基于DSP Builder的幀同步檢出模型

林智慧，趙金龍，王振鐸

（西安思源學(xué)院 陜西 西安710038）

基于DSP Builder的幀同步檢出模型

林智慧，趙金龍，王振鐸

（西安思源學(xué)院 陜西 西安710038）

基于信號(hào)在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臅r(shí)候，不可避免地存在信號(hào)干擾、延遲、非線性失真等，為了確保數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)挠行裕仨毑捎猛健０凑胀降淖饔每梢詫⑵浞譃檩d波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步。主要通過(guò)對(duì)幀同步的檢出進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種基于DSP Builder的幀同步檢出模型，具體以常用的幀同步碼組——巴克碼為例，詳細(xì)介紹了該模型的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)軟硬件測(cè)試驗(yàn)證，該檢出模型切實(shí)可行。

幀同步；DSP Builder；巴克碼；檢出模型

在數(shù)字通信中，信號(hào)流的最小單位是碼元，若干碼元組成一幀，若干幀構(gòu)成一個(gè)復(fù)幀。在接收端，必須準(zhǔn)確分辨出每個(gè)每幀的起始和結(jié)束，否則將不能正確的恢復(fù)出原始信息。這種同步稱為幀同步（又稱群同步）。

幀同步的方法通常有兩種［1］：一種是起止同步法，但因其編碼效率低，基本不被采用。另一種方法是集中插入法，即在每幀的開(kāi)頭連續(xù)插入一個(gè)特殊碼組，例如：巴克碼。如果在接收端能夠檢測(cè)出該碼組，就標(biāo)志著幀開(kāi)始。

1　　巴克碼

1.1集中插入法

集中插入法的關(guān)鍵是尋找實(shí)現(xiàn)群同步的特殊碼組。對(duì)該碼組的基本要求是：具有尖銳單峰特性的自相關(guān)函數(shù)；便于與信息碼區(qū)別；碼長(zhǎng)適當(dāng)，以保證傳輸效率。

符合要求的碼組有：全1碼、全0碼、1和0交替碼、巴克碼等。目前常用的幀同步碼組是巴克碼。

1.2巴克碼的自相關(guān)函數(shù)

n位的巴克碼序列｛xi｝是一個(gè)有限長(zhǎng)的數(shù)字序列，其中1≤i≤n，xi的取值為+1和-1。

其自相關(guān)函數(shù)為［2］：

以7位巴克碼｛+1，+1，+1，-1，-1，+1，-1｝為例，計(jì)算其自相關(guān)函數(shù)。

將上述計(jì)算結(jié)果繪制成圖，如圖1所示。

圖1　巴克碼自相關(guān)函數(shù)

通過(guò)上圖可以看出，巴克碼的自相關(guān)函數(shù)具有尖銳的單峰特性。

2　幀同步的檢出模型

2.1DSP Builder簡(jiǎn)介

DSP Builder是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)工具，它架構(gòu)在多個(gè)軟件工具之上，并把系統(tǒng)級(jí)和RTL級(jí)兩個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工具連接起來(lái)，最大程度地發(fā)揮了兩種工具的優(yōu)勢(shì)。

DSP Builder依賴于 MathWorks公司的數(shù)學(xué)分析工具M(jìn)atlab/Simulink，以 Simulink的 Blockset出現(xiàn)，可以在Simulink中進(jìn)行圖形化設(shè)計(jì)和仿真，同時(shí)又通過(guò)SignalCompiler可以把Matlab/Simulink的設(shè)計(jì)文件（.mdl）轉(zhuǎn)成相應(yīng)的硬件描述語(yǔ)言.vhd文件，以及用于控制綜合與編譯的TCL腳本。

2.2建立檢出模型

如果要在數(shù)字信號(hào)流中能夠檢測(cè)出巴克碼，只要檢測(cè)序列的自相關(guān)函數(shù)即可。結(jié)合巴克碼的自相關(guān)函數(shù)原理及數(shù)電課程的知識(shí)，搭建幀同步檢出模型，需要移位寄存器、選擇器、累加器和判決器［4］。模型組成如下：

圖2　檢出模型組成

以7位巴克碼為例，在Simulink環(huán)境中，建立一個(gè)DSP Builder模型，檢測(cè)巴克碼組。根據(jù)需要，從庫(kù)里分別調(diào)出輸入/輸出端 AltBus、移位寄存器 Shift Tabs、選擇器 n-to-1 Multiplexer、累 加 器 Parallel Adder Subtractor、判 決 器Comparator、Signal Compiler工具及常數(shù)Constant。

圖3　幀同步檢出模型

由Shift Tabs模塊完成輸入序列存儲(chǔ)，n-to-1 Multiplexer模塊完成數(shù)據(jù)選擇功能，通過(guò)輸入信號(hào)某一位的值可以得到此位和對(duì)應(yīng)巴克碼位的乘積結(jié)果，即+1和-1。Parallel Ad-der Subtractor模塊完成求和運(yùn)算，Comparator模塊是用來(lái)和設(shè)置的常數(shù)進(jìn)行比較并輸出比較結(jié)果。

圖4　仿真結(jié)果

2.3模型仿真

將建立好的模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，首先通過(guò)From Workspace模塊讀取MATLAB的命令窗口中輸入的數(shù)字序列：0 0 1 1 1 0 0 1 0 0，其中7位巴克碼是從第3位開(kāi)始，第9位結(jié)束，剩余數(shù)據(jù)為信息數(shù)據(jù)。從圖4的仿真結(jié)果中可以看出，7位巴克碼進(jìn)入幀同步檢出模型后，會(huì)輸出一個(gè)高電平，標(biāo)志著一幀的開(kāi)始。結(jié)果表明該模型合理，準(zhǔn)確可行，可以作為幀同步檢出模型。

3　設(shè)計(jì)驗(yàn)證

3.1模型文件MDL轉(zhuǎn)換成VHDL

SignalCompiler模塊是DSP Builder的核心，通過(guò)該模塊可以獲得針對(duì)指定FPGA芯片的VHDL代碼。具體步驟如下：

1）通過(guò)SignalCompiler模塊的Analyze按鈕檢查Simulink模型是否正確，如果有錯(cuò)誤必須改正后才能繼續(xù)DSP Builder的后續(xù)流程。

2）對(duì)SignalCompiler模塊進(jìn)行設(shè)置，主要是“Project Setting Options”選項(xiàng)卡，包括器件型號(hào)、綜合等。

3）利用“Convert MDL to VHDL”將圖3的模型文件轉(zhuǎn)換為VHDL文件。

轉(zhuǎn)換的文件部分程序如下：

3.2硬件驗(yàn)證

打開(kāi)Quartus II環(huán)境，選擇菜單 “File”→“Open Project ...”，定位到巴克碼模型所在的目錄，打開(kāi)DSP Builder建立的Quartus II項(xiàng)目文件：bakema.qpf。選擇菜單 “Assignments”→“Device...”，在相應(yīng)的對(duì)話框中選擇器件，選擇菜單“Assignments”→“Assign Pins...”，對(duì)應(yīng)FPGA開(kāi)發(fā)板上的硬件連接，鎖定Pin。接著進(jìn)行編譯，完成適配過(guò)程。選擇菜單“Processing”→“Start Compilation...”，等待Quartus II編譯完成［5］。連接好FPGA開(kāi)發(fā)板，進(jìn)行硬件的下載。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，鎖定的二極管被點(diǎn)亮。

4　結(jié)束語(yǔ)

同步是通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的問(wèn)題，主要包括載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步。主要針對(duì)幀同步方法之集中插入法進(jìn)行研究，包括巴克碼的自相關(guān)函數(shù)、幀同步檢出模型的創(chuàng)建、仿真、模型文件.mdl轉(zhuǎn)換成VHDL、硬件驗(yàn)證等。結(jié)果表明，該模型設(shè)計(jì)合理，正確可行。但針對(duì)巴克碼出錯(cuò)或者信息碼和巴克碼相同情況［6］，需要對(duì)模型進(jìn)一步研究改進(jìn)。

［1］張平川.現(xiàn)代通信原理與技術(shù)簡(jiǎn)明教程［M］.北京大學(xué)出版社，2011.

［2］樊昌信.通信原理［M］.國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

［3］潘松，黃繼業(yè)，王國(guó)棟.現(xiàn)代DSP技術(shù)［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

［4］茍雙全，郭文龍，陳軍.巴克碼檢測(cè)模型分析及仿真設(shè)計(jì)研究［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2013，（6）:30-31.

［5］徐志軍，王金明，尹廷輝，等.EDA技術(shù)與VHDL設(shè)計(jì)［M］.電子工業(yè)出版社，2011.

［6］張偉，李霞明.幀同步電路的VerilogHDL設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2008（36）:246-247.

The detection model of frame synchronization based on DSP Builder

LIN Zhi-hui，ZHAO Jin-long，WANG Zhen-duo
（Xi’an Siyuan University，Xi’an 710038，China）

Signal in long distance transmission，inevitably there is interference，delay，nonlinear distortion，etc，in order to ensure the effectiveness of the digital communication transmission system，which must be synchronized.According to the role of synchronization can be divided into carrier synchronization，bit synchronization and frame synchronization and the network synchronization.The mainly studies on the detection of frame synchronization，a frame synchronization detection model based on Builder DSP is designed take Barker code as an example，introduced the method to realize the design of the model，and finally through the software and hardware testing，the detection model is feasible.

frame synchronization；DSP Builder；Barker code；detection model

TN91

A

1674-6236（2016）14-0091-03

2015-07-16稿件編號(hào)：201507122

林智慧（1980—），女，遼寧沈陽(yáng)人，碩士研究生，講師。研究方向：通信與信息系統(tǒng)。