(來源:Microchip Technology頻率和時間體系業(yè)務(wù)部新興產(chǎn)品主管Eric Colard)
在5G世界中將高精度時間分配給光網(wǎng)絡(luò)
發(fā)布時間:2020-11-26 來源:Microchip Technology新興產(chǎn)品主管Eric Colard 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】移動運營商正在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。
移動運營商正在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)能使移動運營商保護其網(wǎng)絡(luò)免受這些威脅的影響。這些技術(shù)在利用現(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,可用于向消費類、工業(yè)、城市和特定細分市場提供新服務(wù)。從智能手機的高帶寬視頻傳輸,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,需要在長距離上傳遞非常精確的時間。沒有它,移動運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行昂貴的新投資。
標(biāo)準(zhǔn)機構(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接收機存在一個技術(shù)漏洞。一旦GNSS接收機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。
運營商的其他考慮因素包括:使用網(wǎng)絡(luò)時從源到端點的時間分配;網(wǎng)絡(luò)節(jié)點;以及這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點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,以允許運營商保護其移動網(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):
●充分利用現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)(從而避免高昂的暗光纖費用)
●使用專用的lambda以便以最快的方式傳輸時間
●最大限度地保護冗余時間源,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
●提供兩個時間流向(東和西),這樣便可在從源到端點的過程中出現(xiàn)任何問題時利用冗余路徑
●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,以實現(xiàn)端到端授時,并在長距離上擁有達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)用到在智能手機上接收高帶寬視頻)。
(來源:Microchip Technology頻率和時間體系業(yè)務(wù)部新興產(chǎn)品主管Eric Colard)
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