專利名稱：一種可變參數(shù)高速并行幀同步器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字通信領(lǐng)域，特別是涉及一種可變參數(shù)高速并行幀同步器。
背景技術(shù)：
幀同步是數(shù)字通信系統(tǒng)中必不可少的部分，系統(tǒng)的發(fā)送端在被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列中插入一組特定的識別碼組即幀同步碼，在接收端通過檢測幀同步碼，來確定信號是否到達(dá)，建立起幀同步，這是一種相關(guān)檢測幀同步算法。本專利也是采用這種算法。隨著數(shù)字通信系統(tǒng)尤其是其中的光纖通信系統(tǒng)傳輸速率的不斷增高，對譯碼器的吞吐率要求也在不斷提高，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的串行幀同步器已成為系統(tǒng)的速率瓶頸。文獻(xiàn)(單寶堂，王華，張健，等.一種并行幀同步設(shè)計方案的提出、設(shè)計與應(yīng)用[J]電子技術(shù)應(yīng)用，2005年第6期:61-64)提出了一種多路并行相關(guān)幀同步的思路?？梢源蠓岣邘狡鞯墓ぷ魉俣龋朔@一瓶頸。但與現(xiàn)階段相比速率還是較低，且未考慮與幀同步后譯碼器銜接，缺乏相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。針對該問題，文獻(xiàn)(蘇承毅，張或，潘長勇.卷積-RS級聯(lián)譯碼器并行幀同步算法及實(shí)現(xiàn)[J]電視技術(shù)，2010年第34卷第11期，2010:48-50)提出了一種應(yīng)用于卷積-RS級聯(lián)譯碼器并行幀同步方法，數(shù)據(jù)處理速率可以達(dá)到1.2Gbit/s，但該幀同步器僅針對幀頭標(biāo)示字為3 2bit的特征序列，用十六進(jìn)制表示為1ACFFC1D。隨著數(shù)字通信技術(shù)的快速發(fā)展，迫切要求數(shù)字通信接收系統(tǒng)具有多功能通用的特點(diǎn)，即能接收多種幀頭、幀長、多種調(diào)制制式、多種信道編碼方式的通信信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可變參數(shù)高速并行幀同步器，該并行幀同步器具有吞吐量高，銜接性好，通用性強(qiáng)，硬件資源少，設(shè)計復(fù)雜性低等特點(diǎn)。本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:—種可變參數(shù)高速并行幀同步器，包括數(shù)據(jù)組合模塊、相關(guān)檢測模塊，幀頭位置指示模塊、前后方保護(hù)模塊、輸出模塊和delay模塊，其中:數(shù)據(jù)組合模塊:對接收的P路并行數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲及順序調(diào)整,產(chǎn)生出P種組合的共PXP路并行數(shù)據(jù)輸出給相關(guān)檢測模塊和delay模塊，其中每種組合包括P路數(shù)據(jù)；相關(guān)檢測模塊:接收幀頭參數(shù)命令和數(shù)據(jù)組合模塊輸入的PXP路并行數(shù)據(jù),對PXP路并行數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)檢測運(yùn)算得到P個峰值脈沖信號Peaki,輸入幀頭位置指示模塊；幀頭位置指示模塊:接收容錯參數(shù)和相關(guān)檢測模塊輸入的P個峰值脈沖信號Peaki,根據(jù)P個峰值脈沖信號Peaki和容錯參數(shù)指示出P個幀頭位置信號indeXi和P個QPSK相位模糊標(biāo)志Signi ；前后方保護(hù)模塊:接收前、后方保護(hù)參數(shù)和從幀頭位置指示模塊輸入的P個幀頭位置指示信號indeXi，判斷出最終的一個幀頭位置信號作為幀同步信號syn，并同時產(chǎn)生P個同步鎖定信號1cki ；delay模塊:接收數(shù)據(jù)組合模塊輸出的P種組合的共PXP路并行數(shù)據(jù),對P種組合數(shù)據(jù)進(jìn)行時延，保證數(shù)據(jù)與幀同步信號的同步性，并將延遲后的數(shù)據(jù)輸出給輸出模塊；輸出模塊:接收delay模塊輸出的P種組合經(jīng)過延遲后的數(shù)據(jù)、幀頭位置指示模塊輸出的P個QPSK相位模糊標(biāo)志Signp前后方保護(hù)模塊輸出的P個同步鎖定信號1cki和一個中貞同步信號syn,產(chǎn)生最終的P路輸出數(shù)據(jù)、巾貞同步信號synout和巾貞同步鎖定信號lock。在上述可變參數(shù)高速并行幀同步器中，相關(guān)檢測模塊包括P個相關(guān)檢測子模塊，P個相關(guān)檢測子模塊分別對P種組合的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)檢測，每個相關(guān)檢測子模塊包括Fbits的移位寄存器、固定幀同步字碼組寄存器、加法陣列和同或器N0R，相關(guān)檢測子模塊的運(yùn)算方法如下:將并行輸入的P路數(shù)據(jù)送入F bits的移位寄存器中，幀頭參數(shù)中的幀頭標(biāo)示字參數(shù)直接輸入到固定幀同步字碼組寄存器中，F(xiàn) bits移位寄存器的數(shù)據(jù)與固定幀同步字碼組寄存器的數(shù)據(jù)在同或器NOR中按位同或，并將幀頭參數(shù)中的幀頭長度個同或結(jié)果送入加法陣列執(zhí)行加法運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果即為峰值脈沖信號Peakit5在上述可變參數(shù)高速并行幀同步器中，幀頭位置指示模塊由P個幀頭位置指示子模塊構(gòu)成，每個幀頭位置指示子模塊的運(yùn)算方法如下:將峰值脈沖信號Peaki與容錯參數(shù)T進(jìn)行比較，將峰值脈沖信號Peaki與移位寄存器的長度F減去容錯參數(shù)的差值S進(jìn)行比較，如果peak小于T則輸出Rl為高電平，否則Rl為低電平；如果S小于peak則輸出R2為高電平，否則R2為低電平，只要Rl與R2中有一個為高電平，幀頭位置指示信號index就為高電平；當(dāng)Rl為低電平，R2為高電平時，QPSK相位模糊標(biāo)志sign為高電平，其他情況QPSK相位模糊標(biāo)志sign均為低電平。在上述可變參數(shù)高速并行幀同步器中，前后方保護(hù)模塊采用P個子狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，每個子狀態(tài)機(jī)的工作步驟如下:(I)前后方保 護(hù)模塊上電后的初始狀態(tài)state為搜索態(tài)，當(dāng)檢測到一次幀頭位置指示信號index為高電平時，狀態(tài)機(jī)狀態(tài)state從搜索態(tài)轉(zhuǎn)移到預(yù)同步態(tài)，否則仍保持搜索態(tài)；state為搜索態(tài)或預(yù)同步態(tài)時，輸出syn，lock均為低電平；(2) state處于預(yù)同步態(tài)時,計數(shù)器cnt從index為高電平時開始計數(shù)，cnt計數(shù)的最大值為巾貞長參數(shù)frame_size,連續(xù)M次在定點(diǎn)cnt=frame_size時刻檢測到巾貞頭位置指示信號index為高電平時，state則轉(zhuǎn)移到同步態(tài)，否則轉(zhuǎn)移到搜索態(tài)，其中:M為前方保護(hù)參數(shù)；state為同步態(tài)時,輸出syn, lock為高電平；(3) state處于同步態(tài)時,在定點(diǎn)cnt=frame_size時刻有一次檢測到到巾貞頭位置指示信號index為低電平時狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)移到預(yù)失步態(tài),否則一直處于同步態(tài)；state為預(yù)失步態(tài)時，輸出syn, lock為高電平；(4) state處于預(yù)失步態(tài)時,連續(xù)N次在定點(diǎn)cnt=frame_size時刻檢測到巾貞頭位置指示信號index為低電平時，state則轉(zhuǎn)移到搜索態(tài)，否則轉(zhuǎn)移到同步態(tài)，其中:N為后方保護(hù)參數(shù)。在上述可變參數(shù)高速并行幀同步器中，輸出模塊產(chǎn)生最終的P路輸出數(shù)據(jù)、幀同步信號synout和巾貞同步鎖定信號lock的具體方法如下:輸出模塊接收前后方保護(hù)模塊輸出個P個幀同步指示信號1cki和幀同步信號syn,接收delay模塊輸出的P種組合的P路延遲信號(Ilyi,接收巾貞頭位置指示模塊輸出的P個相位模糊標(biāo)志Signi,其中P個1cki只有一個為高電平，通過1cki對應(yīng)的高電平的標(biāo)號選擇dly和sign，糾正相位模糊時將dly的符號位與sign進(jìn)行異或XOR操作得到最終數(shù)據(jù)的符號位，最終輸出數(shù)據(jù)的大小即為dly的絕對值；當(dāng)P個幀同步指示信號1cki有一個為聞電平時，巾貞同步鎖定/[目號lock就為聞電平，否則為低電平；synout/[目號為巾貞頭標(biāo)不字門控信號syn的延遲信號。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)本發(fā)明的幀同步器采用并行數(shù)據(jù)輸入并行數(shù)據(jù)處理的設(shè)計方案能夠克服傳統(tǒng)串行幀同步器低吞吐量限制系統(tǒng)速率的瓶頸，大大提高同步器的吞吐量，可以實(shí)現(xiàn)高吞吐量超過IGbps ；(2)本發(fā)明幀同步器的輸出為并行的多路數(shù)據(jù)，高速譯碼器接收幀同步器的輸入時無需串并變換，可以與后面的高速譯碼器很好的銜接起來；(3)本發(fā)明的幀同步器可以通過改變輸入?yún)?shù)的指令來適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，具有多功能通用的特點(diǎn)；具體包括:通過動態(tài)設(shè)置幀頭長度、幀頭標(biāo)示字、幀長來提取多種類型的幀同步頭信息；通過設(shè)置容錯參數(shù)，當(dāng)同步頭數(shù)據(jù)中有誤碼時仍然可以提取到同步頭信息；通過設(shè)置前后方保護(hù)參數(shù)對提同步頭引入前后方保護(hù)來動態(tài)調(diào)整漏同步和假同步概率；(4)本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計了由數(shù)據(jù)組合模塊、相關(guān)檢測模塊，幀頭位置指示模塊、前后方保護(hù)模塊、輸出模塊和delay模塊組成的幀同步器，數(shù)據(jù)組合模塊產(chǎn)生P種組合數(shù)據(jù)，相關(guān)檢測模塊得到P個峰值脈沖信號、幀頭位置指示模塊指示出P個幀頭位置信號和P個QPSK相位模糊標(biāo)志，前后方保護(hù)模塊產(chǎn)生P個同步鎖定信號，輸出模塊產(chǎn)生最終的P路輸出數(shù)據(jù)、幀同步信號和幀同步鎖定信號，該并行幀同步器硬件資源少，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計復(fù)雜性低；本發(fā)明技術(shù)方案已在數(shù)字通信接收機(jī)上成功運(yùn)用并通過相關(guān)數(shù)字通信系統(tǒng)測試。


圖1為本發(fā)明可變參數(shù)高速并行幀同步器結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明可能出現(xiàn)的并行輸入數(shù)據(jù)時序圖；圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)組合模塊電路圖；圖4為本發(fā)明第i個相關(guān)檢測子模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明第i個幀頭位置指示子模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明第i個子狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；圖7為本發(fā)明輸出模塊實(shí)現(xiàn)電路框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:如圖1所示為本發(fā)明可變參數(shù)高速并行幀同步器結(jié)構(gòu)框圖，由圖1可知本發(fā)明的幀同步器包括數(shù)據(jù)組合模塊、相關(guān)檢測模塊，幀頭位置指示模塊、前后方保護(hù)模塊、delay延遲模塊和輸出模塊。幀同步器接收、處理和輸出的均為P路并行數(shù)據(jù)，工作在同樣的時鐘頻率的情況下，本發(fā)明的這種并行幀同步器是串行幀同步器吞吐量的P倍。 下面以并行P=4路數(shù)據(jù)輸入為例對各模塊進(jìn)行詳細(xì)描述:
如圖2所示為本發(fā)明可能出現(xiàn)的并行輸入數(shù)據(jù)時序圖，圖2給出了并行P=4路輸入數(shù)據(jù)的P=4種可能出現(xiàn)的情況，4路輸入數(shù)據(jù)datinO到datin3是解調(diào)器輸出的串行數(shù)據(jù)經(jīng)過串并變換得到的，以同步頭為開始的串行數(shù)據(jù)serial_in標(biāo)號分別表示為0，1，……，frame_size_l,其中frame_size表示一巾貞碼字的巾貞長。串行數(shù)據(jù)serial_in轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)datinO到datin3時是隨機(jī)的，有以下4種可能的情況，如圖2所示，只有圖2 (a)的情況幀同步器可以直接提取同步信號，為了在其他三種情況下也能提取到幀同步信號，需要對datinO到datin3的數(shù)據(jù)順序進(jìn)行調(diào)整。這就是數(shù)據(jù)組合模塊需要完成的功能，即對并行數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲及順序調(diào)整。對于出現(xiàn)圖2 (b) ,2(c) ,2(d)情況時，圖3給出了數(shù)據(jù)組合模塊實(shí)現(xiàn)電路圖，其中D表示可對信號進(jìn)行一級延遲的觸發(fā)器。如圖3所示，經(jīng)過數(shù)據(jù)組合模塊后可得到4組輸出，每組輸出均為4路并行數(shù)據(jù)，第一組為d00，d01, d02, d03，第二組為dlO，dll, dl2，dl3，第三組為d20, d21，d22，d23，第四組為 d30，d31，d32，d33。對于一個n位長的碼組{Xl，X2，…，xn}，其中Xi的取值為-1或+1。若它的局部相關(guān)函數(shù)滿足公式(1)，其中k為遠(yuǎn)小于η的整數(shù)，則認(rèn)為該碼組具有尖銳單峰特性的自相關(guān)函數(shù)和盡可能低的互相關(guān)旁瓣值，可用作幀同步字來提取幀同步信號。
權(quán)利要求
1.一種可變參數(shù)高速并行幀同步器，其特征在于:包括數(shù)據(jù)組合模塊、相關(guān)檢測模塊，幀頭位置指示模塊、前后方保護(hù)模塊、輸出模塊和delay模塊，其中: 數(shù)據(jù)組合模塊:對接收的P路并行數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲及順序調(diào)整，產(chǎn)生出P種組合的共PXP路并行數(shù)據(jù)輸出給相關(guān)檢測模塊和delay模塊，其中每種組合包括P路數(shù)據(jù)； 相關(guān)檢測模塊:接收幀頭參數(shù)命令和數(shù)據(jù)組合模塊輸入的PXP路并行數(shù)據(jù),對P X P路并行數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)檢測運(yùn)算得到P個峰值脈沖信號Peaki,輸入幀頭位置指示模塊； 幀頭位置指示模塊:接收容錯參數(shù)和相關(guān)檢測模塊輸入的P個峰值脈沖信號Peaki,根據(jù)P個峰值脈沖信號Peaki和容錯參數(shù)指示出P個幀頭位置信號indeXi和P個QPSK相位模糊標(biāo)志Signi ; 前后方保護(hù)模塊:接收前、后方保護(hù)參數(shù)和從幀頭位置指示模塊輸入的P個幀頭位置指示信號indeXi，判斷出最終的一個幀頭位置信號作為幀同步信號syn，并同時產(chǎn)生P個同步鎖定信號1cki ； delay模塊:接收數(shù)據(jù)組合模塊輸出的P種組合的共PXP路并行數(shù)據(jù),對P種組合數(shù)據(jù)進(jìn)行時延，保證數(shù)據(jù)與幀同步信號的同步性，并將延遲后的數(shù)據(jù)輸出給輸出模塊； 輸出模塊:接收delay模塊輸出的P種組合經(jīng)過延遲后的數(shù)據(jù)、幀頭位置指示模塊輸出的P個QPSK相位模糊標(biāo)志sign”前后方保護(hù)模塊輸出的P個同步鎖定信號1cki和一個幀同步信號syn，產(chǎn)生最終的P路輸出數(shù)據(jù)、幀同步信號synout和幀同步鎖定信號lock。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變參數(shù)高速并行幀同步器，其特征在于:所述相關(guān)檢測模塊包括P個相關(guān)檢測子模塊，P個相關(guān)檢測子模塊分別對P種組合的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)檢測，每個相關(guān)檢測子模塊包括Fbits的移位寄存器、固定幀同步字碼組寄存器、加法陣列和同或器N0R，相 關(guān)檢測子模塊的運(yùn)算方法如下: 將并行輸入的P路數(shù)據(jù)送入F bits的移位寄存器中，幀頭參數(shù)中的幀頭標(biāo)示字參數(shù)直接輸入到固定幀同步字碼組寄存器中，F(xiàn) bits移位寄存器的數(shù)據(jù)與固定幀同步字碼組寄存器的數(shù)據(jù)在同或器NOR中按位同或，并將幀頭參數(shù)中的幀頭長度個同或結(jié)果送入加法陣列執(zhí)行加法運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果即為峰值脈沖信號Peakit5
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變參數(shù)高速并行幀同步器，其特征在于:所述幀頭位置指示模塊由P個幀頭位置指示子模塊構(gòu)成，每個幀頭位置指示子模塊的運(yùn)算方法如下: 將峰值脈沖信號Peaki與容錯參數(shù)T進(jìn)行比較，將峰值脈沖信號Peaki與移位寄存器的長度F減去容錯參數(shù)的差值S進(jìn)行比較，如果peak小于T則輸出Rl為高電平，否則Rl為低電平；如果S小于peak則輸出R2為高電平，否則R2為低電平，只要Rl與R2中有一個為高電平，幀頭位置指示信號index就為高電平；當(dāng)Rl為低電平，R2為高電平時，QPSK相位模糊標(biāo)志sign為高電平，其他情況QPSK相位模糊標(biāo)志sign均為低電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變參數(shù)高速并行幀同步器，其特征在于:所述前后方保護(hù)模塊采用P個子狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，每個子狀態(tài)機(jī)的工作步驟如下: (O前后方保護(hù)模塊上電后的初始狀態(tài)state為搜索態(tài)，當(dāng)檢測到一次幀頭位置指示信號index為高電平時，狀態(tài)機(jī)狀態(tài)state從搜索態(tài)轉(zhuǎn)移到預(yù)同步態(tài)，否則仍保持搜索態(tài)；state為搜索態(tài)或預(yù)同步態(tài)時,輸出syn, lock均為低電平； (2)state處于預(yù)同步態(tài)時,計數(shù)器cnt從index為高電平時開始計數(shù)，cnt計數(shù)的最大值為巾貞長參數(shù)frame_size,連續(xù)M次在定點(diǎn)cnt=frame_size時刻檢測到巾貞頭位置指示信號index為高電平時，state則轉(zhuǎn)移到同步態(tài)，否則轉(zhuǎn)移到搜索態(tài)，其中:M為前方保護(hù)參數(shù)；state為同步態(tài)時,輸出syn, lock為高電平； (3)state處于同步態(tài)時,在定點(diǎn)cnt=frame_size時刻有一次檢測到到巾貞頭位置指示信號index為低電平時狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)移到預(yù)失步態(tài),否則一直處于同步態(tài)；state為預(yù)失步態(tài)時，輸出syn, lock為高電平； (4)state處于預(yù)失步態(tài)時,連續(xù)N次在定點(diǎn)cnt=frame_size時刻檢測到巾貞頭位置指示信號index為低電平時，state則轉(zhuǎn)移到搜索態(tài)，否則轉(zhuǎn)移到同步態(tài)，其中:N為后方保護(hù)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變參數(shù)高速并行幀同步器，其特征在于:所述輸出模塊產(chǎn)生最終的P路輸出數(shù)據(jù)、幀同步信號synout和幀同步鎖定信號lock的具體方法如下: 輸出模塊接收前后方保護(hù)模塊輸出個P個幀同步指示信號1cki和幀同步信號syn，接收delay模塊輸出的P種組合的P路延遲信號(Ilyi,接收幀頭位置指示模塊輸出的P個相位模糊標(biāo)志Signi,其中P個1cki只有一個為高電平，通過1cki對應(yīng)的高電平的標(biāo)號選擇dly和sign，糾正相位模糊時將dly的符號位與sign進(jìn)行異或XOR操作得到最終數(shù)據(jù)的符號位，最終輸出數(shù)據(jù)的大小即為dly的絕對值；當(dāng)P個幀同步指示信號1cki有一個為高電平時，幀同步鎖定信號lock就為高電平，否則為低電平；Synout信號為幀頭標(biāo)示字門控信號syn的延遲信 號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變參數(shù)高速并行幀同步器，相關(guān)檢測模塊接收數(shù)據(jù)組合模塊組合出的P種組合數(shù)據(jù)和幀頭參數(shù)，按照幀頭參數(shù)要求對P種組合數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相關(guān)檢測運(yùn)算得到P個峰值脈沖，輸出給幀頭位置指示模塊，并根據(jù)容錯參數(shù)指示出P個幀頭位置信號，輸出給前后方保護(hù)模塊，該模塊根據(jù)前后方保護(hù)參數(shù)產(chǎn)生出幀同步信號和同步鎖定信號，并輸出給輸出模塊產(chǎn)生最終的幀同步鎖定信號、幀同步信號和與幀同步信號在時間上一致的經(jīng)過數(shù)據(jù)組合模塊組合的并行P路數(shù)據(jù)；該并行幀同步器具有吞吐量高，銜接性好，通用性強(qiáng)，硬件資源少，設(shè)計復(fù)雜性低等特點(diǎn)。
文檔編號H04L27/18GK103220122SQ201310108510
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者謝天嬌, 袁瑞佳, 靳凡, 楊光文, 李立 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所