CN106603216A - 一种无线微波通信系统的e1定时恢复装置及其应用 - Google Patents

Abstract

一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，包括与所述异步FIFO1一级缓冲模块相连的无线信道丢帧补偿模块、IIR数字滤波模块、FIFO1读时钟恢复模块；还包括，与所述异步FIFO2二级缓冲模块相连的E1数据编码模块、自适应调整定时控制模块、FIFO2读时钟恢复模块。本发明采用两级时钟恢复，通过所述无线信道丢帧补偿模块的丢帧补偿功能维持E1接口的定时恢复稳定；异步FIFO模块中的读数据深度值在送达FIFO1读时钟恢复模块前需要进行滤波处理，减少恢复时钟的抖动；再由FIFO1读时钟恢复模块恢复出定时信息。

Description

一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置及其应用，属于无线微波通信的技术领域。

背景技术

微波通信系统是在视距范围或经中继转接以微波波段电磁波为介质进行语音、数据、视频等信息传输的一种通信系统，组网拓扑包括点对点、点多对多点、多点对多点等。

对于微波通信系统帧结构，通常分为控制信道和业务信道，控制信道作为系统组网维护使用，业务信道则承载整个系统的通信数据。微波通信系统支持的业务类型包括话音、视频、E1、以太网等，其中E1业务是微波通信中必不可少的透传业务。

E1的一个时分复用帧(其长度T＝125μs)共划分为32相等的时隙，时隙的编号为CH0～CH31。其中时隙CH0用作帧同步用，时隙CH16用来传送信令，剩下CH1～CH15和CH17～CH31共30个时隙用作30个话路。每个时隙传送8bit，因此共用256bit。每秒传送8000个帧，因此PCM一次群E1的数据率就是2.048Mbit/s。

与光同步数字传输系统(SDH/SONET)相比，微波通信系统的E1定时恢复难度要大的多，首先基于帧同步的通信系统在收发端没有统一参考的同步时钟源，帧抖动会增加E1定时恢复难度，另外无线通信系统在空间传输中由于信道特性具有时变性，会造成误码，严重时会发生丢帧，所以在E1定时恢复时需要考虑这些因素进行合理设计，满足E1接口定时恢复指标要求。

E1数据在发送端通过异步复分接技术复接到无线通信系统业务信道上，然后通过无线信道到达接收端。为了保证在接收端E1出口能重建E1业务数据流，需要依靠抖动缓存平滑、丢包补偿和自适应定时控制算法来提取E1同步定时信息，使重建的E1业务数据流获得一个与发送端大致同步的业务数据流。传统方式由FPGA先重建E1数据流，但抖动比较大，然后再通过专用E1接口芯片实现去抖动，该方式增加了电路复杂性和成本，电路通用性和可移植性差，并且对无线通信通信特点的包容性较差。

随着FPGA技术的发展和提高，如今可以把许多系统功能集中实现，包括E1接口复分接、定时恢复和编解码等。结合无线通信信道特点，如何设计一种适用于微波通信系统的通用性好、易于移植的E1定时恢复装置，是需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置。本发明能为微波通信系统接收端E1定时恢复，提出一种通用性好、可靠性高、移植性好的E1定时恢复装置。

本发明还提供一种上述E1定时恢复装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，包括异步FIFO模块，所述异步FIFO模块包括级联的异步FIFO1一级缓冲模块和异步FIFO2二级缓冲模块；

还包括，与所述异步FIFO1一级缓冲模块相连的无线信道丢帧补偿模块、IIR数字滤波模块、FIFO1读时钟恢复模块；

还包括，与所述异步FIFO2二级缓冲模块相连的E1数据编码模块、自适应调整定时控制模块、FIFO2读时钟恢复模块。

本发明的技术优势在于，考虑通信传输特点，处理机制采用两级时钟恢复：第一级由无线信道丢帧补偿模块、异步FIFO1一级缓冲模块、IIR数字滤波模块、FIFO1读时钟恢复模块组成。由于无线信道的突发误码性，有可能造成丢帧，通过所述无线信道丢帧补偿模块的丢帧补偿功能维持E1接口的定时恢复稳定；由于无线通信系统中帧互同步抖动、丢帧等因素影响，异步FIFO模块中的读数据深度值在送达FIFO1读时钟恢复模块前需要进行滤波处理，减少恢复时钟的抖动；再由FIFO1读时钟恢复模块恢复出定时信息。

第二级由异步FIFO2二级缓冲模块、自适应调整定时控制模块、FIFO2读时钟恢复模块、E1数据编码模块组成。为了满足E1接口抖动指标要求，需要通过第二级处理来实现。E1接口抖动指标要求20Hz观察频率时抖动不超过1.5UI，20KHz观察频率时不超过0.2UI，本发明根据这些指导参数设计出自适应调整定时控制模块，产生满足指标要求的定时调整信号，送给读时钟恢复模块。

根据本发明优选的，所述FIFO1读时钟恢复模块的工作时钟65.536MHz，根据调整参考信息通过31/32/33分频得到2.048MHz恢复时钟。此处设计的优点在于，根据系统帧定时对异步FIFO1一级缓冲模块的读数据深度值进行采样，经过IIR数字滤波模块处理后，通过与判决阈值进行比较计算得到调整方向，考虑通信帧8ms长度，调整步数值固定为32(以65.536MHz时钟为基准)，最后把需要调整的步数值在一帧时间内均匀调整，初步恢复出E1定时信息。

根据本发明优选的，所述FIFO2读时钟恢复模块的工作时钟65.536MHz，根据自适应调整定时控制输出调整指示通过31/32/33分频得到2.048MHz恢复时钟，恢复出E1接口定时信息。

根据本发明优选的，所述自适应调整定时控制模块的内部产生周期性定时信号，定时采样信号范围为50μs～50ms，采样FIFO2读数据深度值，通过与判决阈值比较产生调整信息，包括调整方向和一个调整脉冲；初始采样定时定为50μs，当连续三次采样值均大于或小于判决阈值时，则修正一次定时采样定时周期，步进50μs，上限50ms，下限50μs。

根据本发明优选的，所述IIR数字滤波模块的数字滤波公式(I)如下：

y(n)＝(1-α)*y(n-1)+α*x(n) (I)

其中：

y(n)：当前滤波器输出的FIFO1读数据深度值；

y(n-1)：上一帧滤波器输出的FIFO1读数据深度值；

x(n)：当前帧FIFO1的读数据深度值；

α：系数，根据系统帧频不同选择范围0.25～0.4。

由于无线通信系统中帧同步抖动、丢帧等因素影响，FIFO1中的读数据深度值在送达读时钟恢复模块前需要进行滤波处理，减少恢复时钟的抖动，本发明通过使用IIR数字滤波模块达到去除抖动效果。

一种上述E1定时恢复装置的工作方法，包括：

1)由无线微波通信系统的链路层完成E1数据分接，分接后的有效数据被送到异步FIFO1一级缓冲模块，如果无线信道中出现丢帧，则把标称数量的E1数据补充到所述异步FIFO1一级缓冲模块，保持E1定时恢复的连续性；

2)异步FIFO1一级缓冲模块的缓存深度是根据通信帧周期决定的：根据8ms通信帧周期计算，选取缓存深度为32Kbit，判决阈值为16384；

3)为了克服系统帧抖动、丢帧因素的影响，以帧定时为基准周期性读取异步FIFO1一级缓冲模块的读数据深度值，并通过IIR数字滤波模块进行处理；

4)滤波后的FIFO1读数据深度值再送到FIFO1读时钟恢复模块，通过与判决阈值进行比较计算得到调整方向，考虑通信帧8ms长度，调整步数值固定为32，以65.536MHz时钟为基准，最后把需要调整的步数值在一帧时间内均匀调整，初步恢复出E1定时信息；

5)通过一级E1定时恢复，将E1数据写入异步FIFO2二级缓冲模块，然后通过自适应定时控制模块根据异步FIFO2二级缓冲模块的读数据深度自适应产生动态控制分频信号，实现二级E1定时恢复；所述异步FIFO2二级缓冲模块缓存深度选取范围20～32bit，优选的，选取32bit，判决阈值选取16；

6)通过二级E1定时恢复，将E1数据从异步FIFO2二级模块读出，完成E1数据编码后送到E1接口。

本发明的有益效果：

本发明所述无线微波通信系统的E1定时恢复装置采用FPGA为处理平台，与通信系统链路层电路集成到一起，提高了集成度，降低平台的复杂度；本发明E1定时恢复结合无线通信系统的特点，设计了针对性处理机制，满足E1接口定时恢复指标要求，包括丢帧补偿、IIR数字滤波、自适应定时控制；采用硬件编程语言实现的代码具有很好的通用性和可移植性。

附图说明

图1是本发明所述一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，包括异步FIFO模块，所述异步FIFO模块包括级联的异步FIFO1一级缓冲模块和异步FIFO2二级缓冲模块；

还包括，与所述异步FIFO1一级缓冲模块相连的无线信道丢帧补偿模块、IIR数字滤波模块、FIFO1读时钟恢复模块；

还包括，与所述异步FIFO2二级缓冲模块相连的E1数据编码模块、自适应调整定时控制模块、FIFO2读时钟恢复模块。

实施例2、

如实施例1所述的一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，其区别在于，所述FIFO1读时钟恢复模块的工作时钟65.536MHz，根据调整参考信息通过31/32/33分频得到2.048MHz恢复时钟。

所述FIFO2读时钟恢复模块的工作时钟65.536MHz，根据自适应调整定时控制输出调整指示通过31/32/33分频得到2.048MHz恢复时钟，恢复出E1接口定时信息。

所述自适应调整定时控制模块的内部产生周期性定时信号，定时采样信号范围为50μs～50ms，采样FIFO2读数据深度值，通过与判决阈值比较产生调整信息，包括调整方向和一个调整脉冲；初始采样定时定为50μs，当连续三次采样值均大于或小于判决阈值时，则修正一次定时采样定时周期，步进50μs，上限50ms，下限50μs。

实施例3、

如实施例1所述的一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，其区别在于，所述IIR数字滤波模块的数字滤波公式(I)如下：

y(n)＝(1-α)*y(n-1)+α*x(n) (I)

其中：

y(n)：当前滤波器输出的FIFO1读数据深度值；

y(n-1)：上一帧滤波器输出的FIFO1读数据深度值；

x(n)：当前帧FIFO1的读数据深度值；

α：系数，根据系统帧频不同选择范围0.25～0.4。

实施例4、

如实施例1-3所述的一种无线微波通信系统的E1定时恢复的工作方法，包括：

1)由无线微波通信系统的链路层完成E1数据分接，分接后的有效数据被送到异步FIFO1一级缓冲模块，如果无线信道中出现丢帧，则把标称数量的E1数据补充到所述异步FIFO1一级缓冲模块，保持E1定时恢复的连续性；

2)异步FIFO1一级缓冲模块的缓存深度是根据通信帧周期决定的：根据8ms通信帧周期计算，选取缓存深度为32Kbit，判决阈值为16384；

3)为了克服系统帧抖动、丢帧因素的影响，以帧定时为基准周期性读取异步FIFO1一级缓冲模块的读数据深度值，并通过IIR数字滤波模块进行处理；

4)滤波后的FIFO1读数据深度值再送到FIFO1读时钟恢复模块，通过与判决阈值进行比较计算得到调整方向，考虑通信帧8ms长度，调整步数值固定为32，以65.536MHz时钟为基准，最后把需要调整的步数值在一帧时间内均匀调整，初步恢复出E1定时信息；

5)通过一级E1定时恢复，将E1数据写入异步FIFO2二级缓冲模块，然后通过自适应定时控制模块根据异步FIFO2二级缓冲模块的读数据深度自适应产生动态控制分频信号，实现二级E1定时恢复；所述异步FIFO2二级缓冲模块缓存深度选取范围20～32bit，优选的，选取32bit，判决阈值选取16；

6)通过二级E1定时恢复，将E1数据从异步FIFO2二级模块读出，完成E1数据编码后送到E1接口。

Claims (6)

1.一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，其特征在于，包括异步FIFO模块，所述异步FIFO模块包括级联的异步FIFO1一级缓冲模块和异步FIFO2二级缓冲模块；

还包括，与所述异步FIFO1一级缓冲模块相连的无线信道丢帧补偿模块、IIR数字滤波模块、FIFO1读时钟恢复模块；

还包括，与所述异步FIFO2二级缓冲模块相连的E1数据编码模块、自适应调整定时控制模块、FIFO2读时钟恢复模块。

2.根据权利要求1所述的一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，其特征在于，所述FIFO1读时钟恢复模块的工作时钟65.536MHz，根据调整参考信息通过31/32/33分频得到2.048MHz恢复时钟。

3.根据权利要求1所述的一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，其特征在于，所述FIFO2读时钟恢复模块的工作时钟65.536MHz，根据自适应调整定时控制输出调整指示通过31/32/33分频得到2.048MHz恢复时钟，恢复出E1接口定时信息。

4.根据权利要求2或3所述的一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，其特征在于，所述自适应调整定时控制模块的内部产生周期性定时信号，定时采样信号范围为50μs～50ms，采样FIFO2读数据深度值，通过与判决阈值比较产生调整信息，包括调整方向和一个调整脉冲；初始采样定时定为50μs，当连续三次采样值均大于或小于判决阈值时，则修正一次定时采样定时周期，步进50μs，上限50ms，下限50μs。

5.根据权利要求4所述的一种无线微波通信系统的E1定时恢复装置，其特征在于，所述IIR数字滤波模块的数字滤波公式(I)如下：

y(n)＝(1-α)*y(n-1)+α*x(n) (I)

其中：

y(n)：当前滤波器输出的FIFO1读数据深度值；

y(n-1)：上一帧滤波器输出的FIFO1读数据深度值；

x(n)：当前帧FIFO1的读数据深度值；

α：系数，根据系统帧频不同选择范围0.25～0.4。

6.一种如权1-5任意一项所述E1定时恢复装置的工作方法，其特征在于，该工作方法包括：

1)由无线微波通信系统的链路层完成E1数据分接，分接后的有效数据被送到异步FIFO1一级缓冲模块，如果无线信道中出现丢帧，则把标称数量的E1数据补充到所述异步FIFO1一级缓冲模块，保持E1定时恢复的连续性；

2)异步FIFO1一级缓冲模块的缓存深度是根据通信帧周期决定的：根据8ms通信帧周期计算，选取缓存深度为32Kbit，判决阈值为16384；

3)以帧定时为基准周期性读取异步FIFO1一级缓冲模块的读数据深度值，并通过IIR数字滤波模块进行处理；

4)滤波后的FIFO1读数据深度值再送到FIFO1读时钟恢复模块，通过与判决阈值进行比较计算得到调整方向，考虑通信帧8ms长度，调整步数值固定为32，以65.536MHz时钟为基准，最后把需要调整的步数值在一帧时间内均匀调整，初步恢复出E1定时信息；

5)通过一级E1定时恢复，将E1数据写入异步FIFO2二级缓冲模块，然后通过自适应定时控制模块根据异步FIFO2二级缓冲模块的读数据深度自适应产生动态控制分频信号，实现二级E1定时恢复；所述异步FIFO2二级缓冲模块缓存深度选取范围20～32bit，优选的，选取32bit，判决阈值选取16；

6)通过二级E1定时恢复，将E1数据从异步FIFO2二级模块读出，完成E1数据编码后送到E1接口。