示,。圖中，IN1,，IN2,，IN3，IN4分別是4路2 048 kb／s的支路信號(hào),，0UT為復(fù)合后輸出的8 448 kb／s二次群復(fù)接信號(hào),。輸出信號(hào)前面10位為幀定位比特(1111010000)，11,、12位是公務(wù)比特,，這里設(shè)為“00”，從13位開(kāi)始為信息比特,，根據(jù)2 048 kHz時(shí)鐘依次讀人輸入信號(hào),，根據(jù)讀出時(shí)鐘8 448 kHz讀出復(fù)合后二次群信號(hào)為“1010 1110 1110 1111…”。由仿真結(jié)果可以看出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真與理論預(yù)測(cè)相符,。
4 結(jié) 語(yǔ)
數(shù)字復(fù)接技術(shù)不僅僅是與信源編碼,、數(shù)字傳輸、數(shù)字交換相并列的專門技術(shù),，而且還是網(wǎng)同步中的幀調(diào)整,，線路集中器中的線路復(fù)用以及數(shù)字交換中的時(shí)分接續(xù)等技術(shù)的基礎(chǔ),，因此，數(shù)字復(fù)用技術(shù)是數(shù)字通信中的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)[3],。
以往的PDH復(fù)接電路中,，系統(tǒng)的許多部分采用的是模擬電路，因此有很大的局限性,。而本文實(shí)現(xiàn)的基于CPLD技術(shù)的PDH復(fù)接器就打破了這些局限性,，具有設(shè)計(jì)周期短、修改方便,、不受現(xiàn)有專用芯片功能的限制,、可靠性和集成度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們的優(yōu)先選擇,。隨著可編程邏輯器件性能不斷提高,，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)不斷完善，可編程邏輯器件在電予工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用必定越來(lái)越廣泛,。