智能城域網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網絡的規模建設，相比2G/3G/4G網絡，5G網絡提出了嚴格的時間同步要求。在進行5G網絡建設時，除基站自身配置GPS衛星接收作為主用時鐘同步方案外，同時考慮采用1588v2技術作為備用時鐘同步方案。本文針對智能城域網5G承載時鐘同步方案進行研究，通過對比傳統時間同步方案存在的種種問題，提出在智能城域網部署1588v2時鐘同步的方案，通過1588v2技術提高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。

關鍵詞：5G承載;智能城域網;時鐘同步;時間同步;1588v2

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

傳統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，無需經過承載網。1588v2同步方案利用1588v2協議在核心側部署BITS設備，引入時間源并通過承載網將時間同步到基站側，以實現基站之間的時間同步[1]。該方案需要在承載網中部署1588v2協議。單GPS方案精度較高且故障易定位，但存在選址難、設備易老化、壞損率高、缺少備份、安全隱患大等不足之處。1588v2同步方案支持網絡保護倒換，可靠性高。GPS+1588v2混合方案兼備GPS和1588v2的特點，在GPS隨站部署的同時通過1588v2來傳遞核心側的時鐘源，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100%覆蓋。

1基于5G網絡的1588v2時間同步網網絡架構

1.15G時鐘同步對智能城域網的需求

隨著5G新興業務的發展和需求，中國聯通在城域層面構建了一張“網絡結構簡化、網絡協議簡化、網絡設備簡化、網絡控制和網絡管理智能化”的面向5G業務為主融合承載的新型智能城域網絡，即智能城域網。結合5G用戶滲透率以及流量模型連續性增長等因素，智能城域網前期承載以5G基站業務為主。因此，作為5G業務承載的智能城域網，設備都需要同步部署1588v2協議作為5G時鐘同步的備用手段，在5G移動回傳網內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絡架構

目前本地高精度時間同步網僅限于智能城域網本地網范圍內的移動回傳網絡使用，適用于5G網絡中的諸如eMBB的基本業務需求，對于協同業務以及未來更高時間精度的業務需求，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。

基于1588v2的本地時間同步網絡架構實現為：在本地網核心節點即智能城域網MCR節點配置一主一備2套1588v2高精度時間服務器，輸出標準的時間和頻率參考信號，傳輸承載網絡完成1588v2端到端部署，具體實現為時間服務器至基站間的承載網元，如WDM/OTN、智能城域網設備等，設置為1588v2中的邊界時鐘BC模式，跟蹤并逐點恢復和傳遞高精度時間服務器輸出的時間及頻率基準參考信號。5G基站可設置為邊界時鐘BC或者普通時鐘OC模式。基于1588v2的本地高精度時間同步網絡架構如圖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基本業務時間同步精度要求優于3μs（±1.μs）。

由于5G分為TDD和FDD，對于這兩種不同的系統，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，二階段承載網端到端開通1588v2。

2）以1588v2為主的方案

11588v2（核心層BITS）：承載網全網開通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）：一階段承載網局部開通1588v2，二階段承載網全網開通1588v2。

3智能城域網1588v2部署方案

3.1智能城域網1588v2部署策略

根據當前網絡運維智能化發展要求，綜合考慮高精度時間同步網的時間傳遞精度、運維自動化、端到端管理等因素，智能城域網1588v2部署整體策略為全網部署1588v2作為基站時間源的備份。

3.2智能城域網與時鐘服務器對接原則

1588v2高精度時間服務器輸出的標準頻率和時間參考信號通過智能城域網的核心/MCR、匯聚/MER、接入/MAR、WDM/OTN網絡（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（包括時間服務器、WDM/OTN網元、智能城域網網元、5G基站）都需要頻率同步作為支持基礎，因此整個網絡形成兩個邏輯層面[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，時間層同步采用PTP技術。

3.3高精度時間服務器部署原則

在需要部署的每個本地網內暫按配置一主一備2套1588v2高精度時間服務器（PRTC+GM）設備，應必須采用GPS/北斗雙模接收模式。

1588v2高精度時間服務器原則上應部署于本地網核心節點機房，以便于將標準的頻率和時間基準信號經不同的匯聚和接入環路傳遞至5G基站設備。

對于多核心節點結構網絡，應保證1588v2高精度時間服務器（PRTC+GM）設備的同步服務能夠覆蓋全網，且服務能力形成主備關系。

3.4智能城域網1588v2部署原則

智能城域網應用于5G回傳網絡，具體部署需要滿足5G要求的同步狀態機制。5G移動回傳網絡中頻率同步信號與時間同步信號應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核心節點的同一套高精度時間服務器設備的以太接口（默認GE光口）。

移動回傳網絡傳遞1588v2時，需要頻率同步進行支撐。部署1588v2前應提前配置好網絡頻率路徑，可根據現網情況進行全網頻率主備用鏈路設計，應注意避免成環，保證頻率網絡穩健性。

3.5智能城域網1588v2配置實現

以華為設備為例，智能城域網全網MCR/MER/MAR設備逐段使能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先級。

MCR/MER/MAR設備全局功能項配置，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，不會被Eth-Trunk負載分擔。若設備之間通過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智能城域網線路時鐘優先級和同步路徑規劃原則

當需要設置外部輸入時鐘信號或者1588時鐘源參與系統選源時，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選源，需要先為其配置選源優先級。接口時鐘優先級為本地優先級，此參數只在本設備內部使用，不會通過報文傳遞給其他設備。在實際選源過程中，時鐘源質量等級（QL）的優先級大于時鐘源優先級。使能SSM級別參與選源時，優先根據時鐘源質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，系統依據時鐘源優先級的高低順序選擇時鐘參考源[5]。

智能城域網以太時鐘優先級越小越優先，優先級取值范圍為1～255，0不參與選源。智能城域網同步以太需要合理規劃，避免成環，總體原則為跟上不跟下，同級拆分。智能城域網線路時鐘優先級典型組網如圖3所示。

智能城域網部署主備雙時鐘源（BITS），接入MCR-1和MCR-2，實現了1588v2的多源保護機制。若現網發生鏈路故障或者網元整機故障，時鐘同步路徑將產生變化。

4未來智能城域網如何提供高精度同步

技術的不斷發展，其同步要求越來越高，包括時鐘源、鎖相環等基本時鐘技術經歷了多次更新換代，同步技術也在不斷推陳出新，時間同步技術是當前業界關注的焦點[5]。在順應5G的潮流中，中國聯通智能城域網可以通過協議增強和時鐘源下移等時鐘優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品的發布，為時鐘源的下移提供了充足的動力。例如華為公司開發了AirBits，可以直接部署到接入側，大大減少了時鐘網絡的跳數，從而提高了承載網輸出的時間精度。

5結束語

智能城域網采用的1588v2技術是當前唯一保證同步精度且建設成本低的方案，智能城域網時間同步傳遞由時間服務器至基站全程采用SyncE+PTP方式，使用范圍包括時間服務器與回傳網絡之間、回傳網絡內部、回傳網絡不同設備形態之間和回傳網絡與基站之間，可以實現全網時鐘可視管理，快速故障定位，環網自動測量，無需下站，高效運維。

參考文獻：

[1]肖巍.5G基站的時鐘對齊成為網絡同步關鍵瑞薩高精度產品保駕護航[J].電子產品世界，2021，28（6）：10.

[2]汪琰.淺談GPS+北斗雙時鐘系統在5G基站上的應用[J].電子測試，2021（10）：78-79+104.

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

[4]孫東平，王冉.時鐘同步技術在5G基站中應用[J].計算機產品與流通，2020（11）：55.

[5]陶源，吳婷.5G高精度時間同步組網方案研究[J].郵電設計技術，2021（1）：77-82.