Page 35 - 网络电信2021年5月刊下
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光    通    信

                承载网络部分按照最新的标准要求，传输设备单跳精度已                            ITU-T规定PRTC-A（A类时间基准设备）相对于UTC的时间偏
            提升至±5ns以内，20跳的时间同步精度约为±100ns，再加上                     差为±100ns，PRTC-B（B类时间基准设备）相对于UTC的时间偏
            链路误差±100ns，满足承载网络±200ns的指标要求。针对长                     差为±40ns，ePRTC（增强型时间基准设备）相对于UTC的时间
            距离传送同步链路跳数易超限的问题，可通过优化组网架构加                          偏差为±30ns。高精度同步源头设备要实现优于30ns的授时精
            以解决，将时间源设备下沉，传输组网扁平化，从而降低和限                          度，离不开高精度卫星授时技术作为支撑，主要包括卫星双频
            制同步链路跳数。针对光网络链路收发链路不对称性导致的PTP                        接收技术和卫星共视技术。
            协议解算误差，可采用单纤双向高速线路接口(GE/10GE/25GE                        卫星双频接收技术：传统的卫星单频接收机单向授时理论
            等)承载PTP信号，从而最大限度降低链路不对称性的影响。                         精度约100ns，基本满足PRTC-A设备的精度要求，但无法满足
                末端分配部分包括末端应用终端(5G基站等)，主要实现PTP                    PRTC-B、ePRTC设备的高精度要求。卫星双频技术同时接收单个
            从时钟和时频信号分发功能，从时钟同步算法优劣直接影响同                          卫星系统的两个频点载波信号（如GPS的L1、L2或者北斗的B1、
            步精度，另外传输设备/时间同步设备与末端应用终端之间通常                         B3），通过一定算法可有效消除电离层对电磁波信号延迟的影
            采用1PPS+ToD接口（单向，需手动补偿线路时延）进行同步，                      响，可显著提升卫星授时精度，卫星双频技术的授时精度可以
                                                                          [5]
            因此存在线缆时延测量和补偿误差，解决方案是采用PTP接口进                        达到约30ns 。
            行同步（双向，自动计算并补偿线路时延），延伸PTP协议至末                            卫星共视技术：卫星共视法是目前远距离时间比对的主
            端应用终端，由末端应用终端实现从时钟功能。                                要方法之一，也是国际原子时合作的主要技术手段之一。卫星
                2.3 影响端到端时间同步精度的因素                               共视法是在单向授时的基础上，主从两个站同时观察同一颗卫
                影响端到端时间同步精度的因素主要包括两个方面，一是                        星，分别测量本地时钟与卫星导航系统时间的时差，通过交换
            单节点设备处理带来的时间误差，二是时间同步组网时引入的                          数据抵消中间源及其共有误差的影响，卫星共视法可以实现优
            时间误差。                                                于10ns的时间比对精度。
                单节点设备处理方面，影响同步精度的因素主要包括                              卫星双频接收技术和卫星共视技术均可实现优于30ns的
            参考源输入误差、时间戳误差、内部传递时延误差、时间和                           授时精度，满足各类时间基准设备精度要求。卫星双频接收技
            频率同步算法性能、本地时钟稳定度等。目前主要采用IEEE                         术，产业成熟度高，可以独立部署应用，实现成本适中。卫星
            1588v2(PTP)技术实现时间同步，时间戳误差的优化一方面是打                    共视技术成熟，性能较好，但无法独立部署应用，需要主从站
            戳位置尽量靠近物理接口，减少光模块内部的半静态延时误差                          配合使用，并配置数据通道进行数据交互，实现成本高。综合
            和动态延时误差，另一方面是提高时间戳的分辨率，降低采样                          考虑两种技术的实现难易度、部署应用便捷性、成本等因素，
            和测量误差。设备内部不同模块（板卡）间时频信号传递时延                          现阶段建议卫星双频接收技术作为高精度同步源头的首选实现
            误差也是影响设备级同步精度的重要因素，优化方案主要是精                          技术。卫星共视技术可作为高精度同步的测量技术选择，也可
            确测量内部时频\信号分发延时并补偿。时间和频率同步算法性                         应用于同步网全网同步性能监测。
            能优劣直接影响设备输出精度，通过对设备内部信号噪声抑制                              2. 高精度时频传递技术
            和滤波算法、时间调整算法、时钟驯服算法等的优化，可以显                              高精度时频传递技术用于组织定时链路，是5G高精度同
            著降低时间同步的动态抖动误差。提升本地时钟的频率稳定度                          步组网的关键环节。依据2.2节5G高精度时间同步网指标分配
            有助于提高时间同步和频率同步的动态性能，同时在参考源故                          方案，承载网络部分需要实现20跳优于±200ns的时间传递精
            障、保护倒换等情况下，可以获得更好的保持性能。                              度，则单跳精度要优于±10ns，因此需要采用高精度时频传递
                时间同步组网方面，影响端到端时间同步精度的因素主要                        技术，才能满足承载网指标要求。本文重点介绍几种应用较广
            包括线路不对称性引入的固定时间偏差、多级组网情况下的时                          泛、标准化程度高的时频传递技术，包括1588v2、1588v2.1、
            间误差累积以及网络重组（或网络倒换）引入的时间跳变等。                          同步以太网(SyncE)、白兔技术(White Rabbit)等。
            其中，线路不对称性引入的时间偏差是最主要的时间精度影响                              1588v2技术：1588v2是目前最成熟、应用最广泛的高精度
            因素，在很多情况下，均通过采用单纤双向来避免收发线路不                          时间同步传送技术，目前支持1588v2功能的网元设备，单节点
            对称性引入的时间误差。对于多级组网情况下的时间误差累                           时间同步精度为±30ns，在远距离多跳传输时，端到端性能难
            积，一般通过缩短定时链路长度、减少跳数来解决，特别是对                          以满足高精度时间同步需求。为了提高网元同步精度，可以从
            时间同步精度要求较高的需求场景，在单节点引入的时间误差                          两个方面对现有技术进行增强优化，一是提高时间戳性能，提
            一定的情况下，可考虑采用扁平化设计思路来解决，即同步源                          升打戳分辨率，降低采样误差，二是控制上下行链路的延迟不
            头下沉、尽量缩短链路跳数。对于因网络重组引入的时间跳变                          对称性，可以从设备内部延迟和光纤传输延迟两个方面进行优
            误差，一方面需要采用网络倒换保护算法，在网络末端识别和                          化。通过优化1588v2技术，可以将单节点精度提升至纳秒级。
            补偿因网络倒换引入的时间跳变，另一方面需要着重在网络规                              同步以太网：SyncE通过以太网物理层的比特流定时信息传
            划时下工夫，使网络结构尽量合理，以提高网络鲁棒性，减小                          送时钟频率，它要求设备的物理端口能以一种持续不断的方式
            网络倒换对同步性能的影响。                                        连续发送信号，这种频率信号的传送方式与基于E1以及SDH(同
                                                                 步数字体系)的频率同步相似，因此SyncE也被认为是TDM（时分
                三、5G高精度同步组网关键技术分析                                复用）同步技术在以太网的延伸。由于是在物理层进行时钟传
                1. 高精度同步源头技术                                     送，所以数据业务层面的流量、负荷、误码等情况不会影响时

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