3.4 同步通信和异步通信

无论是频分复用系统还是时分复用系统都存在着收发系统之间的同步问题。在数字传输系统中，收发之间的同步功能涉及接收端能否正确无误地解调出数据信息。因此同步系统至关重要，要求同步系统具有很高的可靠性，同步信号必须比信息信号有更强的抗干扰性能。但同时又希望同步信号不要过多地消耗发射功率，不要占用过多的信道资源或频率资源，不要增加系统的复杂性等。

3.4.1 三种基本同步方式

1.载波同步

频带信号的相干解调要求接收端必须能提供一个与发送端载波信号同频同相位的本地载波信号，通常称为载波同步。

2.位同步

数字通信系统中，数字基带信号传输的是数据编码序列，每个码元有规定的持续时间（即码元宽度），接收端只有在恰当的时刻对接收到的数字基带信号进行取样判决，才能正确地恢复数据编码序列。因此，在接收端必须产生与发送端的数字基带信号的码速率和相位一致的定时取样脉冲序列。通常这种获得的定时脉冲序列称为位同步。

3.帧同步

数字信号传输的数据编码序列是按一定格式“打包”后一个一个发送的，称之为数据帧发送。时分多路信号按帧结构进行多路复用与分离；分组交换信息网传送数据是把数据文件分割成数据块，再按帧结构打包发送。因此，只有从接收的数据编码序列中正确识别一帧的起止，才能保证传输信息的复原。通常把获取与帧起止时刻相一致的定时脉冲序列称为帧同步或群同步。

不论哪种同步，都要解决传输的时间基准问题，从而使收发两端能同步工作。因此，同步信号包含的是一种时间信息。这种时间同步信息，可以借助外界专门的同步传输通道，也可以从传输的信息信号中提取。

3.4.2 同步通信

数据通信中一个重要问题是数字信号传输到接收端时，接收端收到的比特码流要与发送端的比特码流同步，只有这样，接收端才能正确地判断收到的码元是1还是0。如果这个判决时间不正确，就会发生判决错误，甚至无法解调出数据编码序列来。

同步通信（Synchronous transfer）就是要求接收端的时钟频率和发送端的时钟频率相等（通常称为时钟同步）。严格的同步通信是用一个高稳定度（长期稳定度优于±1.0×10^-11）的精确时钟负责全网时钟同步，全网所有通信设备的时钟频率都来自这个主时钟频率。但是这种同步方式需要使用十分复杂的技术设备，价格昂贵。因此在过去相当长的时间里，各国的数字网主要采用准同步（Plesiochronous）方式。准同步方式是各相关设备使用一些独立的、具有相同频率标称值的时钟源，允许这些频率源的实际数值有微小的误差（在允许范围内）。

解决频率同步的基本方法是采用一条专门传送时钟频率的信道，在接收端用锁相环路（Phase Locked Loop，PLL）提取高纯度的时钟信号。

同步通信系统的解码（解调）精度高、误码率低，但是费用昂贵，现在只在重要通信系统和军事通信系统中应用，在一般民用通信系统则采用另一种称为异步通信的方法。

3.4.3 异步通信

异步通信（Asynchronous transfer）是将发送的数据以字节Byte（简称“B”，1B=8bit）为单位进行逐个字节的封装，并在每个封装字节中增加一个起始bit和一个停止bit，连同数据字节共10bit，然后将这个由10bit组成的数据单元一个又一个发送出去。在接收端，每收到一个起始比特，就知道有一个10bit的数据单元到了，并开始判决，但只判决这个紧随其后的数据单元。因此，即使接收端的时钟不太正确，只要它能保证正确接收10bit就行，但判决第10个bit时的取样点位置误差不能超过半个比特的宽度。

异步通信的另一个特点是发送端在发送完一个字节后（即停止bit结束后），可以经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。

异步通信是通过增加通信开销（增加2bit的额外开销）使接收端可以使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。但是增加的2bit（或更多bit）开销使数据的有效传输速率降低了。

现在的调制解调器都有对通信线路质量的自适应功能。例如，线路状况不好时，调制解调器会自动降低发送数据的速率，而接收端的调制解调器也会将自己的取样频率降低到合适的数值。这也可以说在异步通信中也包含了一种同步含义。图3-12是同步传输与异步传输数据格式的比较。

图3-12 同步传输和异步传输

a）同步传输 b）异步传输