数字通信网中的同步技术及相关应用研究

雷泽军

摘 要 在数字通信网络中，存在两种类型的通信方式，串行和并行。其中串行通信需要考虑的问题是要同步，并且可以根据不同的定时方式分为同步通信和异步通信。文章主要对同步技术展开讨论，并和异步通讯进行对比，同时对一些比较典型的同步通信应用进行研究。

关键词 数字通信网；同步技术；相关应用

中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）225-0094-02

在数字通信系统中的数字信息是连续的符号序列。由于噪声和码间存在着干扰，必须采用匹配的解调器滤波器进行筛选采样，才能获得可靠的信息数据传输结果。然而，接收机不仅需要知道采样的频率，而且还必须准确地确定采样信号的时间（即采样频率）。比特同步问题是数字通信中最重要的处理问题。同步系统的性能的好坏直接与通信系统的性能有关，甚至与通信系统能否正常运行有关。可以说在同步通信系统中，“同步”是信息传输的重要前提，而比特同步则是帧同步和网络同步的基础，只有保证同步系统的高效可靠，才能保证信息的可靠传输。

1 同步技术

1.1 准确区分同步和异步

1.1.1 串行与并行

笼统地划分数据传输方式的话，可以分为串行和并行两种方式，前者的特点在于使用单独的一组并行通道，而后者则是以两者间无同步为特征，无需起止或者是另外种类的同步信号去进行接送等操作。其传动的高效性和快速性决定了它主要用于实时、快速的场合。与并行通信不同的是，在串行通信中，存在如何同步代码组或字符的问题。如果问题没有解决，数据就得不到成功传输。事实上，串联的时候有需要遵守的“协议”，这确保了数据传送的正确性，所以“协议”对于串行来说具有重要意义。它相当于测量钻头宽度和确定测量起始点的尺。双方都需要这样的标尺来实现他们通讯的“同步”化。（包括位同步和帧同步）。

1.1.2 同步与异步

参照着数据被传送的时候显示的时间，可以区别出同步与异步两种通信，它们都是串行中存在的，异步通信主要是字符的形式，要传输的数据包由数据帧的结构构成。对于RS-232串行通信，首先设置起始位，停止位和数据位分别为1bit，1bit和8bit。没有设置检查位T，每个帧实际上可以发送传输一个字节的数据，依次进行之后就会累积成为数据包。传输进行中并不依赖特有的同步性好，因为其主要是依赖“约定”（字符格式、传输速率、时钟、检查模式等）对自身速度进行调整并同步，这帮助两者之间能够高效率地完成接收工作。同步通信则是传送者需要在进行传送之前先进行添加特殊电信号的工作，这多数情况下会是一到两个同步字符或者是标识符。如果接收方已经可以进行接收，那么传送者就可以持续进行数据输送。双方在数据传输过程中必须使用相同的时钟信号，以确保每个数据位能够保持同步。

1.2 通信网同步与同步网

由上文可见，我们现在所认定的网络同步是需要信号的相位或者是频率之间具有某种热别的联系，并在相应的有效短暂时间内以相同的速率发生。数据通信网络中的信息传输必须要得到PCM离散脉沖，而这个则需要一定的编码信息。数据传输非常重视准确性，如果信息在传送的时候就出现错漏，那么后续的操作就基本失去了有效率，而保障数据准确性的关键在于设备时钟效率的一致。如果两个设备的时钟效率开始错位，那么紧接着就因为比特流而引发滑动损害，给整个传输工作带来无法预期的损失。所以在进行同步工作的时候，应当特别关注参考时钟，用参考时钟来进行网络数字设备的时钟同步工作。在数字同步网络方面，中国目前分为三个层次。第一级以省，自治区，直辖市为总体布局的参考时钟。第二级是省，自治区，直辖市，市交通局和外汇局的电信大楼。第三级是LAN交换机和办公室为布局。在第一阶段主要是两种类型的参考时钟。一个是以铯原子钟为标准的中华人民共和国的国家参考时钟。这种是利用定时参考传输链路用于将参考信号的定时发送到省，自治区和市政当局。

2 网同步的基本原理

通过同步网络实现数字通信的网络同步，这种网络的同步过程是指能够提供参考定时信号的网络。同步控制有4种基本方法.

1）准同步意味着网络中的每个节点建立一个具有统一标称频率和频率容差的高精度独立时钟。

2）主、从同步模式在网络中定义设置主从时钟和多个从时钟，主时钟对从时钟信号频率的控制。

3）相互同步意味着网络中不含有主参考的基准时钟。每个时钟的信号都是从其他节点时钟定时接收，并将其自身锁定到所有接收定时信号频率的加权平均值之上。每个时钟进行相互作用。

4）混合同步模式将整个网络划分为多个同步区域，并设置主参考时钟，通过时钟配置同步节点。在同步区域的基础上，从同步网络的准同步模式推导出划分出的同步区间。根据《邮电通信技术规则》中“数字同步网络的规划方法和组织原理”目前，中国的数字同步网络采用的是由多个参考时钟组成混合同步模式。每个参考时钟与NCE时钟准同步，每个参考时钟控制在同步区域。对于主级别，节点网络是从同步开始的主级别之间的分区。根据上下层之间额的主从关系，上层节点只能向下层发送定时参考信号。

3 同步技术的应用

3.1 分布式测控系统

如何进行分布式测控系统的同步通信是可靠的呢？这需要应用3个设备，通常是8251A芯片、STD5221通信板和多调制解调器，通过这三个设备来进行串行同步通信，只要操作上不出现错漏，其结果的可靠性都比较高。8251A是通用同步通信接口，能够实现同步通信和异步通信。它在同步模式下工作，波特率通常在0到64K之间，可以用5-8位字符表示，允许1位奇偶校验。

实际操作中还有许多需要注意的地方，比如说8251A应当被初始化，之后才开始进行操作模式、速率等方面的确定，一旦要改变工作的模式，就必须在进行同样操作。不讨论特定的初始化编程。在分布式测控系统中，即使两个工作站通信，同步通信也需要非常严格的时钟。Qiang系统251A的标称频率相同，但每个晶体振荡器的频率不同。

如果在数据传输过程中出现了时钟移相的情况，就意味着同步通信可能要面临失败了，所以必须要把调制解调器给调整成为同步模式，让其RXC和TXC影響的8251A的时钟效率成为主要参考时钟，这样就能够一定程度地保障时钟顺利进行同步。在8251ACLK中，至少30倍的RXC和TXC频率被用作设备的内部定时。当传输开始时，TXD终端以TXC频率连续发送。如果传输缓冲区不能及时将数据写入CPU，则将同步符号以数据流的方式数据流传输到TXD，以保证数据的连续传输。通过8251A内部同步和外部同步，有两种同步接收数据的方法。这主要是模式字格式进行了同步设置。

3.2 IEEE1588下的通信网组网方案

在IEEE1588中，可以划分出五类网络节点模型，这五类分别是正常时钟OC（普通时钟），边界时钟BC（边界时钟），E2E等（E2E透明时钟），P2PTC（点对点透明时钟）和管理节点。IEEE1588的经典网络拓扑有两种模式：全网络同步（BC）和时间传输（TC），对于比特设备而言，时钟配置比较合适的应当是OC。在BC模式下，时钟/时间源位向承载设备注入时间/频率，收敛层中的主机设备为BC设备。然后将恢复时间和频率传输到基站。

E.NDPONT器件时钟是一种OC模式，具有时间/频率恢复能力。在这种模式下，BC设备节点的多个物理接口可以同时连接到多个同步域当中，这些同步域与上游时钟设备同步并将时钟频率分配到下游。在BC模式下，每个站可以以高时钟同步精度恢复时间和频率。但主机的BC必须很高，各工位需要支持完整的IEEE1588协议和BMC算法。TC模式的网络拓扑结构类似于BC模式，其中承载设备需要有一个带TC的透明时钟，不需要恢复频率时间。你只需要计算你自己的E2ETC或PPTC。同时，基站的OC设备必须支持频率和时间同步。骨干网络和区域网络是基于OTN的组网方法。

4 结论

同步技术在数字通信网络中的应用实现了更快和更有效的数据传输。对于一些需要同步、实时、高精度的应用，基于同步技术的网络效果更好。以上只是一个简单的研究，可能会有一些不足之处，但笔者希望它能起到参考作用，希望能与业界进行探讨。

参考文献

[1]陈智伟.浅谈数字通信网技术的发展[J].科技展望，2015（27）：18-19.

[2]马群，孙程远.数字通信网技术的发展分析[J].数字通信世界，2018（5）：46-47.