5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在蜂窩移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商和長(zhǎng)期演進(jìn)(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(shí)分雙工技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)要求所有新空口部署相對(duì)于基于協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的授時(shí)源保持相位對(duì)齊，并確保精度在+/-1.5 μs范圍內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要了解在5G授時(shí)架構(gòu)中使用精確時(shí)間協(xié)議(PTP)進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)的授時(shí)所需的時(shí)間誤差抑制技術(shù)和虛擬主參考時(shí)鐘(vPRTC)的概念，這對(duì)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(shí)現(xiàn)的基于網(wǎng)絡(luò)的授時(shí)架構(gòu)需要時(shí)間誤差分配工程，以確保授時(shí)要求得到支持，因?yàn)槭跁r(shí)是基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分。

在無(wú)線通信中，與授時(shí)有關(guān)的最普遍問(wèn)題是同信道無(wú)線電干擾。當(dāng)接收機(jī)正確追蹤衛(wèi)星時(shí)，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(jī)允許進(jìn)行時(shí)隙傳輸分配，從而防止相鄰或接近頻率的無(wú)線電相互干擾。在覆蓋范圍重疊的無(wú)線電集群中，如果GNSS接收機(jī)發(fā)生故障或停止正確追蹤，則將導(dǎo)致連接到GNSS接收機(jī)的無(wú)線電與相鄰的無(wú)線電相互干擾，因?yàn)槭跁r(shí)降級(jí)或積累了相位誤差。由于無(wú)線電使用低成本、低性能的振蕩器(無(wú)線電設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是通過(guò)使用規(guī)格較低的組件來(lái)降低成本)，因此授時(shí)降級(jí)會(huì)突然發(fā)生。

為了避免干擾問(wèn)題，一旦授時(shí)開始降級(jí)，就需要立即停止使用無(wú)線電或關(guān)閉受授時(shí)降級(jí)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(shí)服務(wù)，在這種服務(wù)中，集群中的無(wú)線電與集成了GNSS接收機(jī)的PTP主時(shí)鐘(grandmaster)同步。如果PTP主時(shí)鐘中的GNSS發(fā)生故障或出現(xiàn)追蹤問(wèn)題，同步到主時(shí)鐘的無(wú)線電將相對(duì)于相鄰無(wú)線電保持相位對(duì)齊，并且不會(huì)出現(xiàn)干擾問(wèn)題?？梢栽赑TP主時(shí)鐘中部署高品質(zhì)振蕩器，以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持與UTC的時(shí)間對(duì)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(shí)間。PTP主時(shí)鐘基于網(wǎng)絡(luò)的授時(shí)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(wú)線電集群相位對(duì)齊的額外好處，同時(shí)將GNSS部署到集中式存在點(diǎn)，可在其中為衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)安全而良好的視距。

一、虛擬主參考時(shí)鐘(vPRTC)

概念：

虛擬主參考時(shí)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(guò)網(wǎng)絡(luò)化的方式，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的虛擬集中管理，從而提高時(shí)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(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間同步，確保5G網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備在時(shí)間上保持高度一致。這對(duì)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(diǎn)：

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

它還具備高度的靈活性和可擴(kuò)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(shí)架構(gòu)

重要性：

5G網(wǎng)絡(luò)授時(shí)架構(gòu)是確保5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的關(guān)鍵。它對(duì)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(shí)間同步面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如，如何確保各個(gè)設(shè)備在時(shí)間上保持高度一致、如何減少時(shí)間誤差等。

Microchip的解決方案：

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

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

具體實(shí)現(xiàn)：

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

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

PTP主時(shí)鐘則負(fù)責(zé)將時(shí)間信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給各個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。

邊界時(shí)鐘(BC)則用于在傳輸過(guò)程中減少時(shí)間誤差，提高時(shí)間同步的精度。

應(yīng)用場(chǎng)景：

Microchip的5G網(wǎng)絡(luò)授時(shí)架構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如蜂窩移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)專用網(wǎng)絡(luò)等。

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

虛擬主機(jī)參考定時(shí)時(shí)鐘(vPRTC)是一個(gè)嶄新的概念，它使用高度安全和受保護(hù)的基于網(wǎng)絡(luò)的定時(shí)體系結(jié)構(gòu)來(lái)滿足現(xiàn)代關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施不斷增長(zhǎng)的需求。

選擇一個(gè)虛擬的主參考時(shí)鐘，以確保準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確性和安全性Microchip Technology Inc. William Cheng。

當(dāng)前，我們迫切需要采取行動(dòng)，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(jì)時(shí)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(zhǎng)的地區(qū)提供本地100 ns定時(shí)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(diǎn)定時(shí)解決方案的數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)。

但是如今，僅提供準(zhǔn)確的時(shí)序示例還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

關(guān)鍵基礎(chǔ)架構(gòu)運(yùn)營(yíng)商需要考慮其總體時(shí)序運(yùn)行狀態(tài)，并且需要了解其時(shí)序源是否可以信任，是否已通過(guò)驗(yàn)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(shí)源是否具有靈活的備份形式，以及在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)它們是否可以提供保護(hù)。

虛擬主參考時(shí)鐘(vPRTC)是基于高安全性和受保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)定時(shí)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(zhǎng)的需求。

vPRTC的概念非常簡(jiǎn)單。

它將成熟的計(jì)時(shí)技術(shù)集成到集中的受保護(hù)源位置，然后使用商業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)鏈路和先進(jìn)的IEEE-1588精確時(shí)間協(xié)議(PTP)高精度邊界時(shí)鐘將PRTC 100 ns級(jí)計(jì)時(shí)分配給有數(shù)百個(gè)需求的端點(diǎn)公里之遙。

現(xiàn)在，讓我們簡(jiǎn)要地了解關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施如何從vPRTC靈活的時(shí)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(zhǔn)確而靈活的時(shí)序來(lái)確?？刂疲ㄐ诺母咝?，連續(xù)和安全。

接地電源。

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

運(yùn)輸-鐵路和航空運(yùn)輸業(yè)的安全通信網(wǎng)絡(luò)依靠精確的同步和定時(shí)來(lái)確保可靠的運(yùn)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(zhǔn)確而靈活的時(shí)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(jìn)行，并且可以在地理位置分散的位置之間進(jìn)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(dú)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(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)提供受保護(hù)的PRTC高質(zhì)量定時(shí)，而無(wú)需本地GNSS定時(shí)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(shí)鐘和基于網(wǎng)絡(luò)的時(shí)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(zhǎng)以及越來(lái)越多的地區(qū)對(duì)PRTC 100 ns計(jì)時(shí)的需求不斷增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商一直在尋找方法，以為其5G網(wǎng)絡(luò)提供更強(qiáng)大的保護(hù)功能和更高的靈活性。

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

最大的問(wèn)題是如何確定源PRTC的位置。

5G傳輸網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有自然標(biāo)記點(diǎn)(例如4G中的BBU)。

可以通過(guò)部署vPRTC來(lái)解決此挑戰(zhàn)。

部署后，網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)點(diǎn)都可以達(dá)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(shí)鐘(vPRTC)和5G網(wǎng)絡(luò)授時(shí)架構(gòu)方面取得了顯著的進(jìn)展。通過(guò)結(jié)合先進(jìn)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(shí)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(shí)間同步應(yīng)用場(chǎng)景提供了有力支持。