將5G網(wǎng)絡(luò)與定時(shí)設(shè)計(jì)和管理同步需要滿足的時(shí)序要求

介紹最佳網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的定時(shí)要求

隨著網(wǎng)絡(luò)從使用基于頻分雙工（FDD）的通信鏈路發(fā)展到時(shí)分雙工（TDD），不僅需要頻率同步，還需要精確的相位和時(shí)間同步。為了在 5G 網(wǎng)絡(luò)中提供準(zhǔn)確的頻率、相位和時(shí)間，TDD 網(wǎng)絡(luò)中使用的設(shè)備結(jié)合使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （GNSS）、同步以太網(wǎng) （SyncE） 和 IEEE-1588 精確時(shí)間協(xié)議 （PTP）。

在這篇由兩部分組成的博客文章中，我們將回顧用于同步 5G 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序設(shè)計(jì)和管理基礎(chǔ)設(shè)施。第一部分將討論正確網(wǎng)絡(luò)操作需要滿足的時(shí)序要求。第二部分將介紹用于滿足這些要求的設(shè)計(jì)技術(shù)。

全新 5G RAN 架構(gòu)

在第三代合作伙伴計(jì)劃 （3GPP） 第 3 版中引入的新型 15G 無線接入網(wǎng)絡(luò) （RAN） 架構(gòu)將基帶單元 （BBU） 和遠(yuǎn)程射頻頭 （RRH） 拆分為集中單元 （CU）、分布式單元 （DU） 和無線電單元 （RU）。運(yùn)營商可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)效率和成本節(jié)約，因?yàn)檫@種新的RAN架構(gòu)創(chuàng)建了一個(gè)分解和虛擬化的網(wǎng)絡(luò)。

分解帶來了連接DU和RU的增強(qiáng)型公共無線電接口（eCPRI）。與以前用于連接BBU和RRH的CPRI鏈路相比，eCPRI具有幾個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。由于 eCPRI 是基于數(shù)據(jù)包的，因此現(xiàn)在利用 PTP 和同步 與 RU 同步。

同樣，開放 RAN（O-RAN） 運(yùn)動(dòng)也根據(jù) 3GPP 建議對(duì)硬件和接口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。O-RAN聯(lián)盟概述了在前傳網(wǎng)絡(luò)中提供定時(shí)功能的四種可能性。在所有四個(gè)中，RU 從 DU 或附近的主參考時(shí)鐘 （PRTC） 獲取時(shí)序。盡管有四種授時(shí)方法，但通過O-RAN網(wǎng)絡(luò)建立授時(shí)分配所需的基本功能仍然基于SyncE，IEEE-1588和GNSS。

計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)

為了確保每個(gè)網(wǎng)絡(luò)組件滿足特定的頻率、相位和時(shí)間要求，已經(jīng)建立了幾個(gè)定時(shí)建議，保證了正確的端到端網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。根據(jù)3GPP的定義，TDD蜂窩網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間同步的基本同步服務(wù)要求設(shè)置為基站之間的3 μsec。國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T）根據(jù)3GPP要求提出了一系列建議，定義了公共點(diǎn)和最終應(yīng)用之間的絕對(duì)最大時(shí)間誤差（max|TE|），轉(zhuǎn)換為±1.5微秒。

GNSS成為通過PRTC在TDD網(wǎng)絡(luò)中獲取時(shí)間的主要選擇。一種策略是將全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器放在無線電站點(diǎn);這需要清晰的天空視線才能可靠運(yùn)行。因此，位于室內(nèi)或阻擋清晰視線的位置的無線電不能使用本地 GNSS 源。GNSS 也容易受到視線中斷的影響，包括天氣事件和欺騙或干擾的針對(duì)性攻擊。由于計(jì)劃中的5G NR站點(diǎn)總數(shù)，運(yùn)營商難以處理安裝和維護(hù)GNSS源的成本。

由于除了采用GNSS的可靠性和成本問題外，還需要更準(zhǔn)確的PRTC，因此創(chuàng)建了增強(qiáng)型主時(shí)鐘（ePRTC）的定義。ePRTC 可以通過 GNSS 或連接到 UTC 的其他網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源啟動(dòng)時(shí)間。獲得時(shí)間后，ePRTC使用銫或更好的原子參考振蕩器來維持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，可靠和高度準(zhǔn)確的時(shí)間參考。利用自主原子定時(shí)參考可提供一定程度的中斷保護(hù)，并支持長(zhǎng)達(dá) 14 天的穩(wěn)定保持。ePRTC的時(shí)間精度為±30 nsec到UTC。這是對(duì)先前PRTC指定的±100 nsec精度的顯著增強(qiáng)。精度的提高達(dá)到了5G NR的困難網(wǎng)絡(luò)要求。我們提供最先進(jìn)的解決方案，這些解決方案部署在世界各地，以滿足這些精確的計(jì)時(shí)要求。

確保網(wǎng)絡(luò)正確傳輸時(shí)間的其他關(guān)鍵元素包括電信邊界時(shí)鐘（T-BC）和目標(biāo)時(shí)鐘（T-TSC）。T-BC 通常位于交換機(jī)或路由器中，負(fù)責(zé)監(jiān)督從上游鏈路恢復(fù)時(shí)間并將其傳遞到下游鏈路。T-BC/T-TSC 內(nèi)部的以太網(wǎng)設(shè)備時(shí)鐘 （EEC） 或 SyncE 提供穩(wěn)定準(zhǔn)確的頻率參考，可溯源至主參考時(shí)鐘 （PRC/PRS），頻率精度為 0.01 pbb。將 SyncE 與 PTP 結(jié)合使用可為精度和成本改進(jìn)提供各種好處。SyncE基準(zhǔn)比本地振蕩器更精確，可以驅(qū)動(dòng)PTP引擎;這允許 PTP 引擎過濾更多的數(shù)據(jù)包延遲變化 （PDV），從而提高一般相位精度。

基本時(shí)間精度要求

在TDD網(wǎng)絡(luò)操作中，時(shí)間精度的端到端網(wǎng)絡(luò)限制為±1.5微秒（詳見G.8271）。根據(jù)該值，我們制定一個(gè)定時(shí)預(yù)算，該預(yù)算指定了每個(gè)網(wǎng)元所必需的性能，從而滿足端到端限制。時(shí)鐘設(shè)備規(guī)范在 G.8273.2 中定義，將時(shí)間誤差分為恒定時(shí)間和動(dòng)態(tài)時(shí)間誤差。恒定時(shí)間錯(cuò)誤 （cTE） 表示由于網(wǎng)絡(luò)中固有的延遲而產(chǎn)生的錯(cuò)誤。無法過濾這些錯(cuò)誤;它們隨著時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)而累積。動(dòng)態(tài)時(shí)間誤差（dTE）是由高頻或低頻噪聲引起的誤差。對(duì)網(wǎng)絡(luò)參考時(shí)鐘進(jìn)行適當(dāng)過濾可以減少這些誤差。

圖1.為了達(dá)到延遲規(guī)范，網(wǎng)絡(luò)必須提供 ±1.5 微秒的時(shí)序限制，其中總數(shù)擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)元素。

±1.5 μsec 基本網(wǎng)絡(luò)限制分布在網(wǎng)元之間。圖 1 顯示了 4G 網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)網(wǎng)元的容許時(shí)間誤差預(yù)算。帶有 T-GM 的 PRTC 被限制為 ±100 納秒的誤差，并且每個(gè) T-BC 被賦予最大值|TE|根據(jù)班級(jí)級(jí)別。表 1 標(biāo)注了最大值|TE|為每個(gè)時(shí)鐘類給出。

表 1.G.8372.2 T-BC 和 T-TSC 時(shí)鐘設(shè)備時(shí)間誤差限制。

此外，根據(jù)班級(jí)級(jí)別為每個(gè) T-BC 指定了一個(gè) cTE 限制。網(wǎng)絡(luò)鏈路不對(duì)稱和最終應(yīng)用也給出了max|TE|值。最多支持 10 個(gè)跳 A 類 T-BC 或 20 個(gè)跳 B 類 T-BC 的網(wǎng)絡(luò)足以滿足基本網(wǎng)絡(luò)限制。

高級(jí)時(shí)間精度要求

1.5 μsec的基本端到端要求對(duì)于4G和5G網(wǎng)絡(luò)是相同的。然而，一些無線電技術(shù)，包括協(xié)調(diào)多點(diǎn)、載波聚合或大規(guī)模MIMO，對(duì)時(shí)間誤差施加了更嚴(yán)格的限制。

圖2.5G 網(wǎng)絡(luò)中的 T-BC 根據(jù)類級(jí)別具有絕對(duì)最大時(shí)間誤差 （max|TE|）。

圖2說明了相對(duì)時(shí)間誤差的概念，它解釋了可追溯到無線電集群最后一個(gè)公共點(diǎn)的終端應(yīng)用的時(shí)間誤差。NR 部署所需的高級(jí)時(shí)間精度要求將集群中允許的相對(duì)時(shí)間對(duì)齊誤差 （TAE） 降低到 130 nsec 或 ±65 nsec maxTE。

除了新的ePRTC之外，表1還列出了國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T）為支持這些更嚴(yán)格的限制而概述的新類別的電信邊界時(shí)鐘（T-BC）和目標(biāo)時(shí)鐘（T-TSC）。G.8372.2 C 類和初出茅廬的 D 類要求更嚴(yán)格地限制了每個(gè)元素可以創(chuàng)建的可接受 TE。每個(gè) C 類和 D 類元素都必須遵循 G.8262.1 中定義的增強(qiáng)型以太網(wǎng)設(shè)備時(shí)鐘 （eEEC） 標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯：郭婷