中興通訊5G網(wǎng)絡(luò)在承載網(wǎng)中的高精度時(shí)間同步方案解析

在11月14-16日舉辦的中國(guó)移動(dòng)全球合作伙伴大會(huì)上，5G最新成果相繼在各大展臺(tái)登場(chǎng)亮相，憑借新穎的應(yīng)用加炫酷的視覺，極其吸引人們的眼球，比如鋼琴樂曲的演奏，5G超時(shí)空全息體驗(yàn)等。隨著這些5G新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，未來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量可能成爆炸性增長(zhǎng)，對(duì)基站回傳帶寬需求大幅提升，除此以外5G網(wǎng)絡(luò)的切片服務(wù)、超低時(shí)延業(yè)務(wù)、高精度時(shí)間同步等網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)都對(duì)承載網(wǎng)提出了更多、更高的要求。本文將重點(diǎn)對(duì)中興通訊承載網(wǎng)的高精度時(shí)間同步方案做詳細(xì)介紹。

5G時(shí)間同步需求主要體現(xiàn)在基本業(yè)務(wù)時(shí)間同步需求、協(xié)同業(yè)務(wù)時(shí)間同步需求和新業(yè)務(wù)時(shí)間同步需求三個(gè)方面?；緲I(yè)務(wù)時(shí)間同步需求是所有TDD制式無(wú)線系統(tǒng)的共性要求，主要是為了避免上下行時(shí)隙干擾。在5G系統(tǒng)將廣泛使用的MIMO、多點(diǎn)協(xié)同（CoMP）、載波聚合（CA）等協(xié)同技術(shù)，也對(duì)時(shí)間同步有嚴(yán)格的要求；5G網(wǎng)絡(luò)在承載車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型業(yè)務(wù)時(shí)，需要提供基于到達(dá)時(shí)間差（TDOA）的基站定位業(yè)務(wù)。在3GPP協(xié)議中，規(guī)定了不同場(chǎng)景下，對(duì)時(shí)間同步的需求，見下表1：

表1. 5G各種應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)時(shí)間精度的新要求

反觀當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)我們面臨如下的問題：

傳統(tǒng)的基站時(shí)間同步方案包含直掛GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，如GPS/北斗）獲取時(shí)間以及地面PTP同步兩種方案。基站直掛GNSS的方案需要每個(gè)基站都增加相應(yīng)成本，由于未來(lái)5G基站數(shù)量將進(jìn)一步增加，投資巨大。同時(shí)，GNSS天線的安裝對(duì)凈空、防雷和產(chǎn)權(quán)糾紛等有諸多施工要求等問題，因此室內(nèi)設(shè)備部署GNSS天線的工程安裝困難，總體部署成本居高不下。地面PTP同步方案是GNSS的補(bǔ)充和增強(qiáng)，具有安全性較高的優(yōu)勢(shì)。但傳統(tǒng)方案也有一些問題：首先是時(shí)間源設(shè)備，前期業(yè)界主流的時(shí)間源設(shè)備精度僅有100ns級(jí)別，精度較低；其次是目前的傳統(tǒng)承載網(wǎng)絡(luò)的端到端時(shí)間精度為μs級(jí)別，不能滿足5G新技術(shù)、新場(chǎng)景對(duì)時(shí)間精度的要求。

為支持全生命周期的5G承載網(wǎng)絡(luò)，中興通訊積極探索超高精度時(shí)間同步解決方案，并于2017年提出了“3A”時(shí)間同步方案，包括如下幾個(gè)方面。

在時(shí)間源層面，通過引入共視差分時(shí)鐘源（common view difference time source)，即多地時(shí)間服務(wù)器在同一時(shí)刻接收同一顆導(dǎo)航衛(wèi)星的GPS信息，以消除衛(wèi)星鐘的影響以及大部分路徑延遲的影響，提高了兩地相對(duì)時(shí)鐘差的精度，從而達(dá)到高精度時(shí)間比對(duì)。理論上導(dǎo)航衛(wèi)星共視法比對(duì)的精度可達(dá)3~5ns。通過一個(gè)共視主時(shí)鐘源+多個(gè)共視從時(shí)鐘源的組網(wǎng)方式（見圖1），有效提高授時(shí)精度，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

圖1. 共視差分網(wǎng)

在設(shè)備層面，基于中興通訊自研芯片，利用創(chuàng)新的PTP時(shí)戳處理方式，將時(shí)間戳處理位置從MAC層移到了PCS層，提高了時(shí)戳的精度；采用時(shí)鐘化的相位檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)使用較低頻率的時(shí)鐘獲得較高精度的時(shí)間;同時(shí)，優(yōu)化承載設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)時(shí)間分發(fā)誤差?；谝陨霞夹g(shù)的綜合應(yīng)用，有效地消除了PTP計(jì)算和系統(tǒng)分發(fā)引入的誤差，成功將單節(jié)點(diǎn)設(shè)備的時(shí)間精度由業(yè)界平均的±30ns提高至±5ns水平，達(dá)到G.8273.2協(xié)議定義的Class D的水平，處于業(yè)界領(lǐng)先地位。

另外，為適應(yīng)新一代承載設(shè)備FlexE接口時(shí)鐘時(shí)間傳遞的新特性，和解決新老不同精度的設(shè)備混合組網(wǎng)時(shí)間源選擇的問題，中興通訊引入了FlexE接口的時(shí)間同步和精度加權(quán)的BMC算法。FlexE接口時(shí)鐘時(shí)間傳遞，以FlexE Group或FLexE端口建立PTP時(shí)間端口。同步報(bào)文通過FlexE開銷方式承載，F(xiàn)lexE開銷幀結(jié)構(gòu)中第6行的完整66B block用于同步報(bào)文填寫，采用FlexE復(fù)幀方式對(duì)PTP和SSM報(bào)文進(jìn)行傳輸。

在時(shí)間同步網(wǎng)的架構(gòu)和部署層面，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求采用時(shí)間源設(shè)備下沉方案，減少時(shí)鐘跳數(shù)，并嚴(yán)格要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)（見圖2）。通過將時(shí)間源設(shè)備部署在匯聚層的邊緣，減少跳數(shù)，同時(shí)基站側(cè)可減低GNSS接收器的成本，降低運(yùn)營(yíng)商投資。 另外，相比傳統(tǒng)時(shí)間源，新型的高精度時(shí)鐘源設(shè)備精度也提高至±30ns，精度提高了70%。最后，時(shí)間同步配置檢測(cè)更高效，故障定位更快捷，提高了網(wǎng)絡(luò)的自愈力。

圖2. 時(shí)間源下沉示意圖

5G超高精度時(shí)間同步網(wǎng)，可以填補(bǔ)室內(nèi)高精度定位的空白，為室內(nèi)高精度位置服務(wù)和室外無(wú)縫位置服務(wù)提供支撐。在行業(yè)級(jí)應(yīng)用方面，將使能制造業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和軌道交通等行業(yè)的高精定位應(yīng)用，基于車輛位置服務(wù)的車流量監(jiān)控與管理將使智慧交通成為現(xiàn)實(shí)。通過車流精密監(jiān)控，提前預(yù)測(cè)車流，調(diào)整紅綠燈時(shí)間，調(diào)整潮汐車道，從根本上解決城市交通擁堵問題。在消費(fèi)級(jí)應(yīng)用方面，將開啟智慧商超、智能場(chǎng)景感知、智能家居等高精定位應(yīng)用，比如在大型Shopping Mall中，為手機(jī)用戶提供店鋪導(dǎo)航；基于手機(jī)用戶的位置進(jìn)行精準(zhǔn)廣告推送服務(wù)等。

綜上，中興通訊5G超高精度時(shí)間同步網(wǎng)，必將5G網(wǎng)絡(luò)商用部署提供基礎(chǔ)支撐，為行業(yè)級(jí)應(yīng)用和消費(fèi)級(jí)應(yīng)用提供強(qiáng)有力保障。?