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          EEPW首頁(yè) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 智能城域網(wǎng)5G承載時(shí)鐘同步部署研究

          智能城域網(wǎng)5G承載時(shí)鐘同步部署研究

          作者:項(xiàng)朝君,劉倩,黃華峰,馬淼娜,呂艷娜(中國(guó)聯(lián)通河南分公司,鄭州 450000) 時(shí)間:2021-12-27 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:隨著5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模建設(shè),相比2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò),5G網(wǎng)絡(luò)提出了嚴(yán)格的時(shí)間同步要求。在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí),除基站自身配置GPS衛(wèi)星接收作為主用時(shí)鐘同步方案外,同時(shí)考慮采用1588v2技術(shù)作為備用時(shí)鐘同步方案。本文針對(duì)智能城域網(wǎng)5G承載時(shí)鐘同步方案進(jìn)行研究,通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)時(shí)間同步方案存在的種種問(wèn)題,提出在智能城域網(wǎng)部署1588v2時(shí)鐘同步的方案,通過(guò)1588v2技術(shù)提高5G承載時(shí)鐘同步精度及可靠性,從而保證基站間的同步需求。

          作者簡(jiǎn)介:劉倩,中國(guó)聯(lián)通河南分公司云網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中心,E-mail:liuq46@chinaunicom.cn。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202112/430612.htm

          在5G 業(yè)務(wù)場(chǎng)景中,對(duì)于基本業(yè)務(wù)和協(xié)同業(yè)務(wù)我們主要采用的是TDD 模式,具體要求是對(duì)諸如eMBB 這些基本業(yè)務(wù)需要滿足微秒級(jí)的同步標(biāo)準(zhǔn),即小于±1.5 μs,而對(duì)于協(xié)同業(yè)務(wù)以及更高時(shí)間精度的業(yè)務(wù)需要滿足納秒級(jí)的同步標(biāo)準(zhǔn)[1],即小于±350 ns。

          傳統(tǒng)的方案主要有2 種,如圖1 所示,一種是GPS 同步方案,另一種是 同步方案。GPS同步方案一般是在每個(gè)基站隨站部署,無(wú)需經(jīng)過(guò)承載網(wǎng)。 同步方案利用 協(xié)議在核心側(cè)部署B(yǎng)ITS設(shè)備,引入時(shí)間源并通過(guò)承載網(wǎng)將到基站側(cè),以實(shí)現(xiàn)基站之間的[1]。該方案需要在承載網(wǎng)中部署1588v2 協(xié)議。單GPS 方案精度較高且故障易定位,但存在選址難、設(shè)備易老化、壞損率高、缺少備份、安全隱患大等不足之處。1588v2 同步方案支持網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換,可靠性高。GPS+1588v2 混合方案兼?zhèn)銰PS 和1588v2 的特點(diǎn),在GPS 隨站部署的同時(shí)通過(guò)1588v2 來(lái)傳遞核心側(cè)的時(shí)鐘源,利用雙源部署方式具備高精度和高可靠性,在覆蓋方面也解決了GPS 天線選址難的問(wèn)題,可以實(shí)現(xiàn)100% 覆蓋。

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          圖1 傳統(tǒng)的方法

          1   基于5G網(wǎng)絡(luò)的1588v2時(shí)間同步網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

          1.1 5G對(duì)的需求

          隨著5G 新興業(yè)務(wù)的發(fā)展和需求,中國(guó)聯(lián)通在城域?qū)用鏄?gòu)建了一張“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)管理智能化”的面向5G業(yè)務(wù)為主融合承載的新型絡(luò),即。結(jié)合5G 用戶滲透率以及流量模型連續(xù)性增長(zhǎng)等因素,智能城域網(wǎng)前期承載以5G 基站業(yè)務(wù)為主。因此,作為5G 業(yè)務(wù)承載的智能城域網(wǎng),設(shè)備都需要同步部署1588v2 協(xié)議作為5G 的備用手段,在5G 移動(dòng)回傳網(wǎng)內(nèi)逐點(diǎn)傳遞高精度時(shí)間和頻率信號(hào)至需要同步的5G 基站,從而保證基站間的同步需求。

          1.2 基于1588v2的本地高精度時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

          目前本地高精度時(shí)間同步網(wǎng)僅限于智能城域網(wǎng)本地網(wǎng)范圍內(nèi)的移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)使用,適用于5G 網(wǎng)絡(luò)中的諸如eMBB 的基本業(yè)務(wù)需求,對(duì)于協(xié)同業(yè)務(wù)以及未來(lái)更高時(shí)間精度的業(yè)務(wù)需求,將進(jìn)一步通過(guò)高精度時(shí)間源、時(shí)間源下移的高精度小BITS 等方案實(shí)現(xiàn)。

          基于1588v2 的本地時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)為:在本地網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)即智能城域網(wǎng)MCR 節(jié)點(diǎn)配置一主一備2 套1588v2 高精度時(shí)間服務(wù)器,輸出標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間和頻率參考信號(hào),傳輸承載網(wǎng)絡(luò)完成1588v2 端到端部署,具體實(shí)現(xiàn)為時(shí)間服務(wù)器至基站間的承載網(wǎng)元,如WDM/OTN、智能城域網(wǎng)設(shè)備等,設(shè)置為1588v2 中的邊界時(shí)鐘BC 模式,跟蹤并逐點(diǎn)恢復(fù)和傳遞高精度時(shí)間服務(wù)器輸出的時(shí)間及頻率基準(zhǔn)參考信號(hào)。5G 基站可設(shè)置為邊界時(shí)鐘BC 或者普通時(shí)鐘OC 模式。基于1588v2 的本地高精度時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2 所示。

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          圖2 基于1588v2的本地高精度時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

          2   5G時(shí)間同步方案對(duì)比

          2.1 5G時(shí)鐘同步支持情況及時(shí)鐘參考源

          5G 基站gNodeB 時(shí)鐘同步推薦使用時(shí)間同步方式,gNodeB 時(shí)鐘具體精度要求為:5G NR 基本業(yè)務(wù)時(shí)間同步精度要求優(yōu)于3 μs(±1. μs)。

          由于5G 分為TDD和FDD,對(duì)于這兩種不同的系統(tǒng),滿足5G 時(shí)鐘同步的可選時(shí)鐘源解決方案[2]如表1 所示。

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          2.2 5G時(shí)間同步方案

          5G 時(shí)間同步方案大致可以分為如下2 種。

          1)GPS 為主的方案

          ①隨站部署GPS;

          ② GPS 為主,1588v2 為輔(核心層BITS):一階段隨站部署GPS,二階段承載網(wǎng)端到端開通1588v2。

          2)以1588v2 為主的方案

          ① 1588v2( 核心層BITS): 承載網(wǎng)全網(wǎng)開通1588v2;

          ② 1588v2(接入層BITS):BITS 下沉到接入層,局部開通1588v2;

          ③ 1588v2(核心層+ 接入層BITS):一階段承載網(wǎng)局部開通1588v2,二階段承載網(wǎng)全網(wǎng)開通1588v2。

          3   智能城域網(wǎng)1588v2部署方案

          3.1 智能城域網(wǎng)1588v2部署策略

          根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維智能化發(fā)展要求,綜合考慮高精度時(shí)間同步網(wǎng)的時(shí)間傳遞精度、運(yùn)維自動(dòng)化、端到端管理等因素,智能城域網(wǎng)1588v2 部署整體策略為全網(wǎng)部署1588v2 作為基站時(shí)間源的備份。

          3.2 智能城域網(wǎng)與時(shí)鐘服務(wù)器對(duì)接原則

          1588v2 高精度時(shí)間服務(wù)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間參考信號(hào)通過(guò)智能城域網(wǎng)的核心/MCR、匯聚/MER、接入/MAR、WDM/OTN 網(wǎng)絡(luò)(部分場(chǎng)景)鏈路傳遞至5G 基站。

          為保證精確時(shí)間傳遞,整個(gè)1588v2 時(shí)間域(包括時(shí)間服務(wù)器、WDM/OTN 網(wǎng)元、智能城域網(wǎng)網(wǎng)元、5G 基站)都需要頻率同步作為支持基礎(chǔ),因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成兩個(gè)邏輯層面[3]:頻率層和時(shí)間層,通常采用SyncE+PTP 方式, 即頻率層同步采用同步以太技術(shù),時(shí)間層同步采用PTP 技術(shù)。

          3.3 高精度時(shí)間服務(wù)器部署原則

          在需要部署的每個(gè)本地網(wǎng)內(nèi)暫按配置一主一備2 套1588v2 高精度時(shí)間服務(wù)器(PRTC+GM)設(shè)備,應(yīng)必須采用GPS/ 北斗雙模接收模式。

          1588v2 高精度時(shí)間服務(wù)器原則上應(yīng)部署于本地網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)機(jī)房,以便于將標(biāo)準(zhǔn)的頻率和時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)不同的匯聚和接入環(huán)路傳遞至5G 基站設(shè)備。對(duì)于多核心節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),應(yīng)保證1588v2 高精度時(shí)間服務(wù)器(PRTC+GM)設(shè)備的同步服務(wù)能夠覆蓋全網(wǎng),且服務(wù)能力形成主備關(guān)系。

          3.4 智能城域網(wǎng)1588v2部署原則

          智能城域網(wǎng)應(yīng)用于5G 回傳網(wǎng)絡(luò),具體部署需要滿足5G 要求的同步狀態(tài)機(jī)制。5G 移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)中頻率同步信號(hào)與時(shí)間同步信號(hào)應(yīng)盡量保證來(lái)自同一個(gè)參考源[4],即時(shí)間同步(PTP)信號(hào)及頻率同步(SyncE)信號(hào)均溯源至部署在本地網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)的同一套高精度時(shí)間服務(wù)器設(shè)備的以太接口(默認(rèn)GE 光口)。

          移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)傳遞1588v2 時(shí),需要頻率同步進(jìn)行支撐。部署1588v2 前應(yīng)提前配置好網(wǎng)絡(luò)頻率路徑,可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況進(jìn)行全網(wǎng)頻率主備用鏈路設(shè)計(jì),應(yīng)注意避免成環(huán),保證頻率網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性。

          3.5 智能城域網(wǎng)1588v2配置實(shí)現(xiàn)

          以華為設(shè)備為例, 智能城域網(wǎng)全網(wǎng)MCR/MER/MAR 設(shè)備逐段使能1588v2 功能,使能端口時(shí)鐘同步功能,配置參與時(shí)鐘選源的端口優(yōu)先級(jí)。

          MCR/MER/MAR 設(shè)備全局功能項(xiàng)配置,見(jiàn)表2。

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          MCR/MER/MAR 端口時(shí)鐘配置,見(jiàn)表3。

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          時(shí)鐘同步基于物理接口,不管接口是否加入了鏈路聚合組(Eth-Trunk),時(shí)鐘不受影響,時(shí)鐘報(bào)文逐跳端口終結(jié),不會(huì)被Eth-Trunk 負(fù)載分擔(dān)。若設(shè)備之間通過(guò)Eth-Trunk 對(duì)接,建議只需要在Eth-Trunk 的任意一個(gè)成員接口配置時(shí)鐘同步即可,其他成員接口無(wú)需配置。

          3.6 智能城域網(wǎng)線路時(shí)鐘優(yōu)先級(jí)和同步路徑規(guī)劃原則

          當(dāng)需要設(shè)置外部輸入時(shí)鐘信號(hào)或者1588 時(shí)鐘源參與系統(tǒng)選源時(shí),需要指定該外部時(shí)鐘源等級(jí),如果不指定則該時(shí)鐘信號(hào)不可以參與選源。缺省情況下,線路時(shí)鐘參考源的優(yōu)先級(jí)為0,此時(shí)該時(shí)鐘源不能參與選源。如要使該時(shí)鐘源參與系統(tǒng)選源,需要先為其配置選源優(yōu)先級(jí)。接口時(shí)鐘優(yōu)先級(jí)為本地優(yōu)先級(jí),此參數(shù)只在本設(shè)備內(nèi)部使用,不會(huì)通過(guò)報(bào)文傳遞給其他設(shè)備。

          在實(shí)際選源過(guò)程中,時(shí)鐘源質(zhì)量等級(jí)(QL)的優(yōu)先級(jí)大于時(shí)鐘源優(yōu)先級(jí)。使能SSM 級(jí)別參與選源時(shí),優(yōu)先根據(jù)時(shí)鐘源質(zhì)量等級(jí)的高低順序選擇同步參考源。未使能SSM 級(jí)別參與選源或使能SSM 級(jí)別參與選源但QL 相等時(shí),系統(tǒng)依據(jù)時(shí)鐘源優(yōu)先級(jí)的高低順序選擇時(shí)鐘參考源[5]。

          智能城域網(wǎng)以太時(shí)鐘優(yōu)先級(jí)越小越優(yōu)先,優(yōu)先級(jí)取值范圍為1~255,0 不參與選源。智能城域網(wǎng)同步以太需要合理規(guī)劃,避免成環(huán),總體原則為跟上不跟下,同級(jí)拆分。智能城域網(wǎng)線路時(shí)鐘優(yōu)先級(jí)典型組網(wǎng)如圖3 所示。

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          圖3 智能城域網(wǎng)線路時(shí)鐘優(yōu)先級(jí)典型組網(wǎng)

          智能城域網(wǎng)部署主備雙時(shí)鐘源(BITS), 接入MCR-1 和MCR-2,實(shí)現(xiàn)了1588v2 的多源保護(hù)機(jī)制。若現(xiàn)網(wǎng)發(fā)生鏈路故障或者網(wǎng)元整機(jī)故障,時(shí)鐘同步路徑將產(chǎn)生變化。

          4   未來(lái)智能城域網(wǎng)如何提供高精度同步

          技術(shù)的不斷發(fā)展,其同步要求越來(lái)越高,包括時(shí)鐘源、鎖相環(huán)等基本時(shí)鐘技術(shù)經(jīng)歷了多次更新?lián)Q代,同步技術(shù)也在不斷推陳出新,時(shí)間同步技術(shù)是當(dāng)前業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)[5]。在順應(yīng)5G 的潮流中,中國(guó)聯(lián)通智能城域網(wǎng)可以通過(guò)協(xié)議增強(qiáng)和時(shí)鐘源下移等時(shí)鐘優(yōu)化方案提供更高精度標(biāo)準(zhǔn)。

          隨著各廠家小型化高精度時(shí)鐘源產(chǎn)品的發(fā)布,為時(shí)鐘源的下移提供了充足的動(dòng)力。例如華為公司開發(fā)了AirBits,可以直接部署到接入側(cè),大大減少了時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù),從而提高了承載網(wǎng)輸出的時(shí)間精度。

          5   結(jié)束語(yǔ)

          智能城域網(wǎng)采用的1588v2 技術(shù)是當(dāng)前唯一保證同步精度且建設(shè)成本低的方案,智能城域網(wǎng)時(shí)間同步傳遞由時(shí)間服務(wù)器至基站全程采用SyncE+PTP 方式,使用范圍包括時(shí)間服務(wù)器與回傳網(wǎng)絡(luò)之間、回傳網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部、回傳網(wǎng)絡(luò)不同設(shè)備形態(tài)之間和回傳網(wǎng)絡(luò)與基站之間,可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)鐘可視管理,快速故障定位,環(huán)網(wǎng)自動(dòng)測(cè)量,無(wú)需下站,高效運(yùn)維。

          參考文獻(xiàn):

          [1] 肖巍.5G基站的時(shí)鐘對(duì)齊成為網(wǎng)絡(luò)同步關(guān)鍵 瑞薩高精度產(chǎn)品保駕護(hù)航[J].電子產(chǎn)品世界,2021,28(6):10.

          [2] 汪琰.淺談GPS+北斗雙時(shí)鐘系統(tǒng)在5G基站上的應(yīng)用[J].電子測(cè)試,2021(10):78-79+104.

          [3] 郭文佳.5G傳送網(wǎng)進(jìn)行1588v2同步改造研究[J].電子世界,2021(6):188-189.

          [4] 孫東平,王冉.時(shí)鐘同步技術(shù)在5G基站中應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通,2020(11):55.

          [5] 陶源,吳婷.5G高精度時(shí)間同步組網(wǎng)方案研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2021(1):77-82.

          (本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年12月期)

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