在5G世界中將高精度時(shí)間分配給光網(wǎng)絡(luò)

移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商正在LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)的部署領(lǐng)域大力投資，這將為蜂窩通信和連接帶來(lái)重大變革。不過(guò)，他們面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)：通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)提供的高性能移動(dòng)服務(wù)非常依賴于GPS和其他被稱為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的其他類似區(qū)域性星座提供的精確時(shí)間，以便同步無(wú)線電、支持新應(yīng)用并最大程度地減少干擾。如果由于干擾、欺騙、故障或其他事件導(dǎo)致GPS/GNSS無(wú)法使用，則引發(fā)的服務(wù)中斷將對(duì)系統(tǒng)性能造成災(zāi)難性的影響。

正如電網(wǎng)極易受到可能導(dǎo)致大規(guī)?；馂?zāi)(如最近加利福尼亞州發(fā)生的大火)的氣候、炎熱、大風(fēng)和干燥植被的影響一樣，5G網(wǎng)絡(luò)也很容易受到精確時(shí)間分配中斷的影響，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)中斷。新技術(shù)能使移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商保護(hù)其網(wǎng)絡(luò)免受這些威脅的影響。這些技術(shù)在利用現(xiàn)有部署的同時(shí)，創(chuàng)造了在長(zhǎng)距離上分配超高精度時(shí)間的新架構(gòu)。它們不僅將附加成本降至最低，還提供了必要的性能來(lái)滿足5G的高要求。

技術(shù)趨勢(shì)

最新的LTE-Advanced和5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了巨大的容量和帶寬增長(zhǎng)，可用于向消費(fèi)類、工業(yè)、城市和特定細(xì)分市場(chǎng)提供新服務(wù)。從智能手機(jī)的高帶寬視頻傳輸，到自動(dòng)駕駛汽車、智能城市以及智能工廠的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，這些新服務(wù)都依賴于大量的傳感器、基站和其他設(shè)備的同步。

要做到這一點(diǎn)，需要在長(zhǎng)距離上傳遞非常精確的時(shí)間。沒(méi)有它，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商將無(wú)法通過(guò)最大限度地減少中斷和風(fēng)險(xiǎn)來(lái)充分利用部署投資。此外，他們還必須制定能夠在GPS/GNSS故障時(shí)發(fā)揮作用的計(jì)劃。與此同時(shí)，他們需要有效利用光網(wǎng)絡(luò)和其他現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，這樣便無(wú)需在暗光纖上進(jìn)行昂貴的新投資。

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)對(duì)精確的時(shí)間和同步定義了非常嚴(yán)格的要求，例如主參考時(shí)鐘(PRTC)，其中包括100納秒(ns)的PRTC A類(PRTC-A)、40 ns的PRTC B類(PRTC-B)和30 ns的增強(qiáng)型PRTC(ePRTC)的性能規(guī)范。為了滿足這些要求，必須要有高質(zhì)量的時(shí)間源，并且需要一種非常有彈性、高效且高性能的分配機(jī)制來(lái)將時(shí)間從源傳輸?shù)礁鞣N使用時(shí)間的設(shè)備(即基站、傳感器和車輛等)。

依靠GPS/GNSS滿足這些要求的問(wèn)題在于，鑒于端點(diǎn)的密度越來(lái)越高，其部署成本可能會(huì)很高。此外，位于蜂窩基站的GNSS接收機(jī)存在一個(gè)技術(shù)漏洞。一旦GNSS接收機(jī)由于任何原因無(wú)法正確跟蹤衛(wèi)星，就必須迅速停止使用無(wú)線電，以避免因無(wú)線電使用的振蕩器技術(shù)的保持期短而引起的干擾問(wèn)題。由于這些技術(shù)和財(cái)務(wù)方面的考慮，運(yùn)營(yíng)商迫切需要可以在多地減少甚至消除對(duì)GNSS的依賴的解決方案。

運(yùn)營(yíng)商的其他考慮因素包括：使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)從源到端點(diǎn)的時(shí)間分配;網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);以及這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以支持的各種同步功能。通常，精確時(shí)間協(xié)議(PTP)最高級(jí)時(shí)鐘位于授時(shí)鏈的開(kāi)頭，并且符合100 ns PRTC-A或40 ns PRTC-B的性能規(guī)范，因此它可以在+/-1.5微秒內(nèi)將精確時(shí)間傳遞到鏈的末端。路徑上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常嵌入了滿足A類(50 ns)或B類(25 ns)的時(shí)間邊界時(shí)鐘(T-BC)功能。

需要一種新型時(shí)間分配架構(gòu)來(lái)滿足這些要求和考慮因素，以允許運(yùn)營(yíng)商保護(hù)其移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)免受GNSS中斷的影響，并在長(zhǎng)距離上分配精確時(shí)間以覆蓋全國(guó)。此外，這種架構(gòu)還必須提供必要的性能，以滿足5G需求的端到端預(yù)算。

一種不同的時(shí)間分配架構(gòu)

高精度時(shí)間分配架構(gòu)應(yīng)具備多種功能，使運(yùn)營(yíng)商能以最有效的方式消除GPS/GNSS漏洞，并解決其5G網(wǎng)絡(luò)中的其他挑戰(zhàn)。此架構(gòu)應(yīng)：

o 充分利用現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)(從而避免高昂的暗光纖費(fèi)用)

o 使用專用的lambda以便以最快的方式傳輸時(shí)間

o 最大限度地保護(hù)冗余時(shí)間源，此時(shí)間源滿足30 ns ePRTC的最高性能，并采用銫原子鐘和GNSS的組合

o 提供兩個(gè)時(shí)間流向(東和西)，這樣便可在從源到端點(diǎn)的過(guò)程中出現(xiàn)任何問(wèn)題時(shí)利用冗余路徑

o 擁有一系列高精度邊界時(shí)鐘(HP BC)，可滿足當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)(T-BC D類5 ns)規(guī)定的最高性能水平的要求

這種類型的多域架構(gòu)提供了冗余式、亞微秒級(jí)的端到端授時(shí)功能，適合在數(shù)百英里范圍內(nèi)以較低的成本傳遞每節(jié)點(diǎn)5納秒的高性能精確時(shí)間分配。

這種解決方案的一個(gè)示例是Microchip的TimeProvider 4100，它既可以配置為在授時(shí)鏈的源端具有PRTC-A和PRTC-B時(shí)間傳遞功能的ePRTC，也可以配置為光網(wǎng)絡(luò)路徑上的HP BC。此外，還可以根據(jù)應(yīng)用特定的要求配置這類產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)端到端授時(shí)，并在長(zhǎng)距離上擁有達(dá)納秒級(jí)的精確時(shí)間傳遞能力。

確保精確的授時(shí)

下一代高性能移動(dòng)服務(wù)成功與否將取決于運(yùn)營(yíng)商能否順利解決當(dāng)今的關(guān)鍵GPS/GNSS漏洞。干擾、欺騙、故障或其他事件會(huì)導(dǎo)致5G網(wǎng)絡(luò)同步無(wú)線電、支持應(yīng)用和將干擾降至最低所需的精確GPS/GNSS授時(shí)中斷。最新的高精度時(shí)間分配架構(gòu)以最小的附加成本降低了這些風(fēng)險(xiǎn)，并為運(yùn)營(yíng)商提供了所需的性能來(lái)支持要求較高的新5G服務(wù)(從基于IoT的應(yīng)用到在智能手機(jī)上接收高帶寬視頻)。