在5G网络中使用IEEE 1588实现保持时间同步

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本文主要探讨了在电信网络中实现保持时间同步(holdover)的不同方法。

文档讨论了保持时间同步的作用,以及它从传统SONET/SDH网络到现代5G移动通信网络的演变。传统SONET/SDH网络依赖于频率同步,而现代5G移动通信则依赖于使用IEEE 1588的频率、相位和时间同步。在传统SONET/SDH网络中实现保持时间同步的方法在现代5G网络中已不再实用。幸运的是,国际电信联盟(ITU)推荐了其他实现相同保持时间同步性能水平的方法。本文档对这些方法进行了逐一探讨,并提供了实验室测量结果以比较它们的性能。

1. 保持时间同步的重要性

保持时间同步在网络中发挥着重要作用。当主要同步源不可用时,它提供了临时的同步源。主要同步源的丢失可能由多种原因造成,其中之一是设备故障。保持时间同步为技术人员提供了修复故障设备或重新配置网络并恢复同步的时间。

在传统SONET/SDH网络中,数据的有效传输依赖于准确且稳定的频率同步。这是通过将所有网络设备同步到一个称为主参考时钟(PRC)的共同参考点来实现的。在这种同步方案中,几层保持时间同步保护允许设备在问题解决之前继续以最小中断运行。通常,使用如恒温晶体振荡器(OCXO)或温度补偿晶体振荡器(TCXO)等本地振荡器,设备可以在保持时间同步模式下维持频率同步长达24小时,因为这些振荡器的稳定性足以实现所需的保持时间同步性能。

依赖于频率和相位同步的网络需要另一种方法。这对于5G移动网络尤其如此,因为在5G网络中,两个无线电塔之间的相位同步预计将在3微秒以内。使用本地振荡器的保持时间同步无法实现与仅依赖频率同步的网络相同的24小时保持时间同步期。

一种将频率和相位同步分配到网络终端的方法是,在网络边缘的节点上安装全球导航卫星系统(GNSS)接收器。第二种方法是在中心位置放置一个基于GNSS的主参考时间时钟(PRTC),并使用IEEE 1588精确时间协议(PTP)将频率和相位同步分配到边缘节点。这两种方法都在下面的图中进行了说明。

国际电信联盟定义了两种使用精确时间协议(PTP)分发时间同步的网络拓扑结构,分别是完全时间支持(FTS)和部分时间支持(PTS),如图1.2所示。在FTS网络中,除了提供物理层同步(如同步以太网SyncE)的支持外,所有节点都配备了处理PTP数据包的功能。电信边界时钟(T-BC)是在FTS网络中处理PTP消息的一个节点示例。PTP与SyncE的结合提供了一个很好的解决方案,适用于需要准确且稳定的相位同步的场景。PTP是频率、相位和时间同步的主要来源,而SyncE在PTP暂时不可用时(如保持时间同步期间)提供额外的频率稳定。

另一方面,PTS网络则在可能无法处理PTP且可能不支持SyncE的节点之间分发同步。这些网络的传输路径往往更短,节点更少,但仍然可以提供良好的性能。