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LTE基站时间同步技术解决方案 L T E 基站时间同步技术解决方案黄启邦中睿通信规划设计有限公司 广州 510630摘 要 : IEEE 1588 v2 时 间 同 步 协 议 的 成 熟 , 为 利 用 地 面 承 载 网 传 送 时 间 同步 信 息 创 造 了 条 件 。 本 文 首 先 介 绍 了 IEEE 1588 v2 时 间 同 步 协 议 、 LTE 网 络 架构、 移动本地传送网的网络架构 , 然后介绍基于 PTN 和 OTN 传送平台的时间同步传送技术方案,解决 LTE 基站时间同步问题。关键词 : 时间同步协议;时钟同步模式;LTE 网络;传送网;OTN;PTN中图分类号: G 8 7 6 文献标识码: A 文章编号:引言:LTE 无线接入技术不仅需要频率同步, 还需要精确的时间同步 , 其精度要求为 3s。 一般来说, LTE 网络采用基站内置 GPS 来实现时间同步, 是最直接和最成熟的方案。但是这种方案存在故障率高、成本高、GPS 天线安装寻址困难、 安装工程量大、 加重投资成本和维护困难等问题 , 越来越多的密集区域基站和室内覆盖系统进一步加剧了 GPS 天线部署的难度。 有必要通过其他途径来解决基站的时间同步问题。基于具有 IEEE 1588 v2 时间同步协议功能的 PTN 和 OTN 传送平台,实现地面传送时间同步信息,是完美的解决方案。1I EE E 15 88 v 2 时间同步协议1.1 IEEE 1588 v2 简介IEEE 1588 协议的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准 ” ,是通用的提升网络系统定时同步能力的规范, 使分布式通信网络能够具有严格的定时同步。 基本构思是通过硬件和软件将网络设备 (客户机) 的内时钟与主控机的主时钟实现同步, 提供同步建立时间小于 10s 的运用, 与 IEEE 1588 协议的以太网延迟时间 1,000s 相比,整个网络的定时同步指标有显著的改善。IEEE 1588 协 议 目 前 已 发 展 到 v2 版 本 。 1588v2 对 v1 进 行 了 完 善 , 提 高 了同步的精度;引入透明时钟 TC 模式,包括 E2E 透明时钟和 P2P 透明时钟,计算中间网络设备引入的驻留时间, 从而实现主从间精确时间同步, 并新增端口间延时测量机制等,通过非对称校正减少了大型网络拓扑中的积聚错误。1.2 IEEE 1588 v2 时钟同步模式1588v2 有 3 种时钟模式: 普通时钟 (OC) 、 边界时钟 ( BC) 和透明时钟 ( TC) 。OC 通常是网络始端或终端设备, 该设备只有一个 1588 端口且只能作为 Slave (从端 口 ) 或 Master ( 主 端 口 ) 。 BC 是 网 络 中 间 节 点 时 钟 设 备 , 该 设 备 有 多 个 1588端口, 其中一个端口可作为 Slave , 设备系统时钟的频率和时间同步于上一级设备,其他端口作为 Master ,可以实现逐级的时间传递。 TC 是网络中间节点时钟设备,可分为 E2E(EndtoEnd)和 P2P(PeertoPeer)两种。1.3 IEEE 1588 v2 时钟同步过程IEEE 1588 v2 时钟同步架构如下图所示:图 1 IEEE 1588 v2 时钟同步架构IEEE 1588 v2 时钟同步过程:a. 识 别 主 时 钟 : 对 于 从 时 钟 , 只 有 识 别 和 获 取 到 网 络 中 的 主 时 钟 , 才 能 保持 和 主 时 间 和 时 钟 同 步 。 IEEE 1588 v2 协 议 中 , 从 时 钟 通 过 BMC ( 最 佳 时钟算法)来识别网络中的主时钟,并建立主从关系;b. 主 时 钟 将 其 时 间 和 时 钟 同 步 信 息 通 过 传 输 网 络 传 播 给 所 有 需 要 同 步 的 网络节点;c. 从 节 点 计 算 它 们 与 主 时 钟 之 间 的 时 间 偏 差 和 传 输 延 迟 , 并 进 行 对 应 的 修正,以保持与主时钟在时间和时钟上的同步;d.重复上述操作。1.4 IEEE 1588 v2 时钟同步算法1588v2 最重要的技术是 BMC 算法(Best Master Clock Algorithm,最佳主时钟算法 ) ,其作用为:建立主从同步链,保证时钟路由不成环;支持多个时间源的自由选择和自动切换; 主用时钟链路出现故障后 , 能自动快速倒换到备用时钟链路。 本地时钟通过 BMC 算法来决策哪个时钟是最好的 , 并据此来决定端口的下一个状态值是 Master、 Slave 还是 Passive。 在 PTN 中, 1588v2 实现时间同步主要有 BC 和 TC 两种模式。2L TE 网络架构LTE 网络由两大部分组成 : E-UTRAN 和 EPC。 E-UTRAN 由 eNB 构成; EPC (EvolvedPacket Core) 由 MME( Mobility Management Entity) 、 S-GW( Serving Gateway )及 P-GW(PDN Gateway)构成。E-UTRAN 与 EPC 之间通过 S1 接口连接, E-UTRAN 内各 eNB 之间通过 X2 接口连接。E P CM M E / S - G W M M E / S - G WS 1 S 1 S 1 S 1X 2e N B e N BE - U T R A NX 2X 2e N B图 2 LTE 网络架构3移动本地传送网的网络架构移 动 本 地 网 一 般 分 为 骨 干 层 、 汇 聚 层 、 接 入 层 三 个 层 级 。 骨 干 层 采 用 OTN设 备 组 网 , 汇 聚 层 和 接 入 层 采 用 PTN 设 备 组 网 。 这 种 网 络 架 构 , 充 分 利 用 OTN将上联业务调度至 PTN 所属业务落地点。 在联合组网模式中, OTN 不仅仅是一种承载手段, 还通过其对骨干节点上联的 GE/10GE 业务与所属交叉落地设备之间进行调度, 其上联 GE/10GE 通道的数量可以根据该 PTN 中实际接入的业务总数按需配 置 , 从 而 极 大 地 简 化 了 骨 干 节 点 与 核 心 节 点 之 间 的 网 络 组 建 , 避 免 了 在 PTN独立组网模式中, 因某节点业务容里升级而引起的环路上所有节点设备必须升级的情况,极大地节省了网络投资。骨 干 层 O T N 环图 例 :M M E / S - G WO T N 设 备汇 聚 层 P T N 环P T N 设 备e N BP T N 环 P T N 环接 入 层图 3 移动本地传送网的网络架构4基于 P TN 平台传送同步时间信息绝大部分厂家的 PTN 设备已经具备支持 IEEE 1588 v2 时间同步功能。 在 PTN网络中, 每个 PTN 子网都需要选两个节点引入时间源, 一路作为主用时间 、 一路作为备用时间。 其他节点都作为从节点同步时间 。 时间同步信息经过 PTN 网络传送至其所带的所有基站。详见下图:骨 干 层 O T N 环主 备 图 例 :M M E / S - G WO T N 设 备汇 聚 层 P T N 环P T N 设 备e N BP T N 环 P T N 环时 间 源接 入 层图 4 基于 PTN 平台传送同步时间信息提 供 时 间 源 的 设 备 , 其 时 间 取 自 于 外 部 基 准 时 间 ( 从 GPS 或 者 北 斗 卫 星 获取基准时间 ) 。时间源设备对整个无线网络的性能的影响是巨大的,其可靠性、频率稳定度、时间同步精度等要求必须高,优于 LTE 基站的时间同步偏差标准。通 过 独 立 的 PTN 网 络 传 送 时 间 同 步 信 息 , 有 其 局 限 性 : 一 方 面 , 需 要 在 每个 PTN 子网都部署时间源设备,节点数量庞大,需增加额外的投资和维护力量;另一方面, 时间源设备的 GPS 接收系统出现故障时容易使各 PTN 子网形成孤立的同步岛,从而影响各同步区域之间的空中接口效率和切换成功率。5基于 O TN+ PT N 平台传送同步时间信息搭 建 O T N 网 络 的 设 备 , 需 支 持 IEEE 1588 v2 时 间 同 步 协 议 功 能 。 达 到 这 个 要求, 需解决两个方面的难点: 首先, OTN 采用的是透明、 异步复用技术, 并不需要负责同步处理,如果开通时间同步功能,必须要增加时间处理模块;其次, 支持 IEEE 1588 v2 并 提 供 延 时 补 偿 等 功 能 , 需 要 对 线 路 传 送 模 块 进 行 改 造 以 提 供IEEE 1588 v2 报文的处理功能。在 O T N 支 持 IEEE 1588 v2 时 间 同 步 协 议 功 能 的 前 提 条 件 下 , 才 能 搭 建 真 正的 端 到 端 的 时 间 同 步 传 送 网 络 , 整 体 的 解 决 方 案 如 图 5 所 示 。 核 心 骨 干 层 OTN设备首先从互为备份的多个时间源设备获取时间信息, 经 OTN 网络将时间同步信息传送到各个 PTN 子网,PTN 将时间同步信息传送到 LTE 无线基站。主备骨 干 层O T N 环图 例 :M M E / S - G WO T N 设 备汇 聚 层P T N 环P T N 设 备e N BP T N 环 P T N 环时 间 源接 入 层图 5 基于 OTN+PTN 平台传送同步时间信息与 基 于 独 立 PTN 网 络 时 间 同 步 传 送 方 案 相 比 , 该 方 案 明 显 减 少 了 对 基 准 时间源的需求,降低了运营商的投资成本和维护成本。6. 6. 6. 6. 总结采用支持 IEEE 1588 v2 时间同步协议功能的 OTN+PTN 端到端组网方案, 切底解决了时间同步信号端到端的地面传送问题, 完全满足 LTE 网络的 GPS 时间同步地面传送替代要求。参考文献 :1 四 川 移 动 , TD-SCDMA 基 于 MSTP 的 1588V2 高 精 度 地 面 同 步 信 号 传 送 技 术 实现 GPS,四川:中国移动通信集团四川分公司,20112 大唐移动, LTE 系统网络架构 , 上海: 大唐移动客户中心 (上