浅议基站IP网络授时系统

浅议基站IP网络授时系统

摘要：随着IP（Internet Protocol）网络的发展，大部分通信网络都实现了IP传输，但由于IP网络是异步网络，IP 网络中的设备无法通过物理链路获取时钟，因此需要为网络设备提供一种新的获取时钟的同步方式。

关键字：授时系统

前言：IP 网络同步主要应用于无线基站的同步，包括WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）中NodeB/AP（Access Preamble）基站设备的频率同步；GSM（Global System for Mobile communications）中BTS（Base Transceiver Station）基站设备的频率同步，CDMA2000、TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）和WiMAX中us级别的高精度时间同步。为满足业务设备的高精度时间和时钟同步需求，本文以SYNLOCK T6020设备为例，分析授时系统在不同组网环境（不同的传送网、不同的网络规模）下，高精度时间和时钟同步系统的应用。

1.系统结构

SYNLOCK T6020 主要由频率同步模块、分频鉴相模块、时间恢复模块、锁相模块、1588 处理模块、接口转换模块、CPU 模块、GPS（Global Positioning System）/PPS 时间同步接口、FE/GE 接口、维护接口等组成。

接口转换模块将GE数据转换成FE数据，提供给CPU处理；同时将非1588信息和1588的general信息提供给CPU处理，并发送CPU的网络协议。

维护接口模块通过维护串口和维护网口，主用板将设备链接到集中维护终端。

2.同步定时接口

1）卫星接口

SYNLOCK T6020 提供GPS卫星接口。设备的GPS 接口是1.5G的射频接口，而卫星卡和设备单板的接口是TTL（Transistor-Transistor Logic）的PPS与TTL串口，单板通过这些串口信息可计算出时间和位置信息。

在观测到三颗卫星的情况下，可以得到三个方程组，求解出接收站的三维位置信息。如果观测到四颗以上的卫星，则可以计算出本地时间。

2）1588 接口

IEEE 1588（PTP）的基本功能是使分布式网络内设备的时间与服务器精确

时间保持同步。它定义了一种精确时间协议PTP，用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。

1588协议通过四种报文完成时间对齐和延时补偿，包括同步报文，跟随报文，延时请求报文，延时响应报文四种。时间对齐和延时补偿过程如下：Master 的PTP协议应用层发送Sync 消息给Slave，Master 端记录Sync消

息离开本PTP 端口的时刻值t1，并把t1 存入寄存器，这个值由64位计数器值表示，计数器触发时钟由Master 端系统时钟提供。

Slave端记录Sync消息到达时刻值t2，并把t2存入寄存器，同时报告给Slave 的PTP协议应用层，这个值由64位计数器值表示，计数器触发时钟由Slave 端系统时钟提供。

3）时钟接口

SYNLOCK T6020最多提供2路对应的定时输入接口。可接受来自铯钟、其他BITS、交换机、PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）、SDH（Synchronous DigitalHierarchy）等设备的E1、2MHz 定时信号，输出2MHz、E1 模拟定时信号。这些接口在设计中考虑了不影响外部输入源和避免所接外部大信号冲击等各种情况，设有阻抗匹配、隔离驱动、低门限检测等电路。

4）1PPS 与TOD 接口

传送的内容包括：当前日期/时间、时间标准ID、1PPS 有效状态指示、UTC （Coordinated Universal Time）闰秒调整日期/时间、闰秒，其他可选，但是需要保留其位置。

3.时间同步组网应用

1）与接入设备的高精度组网应用

作为无线3G 的CDMA2000、TD-SCDMA 和WiMAX，有数us 级别的时间同步和数十ppb的频率同步需求，目前的解决方案是每个基站添加GPS或其他卫星信号，但卫星存在安装选址难、安全隐患高、维护难、馈缆敷设难和成本高等缺点，而且很多网络不支持1588、1PPS 与TOD 等高精度时间协议。

GPON（EPON）作为无线回传时，有天生的时延测量机制。SYNLOCK T6020 从GPS或其他卫星获取到时间信息，通过1588或1PPS与TOD给GPON（EPON）系统提供定时，基站再从GPON（EPON）系统上获取定时信息。

2）与传送设备的高精度组网应用

当承载网络支持1588、1PPS与TOD 等高精度时间协议时，SYNLOCK T6020可以上移至RNC（Radio Network Controller）或MSC（Mobile Switching Center），通过城域以太设备向基站提供定时信息。

4.频率同步组网应用

1）传统频率同步组网应用

在SDH 传送网环境下，同步网的定时基准信号需要由SDH传送网来传递，同时SDH传送网的同步又需要同步网来支撑。SDH传送网既是同步网的使用者，又是同步网的承载者，与同步网存在着相互依赖的关系。

SYNLOCK T6020 系统有传统的频率同步接口，具有LPR（Local Primary Reference）、TNC（Transit Node Clock）和LNC（Local Node Clock）三种时钟节点的性能，可以放置在网络中的骨干层、汇聚层和接入层。考虑到SYNLOCK T6020 系统的端口数较少，一般将其放置在接入层。

2）TOP频率同步组网应用

SYNLOCK T6020采用TOP方式，通过IP网络以IP包的形式为WCDMA 中的NodeB/AP、GSM中的BTS 提供传输同步参考时钟，并具有一定的保持性能。

SYNLOCK T6020通过IP网络以IP 包的形式获取定时信号，并将获取的信号经过处理输出给下挂的其他业务设备。

5.集中维护与网管

面向局域网/DCN的组网，集中维护网管的管理能力体现网元管理、用户管理、数据配置、PTP 管理、监视维护、告警管理、日志管理、性能管理、数据库维护等方面。

1）利用已有的DCN网

给SYNLOCK T6020和集中维护网管分配适当的IP地址及以太网物理接口，即可完成对SYNLOCK T6020 的集中监控和管理。

2）E1 网桥方式组网

这种方式是通过E1网桥和传输链路组网。每个SYNLOCK T6020节点与集中维护网管之间各有一个E1网桥，网桥与传输设备通过E1电路连接，与SYNLOCK T6020或集中维护网管计算机通过以太网连接。