智能城域網(wǎng)5G承載時鐘同步部署研究

項朝君 劉倩 黃華峰 馬淼娜 呂艷娜

摘要：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)提出了嚴格的時間同步要求。在進行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，除基站自身配置GPS衛(wèi)星接收作為主用時鐘同步方案外，同時考慮采用1588v2技術(shù)作為備用時鐘同步方案。本文針對智能城域網(wǎng)5G承載時鐘同步方案進行研究，通過對比傳統(tǒng)時間同步方案存在的種種問題，提出在智能城域網(wǎng)部署1588v2時鐘同步的方案，通過1588v2技術(shù)提高5G承載時鐘同步精度及可靠性，從而保證基站間的同步需求。

關(guān)鍵詞：5G承載;智能城域網(wǎng);時鐘同步;時間同步;1588v2

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

傳統(tǒng)的時鐘同步方案主要有2種，如圖1所示，一種是GPS同步方案，另一種是1588v2同步方案。GPS同步方案一般是在每個基站隨站部署，無需經(jīng)過承載網(wǎng)。1588v2同步方案利用1588v2協(xié)議在核心側(cè)部署B(yǎng)ITS設(shè)備，引入時間源并通過承載網(wǎng)將時間同步到基站側(cè)，以實現(xiàn)基站之間的時間同步[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)保護倒換，可靠性高。GPS+1588v2混合方案兼?zhèn)銰PS和1588v2的特點，在GPS隨站部署的同時通過1588v2來傳遞核心側(cè)的時鐘源，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天線選址難的問題，可以實現(xiàn)100%覆蓋。

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

1.15G時鐘同步對智能城域網(wǎng)的需求

隨著5G新興業(yè)務(wù)的發(fā)展和需求，中國聯(lián)通在城域?qū)用鏄?gòu)建了一張“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡化、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡化、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智能城域網(wǎng)絡(luò)，即智能城域網(wǎng)。結(jié)合5G用戶滲透率以及流量模型連續(xù)性增長等因素，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時鐘同步的備用手段，在5G移動回傳網(wǎng)內(nèi)逐點傳遞高精度時間和頻率信號至需要同步的5G基站，從而保證基站間的同步需求。

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

目前本地高精度時間同步網(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，對于協(xié)同業(yè)務(wù)以及未來更高時間精度的業(yè)務(wù)需求，將進一步通過高精度時間源、時間源下移的高精度小BITS等方案實現(xiàn)。

基于1588v2的本地時間同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)為：在本地網(wǎng)核心節(jié)點即智能城域網(wǎng)MCR節(jié)點配置一主一備2套1588v2高精度時間服務(wù)器，輸出標準的時間和頻率參考信號，傳輸承載網(wǎng)絡(luò)完成1588v2端到端部署，具體實現(xiàn)為時間服務(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中的邊界時鐘BC模式，跟蹤并逐點恢復(fù)和傳遞高精度時間服務(wù)器輸出的時間及頻率基準參考信號。5G基站可設(shè)置為邊界時鐘BC或者普通時鐘OC模式?；?588v2的本地高精度時間同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

25G時間同步方案對比

2.15G時鐘同步支持情況及時鐘參考源

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

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

2.25G時間同步方案

5G時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;2GPS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

11588v2（核心層BITS）：承載網(wǎng)全網(wǎng)開通1588v2;

21588v2（接入層BITS）：BITS下沉到接入層，局部開通1588v2;

31588v2（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)當前網(wǎng)絡(luò)運維智能化發(fā)展要求，綜合考慮高精度時間同步網(wǎng)的時間傳遞精度、運維自動化、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作為基站時間源的備份。

3.2智能城域網(wǎng)與時鐘服務(wù)器對接原則

1588v2高精度時間服務(wù)器輸出的標準頻率和時間參考信號通過智能城域網(wǎng)的核心/MCR、匯聚/MER、接入/MAR、WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)（部分場景）鏈路傳遞至5G基站。

為保證精確時間傳遞，整個1588v2時間域（包括時間服務(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)，因此整個網(wǎng)絡(luò)形成兩個邏輯層面[3]：頻率層和時間層，通常采用SyncE+PTP方式，即頻率層同步采用同步以太技術(shù)，時間層同步采用PTP技術(shù)。

3.3高精度時間服務(wù)器部署原則

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

1588v2高精度時間服務(wù)器原則上應(yīng)部署于本地網(wǎng)核心節(jié)點機房，以便于將標準的頻率和時間基準信號經(jīng)不同的匯聚和接入環(huán)路傳遞至5G基站設(shè)備。

對于多核心節(jié)點結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)保證1588v2高精度時間服務(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)機制。5G移動回傳網(wǎng)絡(luò)中頻率同步信號與時間同步信號應(yīng)盡量保證來自同一個參考源[4]，即時間同步（PTP）信號及頻率同步（SyncE）信號均溯源至部署在本地網(wǎng)核心節(jié)點的同一套高精度時間服務(wù)器設(shè)備的以太接口（默認GE光口）。

移動回傳網(wǎng)絡(luò)傳遞1588v2時，需要頻率同步進行支撐。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)情況進行全網(wǎng)頻率主備用鏈路設(shè)計，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，使能端口時鐘同步功能，配置參與時鐘選源的端口優(yōu)先級。

MCR/MER/MAR設(shè)備全局功能項配置，見表2。

時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），時鐘不受影響，時鐘報文逐跳端口終結(jié)，不會被Eth-Trunk負載分擔。若設(shè)備之間通過Eth-Trunk對接，建議只需要在Eth-Trunk的任意一個成員接口配置時鐘同步即可，其他成員接口無需配置。

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

當需要設(shè)置外部輸入時鐘信號或者1588時鐘源參與系統(tǒng)選源時，需要指定該外部時鐘源等級，如果不指定則該時鐘信號不可以參與選源。缺省情況下，線路時鐘參考源的優(yōu)先級為0，此時該時鐘源不能參與選源。如要使該時鐘源參與系統(tǒng)選源，需要先為其配置選源優(yōu)先級。接口時鐘優(yōu)先級為本地優(yōu)先級，此參數(shù)只在本設(shè)備內(nèi)部使用，不會通過報文傳遞給其他設(shè)備。在實際選源過程中，時鐘源質(zhì)量等級（QL）的優(yōu)先級大于時鐘源優(yōu)先級。使能SSM級別參與選源時，優(yōu)先根據(jù)時鐘源質(zhì)量等級的高低順序選擇同步參考源。未使能SSM級別參與選源或使能SSM級別參與選源但QL相等時，系統(tǒng)依據(jù)時鐘源優(yōu)先級的高低順序選擇時鐘參考源[5]。

智能城域網(wǎng)以太時鐘優(yōu)先級越小越優(yōu)先，優(yōu)先級取值范圍為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，同級拆分。智能城域網(wǎng)線路時鐘優(yōu)先級典型組網(wǎng)如圖3所示。

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

4未來智能城域網(wǎng)如何提供高精度同步

技術(shù)的不斷發(fā)展，其同步要求越來越高，包括時鐘源、鎖相環(huán)等基本時鐘技術(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，時間同步技術(shù)是當前業(yè)界關(guān)注的焦點[5]。在順應(yīng)5G的潮流中，中國聯(lián)通智能城域網(wǎng)可以通過協(xié)議增強和時鐘源下移等時鐘優(yōu)化方案提供更高精度標準。

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

5結(jié)束語

智能城域網(wǎng)采用的1588v2技術(shù)是當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)時間同步傳遞由時間服務(wù)器至基站全程采用SyncE+PTP方式，使用范圍包括時間服務(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，可以實現(xiàn)全網(wǎng)時鐘可視管理，快速故障定位，環(huán)網(wǎng)自動測量，無需下站，高效運維。

參考文獻：

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