5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在蜂窩移動運營商和長期演進(LTE)專用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的推廣力度不斷加大。5G新空口(NR)采用時分雙工技術(shù)，這項技術(shù)要求所有新空口部署相對于基于協(xié)調(diào)世界時(UTC)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的授時源保持相位對齊，并確保精度在+/-1.5 μs范圍內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)運營商需要了解在5G授時架構(gòu)中使用精確時間協(xié)議(PTP)進行基于網(wǎng)絡(luò)的授時所需的時間誤差抑制技術(shù)和虛擬主參考時鐘(vPRTC)的概念，這對于其制定合理的基礎(chǔ)設(shè)施決策至關(guān)重要。

5G前傳應(yīng)用中使用PTP實現(xiàn)的基于網(wǎng)絡(luò)的授時架構(gòu)需要時間誤差分配工程，以確保授時要求得到支持，因為授時是基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分。

在無線通信中，與授時有關(guān)的最普遍問題是同信道無線電干擾。當接收機正確追蹤衛(wèi)星時，在蜂窩基站上部署全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)(例如GPS、Galileo和北斗)接收機允許進行時隙傳輸分配，從而防止相鄰或接近頻率的無線電相互干擾。在覆蓋范圍重疊的無線電集群中，如果GNSS接收機發(fā)生故障或停止正確追蹤，則將導(dǎo)致連接到GNSS接收機的無線電與相鄰的無線電相互干擾，因為授時降級或積累了相位誤差。由于無線電使用低成本、低性能的振蕩器(無線電設(shè)計目標之一是通過使用規(guī)格較低的組件來降低成本)，因此授時降級會突然發(fā)生。

為了避免干擾問題，一旦授時開始降級，就需要立即停止使用無線電或關(guān)閉受授時降級影響的服務(wù)。為了減少這類故障情形，可以部署基于網(wǎng)絡(luò)的PTP授時服務(wù)，在這種服務(wù)中，集群中的無線電與集成了GNSS接收機的PTP主時鐘(grandmaster)同步。如果PTP主時鐘中的GNSS發(fā)生故障或出現(xiàn)追蹤問題，同步到主時鐘的無線電將相對于相鄰無線電保持相位對齊，并且不會出現(xiàn)干擾問題。可以在PTP主時鐘中部署高品質(zhì)振蕩器，以在較長時間內(nèi)保持與UTC的時間對齊，并且架構(gòu)中可以包含基于PTP的備用方案，以幫助在故障情形下維持UTC可追蹤時間。PTP主時鐘基于網(wǎng)絡(luò)的授時服務(wù)方法非常靈活，且具有成本效益。它可在GNSS故障情形中提供無線電集群相位對齊的額外好處，同時將GNSS部署到集中式存在點，可在其中為衛(wèi)星星座設(shè)計安全而良好的視距。

一、虛擬主參考時鐘(vPRTC)

概念：

虛擬主參考時鐘(vPRTC)是5G網(wǎng)絡(luò)、傳輸技術(shù)和架構(gòu)的關(guān)鍵要素之一。它通過網(wǎng)絡(luò)化的方式，實現(xiàn)時間同步的虛擬集中管理，從而提高時間同步的精度和可靠性。

作用：

vPRTC在5G網(wǎng)絡(luò)中起到了至關(guān)重要的作用。它能夠幫助網(wǎng)絡(luò)運營商實現(xiàn)精確的時間同步，確保5G網(wǎng)絡(luò)中的各個設(shè)備在時間上保持高度一致。這對于5G網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性和安全性都至關(guān)重要。

技術(shù)特點：

vPRTC結(jié)合了先進的硬件和軟件技術(shù)，能夠支持多種時間同步協(xié)議，如精確時間協(xié)議(PTP)等。

它還具備高度的靈活性和可擴展性，能夠適應(yīng)不同規(guī)模和復(fù)雜度的5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

二、5G網(wǎng)絡(luò)授時架構(gòu)

重要性：

5G網(wǎng)絡(luò)授時架構(gòu)是確保5G網(wǎng)絡(luò)時間同步的關(guān)鍵。它對于5G網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性和安全性都具有重要影響。

技術(shù)挑戰(zhàn)：

在5G網(wǎng)絡(luò)中，由于設(shè)備數(shù)量眾多、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，時間同步面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如，如何確保各個設(shè)備在時間上保持高度一致、如何減少時間誤差等。

Microchip的解決方案：

Microchip通過探索虛擬主參考時鐘(vPRTC)等先進技術(shù)，為5G網(wǎng)絡(luò)授時架構(gòu)提供了有效的解決方案。

vPRTC能夠?qū)崿F(xiàn)精確的時間同步，減少時間誤差，提高5G網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性。

具體實現(xiàn)：

Microchip的5G網(wǎng)絡(luò)授時架構(gòu)通常包括GNSS接收機、PTP主時鐘、邊界時鐘(BC)等組件。

GNSS接收機用于接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的時間信號，并將其作為時間同步的基準。

PTP主時鐘則負責將時間信號通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給各個設(shè)備，實現(xiàn)時間同步。

邊界時鐘(BC)則用于在傳輸過程中減少時間誤差，提高時間同步的精度。

應(yīng)用場景：

Microchip的5G網(wǎng)絡(luò)授時架構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如蜂窩移動運營商網(wǎng)絡(luò)、長期演進(LTE)專用網(wǎng)絡(luò)等。

它還適用于需要高精度時間同步的應(yīng)用場景，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等。

虛擬主機參考定時時鐘(vPRTC)是一個嶄新的概念，它使用高度安全和受保護的基于網(wǎng)絡(luò)的定時體系結(jié)構(gòu)來滿足現(xiàn)代關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施不斷增長的需求。

選擇一個虛擬的主參考時鐘，以確保準確性，準確性和安全性Microchip Technology Inc. William Cheng。

當前，我們迫切需要采取行動，以確保關(guān)鍵基礎(chǔ)架構(gòu)(包括通信網(wǎng)絡(luò)，交通，能源和數(shù)據(jù)中心)中使用的計時系統(tǒng)的安全性。

彈性。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)已成功部署在這些行業(yè)中，這是向需求快速增長的地區(qū)提供本地100 ns定時解決方案的唯一方法。

結(jié)果，在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中，高精度點定時解決方案的數(shù)量呈指數(shù)增長。

但是如今，僅提供準確的時序示例還遠遠不夠。

關(guān)鍵基礎(chǔ)架構(gòu)運營商需要考慮其總體時序運行狀態(tài)，并且需要了解其時序源是否可以信任，是否已通過驗證以及它們是否具有網(wǎng)絡(luò)范圍的可見性和監(jiān)視功能。

最重要的是這些定時源是否具有靈活的備份形式，以及在出現(xiàn)問題時它們是否可以提供保護。

虛擬主參考時鐘(vPRTC)是基于高安全性和受保護的網(wǎng)絡(luò)定時體系結(jié)構(gòu)的全新概念，旨在滿足現(xiàn)代關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施不斷增長的需求。

vPRTC的概念非常簡單。

它將成熟的計時技術(shù)集成到集中的受保護源位置，然后使用商業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)鏈路和先進的IEEE-1588精確時間協(xié)議(PTP)高精度邊界時鐘將PRTC 100 ns級計時分配給有數(shù)百個需求的端點公里之遙。

現(xiàn)在，讓我們簡要地了解關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施如何從vPRTC靈活的時序架構(gòu)中受益：電力設(shè)備-現(xiàn)代智能電網(wǎng)是非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，它們高度依賴準確而靈活的時序來確保控制，通信的高效，連續(xù)和安全。

接地電源。

vPRTC體系結(jié)構(gòu)減少了對GNSS的依賴，同時提高了彈性和保護功能。

運輸-鐵路和航空運輸業(yè)的安全通信網(wǎng)絡(luò)依靠精確的同步和定時來確?？煽康倪\輸和公共安全。

vPRTC體系結(jié)構(gòu)支持向分組網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)傳輸。

數(shù)據(jù)中心準確而靈活的時序?qū)τ跀?shù)據(jù)中心至關(guān)重要，以確保高速交易按順序進行，并且可以在地理位置分散的位置之間進行協(xié)調(diào)。

vPRTC可以為地理位置分散的數(shù)據(jù)中心提供精確的同步，并且獨立于本地GNSS系統(tǒng)。

5G通信網(wǎng)絡(luò)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施要求高度分散的架構(gòu)中所有點之間的緊密同步。

vPRTC體系結(jié)構(gòu)可以為網(wǎng)絡(luò)上的每個節(jié)點提供受保護的PRTC高質(zhì)量定時，而無需本地GNSS定時系統(tǒng)。

通信網(wǎng)絡(luò)是最早采用vPRTC架構(gòu)的行業(yè)之一，并且在使用集中式銫原子時鐘和基于網(wǎng)絡(luò)的時鐘分配技術(shù)方面擁有悠久的歷史。

隨著5G技術(shù)的爆炸性增長以及越來越多的地區(qū)對PRTC 100 ns計時的需求不斷增長，運營商一直在尋找方法，以為其5G網(wǎng)絡(luò)提供更強大的保護功能和更高的靈活性。

5G架構(gòu)要求將PTP用作主要定時協(xié)議，以為無線電單元(RU)提供定時服務(wù)。

最大的問題是如何確定源PRTC的位置。

5G傳輸網(wǎng)絡(luò)沒有自然標記點(例如4G中的BBU)。

可以通過部署vPRTC來解決此挑戰(zhàn)。

部署后，網(wǎng)絡(luò)上的每個點都可以達到100 ns的等效PRTC性能水平。

三、總結(jié)

Microchip在探索虛擬主參考時鐘(vPRTC)和5G網(wǎng)絡(luò)授時架構(gòu)方面取得了顯著的進展。通過結(jié)合先進的硬件和軟件技術(shù)，Microchip為5G網(wǎng)絡(luò)提供了精確、可靠的時間同步解決方案。這些解決方案不僅提高了5G網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性，還為各種高精度時間同步應(yīng)用場景提供了有力支持。