在5G世界中將高精度時間分配給光網(wǎng)絡(luò)

移動運(yùn)營商正在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重大變革。不過，他們面臨著巨大的風(fēng)險：通過這些網(wǎng)絡(luò)提供的高性能移動服務(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間，以便同步無線電、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無法使用，則引發(fā)的服務(wù)中斷將對系統(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間分配中斷的影響，甚至可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)中斷。新技術(shù)能使移動運(yùn)營商保護(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，創(chuàng)造了在長距離上分配超高精度時間的新架構(gòu)。它們不僅將附加成本降至最低，還提供了必要的性能來滿足5G的高要求。

技術(shù)趨勢

最新的LTE-Advanced和5G移動網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大的容量和帶寬增長，可用于向消費(fèi)類、工業(yè)、城市和特定細(xì)分市場提供新服務(wù)。從智能手機(jī)的高帶寬視頻傳輸，到自動駕駛汽車、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)，需要在長距離上傳遞非常精確的時間。沒有它，移動運(yùn)營商將無法通過最大限度地減少中斷和風(fēng)險來充分利用部署投資。此外，他們還必須制定能夠在GPS/GNSS故障時發(fā)揮作用的計劃。與此同時，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，這樣便無需在暗光纖上進(jìn)行昂貴的新投資。

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)對精確的時間和同步定義了非常嚴(yán)格的要求，例如主參考時鐘（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)制來將時間從源傳輸?shù)礁鞣N使用時間的設(shè)備（即基站、傳感器和車輛等）。

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

運(yùn)營商的其他考慮因素包括：使用網(wǎng)絡(luò)時從源到端點(diǎn)的時間分配；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，精確時間協(xié)議（PTP）最高級時鐘位于授時鏈的開頭，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）的時間邊界時鐘（T-BC）功能。

需要一種新型時間分配架構(gòu)來滿足這些要求和考慮因素，以允許運(yùn)營商保護(hù)其移動網(wǎng)絡(luò)免受GNSS中斷的影響，并在長距離上分配精確時間以覆蓋全國。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。

一種不同的時間分配架構(gòu)

高精度時間分配架構(gòu)應(yīng)具備多種功能，使運(yùn)營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間

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

o   提供兩個時間流向（東和西），這樣便可在從源到端點(diǎn)的過程中出現(xiàn)任何問題時利用冗余路徑

o   擁有一系列高精度邊界時鐘（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、亞微秒級的端到端授時功能，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間分配。

這種解決方案的一個示例是Microchip的TimeProvider 4100，它既可以配置為在授時鏈的源端具有PRTC-A和PRTC-B時間傳遞功能的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，并在長距離上擁有達(dá)納秒級的精確時間傳遞能力。

確保精確的授時

下一代高性能移動服務(wù)成功與否將取決于運(yùn)營商能否順利解決當(dāng)今的關(guān)鍵GPS/GNSS漏洞。干擾、欺騙、故障或其他事件會導(dǎo)致5G網(wǎng)絡(luò)同步無線電、支持應(yīng)用和將干擾降至最低所需的精確GPS/GNSS授時中斷。最新的高精度時間分配架構(gòu)以最小的附加成本降低了這些風(fēng)險，并為運(yùn)營商提供了所需的性能來支持要求較高的新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）。