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Microchip Technology Inc. 戰略應用、時(shí)序和通信業(yè)務(wù)部 高級技術(shù)顧問(wèn) Darrin Gile 網(wǎng)絡(luò )中的各個(gè)元素必須符合特定的頻率、相位和時(shí)間要求，以確保網(wǎng)絡(luò )實(shí)現正確的端到端運行。由O-RAN聯(lián)盟定義的同步架構決定了開(kāi)放式RAN設備將如何滿(mǎn)足這些要求。 一直以來(lái)，開(kāi)放式RAN吸引著(zhù)那些希望降低成本、提升競爭力和推動(dòng)技術(shù)創(chuàng )新的服務(wù)提供商的目光。市場(chǎng)對分布式虛擬RAN架構的渴求，為5G網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域帶來(lái)了更多的靈活性、競爭性與開(kāi)放性。 O-RAN聯(lián)盟成立于2018年，初衷是為了實(shí)現硬件標準化并定義開(kāi)放式接口，以確保供應商設備之間的互操作性。O-RAN.WG4.CUS.0-v10.00中已經(jīng)定義了有關(guān)控制、用戶(hù)和同步平面的協(xié)議、架構和要求。 S平面和精度 同步平面（S平面）解決了O-RAN無(wú)線(xiàn)電單元（RU）和分布式單元（DU）之間前傳網(wǎng)絡(luò )連接的網(wǎng)絡(luò )拓撲和時(shí)序精度限制問(wèn)題。有關(guān)頻率、相位和時(shí)間同步的要求需遵循3GPP建議并與ITU-T網(wǎng)絡(luò )和設備限制相符。對于時(shí)分雙工（TDD）蜂窩網(wǎng)絡(luò )，TDD蜂窩網(wǎng)絡(luò )的基本精度要求是基站之間為3 µs，以及最終應用與公共點(diǎn)之間為±1.5 µs（G.8271）。如果是使用高級無(wú)線(xiàn)電技術(shù)（例如協(xié)作多點(diǎn)或MIMO技術(shù)）的設備，其精度要求將更加嚴格。為了滿(mǎn)足此類(lèi)更加嚴格的網(wǎng)絡(luò )限制要求，設備需要符合G.8372.2中定義的C類(lèi)（30 ns）最大絕對時(shí)間誤差要求。 授時(shí)配置 S平面由四種拓撲組成，用于通過(guò)前傳網(wǎng)絡(luò )（RU到DU）分配定時(shí)。此類(lèi)配置將依靠基于時(shí)間的同步技術(shù)與基于頻率的同步技術(shù)的組合。位于網(wǎng)絡(luò )中的主參考時(shí)鐘（PRTC或ePRTC）將為每個(gè)網(wǎng)絡(luò )元素提供基準時(shí)間。使用GNSS、精確時(shí)間協(xié)議（PTP）和物理層頻率源（最常見(jiàn)的是同步以太網(wǎng)（SyncE））可確保RU能夠可靠地接收頻率，而且更重要的是，能夠接收網(wǎng)絡(luò )運行所需的相位和時(shí)間同步信息。 圖1和圖2顯示了四種用于在開(kāi)放式RAN前傳網(wǎng)絡(luò )中支持網(wǎng)絡(luò )同步的已定義配置。 
圖1. 在這些配置中，授時(shí)來(lái)自上游（左）或來(lái)自前傳中的T-BC（右）。
圖2.DU和RU通過(guò)交換芯片從PRTC（左）獲取時(shí)間，而授時(shí)來(lái)自GNSS（右）。 配置LLS-C1 第一個(gè)配置的同步需通過(guò)DU和RU之間的直接連接來(lái)進(jìn)行。O-DU將從與O-DU位于同一地點(diǎn)的精確實(shí)時(shí)時(shí)鐘/電信級主時(shí)鐘（PRTC/T-GM）處接收網(wǎng)絡(luò )時(shí)間，或者從網(wǎng)絡(luò )中位置更靠后的遠程PRTC/T-GM處接收網(wǎng)絡(luò )時(shí)間。 配置LLS-C2 在配置LLS-C2中，DU仍從位于同一地點(diǎn)的PRTC處或位于網(wǎng)絡(luò )中更上游的PRTC處接收網(wǎng)絡(luò )時(shí)間。網(wǎng)絡(luò )時(shí)間將通過(guò)駐留在前傳網(wǎng)絡(luò )中的其他交換芯片從DU進(jìn)行傳遞。為了獲得最佳性能，這些交換芯片應包含一個(gè)完全感知（G.8275.1）網(wǎng)絡(luò )，其中每個(gè)節點(diǎn)都能夠充當電信邊界時(shí)鐘（T-BC）。此外，還可以使用有一個(gè)或多個(gè)交換芯片不參與PTP過(guò)濾的部分感知網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)前傳網(wǎng)絡(luò )的躍程類(lèi)型和數量將限制網(wǎng)絡(luò )的整體性能，具體取決于前傳網(wǎng)絡(luò )的類(lèi)型。例如，由C類(lèi)（30 ns）T-BC組成的完全感知網(wǎng)絡(luò )能夠比由B類(lèi)（70 ns）T-BC組成的完全感知網(wǎng)絡(luò )促進(jìn)的躍程更多。 配置LLS-C3 在第三種配置中，DU和RU都將從位于前傳網(wǎng)絡(luò )中的PRTC處接收網(wǎng)絡(luò )時(shí)間。 與LLS-C2一樣，網(wǎng)絡(luò )時(shí)間可以通過(guò)完全感知或部分感知交換芯片在前傳網(wǎng)絡(luò )中傳播。在某些情況下，DU可以作為T(mén)-BC參與將時(shí)間傳遞給RU的過(guò)程。 配置LLS-C4 配置LLS-C4是四種拓撲中最優(yōu)先采用且最容易實(shí)現的，但可能也是成本最高的一種。在此配置中，RU會(huì )從用作每秒脈沖數（PPS）時(shí)鐘的GNSS處獲取時(shí)間，或從位于同一位置的PRTC/T-GM處獲取時(shí)間。5G NR站點(diǎn)的龐大數量以及GNSS天線(xiàn)的嚴苛位置要求可能會(huì )使該配置的部署變得成本高昂或不切實(shí)際。此外，無(wú)線(xiàn)電站點(diǎn)的GNSS還可能更容易受到欺騙或干擾，這可能會(huì )造成正常運行的中斷。 設備設計 和網(wǎng)絡(luò )部署一樣，網(wǎng)絡(luò )設備的同步設計也需要適當的規劃和設計工作。為了符合網(wǎng)絡(luò )同步限制要求，設備會(huì )將時(shí)間戳工具、高級鎖相環(huán)（PLL）、可靠的PTP支持軟件和精密振蕩器（圖3）搭配使用。
圖3.網(wǎng)絡(luò )設備會(huì )將PTP軟件、系統同步器、PLL和時(shí)間戳工具搭配使用。 設計的第一個(gè)關(guān)鍵部分是系統同步器，該器件由多個(gè)高級PLL組成。同步器可為SyncE時(shí)鐘提供抖動(dòng)和漂移濾波、輸入參考時(shí)鐘監視、無(wú)損傷參考時(shí)鐘切換以及用于精細PPS/PTP時(shí)鐘控制的數控振蕩器。PLL還可提供能夠直接鎖定到PPS時(shí)鐘源的帶寬。 精確的時(shí)間戳工具、PTP軟件和高級算法將管理PTP流量，并提供準確跟蹤T-GM相位和時(shí)間所需的調諧計算。最后，精密振蕩器對于確保獲得適當的保持和整體性能參數起到至關(guān)重要的作用。 這些構件對于DU、RU以及任何參與定時(shí)分配的交換芯片而言都是相同的。功能模塊的實(shí)際實(shí)現可能會(huì )因具體用例的不同而有所差異。例如，精密振蕩器可能會(huì )因每個(gè)網(wǎng)絡(luò )元素的保持要求不同而變化。DU需要更高的穩定性，且必須支持比RU更長(cháng)的保持時(shí)間。因此，RU設計可以選擇更高端的溫度補償晶體振蕩器（TCXO）或恒溫控制晶體振蕩器（OCXO），而DU則可能會(huì )使用更加昂貴的OCXO。 改善定時(shí)延遲 可以采用多種技術(shù)中的任意一種來(lái)提高一臺設備的整體時(shí)間精度。這些技術(shù)包括基本設計項目（例如將時(shí)間戳工具盡可能靠近設備邊緣放置）以及用于系統內相位管理的更為復雜的系統校準。使用SyncE（或更具體地說(shuō)，使用G.8262.1中定義的增強型同步設備從時(shí)鐘（eEEC））可以提供穩定的頻率參考，從而極大提升混合配置中的整體相位性能。 當與MACsec等安全協(xié)議搭配使用時(shí)，請注意確保加密/解密幾乎或完全不會(huì )為時(shí)間戳功能增加延時(shí)。應當正確設計和選擇高級算法的性能以及精密振蕩器的穩定性，以實(shí)現所需的性能。對于更復雜的設計，確保PPS時(shí)鐘分配中所涉及的所有定時(shí)組件能夠最大限度減少輸入到輸出延時(shí)變化和輸出到輸出偏差，對于滿(mǎn)足最嚴格的設備限制要求來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。一些同步器能夠利用校準功能來(lái)實(shí)現精細的相位控制測量與調整。此外，還可以對精密振蕩器的溫度和老化所引起的相位誤差進(jìn)行額外補償�？梢允褂蒙鲜霾糠只蛉糠椒▉�(lái)確保設備符合時(shí)間和精度限制要求。 最初，農村和私有綠地網(wǎng)絡(luò )一直是部署開(kāi)放式RAN的理想起點(diǎn)。隨著(zhù)越來(lái)越多的宏部署開(kāi)始上線(xiàn)，提供高精度的網(wǎng)絡(luò )同步開(kāi)始對實(shí)現超低延時(shí)應用和高級無(wú)線(xiàn)電技術(shù)所需的性能有了極其重大的意義。 |
