智能城域网5G承载时钟同步部署研究

项朝君 刘倩 黄华峰 马淼娜 吕艳娜

摘要：随着5G网络的规模建设，相比2G/3G/4G网络，5G网络提出了严格的时间同步要求。在进行5G网络建设时，除基站自身配置GPS卫星接收作为主用时钟同步方案外，同时考虑采用1588v2技术作为备用时钟同步方案。本文针对智能城域网5G承载时钟同步方案进行研究，通过对比传统时间同步方案存在的种种问题，提出在智能城域网部署1588v2时钟同步的方案，通过1588v2技术提高5G承载时钟同步精度及可靠性，从而保证基站间的同步需求。

关键词：5G承载;智能城域网;时钟同步;时间同步;1588v2

在5G业务场景中，对于基本业务和协同业务我们主要采用的是TDD模式，具体要求是对诸如eMBB这些基本业务需要满足微秒级的同步标准，即小于±1.5μs，而对于协同业务以及更高时间精度的业务需要满足纳秒级的同步标准[1]，即小于±350ns。

传统的时钟同步方案主要有2种，如图1所示，一种是GPS同步方案，另一种是1588v2同步方案。GPS同步方案一般是在每个基站随站部署，无需经过承载网。1588v2同步方案利用1588v2协议在核心侧部署BITS设备，引入时间源并通过承载网将时间同步到基站侧，以实现基站之间的时间同步[1]。该方案需要在承载网中部署1588v2协议。单GPS方案精度较高且故障易定位，但存在选址难、设备易老化、坏损率高、缺少备份、安全隐患大等不足之处。1588v2同步方案支持网络保护倒换，可靠性高。GPS+1588v2混合方案兼备GPS和1588v2的特点，在GPS随站部署的同时通过1588v2来传递核心侧的时钟源，利用双源部署方式具备高精度和高可靠性，在覆盖方面也解决了GPS天线选址难的问题，可以实现100%覆盖。

1基于5G网络的1588v2时间同步网网络架构

1.15G时钟同步对智能城域网的需求

随着5G新兴业务的发展和需求，中国联通在城域层面构建了一张“网络结构简化、网络协议简化、网络设备简化、网络控制和网络管理智能化”的面向5G业务为主融合承载的新型智能城域网络，即智能城域网。结合5G用户渗透率以及流量模型连续性增长等因素，智能城域网前期承载以5G基站业务为主。因此，作为5G业务承载的智能城域网，设备都需要同步部署1588v2协议作为5G时钟同步的备用手段，在5G移动回传网内逐点传递高精度时间和频率信号至需要同步的5G基站，从而保证基站间的同步需求。

1.2基于1588v2的本地高精度时间同步网络架构

目前本地高精度时间同步网仅限于智能城域网本地网范围内的移动回传网络使用，适用于5G网络中的诸如eMBB的基本业务需求，对于协同业务以及未来更高时间精度的业务需求，将进一步通过高精度时间源、时间源下移的高精度小BITS等方案实现。

基于1588v2的本地时间同步网络架构实现为：在本地网核心节点即智能城域网MCR节点配置一主一备2套1588v2高精度时间服务器，输出标准的时间和频率参考信号，传输承载网络完成1588v2端到端部署，具体实现为时间服务器至基站间的承载网元，如WDM/OTN、智能城域网设备等，设置为1588v2中的边界时钟BC模式，跟踪并逐点恢复和传递高精度时间服务器输出的时间及频率基准参考信号。5G基站可设置为边界时钟BC或者普通时钟OC模式。基于1588v2的本地高精度时间同步网络架构如图2所示。

25G时间同步方案对比

2.15G时钟同步支持情况及时钟参考源

5G基站gNodeB时钟同步推荐使用时间同步方式，gNodeB时钟具体精度要求为：5GNR基本业务时间同步精度要求优于3μs（±1.μs）。

由于5G分为TDD和FDD，对于这两种不同的系统，满足5G时钟同步的可选时钟源解决方案[2]如表1所示。

2.25G时间同步方案

5G时间同步方案大致可以分为如下2种。1）GPS为主的方案1随站部署GPS;2GPS为主，1588v2为辅（核心层BITS）：一阶段随站部署GPS，二阶段承载网端到端开通1588v2。

2）以1588v2为主的方案

11588v2（核心层BITS）：承载网全网开通1588v2;

21588v2（接入层BITS）：BITS下沉到接入层，局部开通1588v2;

31588v2（核心层+接入层BITS）：一阶段承载网局部开通1588v2，二阶段承载网全网开通1588v2。

3智能城域网1588v2部署方案

3.1智能城域网1588v2部署策略

根据当前网络运维智能化发展要求，综合考虑高精度时间同步网的时间传递精度、运维自动化、端到端管理等因素，智能城域网1588v2部署整体策略为全网部署1588v2作为基站时间源的备份。

3.2智能城域网与时钟服务器对接原则

1588v2高精度时间服务器输出的标准频率和时间参考信号通过智能城域网的核心/MCR、汇聚/MER、接入/MAR、WDM/OTN网络（部分场景）链路传递至5G基站。

为保证精确时间传递，整个1588v2时间域（包括时间服务器、WDM/OTN网元、智能城域网网元、5G基站）都需要频率同步作为支持基础，因此整个网络形成两个逻辑层面[3]：频率层和时间层，通常采用SyncE+PTP方式，即频率层同步采用同步以太技术，时间层同步采用PTP技术。

3.3高精度时间服务器部署原则

在需要部署的每个本地网内暂按配置一主一备2套1588v2高精度时间服务器（PRTC+GM）设备，应必须采用GPS/北斗双模接收模式。

1588v2高精度時间服务器原则上应部署于本地网核心节点机房，以便于将标准的频率和时间基准信号经不同的汇聚和接入环路传递至5G基站设备。

对于多核心节点结构网络，应保证1588v2高精度时间服务器（PRTC+GM）设备的同步服务能够覆盖全网，且服务能力形成主备关系。

3.4智能城域网1588v2部署原则

智能城域网应用于5G回传网络，具体部署需要满足5G要求的同步状态机制。5G移动回传网络中频率同步信号与时间同步信号应尽量保证来自同一个参考源[4]，即时间同步（PTP）信号及频率同步（SyncE）信号均溯源至部署在本地网核心节点的同一套高精度时间服务器设备的以太接口（默认GE光口）。

移动回传网络传递1588v2时，需要频率同步进行支撑。部署1588v2前应提前配置好网络频率路径，可根据现网情况进行全网频率主备用链路设计，应注意避免成环，保证频率网络稳健性。

3.5智能城域网1588v2配置实现

以华为设备为例，智能城域网全网MCR/MER/MAR设备逐段使能1588v2功能，使能端口时钟同步功能，配置参与时钟选源的端口优先级。

MCR/MER/MAR设备全局功能项配置，见表2。

时钟同步基于物理接口，不管接口是否加入了链路聚合组（Eth-Trunk），时钟不受影响，时钟报文逐跳端口终结，不会被Eth-Trunk负载分担。若设备之间通过Eth-Trunk对接，建议只需要在Eth-Trunk的任意一个成员接口配置时钟同步即可，其他成员接口无需配置。

3.6智能城域网线路时钟优先级和同步路径规划原则

当需要设置外部输入时钟信号或者1588时钟源参与系统选源时，需要指定该外部时钟源等级，如果不指定则该时钟信号不可以参与选源。缺省情况下，线路时钟参考源的优先级为0，此时该时钟源不能参与选源。如要使该时钟源参与系统选源，需要先为其配置选源优先级。接口时钟优先级为本地优先级，此参数只在本设备内部使用，不会通过报文传递给其他设备。在实际选源过程中，时钟源质量等级（QL）的优先级大于时钟源优先级。使能SSM级别参与选源时，优先根据时钟源质量等级的高低顺序选择同步参考源。未使能SSM级别参与选源或使能SSM级别参与选源但QL相等时，系统依据时钟源优先级的高低顺序选择时钟参考源[5]。

智能城域网以太时钟优先级越小越优先，优先级取值范围为1～255，0不参与选源。智能城域网同步以太需要合理规划，避免成环，总体原则为跟上不跟下，同级拆分。智能城域网线路时钟优先级典型组网如图3所示。

智能城域网部署主备双时钟源（BITS），接入MCR-1和MCR-2，实现了1588v2的多源保护机制。若现网发生链路故障或者网元整机故障，时钟同步路径将产生变化。

4未来智能城域网如何提供高精度同步

技术的不断发展，其同步要求越来越高，包括时钟源、锁相环等基本时钟技术经历了多次更新换代，同步技术也在不断推陈出新，时间同步技术是当前业界关注的焦点[5]。在顺应5G的潮流中，中国联通智能城域网可以通过协议增强和时钟源下移等时钟优化方案提供更高精度标准。

随着各厂家小型化高精度时钟源产品的发布，为时钟源的下移提供了充足的动力。例如华为公司开发了AirBits，可以直接部署到接入侧，大大减少了时钟网络的跳数，从而提高了承载网输出的时间精度。

5结束语

智能城域网采用的1588v2技术是当前唯一保证同步精度且建设成本低的方案，智能城域网时间同步传递由时间服务器至基站全程采用SyncE+PTP方式，使用范围包括时间服务器与回传网络之间、回传网络内部、回传网络不同设备形态之間和回传网络与基站之间，可以实现全网时钟可视管理，快速故障定位，环网自动测量，无需下站，高效运维。

参考文献：

[1]肖巍.5G基站的时钟对齐成为网络同步关键瑞萨高精度产品保驾护航[J].电子产品世界，2021，28（6）：10.

[2]汪琰.浅谈GPS+北斗双时钟系统在5G基站上的应用[J].电子测试，2021（10）：78-79+104.

[3]郭文佳.5G传送网进行1588v2同步改造研究[J].电子世界，2021（6）：188-189.

[4]孙东平，王冉.时钟同步技术在5G基站中应用[J].计算机产品与流通，2020（11）：55.

[5]陶源，吴婷.5G高精度时间同步组网方案研究[J].邮电设计技术，2021（1）：77-82.