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摘要:对于时分同步码分多址(TD-SCDMA)和时分长期演进(TD-LTE)无线系统，采用全球定位系统(GPS)提供时间同步具有施工难、成本高和不安全等弊端。利用同步协议通过光纤系统传输高精度时间同步信号将是主流技术。文章对采用分组传送网(PTN)承载IEEE 1588v2提供时间同步的精度影响因素进行了分析，通过实验和试点测试初步验证了PTN承载1588v2提供高精度时间同步信号的可行性，并比较了PTN承载1588v2的不同模式。
关键字:分组时延差；边界时钟；透明时钟；高精度时间同步协议
英文摘要:For Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access (TD-SCDMA) and Time Division Long Term Evolution (TD-LTE) wireless systems, using a global positioning system (GPS) to provide time synchronization is problematic. In these wireless systems, GPS is costly, difficult to deploy, and insufficiently secure. Nowadays, transportation of high precision time/phase synchronization signals through Precision Time Protocol (PTP) fiber systems has become mainstream technology. This paper analyzes the main factors affecting the performance of time synchronization through Packet Transport Network (PTN) carrying IEEE 1588v2. In light of laboratory and field trial tests, the possibility of transporting high precision time/phase synchronization signal through PTN carrying 1588v2 is proven. Finally, this paper compares the different models of 1588v2 in PTN.
英文关键字:packet delay variation; boundary clock; transparent clock; precision time synchronicationprotocol
随着移动通信技术的发展，网络对时间同步的要求越来越高。CDMA2000、时分同步码分多址(TD-SCDMA)、时分长期演进(TD-LTE)基站都需要高精度的时间同步。TD-SCDMA规定的时间同步指标为±1.5 μs，采用本地时钟授时或频率同步网守时等方式均无法满足要求，而采用每个时分(TD)基站加装全球定位系统(GPS)的方式则面临施工难、成本高和不安全等弊端。
利用同步协议通过光纤系统传输高精度时间同步信号将是未来的主流技术。
高精度时间同步信号地面传输的关键技术主要包括2个方面：一方面是高精度时间协议，另一方面是对传输中引入的时延和抖动进行补偿的技术。基于网络时间协议(NTP)技术的时间同步网精度在数十毫秒数量级，无法满足TD要求。IEEE 1588v2协议采用延时-请求响应机制，通过同步消息计算出从时钟与主时钟之间的时间偏差，达到时间同步的目的。通过硬件打时间戳和采用边界时钟/透明时钟来补偿网络组件或协议栈引起的时延和抖动，IEEE 1588v2协议能够达到亚微秒级的同步精度。
IEEE 1588原本是为工控机之间的同步需求而设计的高精度时间同步协议(PTP)。当应用于大规模的电信网时，其精度、不同模式、维护管理和高精度时间同步协议(BMCA)等还需要进一步研究。
本文对采用分组传送网(PTN)承载IEEE 1588v2提供时间同步的精度影响因素进行了分析，通过实验和试点测试初步验证了PTN承载1588v2提供高精度时间同步信号的可行性，并对PTN承载1588v2的不同模式进行了比较[1-5]。
1 影响时间同步精度的关键因素
IEEE 1588v2采用主从时钟方案，周期发布时 钟。接收方利用网络链路的对称性进行时钟偏移测量和延时测量，实现主从时钟的频率、相位和绝对时间的同步。在1588v2报文传送过程中，由于每个传输节点要进行时间戳处理，相应会引入时延和抖动，因此传送网的跳数会影响时间同步信号的精度。在分组传送网中，由于采用了存储转发机制，分组时延差(PDV)对于时间精度可能有很大影响。对于边界时钟(BC)和透明时钟(TC)模式，由于在PTP包头中引入了修正字段(CF)来记录和补偿节点处理时延，因此可以很大程度降低PDV的影响。对于纯透传模式，业务负载和包长都将影响时间精度。此外网络保护倒换、信号劣化、温度变化、频率同步等各种因素也都可能影响时间同步精度。
1.1 跳数影响
在BC模式下，由于在每个节点终结PTP报文，因此上一级节点的PDV影响不会累积，对时间精度的主要影响是输出端口的队列。此外，由于每一级时钟都需要同步于主时钟，因此在时钟恢复过程中会引入漂移，并且这种低频漂移会累积。
对跳数影响的测试平台如图1所示。所有PTN节点配置为BC模式并且通过同步吉比特以太网(GE)接口互联。DUT1通过1PPS+ToD接口与GPS接收机相连。时间测试仪比较DUTn与GPS的时间误差。
不同跳数下的时间误差如图2所示。在10跳情况下测试了9个小时，时间误差范围为-120.3 ns～131.5 ns，峰峰值为252 ns；在20跳情况下测试了9个小时，时间的误差范围为-61 ns～192 ns，峰峰值为253 ns；在30跳情况下测试了4个小时，时间误差范围为-239.3 ns～26.8 ns，峰峰值为266 ns。可以看出在不同跳数情况下，时间精度差别不大，噪声模型接近于随机发布。
