移動運營商正在LTE-Advanced網絡和5G網絡的部署領域大力投資，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險：通過這些網絡提供的高性能移動服務非常依賴于GPS和其他被稱為全球導航衛星系統（GNSS）的其他類似區域性星座提供的精確時間，以便同步無線電、支持新應用并最大程度地減少干擾。如果由于干擾、欺騙、故障或其他事件導致GPS/GNSS無法使用，則引發的服務中斷將對系統性能造成災難性的影響。

正如電網極易受到可能導致大規模火災（如最近加利福尼亞州發生的大火）的氣候、炎熱、大風和干燥植被的影響一樣，5G網絡也很容易受到精確時間分配中斷的影響，甚至可能導致整個系統中斷。新技術能使移動運營商保護其網絡免受這些威脅的影響。這些技術在利用現有部署的同時，創造了在長距離上分配超高精度時間的新架構。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。

技術趨勢

最新的LTE-Advanced和5G移動網絡帶來了巨大的容量和帶寬增長，可用于向消費類、工業、城市和特定細分市場提供新服務。從智能手機的高帶寬視頻傳輸，到自動駕駛汽車、智能城市以及智能工廠的物聯網（IoT），這些新服務都依賴于大量的傳感器、基站和其他設備的同步。

要做到這一點，需要在長距離上傳遞非常精確的時間。沒有它，移動運營商將無法通過最大限度地減少中斷和風險來充分利用部署投資。此外，他們還必須制定能夠在GPS/GNSS故障時發揮作用的計劃。與此同時，他們需要有效利用光網絡和其他現有基礎設施，這樣便無需在暗光纖上進行昂貴的新投資。

標準機構對精確的時間和同步定義了非常嚴格的要求，例如主參考時鐘（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的增強型PRTC（ePRTC）的性能規范。為了滿足這些要求，必須要有高質量的時間源，并且需要一種非常有彈性、高效且高性能的分配機制來將時間從源傳輸到各種使用時間的設備（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，鑒于端點的密度越來越高，其部署成本可能會很高。此外，位于蜂窩基站的GNSS接收機存在一個技術漏洞。一旦GNSS接收機由于任何原因無法正確跟蹤衛星，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的保持期短而引起的干擾問題。由于這些技術和財務方面的考慮，運營商迫切需要可以在多地減少甚至消除對GNSS的依賴的解決方案。

運營商的其他考慮因素包括：使用網絡時從源到端點的時間分配；網絡節點；以及這些網絡節點可以支持的各種同步功能。通常，精確時間協議（PTP）最高級時鐘位于授時鏈的開頭，并且符合100 ns PRTC-A或40 ns PRTC-B的性能規范，因此它可以在+/-1.5微秒內將精確時間傳遞到鏈的末端。路徑上的網絡節點通常嵌入了滿足A類（50 ns）或B類（25 ns）的時間邊界時鐘（T-BC）功能。

需要一種新型時間分配架構來滿足這些要求和考慮因素，以允許運營商保護其移動網絡免受GNSS中斷的影響，并在長距離上分配精確時間以覆蓋全國。此外，這種架構還必須提供必要的性能，以滿足5G需求的端到端預算。

一種不同的時間分配架構

高精度時間分配架構應具備多種功能，使運營商能以最有效的方式消除GPS/GNSS漏洞，并解決其5G網絡中的其他挑戰。此架構應：

o   充分利用現有的光網絡（從而避免高昂的暗光纖費用）
o   使用專用的lambda以便以最快的方式傳輸時間
o   最大限度地保護冗余時間源，此時間源滿足30 ns ePRTC的最高性能，并采用銫原子鐘和GNSS的組合
o   提供兩個時間流向（東和西），這樣便可在從源到端點的過程中出現任何問題時利用冗余路徑
o   擁有一系列高精度邊界時鐘（HP BC），可滿足當今標準（T-BC D類5 ns）規定的最高性能水平的要求

這種類型的多域架構提供了冗余式、亞微秒級的端到端授時功能，適合在數百英里范圍內以較低的成本傳遞每節點5納秒的高性能精確時間分配。

這種解決方案的一個示例是Microchip的TimeProvider 4100，它既可以配置為在授時鏈的源端具有PRTC-A和PRTC-B時間傳遞功能的ePRTC，也可以配置為光網絡路徑上的HP BC。此外，還可以根據應用特定的要求配置這類產品，以實現端到端授時，并在長距離上擁有達納秒級的精確時間傳遞能力。

確保精確的授時

下一代高性能移動服務成功與否將取決于運營商能否順利解決當今的關鍵GPS/GNSS漏洞。干擾、欺騙、故障或其他事件會導致5G網絡同步無線電、支持應用和將干擾降至最低所需的精確GPS/GNSS授時中斷。最新的高精度時間分配架構以最小的附加成本降低了這些風險，并為運營商提供了所需的性能來支持要求較高的新5G服務（從基于IoT的應用到在智能手機上接收高帶寬視頻）。

欲了解更多信息，請訪問

https://www.microchip.com/design-centers/synchronization-and-timing-systems。

作者：Eric Colard, 頻率和時間體系業務部新興產品主管 ，Microchip Technology