比特同步

在數據通信中最基本的同步方式就是“比特同步”(bit synchronization)或位同步。比特是數據傳輸的最小單位。比特同步是指接收端時鐘已經調整到和發送端時鐘完全一樣，因此接收端收到比特流後，就能夠在每一個比特的中間位置進行判決。比特同步的目的是為了將發送端發送的每一個比特都正確地接收下來。

這就要在正確的時刻（通常就是在每一個比特的中間位置）對收到的電平根據事先已約定好的規則進行判決。

例如，電平若超過一定數值則為1，否則為0。

但僅僅有比特同步還不夠。因為數據要以幀為單位進行發送。若某一個幀有差錯，以後就重傳這個出錯的幀。因此一個幀應當有明確的界限，也就是説，要有幀定界符。

接收端在收到比特流後，必須能夠正確地找出幀定界符，以便知道哪些比特構成一個幀。接收端找到了幀定界符並確定幀的準確位置，就是完成了“幀同步”(frame synchronization)。在使用PCM的時分複用通信中（這種通信都採用同步通信方式），接收端僅僅能夠正確接收比特流是不夠的。接收端還必須準

確地將一個個時分複用幀區分出來。

因此用作同步的特殊時隙CH0包含一些特殊的比特組合，使接收端能夠將每一個時分複用幀的位置確定出來。這也叫做幀同步。 ^[1] 

網絡節點的物理層控制網絡節點與物理信道的物理連接，保證相鄰節點之間能夠正確地收發比特流。為了正確收發比特信號，必須解決比特同步問題。

比特同步方法可以分類如下：

實現比特同步的方法是在發信端和收信端各設一個時鐘。發信時鐘控制“把比特放上電路”；收信時鐘控制“採樣電路狀態”。

外同步法在於由發信方將“比特定時”送至收信方，作為收信端的時鐘。比特定時可以用單獨信道傳輸，也可以與信號共用信道。

比特定時單獨佔用信道的方法適合於並行傳輸的情況。共用信道的外同步方法適合於串行傳輸的情況，它又可包括插入導頻法和組合調製法等。

若信號為不歸0的二進制脈衝序列，其本身未包含有比特同步信號。頻譜的第一個零點處的頻率

。如果發信方在

插入一種導頻信號作為同步信號，而在收信方用中心頻率為

的窄帶濾波器提取該信號，則可獲得週期為

的同步信號。

為了減弱導頻信號對原來信號的影響，在收信方可採用“相減器”和“移相器”電路。

移相器用來抵消導頻信號經窄帶濾波器等引起的相移。如果相位和振幅調整得當，則可通過相減器消除導頻信號的影響。

這種方法是使比特定時信號和數據信號對載波進行雙重調製。

例如，數據信號對載波進行調頻或調相，而比特定時對載波進行調幅。這時可在接收端進行檢波，從而提取出比特定時信號。

比特同步由接收端直接從比特流中提取，這是數據通信中常用的方法。這種自同步法可分為濾波法和鎖相法兩類。鎖相法又有模擬式和數字式之分。

自同步法中最簡單的方法是直接從比特流中“濾取”比特定時信號。比特流若為歸零脈衝序列（收信端經解調後的基帶信號），對應的比特定時頻率1/T的幅度不為0。因此可在收信端設置中心頻率為1/T的窄帶濾波器濾出比特定時頻帶分量來。

比特流若為不歸零脈衝序列，則比特定時頻率（1/T）分量為0。因此不能象上述方法只加濾波器就可直接濾取比特定時。但是可將不歸零脈衝序列先經過放大、限幅、微分、整流等處理，將其轉換成歸零脈衝序列，再加濾波器濾取比特定時信號。

濾波器通頻帶越寬，比特定精度越低。而濾波器通頻帶越窄，對濾波器和發信端時鐘頻率穩定度要求越高。

濾波法雖然簡單，但若比特流中出現長時間的連續“1”或“0”時，系統將會完全失步。因此這種方法很少直接使用。

常用的自同步法是鎖相法。採用這種方法時，在接收端需要有三種機構：

第一，過零檢測器。它負責對解調後的基帶信號進行過零檢測，即基帶信號無論從正方向還是負方向經過零點時便產生信號，從而獲得數據信號中隱含的比特定時信號，並以此作為收信端的基準信號。

第二，本地時鐘源，收信端的這個本地時鐘源的頻率與發信端時鐘頻率很接近，但相位不可能一致，長時間的累計誤差將使發信端和收信端之間失步。

第三，調整機構，用過零檢測器獲得的定時基準信號控制本地時鐘源，使發信端和收信端保持同步。

第一，模擬式鎖相法。本地時鐘源為一頻率穩定且可受控的振盪器。過零檢測器獲得的過零信號與本地時鐘信號同時送入一鑑相器，進行相位比較，若相位不一致，則產生誤差信號，由它改變振盪器頻率，達到鎖相目的。

第二，數字式鎖相法。本地時鐘源的振盪頻率很高，通過多次分頻產生所需比特定時脈衝。數字鑑相器對分頻器產生的比特定時脈衝相位與過零檢測信號相位進行比較，當本地比特定時超前於過零檢測信號時，產生一個“減”信號，由它控制分頻器，扣除末級分頻器一個輸入脈衝，則使本地比特定時的相位滯後一個時間間隔（等於末級分頻器輸入脈衝週期）。如果經調整後，本地比特定時仍然超前，則繼續使相位後移直至不產生“減”信號為止。相反，數字鑑相器也可能產生“加”信號，使本地比特定時信號前移。從而，動態地控制發信端與收信端比特定時的相位保持在一定容許的範圍內。

這種方法全部採用數字電路實現，可以根據比特定時誤差要求，比較方便地進行比特定時子系統的設計，達到良好的性能。

產生比特定時信號的子系統通常包括在調制解調器中，所以在DTE-DCE接口線中有DCE輸出的比特定時（或稱信號碼元定時）信號線。在比特定時基礎上可以產生字節定時信號，所以在DTE-DCE接口線中一般還有DCE輸出的字節定時信號線，可以供選用。 ^[2]