如何同步LTE-TDD和LTE-A網(wǎng)絡(luò )同時(shí)簡(jiǎn)化小型蜂窩部署(上)

     定 時(shí) 和 同 步 曾 經(jīng) 是 常 規 的 網(wǎng) 絡(luò ) 功 能 ， 但 隨 著(zhù) 移 動(dòng) 絡(luò ) 和 回 程 技 術(shù) 的 演 進(jìn) ， 其 需 求 發(fā) 生 了 速 變 化 。 運 營(yíng) 商 采 用IEEE 1588v2精確定時(shí)協(xié)議(IEEE 1588v2 Precision  Timing Protocol (PTP))或同步以太網(wǎng)(Synchronous Ethernet, SyncE)， 成 功 地 通 過(guò) 異 步 以 太 網(wǎng) 回 程 網(wǎng) 絡(luò ) 解 決 了 分 配 頻 率 同 步 的 挑 戰 。 然 而 ， LT E 時(shí) 分 雙 工 (LT E -T D D) 和 LT E -A dvan ced (LTE-A)帶來(lái)了新的非常嚴苛的時(shí)間和相位同步信號要求。 此外，多項新的回程技術(shù)也隨著(zhù)小型蜂窩的出現得到采用。 另一方面，定時(shí)(尤其是基于GPS的定時(shí))是這個(gè)行業(yè)的關(guān)鍵 性網(wǎng)絡(luò )安全元素，因為影響GPS定時(shí)的漏洞可以有多種形 式，包括惡意攻擊。
嚴苛的相位定時(shí)、新的回程技術(shù)和安全要求，將蜂窩 站點(diǎn)同步問(wèn)題推到了風(fēng)口浪尖。每個(gè)網(wǎng)絡(luò )的最佳解決方案取 決于若干基礎因素，并且充分利用同級最佳的精確時(shí)間協(xié)議 (PTP)主時(shí)鐘技術(shù)。高層建筑中的小型蜂窩網(wǎng)絡(luò )，還需要考

圖1  頻率、相位和時(shí)間同步
慮多個(gè)特別的因素，因此直到現在還是僅僅依靠使用在屋頂
安裝的定時(shí)接收器和天線(xiàn)，且天線(xiàn)與小型蜂窩的連接往往要 經(jīng)過(guò)長(cháng)長(cháng)的多層樓板布線(xiàn)，因此安裝困難且成本昂貴?，F 在，這些小型蜂窩可以使用新型GNSS主時(shí)鐘解決方案將天 線(xiàn)集成進(jìn)具有高性?xún)r(jià)比的單個(gè)的解決方案中，以實(shí)現占用面 積小和即插即用的安裝特性。

1 要求和挑戰
定時(shí)和同步是數字網(wǎng)絡(luò )運作的基礎，在過(guò)去，只需相 對簡(jiǎn)便的頻率同步便可滿(mǎn)足所有要求。然而，LTE-TDD 和 LTE-A技術(shù)增加了相位和時(shí)間同步要求，圖1所示為三者之 間的區別。精確和準確也非常重要，運營(yíng)商基于非常精確和準確 的基準參考來(lái)實(shí)現這兩個(gè)要求。在幾乎所有情況下，這個(gè) 參考都是來(lái)自GNSS衛星系統(GPS、GLONASS或北斗)傳輸 的信號。高質(zhì)量GNSS接收器從衛星信號導出頻率并計算時(shí) 間，而后，同步設備將它用作網(wǎng)絡(luò )定時(shí)的基準。最佳定時(shí)和 同步設備還使用其它頻率輸入，比如同步以太網(wǎng)或E1/T1信 號，使得解決方案在精確和準確的時(shí)間上快速收斂，并且在 GNSS信號受影響或只能斷續提供時(shí)更好的保持性能。
LTE-TDDT和LTE-A網(wǎng)絡(luò )中的時(shí)間和相位參考必須可追溯至國際協(xié)調時(shí)間(UTC)。ITU-T G.8272 定義要求如下：
? 主基準參考時(shí)鐘(PRTC)；
? 相比用于基準參考時(shí)鐘(PRC)的長(cháng)期成熟標準，具有 時(shí)間和相位改進(jìn)，以及用于頻率同步的基準參考源(PRS)；
若沒(méi)有共同的UTC時(shí)間基準，蜂窩基站便無(wú)法按預期

圖2  部分路徑支持和/或邊界主時(shí)鐘部署場(chǎng)景
運作。必需強調的是SyncE只是頻率參考，無(wú)法被PTP時(shí)鐘 (比如邊界時(shí)鐘)用作基準時(shí)間參考。對于定時(shí)要求非常嚴苛的無(wú)線(xiàn)通信應用來(lái)說(shuō)，倘若GPS定時(shí)接收器無(wú)法處理衛星數據，蜂窩基站也可使用早已部 署了的原子鐘振蕩器。在新的LTE網(wǎng)絡(luò )部署中，還使用高成 本效益的PTP/IEEE 1588技術(shù)。在重視成本但不一定需要保 持24小時(shí)低于1.5μs的嚴苛定時(shí)精度等級的基站/eNodeBs場(chǎng) 合，會(huì )采用這項技術(shù)來(lái)替代原子鐘振蕩器來(lái)保持和維護時(shí) 間和相位。PTP是第二級或第三級時(shí)間戳協(xié)議，它分配來(lái) 自主時(shí)鐘的精確定時(shí)，并且作為GNSS定時(shí)源的備份分配至 LTE eNodeBs，或者在無(wú)法獲取GNSS的信號場(chǎng)所用作基準定 時(shí)源。GNSS接收器和PTP是相輔相成的，PTP可以用于確認 GNSS接收器提供的精確定時(shí)，同樣，GNSS接收器也可以驗 證PTP提供精確的定時(shí)。

2  用于嚴苛的時(shí)間和相位同步的解決方案
現有三種已驗證的主要技術(shù)可以滿(mǎn)足LTE-TDD和LTE-A網(wǎng)絡(luò )嚴苛的相位和時(shí)間同步要求：“無(wú)處不在的GNSS”、帶有“全路徑支持”的PTP，以及具有“部分路徑支持和/或邊界主時(shí)鐘”的PTP。每種解決方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
? 無(wú)處不在的GNSS：GNSS接收器部署于每個(gè)移動(dòng)基 站，并且可以作為單獨的設備或嵌入在基站中。它還可以 集成在并置或附近的蜂窩基站路由器(CSR)或網(wǎng)絡(luò )接口設備 (NID)中， 如果它們也支持至基站的同步分配， 通常使用 PTP技術(shù)。這種方法雖然簡(jiǎn)單，可是并非在每個(gè)場(chǎng)點(diǎn)均是經(jīng) 濟或技術(shù)可行的，尤其用于公共接入小型蜂窩，它還將使得 eNodeBs易于受到GNSS信號的干擾。GNSS信號的易損性是 一個(gè)日益嚴重的問(wèn)題，因為信號在地球表面是非常微弱的， 易于受到干擾。選擇“無(wú)處不在的GNSS”方案的運營(yíng)商， 需要一個(gè)在這種技術(shù)不可行的情況下的替代解決方案，并 且，最好的實(shí)踐也要求運營(yíng)商擁有一個(gè)后備定時(shí)源。運營(yíng)商 需要使用其它解決方案作為基準定時(shí)解決方案，或者作為無(wú) 法部署GNSS的場(chǎng)所的替代源，或作為GNSS信號受損場(chǎng)所的 后備定時(shí)源。
? 具有全路徑支持的PTP規范(G.8275.1)：IEEE 1588-2008精確時(shí)間協(xié)議是一項經(jīng)過(guò)驗證的技術(shù)，在基于數據包的 回程網(wǎng)絡(luò )上分配同步信號至需要頻率同步的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )。通常 使用集中式PTP主時(shí)鐘(具有滿(mǎn)足G.8272 PRTC要求的GNSS 基準參考)來(lái)部署，而后，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )組件中與從時(shí)鐘軟件 或客戶(hù)時(shí)鐘軟件進(jìn)行互操作，使得客戶(hù)可以確定頻率并計算 時(shí)間。全路徑支持適合用于所有地點(diǎn)已經(jīng)部署新回程設備的 站點(diǎn)(比如新建部署(greenfield deployments))，但若用在其它 網(wǎng)絡(luò )場(chǎng)景中，便具有實(shí)際缺點(diǎn)。（未完待續）