在数据通信领域,【同步】这一术语分别出现在【同步技术】的不同层次里,同时和时分复用有紧密的联系,还有ATM(异步传输模式)。前面所说的同步、异步的概念之间有一定联系,但并不完全等同。本文主要辨析以下几个概念:

1)同步技术
2)异步传输与同步传输
3)同步时分复用,异步时分复用
4)ATM-异步传输模式


可以说,同步技术是大的概念,全部或部分包含另外几个概念与术语,因此,首先对同步技术做一个简单的介绍,其中大部分内容摘自网络;然后简要介绍复用技术,并重点阐明时分复用中的同步与同步技术的同步的关系。作者默认读者已经了解了最基本的术语与概念,故不对其中的基本原理详述,只着重于找出在较大范围上的术语里的内在联系与区别。


181747362.jpg


所谓同步是指收发双方在时间上步调一致,故也称为定时。在数字通信中,按照同步的功用可以将同步技术分为:载波同步、位同步、帧同步和网同步。

<同步技术>
(1)载波同步:载波同步是指在相干解调时,接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。在模拟调制以及数字调制过程中,要想实现相干解调,必须有相干载波。因此,载波同步是实现相干解调的先决条件;
(2)位同步:位同步又称为码元同步。在数字通信系统中,任何消息都是通过一连串码元序列传送的,所以接收时需要知道每个码元的起止时刻,以便在恰当的时刻进行取样判决。这就要求接收端必须提供一个位定时脉冲序列,该序列的重复频率与码元速率相同,相位与最佳取样判决时刻一致。提取这种定时脉冲序列的过程即称为位同步;
(3)帧同步:在数字通信中,信息流是用若干码元组成一个帧。在接收这些数字信息时,必须知道这些帧的起止时刻,否则接收端无法正确恢复信息。对于数字时分多路通信系统,如PCM30/32电话系统,各路码元都安排在指定的时隙内传送,形成一定的帧结构。为了使接收端能正确分离各路信号,在发送端必须提供每帧的起止标记,在接收端检测并获取这一标志的过程,称为帧同步;
(4)网同步:在获得了以上讨论的载波同步、位同步、帧同步之后,两点间的数字通信就可以有序、准确、可靠地进行了。然而,随着数字通信的发展,尤其是计算机通信的发展,多个用户之间的通信和数据交换,构成了数字通信网。显然,为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换,全网必须有一个统一的时间标准时钟,这就是网同步的问题。
以上摘自http://blog.sina.com.cn/s/blog_3f51fd6c010087fy.html
关于各种同步,其实前者依次是后者的基础。载波同步->位同步->帧同步->网同步
载波同步和位同步是数据通信的底层基础,保证可以从不规则的基带信号中判决出每一个原始的码元信号,形成最原始的基带信号。
值得一说的是帧同步,实际上应该用【群同步】更为恰当,帧同步是群同步最广泛使用的实例,实际上属于同步传输中的【面向比特的同步协议】,而同样属于群同步层次却不同于帧同步的技术,就是我们所说的【异步传输】了。也就是说,异步传输属于群同步,它也是同步技术!



【【异步传输】】特点是一个字符一个字符的传输,其实每一个字符内一样是需要同步的,但是每传送一个字符就重新同步一次,优点是可以允许收发双方的始终频率有轻微的偏差(但也不能偏差太多),缺点是传输效率低,速度慢,现在一般不使用。
【【同步传输】】同步传输是以同步的时钟节拍来发送数据信号的,因此在一个串行的数据流中,各信号码元之间的相对位置都是固定的(即同步的)。特点是一次传送一个数据块。要求收发设备有完全精确的同步,设备复杂,但传输效率高,速度高。其中包含面向字符的同步协议和面向比特的同步协议,而实际使用的只有后者。
可以说,载波同步和位同步是物理层的基础,帧同步是数据链路层的基础,只要确保了帧同步,点到点之间通信就可以成功了,那么【网同步】又是怎么一回事呢?这时就要引入【【复用技术】】与【【数字复接】】的概念了。

<复用技术>
181857464.jpg

复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道,然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。复用技术基本实现过程如下所示:
频分复用(FDM) ― 载波带宽被划分为多种不同频带的子信道,每个子信道可以并行传送一路信号。FDM 用于模拟传输过程。 时分复用(TDM) ― 在交互时间间隔内在同一信道上传送多路信号。TDM 广泛用于数字传输过程。
码分复用(CDM) ― 每个信道作为编码信道实现位传输(特定脉冲序列)。这种编码传输方式通过传输唯一的时间系列短脉冲完成,但在较长的位时间中则采用时间片断替代。每个信道,都有各自的代码,并可以在同一光纤上进行传输以及异步解除复用。
波分复用(WDM) ― 在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路光波信号。WDM 用于光纤信道。WDM 与 FDM 基于相同原理但是它应用于光纤信道上的光波传输过程。
粗波分复用(CWDM) - WDM 的扩张。每根光纤传送4到8种波长,甚至更多。应用于中型网络系统(区域或城域网)
密集型波分复用(DWDM) - WDM 的扩展。典型的 DWDM 系统支持8种或以上波长。显现系统支持上百种波长。

在这里,仅对时分复用展开论述,因为数字复接仅仅与时分复用这一种复用技术有关。

<数字复接系统>
在时分复用的PCM通信系统中,为了扩大传输容量,提高传输效率,必须提高传输速率。也就是说想办法把较低传输速率的数据码流变换成高速码流。数字复接终端就是这种把低速率码流变换成高速率码流的设备。数字复接系统由数字复接器和数字分接器两部分构成。把两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成单一的合路数字信号的过程称为数字复接,把完成数字复接功能的设备称为数字复接器。在接收端把一路复合数字信号分离成各支路信号的过程称为数字分接,把完成这种数字分接功能的设备称为数字分接器。数字复接器和数字分接器和传输信道共同构成了数字复接系统。

网同步的需求就出现在这里了:采用了数字复接技术的系统,为了进行分路和并路,必须调整各个方向送来的信码的速率和相位。如果不进行网同步,那么只能保证点到点的同步,在端到端传输(经过多个点)时无法同步,而如果端到端之间不进行同步那实际上根本无法通信。★如下图的左(1)与右(1)之间通信。帧同步只能保证左(1)与左复接器的同步,而左(1)与右(1)之间的同步必须有网同步来保证。

181956475.png
那么我们现在清楚了,复用技术中的同步是与网同步有关的,也是网同步的需求。那么,★网同步就是同步时分复用的基础了,同样,群/帧同步是所有复用技术的基础,也是所有组网技术的基础。

前面提到了时分复用与数字复接,这里的时分复用一般指的是【同步时分复用TDM】,而与此相对的概念是【异步/统计时分复用STDM】
【【同步时分复用】】(TDM):一个帧的若干时隙,按顺序编号,标号相同的成为一个子信道,传递同一路话路信息,速率恒定。固定分配带宽,对传递的信号无差别控制,并且不做任何处理,其流量控制基于呼叫延时制。所谓同步的意思就是固定好每个人的发送时隙!!完全不变,此为同步。

【【异步时分多路复用技术】】(ATDM):也叫做统计时分多路复用技术(STDM,Statistic Time-Division Multiplexing)。指的是将用户的数据划分为一个个时隙,不同用户的数据单元仍按照时分的方式来共享信道;但是不再使用物理特性中帧的时隙位置来标识不同信息通路,而是使用时隙的标头信息,也就是从逻辑的方式来标识信息通路。所谓异步的意思就是每个人想发就发,并不固定时隙!

那么剩下的【【异步传输模式ATM】】就很好解释了。其实这里的“异步”是相对于【TDM】中“同步”的概念,因为ATM网络属于异步时分复用(STDM)。要明确一点的是,所有网络,组网技术,必须保证的是群同步,但网同步却不一定要实现,如数据报网络中的以太网,就不需要实现网同步。不过,现代的以太网为了支持实时业务,实际上也嵌入了网同步的功能。一般来说,电路交换网络是必须实现网同步的,虚电路建议实现,而数据报一般不需实现,因为数据报初衷是尽力传输,考虑的是突发性的数据业务,而不是类似语音视频的实时业务。


最后总结一下三种同步的意义:

★★【同步技术】要求通信双发的时钟频率是相同或极为接近。其中,时钟略有偏差的双发应采取【异步传输】的方式,也就是每传输一个字节就要同步一次已做调整,而【同步传输】则时钟完全相同。【TDM同步时分复用】指的是每个人的发送时隙完全不变,而【ATM】的异步则采取STDM/ATDM的方式,与TDM相对。


关于分组交换,电路交换与复用技术之间的关系,以及交换技术的比较,以后讲再专门写一篇文章。