VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的幀同步算法

數(shù)字通信網(wǎng)中，幀同步是同步復(fù)接設(shè)備中最重要的部分，他包括幀同步碼的產(chǎn)生和幀同步碼的識(shí)別，其中接收端的幀同步識(shí)別電路的結(jié)構(gòu)對(duì)同步性能的影響是主要的。

1 工作原理

實(shí)現(xiàn)幀同步的基本方法是在發(fā)送端預(yù)先規(guī)定的時(shí)隙，即幀同步碼時(shí)隙，插入一組特殊碼型的幀同步碼組。在接收端利用同步碼的自相關(guān)性確定幀的同步位置。幀同步碼組可以是集中插入的，也可以是分散插入的。對(duì)于分散的幀同步碼插入方式，其工作原理與集中插入方式相類似，下面就以集中插入幀同步碼為例來說明幀同步的工作原理。

幀同步過程有搜索態(tài)、校核態(tài)和同步態(tài)。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1所示。



搜索態(tài) 在數(shù)據(jù)接收的起始時(shí)刻或幀未同步時(shí)，幀同步進(jìn)入搜索態(tài)。在數(shù)據(jù)流中尋找?guī)酱a(111lOlOOOO)；當(dāng)數(shù)據(jù)流與幀同步碼相同時(shí)，表明已搜索到一個(gè)同步幀頭；可啟動(dòng)進(jìn)入幀同步的校核狀態(tài)。

校核態(tài) 為了防止信號(hào)中出現(xiàn)虛假同步；找到第1組同步碼后跳過1幀長(zhǎng)度必須再次確認(rèn)幀同步碼。若連續(xù)經(jīng)過M幀同步碼確認(rèn)均同步正確，則系統(tǒng)立即轉(zhuǎn)入同步狀態(tài)；否則存在假同步；返回搜索態(tài)。由首次搜索到幀同步頭到進(jìn)入同步態(tài)的M幀時(shí)叫后方保護(hù)時(shí)間。

同步態(tài) 幀同步處于同步狀態(tài)時(shí)；若連續(xù)N幀幀同步正確則仍保持在同步狀態(tài)?？紤]到接收的數(shù)據(jù)流幀同步碼可能受外界干擾而存在誤碼，在同步狀態(tài)中只有連續(xù)N幀丟失同步碼才進(jìn)入失步狀態(tài)，并返回搜索態(tài)。其中N幀時(shí)叫前方保護(hù)時(shí)間。由于有前方保護(hù)時(shí)間，在接收過程中雖然出現(xiàn)某幀同步碼誤碼，但系統(tǒng)并不會(huì)立即進(jìn)入失步狀態(tài)。由此可減少因誤碼而進(jìn)入失步狀態(tài)的可能性。

2 幀同步實(shí)現(xiàn)

我們VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了幀同步的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)程序如下：

首先對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義：

type state_type is (s0，s1，s2)；
／／系統(tǒng)狀態(tài)(搜索態(tài)、校核態(tài)、同步態(tài))
constant syn_code：bit_vector：=〞110100〞； ／／幀同步碼
constant syn_code_length：integer：=6； ／／幀同步碼長(zhǎng)度
constant max_m：integer：=2； ／／前方保護(hù)幀數(shù)
constant max_n：integer：=3； ／／后方保護(hù)幀數(shù)
variable m：integer range 0 to max_m：=0；
／／連續(xù)獲取同步碼數(shù)
variable n：integer range 0 to max_n：=0；
／／連續(xù)丟失同步碼數(shù)
variable reg：bit_vector(syn_code_length downto 1)；
／／移位寄存器
variable state：state_type：=s0； ／／初始狀態(tài)

其次，把接收到的數(shù)據(jù)送人移位寄存器，并對(duì)送人的數(shù)據(jù)同步碼檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)處于不同狀態(tài)時(shí)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下：

(1)在搜索態(tài)，其VHDL語(yǔ)言描述如下：

if(clk'event and clk='1')then
case state is
when so=>if(reg=syn_code)then //搜索態(tài)
state：=sl；
m：=1，
else
m：=0；
end if；

(2)在校核態(tài)，其VHDL語(yǔ)言描述如下

if(clk'event and clk='1')then
case state is
when s1=>if(reg=syn_code)then //校核態(tài)
m：=m+1；
if(m=max_m)then
state：=s2；
m：=O；
end if；
else
state：=s0；
m：=0；
end if；

(3)在同步態(tài)，其VHDL語(yǔ)言描述如下：

if(clk'event and clk='1')then
case state is
when s2=>if(reg=syn_code)then ／／同步態(tài)
n：=0；
else
n：=n+1；
if(n=max_n)then
state：=s0；
n：=Os
end if
end if

3 系統(tǒng)仿真

假定同步碼為110100，幀長(zhǎng)為14，前方保護(hù)為2幀，后方保護(hù)為3幀，輸人數(shù)據(jù)data為：

010 11010001010100 010 11010001010100 1010001010100 01010101010100 11010001010100 10000001010100 10000001010100 10000001010100 10

則輸出syn的仿真波形如圖2所示。

由圖2可以看出，系統(tǒng)剛開始時(shí)處于搜索態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)捕獲到同步碼時(shí)，即進(jìn)入校核態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)2次捕獲到同步碼時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步態(tài)，系統(tǒng)只有連續(xù)3次丟失幀同步碼時(shí)才確認(rèn)失步，重新進(jìn)入搜索態(tài)。在具體應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)程序中的同步碼、幀長(zhǎng)、前后方保護(hù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。


4 結(jié) 語(yǔ)

由于VHDL對(duì)設(shè)計(jì)的描述具有相對(duì)獨(dú)立性，因此設(shè)計(jì)者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，只需知道設(shè)計(jì)的目標(biāo)。這種設(shè)計(jì)方法集設(shè)計(jì)、模擬、綜合為一體的設(shè)計(jì)方法，能有效地縮短電路設(shè)計(jì)周期，減少可能發(fā)生的錯(cuò)誤，降低了開發(fā)成本，在未來現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中將會(huì)起著越來越重要的作用。用VHDL來進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)既方便又簡(jiǎn)單，還具有良好的可移植性和維護(hù)性，代表著現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的走向。