2021年6月18日

亚搏体育官网入口-使用增强主参考锁定(EPRTC)标准通过准确的时间体系结构应对5G的灵活挑战

移动通信运营商必须为5G网络提供高精度时间和相位保护,但依赖全球导航卫星系统(GNSS)时,这一点很难实现。因为全球导航卫星系统由于人为干扰、欺诈或自然现象而长期不可用。增强主参考锁定(EPRTC)为移动网络运营商提供了一个安心的解决方案,该解决方案具有解决问题所需的准确性、可靠性和性能。要成功部署EPRTC,必须充分了解构建可靠、灵活、准确的时间体系结构所需的关键因素,包括最能满足网络运营商要求的时钟和其他相关系统。

保持5G运行状态

想象一下,移动网络支持快速下载视频,并提供满足多个客户需求的高密度5G服务。突然一切都停止了。移动服务终止后,客户指责移动运营商,运营商名声受损,用户流失。这在GNSS中断期间很容易发生。

负责国家核心基础设施的移动运营商和团队正在考虑提供GNSS备份或整体减少对GNSS技术依赖的各种方法。最近在3G或4G移动网络中也广泛使用的无线技术主要采用基于频率的同步政策。该技术在业界家喻户晓,已广泛部署,效果卓著。随着5G的到来,要想充分利用移动通信公司投资的宝贵频谱,必须有非常严格的时间和相位精度。防止数据冲突和频率干扰很重要。与此同时,应尽量减少保护带的范围,以加强频谱并更有效地利用。在这种情况下,可以在正确的时间执行此操作。

此精度级别所需的时间源主要通过GNSS提供。但是,随着5G网络的密集,不再考虑此选项。如果无线电或基站没有GNSS接收器,则无线电或基站缺乏高质量的维持振荡器,需要无线电或基站迅速停止工作,以防止干扰问题。这些技术考虑事项可以减少基站计时对GPS的依赖,并逐步迁移到准确的时间协议(PTP)体系结构。移动通信运营商必须在保持灵活准确的时间体系结构的同时,最大限度地减少使用GPS的站点,以确保GNSS中断期间客户服务的连续性。

EPRTC标准是应对这些挑战的理想选择。这是ITU电信标准化部门(ITU-T)为提高时间准确性而定义的PRTC(主参考时钟)的多个版本之一。PRTC A类满足与协调世界时间(UTC)相关的100纳秒(ns)精度要求。PRTC B类以40 ns的精度更准确。根据ITU-T G.8272.1的定义,增强的PRTC具有30 ns的最大精度。

EPRTC独特的设计提供了最大的灵活性,允许将铯时钟用作参考时钟超过14天,同时在长时间的中断期间保持与UTC的最大偏差为100 ns。这将是5G移动运营商部署ePRTC的重要优势。当GPS关闭时,整个网络的服务提供将平稳过渡。这将确保在GPS中断恢复或GPS长期不可用时,保持正常运行所需的时间。

手表和配件的重要性

EPRTC不能单独运行。高质量ePRTC的核心原则是制定独立的时间尺度来腾出时间。时间尺度提供随着时间的推移根据GNSS信号进行调整和校准的时间、相位和频率。高质量的ePRTC引擎使用获得专利的测量算法,评估和测量自身对GNSS的时间尺度偏移。

ePRTC系统的方法为自主的主时间源设置时间尺度,而铯原子钟和GNSS有助于保持EPRTC市的准确性。

因此,理想情况下,将ePRTC连接到GPS时钟和原子钟(通常用于最大限度地提高弹性,因此建议使用两个钚原子钟)。EPRTC不是只锁定一个原子钟,而是在一组适当权重的时间标准上主动完全锁定两个钟。例如,当原子钟的性能下降时,ePRTC会轻轻地降低权重,以免影响发射时间和频率服务。

需要强调的一点是,高质量ePRTC需要通过适当的智能来实现集合和自主时间标准功能,同时要善于与高质量原子钟“结合”。这特别适用于“保持”功能。最高质量的钚原子钟将为ePRTC系统本身提供最佳的维持性能。

设置和调试要求

成功构建优化的时标系统包括成功构建铯原子钟和ePRTC系统,需要特别注意设置和调试。ITU标准指定必须执行的调试验证,包括:

ePRTC完全锁定在接收参考时间信号中,预热期间不运行。

参考路径没有错误或设备错误,包括天线错误

环境条件在设备规定的工作限度内。

设备的固定偏移经过适当的调试和校准,例如天线电缆长度、电缆放大器和接收器延迟、参考时间信号(例如,GNSS信号在相关运营机构规定的限度内工作)。

参考时间信号通过GNSS等无线系统工作时,应尽可能将多重反射和其他本地发射中的干扰(例如人为干扰)减少到可接受的水平。

没有剧烈的雷雨和太阳耀斑等极端传播异常。

根据原子钟,时间参考是GNSS,频率参考是1 pps/10 MHz。常见的错误是,将GNSS的时间和频率设置为最高优先级,使原子钟成为经典的大气角色,无法发挥ePRTC的运营优势。

考虑到这些调试要求后,选择ePRTC解决方案的下一步是系统验证和测试。

验证和测试

测试和验证分为三个主要阶段。

1.21日“学习”期间

2.14日“维持”期间

3.7天“恢复”期间

21日的学习时间有助于非常精确地确定ePRTC市的UTC校准参数和局部铯原子钟的频偏评价。GNSS子系统基于UTC报告一组本地时间尺度的连续时间误差度量单位,允许慢慢调整本地时间尺度速度。这3周的学习时间(第一阶段)有助于ePRTC确认是否符合ITU-T的时间准确性规格。

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图1 21天后,符合ITU-T G.8272.1小时准确度标准

在14天保持期间,GNSS信号将断开,ePRTC应确保在14天保持期间能保持100 ns。铯原子钟越优秀,该测试的性能就越高。

如图2所示,经过测试的ePRTC在几乎整个中断期间将时间误差性能限制保持在100 ns标准,保持25 ns时钟类。使用高性能铯原子钟可以提供比标准要求高4倍的维持性能。

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图2在ePRTC对Microchip的TimeProvider 4100进行测试期间,经过14天中断期(1天恢复期)后,时间误差在100 ns要求(42 ns)内。重新连接GNSS时返回0

恢复期是为了确保将GNSS重新连接到ePRTC单元时一切恢复正常。目标是确认能否成功地重新聚合和重新设置100%正常时间标准保护任务,如图3所示。

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图3显示了与G.8272.1标准相比,与主UTC-NIST参考的时间偏差(TDEV)3354相比,7天后保持期的结果。

保持“油表”的重要性

“油表”特别有用,因为它有助于移动运营商充分理解ePRTC维持功能保持100 ns准确度(以UTC为准)的时间。标准要求是14天。

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图4维持“油表”(取出GNSS天线前)所需时间为40天(远远优于所需的14天)。

EPRTC标准满足5G要求,以确保一致准确的交付相位和时间。实现此功能的难度取决于是否作为整个解决方案的一部分正确部署,包括完全验证、测试和调试的准确时钟和相关系统。

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