數(shù)字通信網(wǎng)中的同步技術及相關應用研究

雷澤軍

摘 要 在數(shù)字通信網(wǎng)絡中，存在兩種類型的通信方式，串行和并行。其中串行通信需要考慮的問題是要同步，并且可以根據(jù)不同的定時方式分為同步通信和異步通信。文章主要對同步技術展開討論，并和異步通訊進行對比，同時對一些比較典型的同步通信應用進行研究。

關鍵詞 數(shù)字通信網(wǎng)；同步技術；相關應用

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）225-0094-02

在數(shù)字通信系統(tǒng)中的數(shù)字信息是連續(xù)的符號序列。由于噪聲和碼間存在著干擾，必須采用匹配的解調(diào)器濾波器進行篩選采樣，才能獲得可靠的信息數(shù)據(jù)傳輸結果。然而，接收機不僅需要知道采樣的頻率，而且還必須準確地確定采樣信號的時間（即采樣頻率）。比特同步問題是數(shù)字通信中最重要的處理問題。同步系統(tǒng)的性能的好壞直接與通信系統(tǒng)的性能有關，甚至與通信系統(tǒng)能否正常運行有關?？梢哉f在同步通信系統(tǒng)中，“同步”是信息傳輸?shù)闹匾疤幔忍赝絼t是幀同步和網(wǎng)絡同步的基礎，只有保證同步系統(tǒng)的高效可靠，才能保證信息的可靠傳輸。

1 同步技術

1.1 準確區(qū)分同步和異步

1.1.1 串行與并行

籠統(tǒng)地劃分數(shù)據(jù)傳輸方式的話，可以分為串行和并行兩種方式，前者的特點在于使用單獨的一組并行通道，而后者則是以兩者間無同步為特征，無需起止或者是另外種類的同步信號去進行接送等操作。其傳動的高效性和快速性決定了它主要用于實時、快速的場合。與并行通信不同的是，在串行通信中，存在如何同步代碼組或字符的問題。如果問題沒有解決，數(shù)據(jù)就得不到成功傳輸。事實上，串聯(lián)的時候有需要遵守的“協(xié)議”，這確保了數(shù)據(jù)傳送的正確性，所以“協(xié)議”對于串行來說具有重要意義。它相當于測量鉆頭寬度和確定測量起始點的尺。雙方都需要這樣的標尺來實現(xiàn)他們通訊的“同步”化。（包括位同步和幀同步）。

1.1.2 同步與異步

參照著數(shù)據(jù)被傳送的時候顯示的時間，可以區(qū)別出同步與異步兩種通信，它們都是串行中存在的，異步通信主要是字符的形式，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包由數(shù)據(jù)幀的結構構成。對于RS-232串行通信，首先設置起始位，停止位和數(shù)據(jù)位分別為1bit，1bit和8bit。沒有設置檢查位T，每個幀實際上可以發(fā)送傳輸一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，依次進行之后就會累積成為數(shù)據(jù)包。傳輸進行中并不依賴特有的同步性好，因為其主要是依賴“約定”（字符格式、傳輸速率、時鐘、檢查模式等）對自身速度進行調(diào)整并同步，這幫助兩者之間能夠高效率地完成接收工作。同步通信則是傳送者需要在進行傳送之前先進行添加特殊電信號的工作，這多數(shù)情況下會是一到兩個同步字符或者是標識符。如果接收方已經(jīng)可以進行接收，那么傳送者就可以持續(xù)進行數(shù)據(jù)輸送。雙方在數(shù)據(jù)傳輸過程中必須使用相同的時鐘信號，以確保每個數(shù)據(jù)位能夠保持同步。

1.2 通信網(wǎng)同步與同步網(wǎng)

由上文可見，我們現(xiàn)在所認定的網(wǎng)絡同步是需要信號的相位或者是頻率之間具有某種熱別的聯(lián)系，并在相應的有效短暫時間內(nèi)以相同的速率發(fā)生。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中的信息傳輸必須要得到PCM離散脈沖，而這個則需要一定的編碼信息。數(shù)據(jù)傳輸非常重視準確性，如果信息在傳送的時候就出現(xiàn)錯漏，那么后續(xù)的操作就基本失去了有效率，而保障數(shù)據(jù)準確性的關鍵在于設備時鐘效率的一致。如果兩個設備的時鐘效率開始錯位，那么緊接著就因為比特流而引發(fā)滑動損害，給整個傳輸工作帶來無法預期的損失。所以在進行同步工作的時候，應當特別關注參考時鐘，用參考時鐘來進行網(wǎng)絡數(shù)字設備的時鐘同步工作。在數(shù)字同步網(wǎng)絡方面，中國目前分為三個層次。第一級以省，自治區(qū)，直轄市為總體布局的參考時鐘。第二級是省，自治區(qū)，直轄市，市交通局和外匯局的電信大樓。第三級是LAN交換機和辦公室為布局。在第一階段主要是兩種類型的參考時鐘。一個是以銫原子鐘為標準的中華人民共和國的國家參考時鐘。這種是利用定時參考傳輸鏈路用于將參考信號的定時發(fā)送到省，自治區(qū)和市政當局。

2 網(wǎng)同步的基本原理

通過同步網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)字通信的網(wǎng)絡同步，這種網(wǎng)絡的同步過程是指能夠提供參考定時信號的網(wǎng)絡。同步控制有4種基本方法.

1）準同步意味著網(wǎng)絡中的每個節(jié)點建立一個具有統(tǒng)一標稱頻率和頻率容差的高精度獨立時鐘。

2）主、從同步模式在網(wǎng)絡中定義設置主從時鐘和多個從時鐘，主時鐘對從時鐘信號頻率的控制。

3）相互同步意味著網(wǎng)絡中不含有主參考的基準時鐘。每個時鐘的信號都是從其他節(jié)點時鐘定時接收，并將其自身鎖定到所有接收定時信號頻率的加權平均值之上。每個時鐘進行相互作用。

4）混合同步模式將整個網(wǎng)絡劃分為多個同步區(qū)域，并設置主參考時鐘，通過時鐘配置同步節(jié)點。在同步區(qū)域的基礎上，從同步網(wǎng)絡的準同步模式推導出劃分出的同步區(qū)間。根據(jù)《郵電通信技術規(guī)則》中“數(shù)字同步網(wǎng)絡的規(guī)劃方法和組織原理”目前，中國的數(shù)字同步網(wǎng)絡采用的是由多個參考時鐘組成混合同步模式。每個參考時鐘與NCE時鐘準同步，每個參考時鐘控制在同步區(qū)域。對于主級別，節(jié)點網(wǎng)絡是從同步開始的主級別之間的分區(qū)。根據(jù)上下層之間額的主從關系，上層節(jié)點只能向下層發(fā)送定時參考信號。

3 同步技術的應用

3.1 分布式測控系統(tǒng)

如何進行分布式測控系統(tǒng)的同步通信是可靠的呢？這需要應用3個設備，通常是8251A芯片、STD5221通信板和多調(diào)制解調(diào)器，通過這三個設備來進行串行同步通信，只要操作上不出現(xiàn)錯漏，其結果的可靠性都比較高。8251A是通用同步通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)同步通信和異步通信。它在同步模式下工作，波特率通常在0到64K之間，可以用5-8位字符表示，允許1位奇偶校驗。

實際操作中還有許多需要注意的地方，比如說8251A應當被初始化，之后才開始進行操作模式、速率等方面的確定，一旦要改變工作的模式，就必須在進行同樣操作。不討論特定的初始化編程。在分布式測控系統(tǒng)中，即使兩個工作站通信，同步通信也需要非常嚴格的時鐘。Qiang系統(tǒng)251A的標稱頻率相同，但每個晶體振蕩器的頻率不同。

如果在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)了時鐘移相的情況，就意味著同步通信可能要面臨失敗了，所以必須要把調(diào)制解調(diào)器給調(diào)整成為同步模式，讓其RXC和TXC影響的8251A的時鐘效率成為主要參考時鐘，這樣就能夠一定程度地保障時鐘順利進行同步。在8251ACLK中，至少30倍的RXC和TXC頻率被用作設備的內(nèi)部定時。當傳輸開始時，TXD終端以TXC頻率連續(xù)發(fā)送。如果傳輸緩沖區(qū)不能及時將數(shù)據(jù)寫入CPU，則將同步符號以數(shù)據(jù)流的方式數(shù)據(jù)流傳輸?shù)絋XD，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸。通過8251A內(nèi)部同步和外部同步，有兩種同步接收數(shù)據(jù)的方法。這主要是模式字格式進行了同步設置。

3.2 IEEE1588下的通信網(wǎng)組網(wǎng)方案

在IEEE1588中，可以劃分出五類網(wǎng)絡節(jié)點模型，這五類分別是正常時鐘OC（普通時鐘），邊界時鐘BC（邊界時鐘），E2E等（E2E透明時鐘），P2PTC（點對點透明時鐘）和管理節(jié)點。IEEE1588的經(jīng)典網(wǎng)絡拓撲有兩種模式：全網(wǎng)絡同步（BC）和時間傳輸（TC），對于比特設備而言，時鐘配置比較合適的應當是OC。在BC模式下，時鐘/時間源位向承載設備注入時間/頻率，收斂層中的主機設備為BC設備。然后將恢復時間和頻率傳輸?shù)交尽?/p>

E.NDPONT器件時鐘是一種OC模式，具有時間/頻率恢復能力。在這種模式下，BC設備節(jié)點的多個物理接口可以同時連接到多個同步域當中，這些同步域與上游時鐘設備同步并將時鐘頻率分配到下游。在BC模式下，每個站可以以高時鐘同步精度恢復時間和頻率。但主機的BC必須很高，各工位需要支持完整的IEEE1588協(xié)議和BMC算法。TC模式的網(wǎng)絡拓撲結構類似于BC模式，其中承載設備需要有一個帶TC的透明時鐘，不需要恢復頻率時間。你只需要計算你自己的E2ETC或PPTC。同時，基站的OC設備必須支持頻率和時間同步。骨干網(wǎng)絡和區(qū)域網(wǎng)絡是基于OTN的組網(wǎng)方法。

4 結論

同步技術在數(shù)字通信網(wǎng)絡中的應用實現(xiàn)了更快和更有效的數(shù)據(jù)傳輸。對于一些需要同步、實時、高精度的應用，基于同步技術的網(wǎng)絡效果更好。以上只是一個簡單的研究，可能會有一些不足之處，但筆者希望它能起到參考作用，希望能與業(yè)界進行探討。

參考文獻

[1]陳智偉.淺談數(shù)字通信網(wǎng)技術的發(fā)展[J].科技展望，2015（27）：18-19.

[2]馬群，孫程遠.數(shù)字通信網(wǎng)技術的發(fā)展分析[J].數(shù)字通信世界，2018（5）：46-47.