移動(dòng)運(yùn)營商正在LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)和5G 網(wǎng)絡(luò)的部署領(lǐng)域大力投資，這將為蜂窩通信和連接帶來重大變革。不過，他們面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)：通過這些網(wǎng)絡(luò)提供的高性能移動(dòng)服務(wù)非常依賴于 GPS 和其他被稱為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的其他類似區(qū)域性星座提供的精確時(shí)間，以便同步無線電、支持新應(yīng)用并最大程度地減少干擾。如果由于干擾、欺騙、故障或其他事件導(dǎo)致 GPS/GNSS無法使用，則引發(fā)的服務(wù)中斷將對(duì)系統(tǒng)性能造成災(zāi)難性的影響。

正如電網(wǎng)極易受到可能導(dǎo)致大規(guī)模火災(zāi)（如最近加利福尼亞州發(fā)生的大火）的氣候、炎熱、大風(fēng)和干燥植被的影響一樣，5G 網(wǎng)絡(luò)也很容易受到精確時(shí)間分配中斷的影響，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)中斷。新技術(shù)能使移動(dòng)運(yùn)營商保護(hù)其網(wǎng)絡(luò)免受這些威脅的影響。這些技術(shù)在利用現(xiàn)有部署的同時(shí)，創(chuàng)造了在長距離上分配超高精度時(shí)間的新架構(gòu)。它們不僅將附加成本降至最低，還提供了必要的性能來滿足 5G 的高要求。

技術(shù)趨勢(shì)

最新的 LTE-Advanced 和 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大的容量和帶寬增長，可用于向消費(fèi)類、工業(yè)、城市和特定細(xì)分市場(chǎng)提供新服務(wù)。從智能手機(jī)的高帶寬視頻傳輸，到自動(dòng)駕駛汽車、智能城市以及智能工廠的物聯(lián)網(wǎng)（IoT），這些新服務(wù)都依賴于大量的傳感器、基站和其他設(shè)備的同步。

要做到這一點(diǎn)，需要在長距離上傳遞非常精確的時(shí)間。沒有它，移動(dòng)運(yùn)營商將無法通過最大限度地減少中斷和風(fēng)險(xiǎn)來充分利用部署投資。此外，他們還必須制定能夠在 GPS/GNSS 故障時(shí)發(fā)揮作用的計(jì)劃。與此同時(shí)，他們需要有效利用光網(wǎng)絡(luò)和其他現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，這樣便無需在暗光纖上進(jìn)行昂貴的新投資。

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)對(duì)精確的時(shí)間和同步定義了非常嚴(yán)格的要求，例如主參考時(shí)鐘（PRTC），其中包括 100 納秒（ns）的 PRTC A 類（PRTC-A）、40 ns 的 PRTC B 類（PRTC-B）和 30 ns 的增強(qiáng)型 PRTC（ePRTC）的性能規(guī)范。為了滿足這些要求，必須要有高質(zhì)量的時(shí)間源，并且需要一種非常有彈性、高效且高性能的分配機(jī)制來將時(shí)間從源傳輸?shù)礁鞣N使用時(shí)間的設(shè)備（即基站、傳感器和車輛等）。

依靠 GPS/GNSS 滿足這些要求的問題在于，鑒于端點(diǎn)的密度越來越高，其部署成本可能會(huì)很高。此外，位于蜂窩基站的GNSS接收機(jī)存在一個(gè)技術(shù)漏洞。一旦 GNSS 接收機(jī)由于任何原因無法正確跟蹤衛(wèi)星，就必須迅速停止使用無線電，以避免因無線電使用的振蕩器技術(shù)的保持期短而引起的干擾問題。由于這些技術(shù)和財(cái)務(wù)方面的考慮，運(yùn)營商迫切需要可以在多地減少甚至消除對(duì) GNSS 的依賴的解決方案。

運(yùn)營商的其他考慮因素包括：使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)從源到端點(diǎn)的時(shí)間分配；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；以及這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以支持的各種同步功能。通常，精確時(shí)間協(xié)議（PTP）最高級(jí)時(shí)鐘位于授時(shí)鏈的開頭，并且符合 100 ns PRTC-A 或 40 ns PRTC-B 的性能規(guī)范，因此它可以在+/-1.5 微秒內(nèi)將精確時(shí)間傳遞到鏈的末端。路徑上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常嵌入了滿足 A 類（50 ns）或 B 類（25 ns）的時(shí)間邊界時(shí)鐘（T-BC）功能。

需要一種新型時(shí)間分配架構(gòu)來滿足這些要求和考慮因素，以允許運(yùn)營商保護(hù)其移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)免受 GNSS 中斷的影響，并在長距離上分配精確時(shí)間以覆蓋全國。此外，這種架構(gòu)還必須提供必要的性能，以滿足 5G 需求的端到端預(yù)算。

一種不同的時(shí)間分配架構(gòu)

高精度時(shí)間分配架構(gòu)應(yīng)具備多種功能，使運(yùn)營商能以最有效的方式消除 GPS/GNSS 漏洞，并解決其 5G 網(wǎng)絡(luò)中的其他挑戰(zhàn)。此架構(gòu)應(yīng)：

充分利用現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)（從而避免高昂的暗光纖費(fèi)用）

使用專用的 lambda 以便以最快的方式傳輸時(shí)間

最大限度地保護(hù)冗余時(shí)間源，此時(shí)間源滿足 30 ns ePRTC 的最高性能，并采用銫原子鐘和 GNSS 的組合

提供兩個(gè)時(shí)間流向（東和西），這樣便可在從源到端點(diǎn)的過程中出現(xiàn)任何問題時(shí)利用冗余路徑

擁有一系列高精度邊界時(shí)鐘（HP BC），可滿足當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)（T-BC D 類 5 ns）規(guī)定的最高性能水平的要求

這種類型的多域架構(gòu)提供了冗余式、亞微秒級(jí)的端到端授時(shí)功能，適合在數(shù)百英里范圍內(nèi)以較低的成本傳遞每節(jié)點(diǎn) 5 納秒的高性能精確時(shí)間分配。

這種解決方案的一個(gè)示例是 Microchip 的 TimeProvider 4100，它既可以配置為在授時(shí)鏈的源端具有 PRTC-A 和 PRTC-B 時(shí)間傳遞功能的 ePRTC，也可以配置為光網(wǎng)絡(luò)路徑上的 HP BC。此外，還可以根據(jù)應(yīng)用特定的要求配置這類產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)端到端授時(shí)，并在長距離上擁有達(dá)納秒級(jí)的精確時(shí)間傳遞能力。

確保精確的授時(shí)

下一代高性能移動(dòng)服務(wù)成功與否將取決于運(yùn)營商能否順利解決當(dāng)今的關(guān)鍵 GPS/GNSS 漏洞。干擾、欺騙、故障或其他事件會(huì)導(dǎo)致 5G 網(wǎng)絡(luò)同步無線電、支持應(yīng)用和將干擾降至最低所需的精確 GPS/GNSS 授時(shí)中斷。最新的高精度時(shí)間分配架構(gòu)以最小的附加成本降低了這些風(fēng)險(xiǎn)，并為運(yùn)營商提供了所需的性能來支持要求較高的新 5G 服務(wù)（從基于 IoT 的應(yīng)用到在智能手機(jī)上接收高帶寬視頻）。