[科普中国]-比特同步

在数据通信中最基本的同步方式就是“比特同步”(bit synchronization)或位同步。比特是数据传输的最小单位。比特同步是指接收端时钟已经调整到和发送端时钟完全一样，因此接收端收到比特流后，就能够在每一个比特的中间位置进行判决。比特同步的目的是为了将发送端发送的每一个比特都正确地接收下来。

这就要在正确的时刻（通常就是在每一个比特的中间位置）对收到的电平根据事先已约定好的规则进行判决。

例如，电平若超过一定数值则为1，否则为0。

但仅仅有比特同步还不够。因为数据要以帧为单位进行发送。若某一个帧有差错，以后就重传这个出错的帧。因此一个帧应当有明确的界限，也就是说，要有帧定界符。

接收端在收到比特流后，必须能够正确地找出帧定界符，以便知道哪些比特构成一个帧。接收端找到了帧定界符并确定帧的准确位置，就是完成了“帧同步”(frame synchronization)。在使用PCM的时分复用通信中（这种通信都采用同步通信方式），接收端仅仅能够正确接收比特流是不够的。接收端还必须准
　　确地将一个个时分复用帧区分出来。

因此用作同步的特殊时隙CH0包含一些特殊的比特组合，使接收端能够将每一个时分复用帧的位置确定出来。这也叫做帧同步。1

网络节点的物理层控制网络节点与物理信道的物理连接，保证相邻节点之间能够正确地收发比特流。为了正确收发比特信号，必须解决比特同步问题。

比特同步方法可以分类如下：

实现比特同步的方法是在发信端和收信端各设一个时钟。发信时钟控制“把比特放上电路”；收信时钟控制“采样电路状态”。

外同步法在于由发信方将“比特定时”送至收信方，作为收信端的时钟。比特定时可以用单独信道传输，也可以与信号共用信道。

比特定时单独占用信道的方法适合于并行传输的情况。共用信道的外同步方法适合于串行传输的情况，它又可包括插入导频法和组合调制法等。

（1）插入导频法

若信号为不归0的二进制脉冲序列，其本身未包含有比特同步信号。频谱的第一个零点处的频率。如果发信方在插入一种导频信号作为同步信号，而在收信方用中心频率为的窄带滤波器提取该信号，则可获得周期为的同步信号。

为了减弱导频信号对原来信号的影响，在收信方可采用“相减器”和“移相器”电路。

移相器用来抵消导频信号经窄带滤波器等引起的相移。如果相位和振幅调整得当，则可通过相减器消除导频信号的影响。

（2）组合调制法

这种方法是使比特定时信号和数据信号对载波进行双重调制。

例如，数据信号对载波进行调频或调相，而比特定时对载波进行调幅。这时可在接收端进行检波，从而提取出比特定时信号。

比特同步由接收端直接从比特流中提取，这是数据通信中常用的方法。这种自同步法可分为滤波法和锁相法两类。锁相法又有模拟式和数字式之分。

（1）滤波法

自同步法中最简单的方法是直接从比特流中“滤取”比特定时信号。比特流若为归零脉冲序列（收信端经解调后的基带信号），对应的比特定时频率1/T的幅度不为0。因此可在收信端设置中心频率为1/T的窄带滤波器滤出比特定时频带分量来。

比特流若为不归零脉冲序列，则比特定时频率（1/T）分量为0。因此不能象上述方法只加滤波器就可直接滤取比特定时。但是可将不归零脉冲序列先经过放大、限幅、微分、整流等处理，将其转换成归零脉冲序列，再加滤波器滤取比特定时信号。

滤波器通频带越宽，比特定精度越低。而滤波器通频带越窄，对滤波器和发信端时钟频率稳定度要求越高。

滤波法虽然简单，但若比特流中出现长时间的连续“1”或“0”时，系统将会完全失步。因此这种方法很少直接使用。

（2）锁相法

常用的自同步法是锁相法。采用这种方法时，在接收端需要有三种机构：

第一，过零检测器。它负责对解调后的基带信号进行过零检测，即基带信号无论从正方向还是负方向经过零点时便产生信号，从而获得数据信号中隐含的比特定时信号，并以此作为收信端的基准信号。

第二，本地时钟源，收信端的这个本地时钟源的频率与发信端时钟频率很接近，但相位不可能一致，长时间的累计误差将使发信端和收信端之间失步。

第三，调整机构，用过零检测器获得的定时基准信号控制本地时钟源，使发信端和收信端保持同步。

根据调整机构的不同，自同步法又可分为两种方法，即模拟式锁相法和数字式锁相法。

第一，模拟式锁相法。本地时钟源为一频率稳定且可受控的振荡器。过零检测器获得的过零信号与本地时钟信号同时送入一鉴相器，进行相位比较，若相位不一致，则产生误差信号，由它改变振荡器频率，达到锁相目的。

第二，数字式锁相法。本地时钟源的振荡频率很高，通过多次分频产生所需比特定时脉冲。数字鉴相器对分频器产生的比特定时脉冲相位与过零检测信号相位进行比较，当本地比特定时超前于过零检测信号时，产生一个“减”信号，由它控制分频器，扣除末级分频器一个输入脉冲，则使本地比特定时的相位滞后一个时间间隔（等于末级分频器输入脉冲周期）。如果经调整后，本地比特定时仍然超前，则继续使相位后移直至不产生“减”信号为止。相反，数字鉴相器也可能产生“加”信号，使本地比特定时信号前移。从而，动态地控制发信端与收信端比特定时的相位保持在一定容许的范围内。

这种方法全部采用数字电路实现，可以根据比特定时误差要求，比较方便地进行比特定时子系统的设计，达到良好的性能。

产生比特定时信号的子系统通常包括在调制解调器中，所以在DTE-DCE接口线中有DCE输出的比特定时（或称信号码元定时）信号线。在比特定时基础上可以产生字节定时信号，所以在DTE-DCE接口线中一般还有DCE输出的字节定时信号线，可以供选用。2