帧同步系统的FPGA设计与实现

1 引言
数字通信时，一般以一定数目的码元组成一个个“字”或“句”，即组成一个个“帧”进行传输，因此帧同步信号的频率很容易由位同步信号经分频得出，但每个帧的开头和末尾时刻却无法由分频器的输出决定。为此，帧同步的任务就是要给出这个“开头”和“末尾”的时刻。通常提取帧同步信号有两种方法：一类是在信息流中插入一些特殊的码组作为每帧的头尾标记。另一类则不需要加入码组，而是利用数据码组本身之间彼此不同的特性实现同步。这里采取第一种方法――连贯式插人法实现帧同步。所谓连贯式插入法就是在每帧开头插入帧同步码。所用的帧同步码为巴克码，巴克码是一种具有特殊规律的非周期序列，其局部自相关函数具有尖锐的单峰特性，这些特性正是连贯式插入帧同步码组的主要要求之一。因此，这里提出帧同步系统的FPGA 设计与实现。

2 帧同步系统的工作原理
实现帧同步的关键是把同步码从一帧帧数据流中提取出来。本设计的一帧信码由39位码元组成。其中的巴克码为1110010七位码，数据码由32位码元组成。只有当接收端收到一帧信号时，才会输出同步信号。帧同步系统的设计框图如图1所示。

帧同步系统工作状态分捕捉态和维持态。同步未建立时系统处于捕捉状态，状态触发器Q端为低电平，一旦识别器输出脉冲，由于Q端为高电平，经或门使与门1输出”1”，同时经或门使与门3输出也为”1”，对分频计数器模块清零。与门1一路输出至触发器的S端，Q端变为高电平，与门4打开，帧同步输出脉冲。系统由捕捉态转为维持态，帧同步建立。
当帧同步建立后，系统处于维持态。假如此时分频器输出帧同步脉冲，而识别器却没有输出，这可能是系统真的失去同步，也可能是偶然干扰引起的，因此在电路中加入一个保护电路。该保护电路也是一个分频计数器，只有在连续若干次接收不到帧同步信号时，系统才会认为同步状态丢失，由于丢失同步的概率很小，因此这里系统设置分频计数器值为5，也就是说连续5帧接收不到帧同步信号，系统才认为丢失同步状态。当然分频值可设置其他值，但该值越大，同步维持态下漏识别概率也越大。与门1的一路输出置5分频器的使能端，使之开始计数，当计数满时会输出一个脉冲使状态触发器置零，从而无帧同步信号输出，同步电路又进入捕捉态。