在5G世界中將高精度時(shí)間分配給光網(wǎng)絡(luò )

移動(dòng)運營(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(zhù)巨大的風(fēng)險：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(lài)于GPS和其他被稱(chēng)為全球導航衛星系統（GNSS）的其他類(lèi)似區域性星座提供的精確時(shí)間，以便同步無(wú)線(xiàn)電、支持新應用并最大程度地減少干擾。如果由于干擾、欺騙、故障或其他事件導致GPS/GNSS無(wú)法使用，則引發(fā)的服務(wù)中斷將對系統性能造成災難性的影響。

正如電網(wǎng)極易受到可能導致大規?；馂模ㄈ缱罱永Ｄ醽喼莅l(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，甚至可能導致整個(gè)系統中斷。新技術(shù)能使移動(dòng)運營(yíng)商保護其網(wǎng)絡(luò )免受這些威脅的影響。這些技術(shù)在利用現有部署的同時(shí)，創(chuàng )造了在長(cháng)距離上分配超高精度時(shí)間的新架構。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(mǎn)足5G的高要求。

技術(shù)趨勢

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(cháng)，可用于向消費類(lèi)、工業(yè)、城市和特定細分市場(chǎng)提供新服務(wù)。從智能手機的高帶寬視頻傳輸，到自動(dòng)駕駛汽車(chē)、智能城市以及智能工廠(chǎng)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT），這些新服務(wù)都依賴(lài)于大量的傳感器、基站和其他設備的同步。

要做到這一點(diǎn)，需要在長(cháng)距離上傳遞非常精確的時(shí)間。沒(méi)有它，移動(dòng)運營(yíng)商將無(wú)法通過(guò)最大限度地減少中斷和風(fēng)險來(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)揮作用的計劃。與此同時(shí)，他們需要有效利用光網(wǎng)絡(luò )和其他現有基礎設施，這樣便無(wú)需在暗光纖上進(jìn)行昂貴的新投資。

標準機構對精確的時(shí)間和同步定義了非常嚴格的要求，例如主參考時(shí)鐘（PRTC），其中包括100納秒（ns）的PRTC A類(lèi)（PRTC-A）、40 ns的PRTC B類(lèi)（PRTC-B）和30 ns的增強型PRTC（ePRTC）的性能規范。為了滿(mǎn)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制來(lái)將時(shí)間從源傳輸到各種使用時(shí)間的設備（即基站、傳感器和車(chē)輛等）。

依靠GPS/GNSS滿(mǎn)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接收機存在一個(gè)技術(shù)漏洞。一旦GNSS接收機由于任何原因無(wú)法正確跟蹤衛星，就必須迅速停止使用無(wú)線(xiàn)電，以避免因無(wú)線(xiàn)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)和財務(wù)方面的考慮，運營(yíng)商迫切需要可以在多地減少甚至消除對GNSS的依賴(lài)的解決方案。

運營(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 )節點(diǎn)；以及這些網(wǎng)絡(luò )節點(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的性能規范，因此它可以在+/-1.5微秒內將精確時(shí)間傳遞到鏈的末端。路徑上的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)通常嵌入了滿(mǎn)足A類(lèi)（50 ns）或B類(lèi)（25 ns）的時(shí)間邊界時(shí)鐘（T-BC）功能。

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

一種不同的時(shí)間分配架構

高精度時(shí)間分配架構應具備多種功能，使運營(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。此架構應：

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

o   使用專(zhuān)用的lambda以便以最快的方式傳輸時(shí)間

o   最大限度地保護冗余時(shí)間源，此時(shí)間源滿(mǎn)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(mǎn)足當今標準（T-BC D類(lèi)5 ns）規定的最高性能水平的要求

這種類(lèi)型的多域架構提供了冗余式、亞微秒級的端到端授時(shí)功能，適合在數百英里范圍內以較低的成本傳遞每節點(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，還可以根據應用特定的要求配置這類(lèi)產(chǎn)品，以實(shí)現端到端授時(shí)，并在長(cháng)距離上擁有達納秒級的精確時(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營(yíng)商能否順利解決當今的關(guān)鍵GPS/GNSS漏洞。干擾、欺騙、故障或其他事件會(huì )導致5G網(wǎng)絡(luò )同步無(wú)線(xiàn)電、支持應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)間分配架構以最小的附加成本降低了這些風(fēng)險，并為運營(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的應用到在智能手機上接收高帶寬視頻）。