3.4 同步通信和異步通信

無論是頻分復用系統還是時分復用系統都存在著收發系統之間的同步問題。在數字傳輸系統中，收發之間的同步功能涉及接收端能否正確無誤地解調出數據信息。因此同步系統至關重要，要求同步系統具有很高的可靠性，同步信號必須比信息信號有更強的抗干擾性能。但同時又希望同步信號不要過多地消耗發射功率，不要占用過多的信道資源或頻率資源，不要增加系統的復雜性等。

3.4.1 三種基本同步方式

1.載波同步

頻帶信號的相干解調要求接收端必須能提供一個與發送端載波信號同頻同相位的本地載波信號，通常稱為載波同步。

2.位同步

數字通信系統中，數字基帶信號傳輸的是數據編碼序列，每個碼元有規定的持續時間（即碼元寬度），接收端只有在恰當的時刻對接收到的數字基帶信號進行取樣判決，才能正確地恢復數據編碼序列。因此，在接收端必須產生與發送端的數字基帶信號的碼速率和相位一致的定時取樣脈沖序列。通常這種獲得的定時脈沖序列稱為位同步。

3.幀同步

數字信號傳輸的數據編碼序列是按一定格式“打包”后一個一個發送的，稱之為數據幀發送。時分多路信號按幀結構進行多路復用與分離；分組交換信息網傳送數據是把數據文件分割成數據塊，再按幀結構打包發送。因此，只有從接收的數據編碼序列中正確識別一幀的起止，才能保證傳輸信息的復原。通常把獲取與幀起止時刻相一致的定時脈沖序列稱為幀同步或群同步。

不論哪種同步，都要解決傳輸的時間基準問題，從而使收發兩端能同步工作。因此，同步信號包含的是一種時間信息。這種時間同步信息，可以借助外界專門的同步傳輸通道，也可以從傳輸的信息信號中提取。

3.4.2 同步通信

數據通信中一個重要問題是數字信號傳輸到接收端時，接收端收到的比特碼流要與發送端的比特碼流同步，只有這樣，接收端才能正確地判斷收到的碼元是1還是0。如果這個判決時間不正確，就會發生判決錯誤，甚至無法解調出數據編碼序列來。

同步通信（Synchronous transfer）就是要求接收端的時鐘頻率和發送端的時鐘頻率相等（通常稱為時鐘同步）。嚴格的同步通信是用一個高穩定度（長期穩定度優于±1.0×10^-11）的精確時鐘負責全網時鐘同步，全網所有通信設備的時鐘頻率都來自這個主時鐘頻率。但是這種同步方式需要使用十分復雜的技術設備，價格昂貴。因此在過去相當長的時間里，各國的數字網主要采用準同步（Plesiochronous）方式。準同步方式是各相關設備使用一些獨立的、具有相同頻率標稱值的時鐘源，允許這些頻率源的實際數值有微小的誤差（在允許范圍內）。

解決頻率同步的基本方法是采用一條專門傳送時鐘頻率的信道，在接收端用鎖相環路（Phase Locked Loop，PLL）提取高純度的時鐘信號。

同步通信系統的解碼（解調）精度高、誤碼率低，但是費用昂貴，現在只在重要通信系統和軍事通信系統中應用，在一般民用通信系統則采用另一種稱為異步通信的方法。

3.4.3 異步通信

異步通信（Asynchronous transfer）是將發送的數據以字節Byte（簡稱“B”，1B=8bit）為單位進行逐個字節的封裝，并在每個封裝字節中增加一個起始bit和一個停止bit，連同數據字節共10bit，然后將這個由10bit組成的數據單元一個又一個發送出去。在接收端，每收到一個起始比特，就知道有一個10bit的數據單元到了，并開始判決，但只判決這個緊隨其后的數據單元。因此，即使接收端的時鐘不太正確，只要它能保證正確接收10bit就行，但判決第10個bit時的取樣點位置誤差不能超過半個比特的寬度。

異步通信的另一個特點是發送端在發送完一個字節后（即停止bit結束后），可以經過任意長的時間間隔再發送下一個字節。

異步通信是通過增加通信開銷（增加2bit的額外開銷）使接收端可以使用廉價的、具有一般精度的時鐘來進行數據通信。但是增加的2bit（或更多bit）開銷使數據的有效傳輸速率降低了。

現在的調制解調器都有對通信線路質量的自適應功能。例如，線路狀況不好時，調制解調器會自動降低發送數據的速率，而接收端的調制解調器也會將自己的取樣頻率降低到合適的數值。這也可以說在異步通信中也包含了一種同步含義。圖3-12是同步傳輸與異步傳輸數據格式的比較。

圖3-12 同步傳輸和異步傳輸

a）同步傳輸 b）異步傳輸