1588时间同步解决方案介绍

1588时间同步解决方案介绍
5、1588时间同步解决方案
TD-SCDMA时间同步现状
l TD-SCDMA组网对时间同步要求较高
ü TD-SCDMA/TD-LTE 均属于TDD时分双工系统，在相同的频率上发送上/ 下行数据，需要基站间同步，以避免时隙间和上/下行帧之间的干扰。

ü TD基站时间同步精度要求为± 1.5μs。

l TD-SCDMA基站目前使用GPS作为唯一的授时时间源
制式 GSM WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA FDD-LTE TD-LTE 频率同步50ppb 50ppb 50ppb 50ppb 50ppb 50ppb 时间同步None None 小于3μs 小于1.5μs None 小于1.5μs
各种无线通信系统的同步性能指标要求
TD-SCDMA基站的时间同步需求
TD-SCDMA无线组网要求同频相邻基站空口同步、时隙对齐，任意两个基站之间帧头最大偏差不超过3μs，否则会产生：
时隙干扰：前一个时隙的信号落在下一个时隙中，破坏了这两个时隙内的正交码的
正交性，使这两个时隙内的基站或终端都无法正常解调。

上下行时隙干扰：一个基站发射的信号直接对另一个基站的接收造成强大的干扰，
严重影响第二个基站的正常接收。

码
频率
TDD/TDMA
CDMA 1.6MHz
本振源 PRC/LPR （铯钟） G.811时钟铷原子钟
准确度±2×10-12 ±1×10-11 ±5×10-11
变化±1us 需用时间 115多天 17分钟 3.4分钟
675μs 75μs
160μs 675μs
75μs
675μs
time
本地时钟和频率同步网守时能力无法满足TD需求，需要有时间同步机制
依赖GPS存在的问题
l 安全问题
– GPS系统存在安全隐患。

– GPS故障率： GPS部分已成为除射频模块外的第二高故障率设备，约占总故障数的15%左右。

放大器同轴线缆 GPS天线
l 施工问题
GPS接收机
–安装施工比较困难。

–GPS天线安装要求较高，选址困难，尤其是室内覆盖站。

GPS GPS馈线超过馈线超过100 100米还需要增米还需要增加放大器加放大器
GPS替代方案
GPS替代方案：卫星替代和有线替代分别解决安全隐患和施工问题
卫星替代 --- 采用北斗 /GPS 双模卫星授时模块替代目前单 GPS 模块，
解决安全隐患。

有线替代----采用基于PTN的1588v2地面传送方案，解决施工难题。

时间源时间接收时间传输
北斗/GPS
北斗系统介绍
l 北斗一代卫星
北斗一代卫星目前已覆盖中国及周边地区
–北斗一代卫星是同步轨道系统，有3颗卫星，采用2+1 互为备份的工作模式。

2003年开始民用，工作频率为 2.49GHz 。

用户定位需要主动发送反馈信息，主控站收到后进行计算再向用户发送定位信息。

单向授时无需授权，精度在200ns。

l 北斗二代卫星
–目前已发射 5 颗北斗二代导航卫星，预计在 2012年完成大中国区域覆盖，形成5个同步轨道卫星、3个倾斜轨道卫星、 4 个中轨卫星的系统，2020 年将累计发射 35颗卫星完成全球覆盖。

–北斗二代将提供与GPS相同的4星授时方式，工作频率为 1.5GHz ，但北斗二代系统的5个同步轨道卫星将继续提供北斗一代的授时功能。

1588v2时间同步原理
PTP协议－IEEE 1588 V2 采用主从时钟方案，周期时钟发布，接收方利用网络链路的对称性进行时钟偏移测量和延时测量，实现主从时钟的频率、相位和绝对时间的同步。

IEEE的1588v2协议是今后分组网络中时间传送的重点技术、2007年12月定稿，2008年3月正式发布。

? 1588v2能达到亚微秒级的同步精度，可同时提供频率同步和时间同步。

? 1588v2基于包交换网，容易在IP网上实现同步。

1588v2基于PTN/OTN网络传送的示意图
时间同步设备时间同步设备
RNC 时间同步信号流
PTN汇聚环 OTN/DWDM PTN 接入环 MSTP 接入环 PTN 接入环 PTN汇聚环
RNC
1、时间同步信号流，需OTN支持
2、用PTN环贯通 1588v2同步信号
NODE B NODE B NODE B
同步网现状
时钟同步网使用方式服务对象现网设备厂家端口配置类型安装地点通过2Mb/s、2MHz端口，为业务网元提供基准定时信号交换
网元、传输网元等需外时钟信号的业务网元骨干网包括华为、迅腾两家本地网内以上述两家为主 2Mb/s，2MHz 全国以北京、武汉、广州、沈阳、西安配置的带铯钟PRC为地面基准时钟源，各省会城市配置带两套卫星接收机的LPR，共同组成一级基准时钟源其它各本地网内传输、交换节点安装 BITS设备无法提供高精度时间同步时间同步网通过NTP接口，经IP网向业务网元提供基准UTC时间信号WAP、彩信、计算机系统设备等需基准时间信号的网元骨干网为华为V3设备，本地网内基本未建时间同步设备 NTP接口，IRIG-B（DCLS）接口各省会城市现有1台时间同步服务器，通过 GPS获取UTC基准时间主要问题
精度在城域范围内仅100ms以内，无法满足高精度时间同步要求目前现网的时钟同步和时间同步均不能满足TD网络的时间同步要求，部署1588v2时间同步解决方案需新建高精度的时间同步设备。

1588V2时间同步方案研究进展
1588v2已完成的工作
实验室测试现网试点互通测试扩大试点
2008年9-10 月，完成多种传输设备的测试工作，基本涵盖了目前厂家支持的各种1588v2模式
2009年4月－5 月，在现网开展了地面传送1588v2的现网试点测试
2009年9月－11 月，在实验室完成了PTN设备与TD设备的时间同步接口互通测试，实现了不同厂家之间的互通。

2009年11月－12月，在现网6个城市组织开展基于PTN设备的1588v2时间同步现网扩大规模试点，每城市TD基站规模在 50个左右。

性能测试
兼容性测试
规模应用
主要完成的测试项目高精度时间服务器性能、主备时间服务器倒换性能、GPS/北斗时间源倒换性能、 PTN 1588路径倒换的影响、基
站时间输出的长期性能（带内、带外连接）、基站带内带外切换的影响、试点区域不同站点间业务测试等等。

试点中的问题：光纤双向不对称
试点PTN节点时延偏差统计
时延偏差（ns） 100以下 100-200 200-300 300-400 400-500 500-1000 1000以上百分比 42% 15% 11% 13% 8% 10% 2% BBU RRU
Master Clock
△ T2 △ T1 △ T3
时间源引入偏差∣△T1∣< 250ns ? 传输网引入偏差∣△T2∣< 1000ns ? 基站时间接口到空口的时间偏差∣△T3∣< 250ns 现网试点中，PTN节点测试的双向不对称时延基本在1000ns以内，绝大部分在500ns以内，符合1588v2对传输引入偏差的设计要求。

? 现网试点中仅在浙江杭州下沙发现2个基站由于异路由（租用原小网通光纤造成）造成传输时延偏差大于1000ns，2个基站传输节点测试的时延偏差达到了4000和6000ns。

?现网试点中对PTN节点进行逐段时延补偿后，时延偏差测试均达到100ns以下。

补偿后基本消除了光纤双向不对称的影响，使PTN传送网络具备相当大的冗余来消除以后传输线路调整造成的影响，能更有效保证网络的长期稳定运行。

?约400米的光纤长度差造成1000ns的时延偏差。

试点中的问题：WDM/OTN支持1588v2时间信息
l 根据时间同步网的规划，时间服务器将设置在城域网的核心层面。

而目前的城域网核心汇聚层普遍存在WDM/OTN的组网。

l 由于现网WDM/OTN暂不支持 1588v2时间的传递（除个别厂家外），可通过PTN利用单独的光纤组建环网用于传递1588 v2 时间。

l 现阶段PTN设备的最大单跨段传输距离为80km，对于部分超长跨段将无法完成1588v2时间的传递。

时间源（主) 时间源 (备) RNC PTN GE/10GE PTN PTN
核心层
GE/10GE PTN PTN
OTN/WDM/光纤
GE/10GE PTN PTN
汇聚层
PTN
10GE汇聚环
PTN PTN 10GE接入环 PTN PTN PTN GE链 PTN PTN
10GE汇聚环
PTN GE接入环 PTN PTN PTN PTN Node B PTN GE链 PTN
接入层
GE接入环 PTN PTN
Node B
现阶段WDM/OTN设备支持1588v2时间信息传递，解决超长跨段1588v2时间传递的问题。

OTN支持时间同步的需求
时间同步设备时间同步设备
RNC PTN独立组网：时间同步信号流
PTN 接入环MSTP 接入环PTN 接入环PTN核心/汇聚环OTN/DWDM PTN核心/汇聚环
RNC
OTN+PTN联合组网：时间同步信号流，需OTN支持
NODE B NODE B NODE B
p 随着城域网业务量的的发展，在业务量大，距离远的网络，多数城域网采用 OTN/WDM进行城域核心/汇聚层的业务传送。

p 因此，亟需研究OTN/WDM支持时间同步方式，与PTN网络构建端到端的统一时间传送网。

OTN对1588v2纯透传方案分析-不建议采用
OTN网络
PTN Master
1588 报文
PTN Slave
FE/GE
ODU0 FIFO
ODU1 FIFO
ODU2 FIFO
ODU1 FIFO
ODU0 FIFO
FE/GE
GE-ODU0-ODU1-ODU2-OTU2-ODU2-ODU1-ODU0-GE
l 纯透传方式：1588报文作为OTN普通业务进行传送，OTN不对1588报文进行任何处理； l 存在问题：传送的时间精度无法保证，主要原因：–1588报文在OTN设备内部的映射解映射路径上存在多个FIFO，处理时延不确定；–OTN设备节点不处理1588报文，无法补偿OTN网络的上下行链路光纤不对称引入的时间偏差。

l 时间精度难以保证，不建议采用
OTN支持时间同步技术方案
l 目前，OTN存在两种支持时间同步的方案：l 方案一带内开销方式：利用OTN开销保留字节进行1588传送 l 方案二带外OSC方式：利用OTN监控管理通道（ OSC）进行1588传送
方案一：带内开销方式
1pps+TOD
外部时间接口外部时间接口
FE/GE
PHY/CDR PHY/CDR
1588 处 1588 处理单元理单元
系统同步系统同步时钟时钟
1588 处理 1588 处理单元单元
OTU/OSC OTU/OSC 开销切片 /封开销切片 /封装 / 映射 / 解装/映射/ 解映射映射
OTU/WDM 线路侧
OPU OH
ODU OH
Client Layer Signal
1588在OTU帧开销中的定义（注：利用厂商自定义开销字节）l 带内开销方式：l 支路侧：以太网业务接口或者1pps+TOD接口支持与时间服务器或PTN网络对接；l 线路侧：OTUk接口支持随路1588v2同步信号。

方案一：带内开销支持1588方式
n 1588报文在OTN网络内部的传递，按典型带宽计算：128Sync+8Ann+8DelayReq+8DelayRsp)/1024≈9.5KB<10KB n 采用保留开销字节传递1588报文，OTU1/2/3能够提供的开销带宽如下，满足1588报文传递要求：
OTU-k接口开销带宽
OTU1 OTU2 OTU3
Bandwidth(KByte)
20KB 80KB 320KB
方案一：带内开销方式
n 传送时间精度可以保证：
n 设备内部的处理延时：由于业务单板的1588在物理接口上已经采用硬件打时间戳，因此设备内部的映射解映射处理过程不影响时间精度。

n 延时不对称：OTN网络内部的业务路径不一致时，由于是每台OTN逐跳支持1588V2，可进行不对称时延补偿，因此不影响时间精度。

方案二：带外OSC支持1588方式
1 、通过 1pps＋ TOD 或者专用 FE 接口接入 OTN承载环的监控通道单板
2 、 OTN承载环的监控通道单板之间通过专用 1510nm 波长对接，业务类型是 FE/GE ，承载时间包和监控信息业务
3 、通过监控通道的互连，使得 OTN 承载环上所有的网元都进行了时间同步处理
4 、此网元先从监控通道中恢复出时间信息，然后通过 1pps ＋ TOD或者专用 FE/GE接口于 PTN
设备进行对接
l 带外OSC方式： l 支路侧：OSC单板以太接口或者1pps+TOD 接口支持与时间服务器或PTN对接；l 线路侧：通过监控管理通道传送1588v2同步信号。