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发布在即的ITU G.8273.2标准将简化LTE网络规划

基于长期演进技术()的第四代服务提出了全新的授时和同步要求,它们将给包括语音会话和的单元注入全新的功能。对某些类型的LTE网络而言,相邻之间可以容忍的最大时间误差上限为500纳秒。

为了确保网络在可预测的范围内满足其时间误差要求,国际联盟()颁布了ITU-T G.8273.2标准,以满足网络单元严格的时间误差极限值要求。通过部署采用此标准的设备,网络运营商在进行网络设计时,将能够有把握地把相邻基站之间的最大时间误差限制在500纳秒以内。

在此篇文章中,我们研究了在LTE网络和LTE-A网络中推动授时和同步需求的主要因素,以及全新的G.8273.2标准将如何帮助网络运营商去满足这些需求。

子标题:同步的类型

络依赖于两种基本的同步类型,包括:

频率同步

时间同步,包括相位同步

不同类型的LTE网络需要不同的同步类型。频分双工LTE(-LTE)是被一些最早期的LTE部署所采用的技术,且如今许多运营商仍在继续部署该技术,它使用的是成对频谱。一个频带被用于上行链路的信息传输,而另一个频带则被用于下行链路的数据流。频率同步对于这种类型的LTE网络非常重要,但其对时间同步却没有要求。

时分多工LTE()不需要对称频谱,而取而代之的是将信号的上行链路和下行链路在不同的时隙中分开。这不仅节省了频谱授权使用成本,也让上下链路和下行链路之间的带宽分配更加灵活,这对视频服务尤其关键。时间同步对于这种类型的LTE网络至关重要。近年来,TD-LTE网络的部署比早期更加普遍,该项技术有望得到大规模的部署。

LTE演进技术(LTE-A)是TD-LTE或者FDD-LTE的升级,它提供了更大的带宽。它通过集中了更多的频率带宽资源,从而使多个基站可以同时向一部发送数据。与此相应,相邻的基站或小蜂窝必须相互保持一致——这种要求推动了对时间同步的需求。诸如电信、Optus和Unitel等一些运营商已经开始部署LTE-A网络,而这个数字有望在未来快速增加。

为了提供同步,传统的移动网络都依赖于安装在基站塔上的全球定位系统()设备。GPS可以同时提供频率同步和时间同步;但是当运营商为了提高网络覆盖(例如)和容量,而更多地依赖(微蜂窝)和picocell(微微蜂窝)时,采用GPS这种方法就变得不现实。因为这些设备安装的高度可能不一定高到足以看得见GPS卫星——同时即便可以这样做,GPS功能可能将这些设备的成本推到太高。而且,对于GPS受到干扰和欺骗等脆弱性方面的担心也越来越多,美国之外的国家不太情愿单纯依赖美国操控的GPS来满足其授时需求。

子标题: 1588

还有一个比GPS性价比更高的选择,就是部署满足国际电气和电子工程师协会(IEEE)颁布标准的设备。

IEEE 1588标准定义了一套同步协议,被称为精准授时协议(PTP),最初此协议是为和自动化行业而开发。IEEE 1588使用了同步数据包(sync packet),由主基准时钟生成时间戳,它在网络中运行直到遇到普通时钟,普通时钟使用时间戳生成一个物理时钟信号。

1588标准的2008版本被称为1588v2,它定义了PTP如何用于支持频率和时间同步。当用于提供频率时为单向传输;当用于时间同步时,则需要使用一种双向机制。

当IEEE 1588标准应用于某些具体工业领域时,设备开发商必须要跳出1588标准之外来落实诸多如何实现同步的细节。在电信行业中,ITU就担负着创建那些具体规范。

电信行业如何实现频率同步,已经在ITU-T G.826x的系列标准中做出了描述,这些标准此前早已颁布。随后又开发了ITU-T G.8273.2标准用于时间同步,并计划于2014年3月颁布。

ITU-T G.8273.2标准中对时间误差进行了严格的要求。这是此标准中非常重要的一个指标,因为移动网络不能容忍两个相邻基站之间超过500纳秒的时间误差。

ITU-T G.8273.2为两类不同的设备制定了具体的标准,包括:

A类设备——最大时间误差为50纳秒

B类设备——最大时间误差为20纳秒

每个网元的总时间误差由恒定时间误差和动态时间误差之和构成,在采用了0.1Hz低通后两者线性叠加而成。网络运营商在全网中采用了符合G.8273.2标准的设备后,意味着相邻蜂窝站点之间的一个连接就可以直接将所有网元的最大时间误差相加,从而可以确定该连接是否将时间误差控制在可接受的范围内。此前,网络运营商在设备没有部署到网络中之前,是没有办法确定时间误差值,运营商在进行网络规划时就需要预见能力。

对新标准的合规尤为重要,因为网络运营商越来越多地倚重于异构网络(HetNets);也就是说,也就是依赖、微波等等各种设备的组合,其中也包括小蜂窝和微蜂窝。异构网络中的设备有可能来自于多家不同的供应商,如果相邻蜂窝站点之间的时间误差没有控制在可以接受的范围内,设计一种解决方案的流程将被变得异常复杂。

子标题:网络运营商如今该何去何从?

由于符合G.8273.2标准的部件已经面市,一些设备制造商已经开始付运能够支持G.8273.2的设备。随着网络运营商将其设备决策转向他们刚刚开始部署的异构网络,他们也应该重点关注G.8273.2标准的合规产品。

对于已经部署在移动网络中的设备,如今有超过100万台基站支持1588标准的频率同步,它们可通过软件和固件升级来支持时间同步。

一些此前已经部署的和可能支持了1588标准,另一些则可能没有。尽管过去几年来部署的大多数交换机和路由器即便支持了1588标准,但它们不可能支持ITU全新的时间和相位提供标准子集。为了满足这些新的标准子集, 将会需要带有直接在物理层(PHY level)上打上分布式时间戳的IEEE1588 Boundary or Transparent Clocks(IEEE1588边界与透明时钟),而如今只有少数交换机和路由器具有此项功能。

取决于网络中交换机和路由器的安装位置,网络运营商也许能够继续使用GPS来提供同步,并采用1588合规线卡来逐步升级路由器,所有新设备采用全新的1588合规线卡,并在合适的地方撤换掉不合规的线卡。

移动网络运营商应该和自己的小蜂窝、微蜂窝、交换机和路由器供应商确认一下,是否已经支持了1588v2 and G.8273.2标准,如果还没有,那么应该率先行动起来。

作者:Martin Nuss博士,公司首席技术官

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