精品案例基于1588时钟源的LTEFDD基站时钟组网方案.docx

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精品案例基于1588时钟源的LTEFDD基站时钟组网方案

基于1588时钟源的LTE-FDD基站时钟组网方案

摘要：

采用1588时钟源对LTE-FDD基站进行频率同步，在减少普通1588时钟网络对时钟传输网元的校准精度要求的前提下保证基站侧的时钟同步要求。

从而增强1588时钟方案部署的易用性。

关键词：

IPRAN、ER、B设备、BBU、1588时钟、BITS

1.概述

LTE-FDD基站对于时钟的精度要求不高，而是对频率有±0.05ppm的要求，基于此点我们提出只利用1588进行频率同步而非时间同步，这样将大大降低对于时钟传输网元的精度校准要求从而使1588时钟的部署更加简单。

该方案不但会增加LTE基站的时钟稳定性并且会降低楼宇、地下室等一系列GPS天线接入困难场景的基站建设难度，减少建站成本加快建设速率。

2.创新需求背景

无线基站之间在切换时，如果和基站（NodeB）没有时间同步，可能导致在选择器中发生的指令不匹配，从而使通话连接不能建立起来。

时间和频率的偏差还会影响移动台在基站间切换的成功率。

传统的时间同步链路是采用NTP传送方式实现，该协议最大的缺点只能满足ms级别的时间传递精度，这对于无线时间同步基站所需的us级时间精度是远远不够的。

而在基站侧，目前是采用的GPS解决频率和时间同步问题存在诸多问题：

（1）安装选址难，尤其是室内覆盖基站；

（2）维护困难，GPS系统故障率高，超过了1%，出现故障时需要上站维护；

（3）馈线铺设困难，馈线较长时需要加装放大器并考虑馈电，室内覆盖基站馈线长，情况更加复杂；

（4）安全隐患高，这种方法依赖于美国GPS系统，紧急情况下整网可能因失步而瘫痪，且GPS系统目前存在失效的可能；

（5）成本高，每一个基站均需要配置一套GPS系统，安装、维护成本更高（尤其是在海外）。

针对无线时间同步基站高精度时间的需求以及现有GPS解决方案的种种弊端，运营商迫切希望能够有一种高精度的地面传送时间同步方案。

IP化是未来网络和业务的发展趋势，承载网也是如此。

但是以SDH为基础的传统网络过渡到以IP为基础的以太承载网络目前还存在很多困难，一个关键技术是解决新网络对传统TDM业务的承载。

传统TDM有两个主要的应用，语音业务和时钟同步业务。

对于语音，VoIP化后，在IP网络上承载的技术已经成熟并且大规模应用；但是对于时钟同步业务相关的各种技术还在发展中。

IP网络最初的设计，没有考虑到电信的应用。

随着业务的发展，IP的优势越来越突出。

为了更好的适用不同的网络，IP的协议发展也突飞猛进，逐步完善了Qos、安全、可靠性等内容。

其中时钟特性不是IP本身的内容，而是对IP设备的要求。

所以在RFC协议中，我们仅能找到时间协议NTP/SNTP部分，它要求的相位偏差可以达到50us的水平，这个指标，对于某些网络设备来说，却是远远不够的。

IEEE协议组织提出了IEEE1588v2精确时间传送协议，该协议可以实现亚微秒级精度的时间同步，精度与当前的GPS实现方案类似，但是在成本、维护、安全等方面有一定的优势，成为业界最热门的时间传递协议，其主要优势有：

（1）空间本地化：

应用于支持多播消息的局域网（包括但不限于以太网）通信；

（2）高同步精度：

ns级别；免管理；协议完善的状态机和管理消息减少人工干预；

（3）低成本：

最小化网络资源和处理器计算资源需求，以实现低成本应用；

（4）符合网络转型趋势：

IP网络-承载未来的融合网络。

但传统的1588时钟网是对频率和时钟的双重同步，为了消除设备、线路更新带来的不稳定性需要对时钟网络中的每个网元进行时钟校准。

部分运营商正在采用1588时钟网络进行时钟同步，但都采用的是时间、频率双同步的方式，这种方案部署时的测试量巨大，需要对网络内的所有核心节点进行时钟校准，如果网络内有设备需要进行更新或者线路割接时有需要进行重新校准，部署难度较大。

而LTE-FDD基站对于时钟的精度要求不高，而是对频率有±0.05ppm的要求，基于此点我们考虑只利用1588进行频率同步而非时间同步，这样将大大降低对于时钟传输网元的精度校准要求从而使1588时钟的部署更加简单。

3.技术方案

时钟同步包括频率同步和时间同步两个概念：

（1）频率同步，也称“频率校准”，是指信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系，其相对应的有效瞬间以同一平均速率出现，以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行。

（2）时间同步，时间同步的操作就是按照接收到的时间来调控设备内部的时钟和时刻。

时间同步的调控原理与频率同步对时钟的调控原理相似，它既调控时钟的频率又调控时钟的相位，同时将时钟的相位以数值表示，即时刻。

与频率同步不同的是，时间同步接受非连续的时间信息，非连续调控设备时钟，而设备时钟锁相环的调节控制是周期性的。

1588同步机制包括了时间同步和频率同步两个部分。

如上图所示，一次主从同步过程，设消息延迟为Dealy（假定上下行相同），主从时差为Offset。

（1）t1时刻主时钟发送Sync报文

（2）t2时刻从时钟收到Sync报文

（3）t3时刻从时钟发送Req报文

（4）t4时刻主时钟收到Req报文

其中，Follow_Up和Resp报文分别把t1和t4的值传递给从时钟则：

t2-t1=Delay+Offset

t4-t3=Delay-Offset

即：

Offset=[（t2-t1）-（t4-t3）]/2；Delay=[（t2-t1）+（t4-t3）]/2

计算出Offset后，从时钟按此值调整本地时间,实现时间同步。

频率同步方法则相对简单，通过计算不同sync消息的发送间隔与接收间隔，计算主从时间的频率调整因子，修正从时钟的频率。

下表为LTE网络的同步性能指标要求：

基于上表我们可以看到LTEFDD网络只需要做到频率同步便可保证网络的正常运行，网路只需做如下调整便可实现基于1588时钟的频率同步网络：

（1）在LTE传输网络的主备核心路由设备上使能全局的同步以太。

（2）在主备核心路由设备与BITS服务器（1588时钟源）接口上配置时钟参考源的优先级。

并使能接口的1588v2。

（3）在核心路由设备上使能接口的同步以太。

（4）在BITS设备上全局使能1588v2功能。

（5）在BITS设备上指定所有设备均为BC。

（6）在BITS设备上使能环网不对称自动测量功能。

（7）在核心路由设备配置设备的延时测量机制为Pdelay，即根据主从时钟之间的整体链路延迟时间计算时间差。

（8）在主备核心路由设备的互联端口上配置接口上时钟参考源的优先级，（影响本端对入方向时钟参考源的选择，并保证某个时钟源失效时自动切换到备用时钟源）。

并将下联端口配置1588使能。

（9）在下联的各级路由、交换设备的上联端口配置1588时钟使能以及设置时钟优先级。

配置同步以太实现频率同步，各节点通过计算不同sync消息的发送间隔与接收间隔，计算主从时间的频率调整因子，修正从时钟的频率。

并将下联端口配置1588使能。

接下来在基站侧进行时钟设置：

将1588时钟设为主时钟并将基站设置为频率同步模式，这样基站就运行在1588频率同步的模式下了。

网络拓扑图

4.创新点说明

1588的同步机制中有一个假设，即主从设备间的传输时延是一致的。

但这一假设在大型的通信网络中不能完全成立。

例如某些传输技术本身上下行速率不相同，另外还存在上下行传输路由长度的不一致等。

另外由于1588基于包交换网络，网络中不同转发路径和时延的抖动不可预知，且不可控，这也对协议的实际应用带来了很大挑战。

时延不对称和抖动问题在现实网络中不可避免，在实际工程中，需要对1588时钟进行双向路径非对称性补偿。

非对称性主要来源于光纤不对称。

测量光纤不对称通常做法是采用昂贵的时间同步测试仪和示波器进行时间误差测量，再进行非对称性时延补偿。

由于LTE网络接入节点数量多，工作量大且需要专业人员操作，而且时间同步测试仪和示波器等相关仪器工程人员携带不方便，难以普遍推广实施，导致1588在工程可实施性上存在困难。

采用1588时钟源对基站进行频率同步，不需要对整个网络的传输节点进行时钟校准，在减少普通1588时钟网络对时钟传输网元的校准精度要求的前提下保证基站侧的时钟同步要求。

并且现有网络节点均支持1588时钟不需要更换设备，相较于其他传输方案具有使用性好，改造成本低等特点。

该方案的部署后，对于普通的室外基站，1588时钟可以作为备用时钟，在GPS信号受到干扰时仍能维持基站的正常运行，增强了系统的抗风险性，而对于GPS信号接入困难的室内分布或者地下室等场景，直接将1588作为时钟信号源，可以降低建站成本和周期，提升建站的投资回报率。

5.应用效果

浙江电信省公司以湖州分公司为试点进行基于1588时钟源的LTE-FDD基站时钟组网方案科技项目实验，研究1588频率同步对切换和时间敏感业务的影响。

湖州分公司共选取了2个试点区域，试点区域1共包含吴兴区域8个站点，试点区域2包括厂家边界共2个站点。

如下图：

试点区域1：

吴兴试点区域基站地理分布图

试点区域2：

安吉不同厂家边界基站地理分布图

目前已经所有场景（普通单站、不同B设备、插花簇测试、不同场景边界）下的ping业务、volte业务和数据切换业务相关的21个用例测试，测试结果与理论一致。

另外试点区域后台指标监控显示1588时钟源改造前后指标变化差异不大，符合预期。

5.1前台对比测评分析

目前测试组已经完成多种场景（普通单站、不同B设备、插花簇测试）下ping和切换相关12项测试用例的测试，测试结果显示基于1588时钟源的FDD基站和基于GPS时钟源的FDD基站在ping业务和切换方面的性能差别不大。

（1）“好点”1588时钟源FDD基站的ping性能

好点选取：

在湖州1588时钟试验区随机选取3个好点进行ping时延和成功率验证；

小结：

现场测试发现好点ping1000次的时延全部在30ms以内，全部达标，当前ping成功率没有达到前期测试用中设置的标准。

测试组在同一GPS时钟源基站下做了多次验证，由于丢包等偶然性差异，对ping成功率有较大影响。

基于1588时钟源基站和基于GPS基站成功率差异低于1%属于正常波动。

因此基于1588时钟源基站和基于GPS基站ping业务性能差异不大。

（2）“好点”1588时钟源FDD基站的volte性能

小结：

现场测试好点两部终端互拨VoLTE高清语音电话50次的时延全部在3s以内，全部达标且1588时钟源与GPS时钟源两种时钟源测试结果相差0.5s以内，因此基于1588时钟源FDD基站的volte测试性能差异不大。

（3）“好点”1588时钟源FDD基站的NB-IOT性能

小结：

现场测试好点NB-IoT终端空闲态进行ping测试，ping次数1000次，全部达标且1588时钟源与GPS时钟源两种时钟源测试结果相差在1S以内，ping成功率差值也不超过0.5%。

因此基于1588时钟源FDD基站的NB-IOT测试性能差异不大。

（4）1588时钟源FDD基站之间切换性能

基站选取：

在湖州1588时钟试验区选取LF_H_吴兴西南工业园（1588时钟源）&LF_H_吴兴西南开发区垃圾中转站（1588时钟源）两个基站进行切换时延和成功率验证；

小结：

与GPS时钟源FDD基站同等条件场景下做对照：

1.1588时钟源FDD基站之间切换时延与GPS时钟源FDD基站切换时延差值不超过20ms

2.1588时钟源FDD基站之间切换成功率与GPS时钟源FDD基站之间切换成功率差值不超过10%。

（5）1588时钟源FDD基站内小区间切换性能

基站选取：

在湖州1588时钟试验区选取LF_H_吴兴中科英华（1588时钟源）1、2小区之间进行切换时延和成功率验证；

小结：

与GPS时钟源FDD基站同等条件场景下做对照：

1.1588时钟源FDD基站内切换时延与GPS时钟源FDD基站内切换时延差值不超过10ms

2.1588时钟源FDD基站内切换成功率与GPS时钟源FDD基站内切换成功率差值不超过5%。

（6）1588时钟源FDD基站和GPS时钟源FDD基站（频率同步）之间切换性能

小结：

与GPS时钟源FDD基站之间的切换场景做对照：

1.1588时钟源FDD基站和GPS时钟源FDD基站（频率同步）的切换时延与GPS时钟源FDD基站之间切换时延差值不超过30ms

2.588时钟源FDD基站和GPS时钟源FDD基站（频率同步）的切换成功率与GPS时钟源FDD基站之间切换成功率差值不超过10%。

（7）1588时钟源FDD基站和GPS时钟源FDD基站（时间同步）之间切换性能

小结：

与GPS时钟源FDD基站之间的切换场景做对照：

1.1588时钟源FDD基站和GPS时钟源FDD基站（时间同步）的切换时延与GPS时钟源FDD基站之间切换时延差值不超过30ms

2.1588时钟源FDD基站和GPS时钟源FDD基站（时间同步）的切换成功率与GPS时钟源FDD基站之间切换成功率差值不超过10%。

（8）不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的切换性能

在湖州1588时钟试验区选取LF_H_吴兴西南工业园（B1组）&LF_H_吴兴西南开发区客运高速站（B2组）之间进行切换时延和成功率验证；

测试方法：

设置终端A做大数据下载；终端A移动经过2个不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站之间的切换区域，完成切换；

]

小结：

与GPS时钟源FDD基站之间的切换场景做对照：

1.不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的切换时延与不同路径GPS时钟源FDD普通基站之间切换时延差值不超过30ms。

2.不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的切换时延与不同路径GPS时钟源FDD普通基站之间切换成功率差值不超过10%。

（9）不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（频率同步和时间同步）之间的切换性能

在湖州1588时钟试验区选取LF_H_吴兴西南工业园（B1组）&LF_H_吴兴西南开发区客运高速站（B2组）之间进行切换时延和成功率验证；

测试方法：

设置终端A做大数据下载；终端A移动经过2个不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站之间的切换区域，完成切换；

小结：

与GPS时钟源FDD基站之间的切换场景做对照：

1.不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（频率同步和时间同步）之间的切换时延与不同路径GPS时钟源FDD普通基站之间切换时延差值不超过30ms。

2.不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（频率同步和时间同步）之间的切换时延与不同路径GPS时钟源FDD普通基站之间切换成功率差值不超过10%。

（10）不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（时间同步和时间同步）之间的切换性能

在湖州1588时钟试验区选取LF_H_吴兴西南工业园（B1组）&LF_H_吴兴西南开发区客运高速站（B2组）之间进行切换时延和成功率验证；

测试方法：

设置终端A做大数据下载；终端A移动经过2个不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站之间的切换区域，完成切换；

小结：

与GPS时钟源FDD基站之间的切换场景做对照：

1.不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（时间同步和时间同步）之间的切换时延与不同路径GPS时钟源FDD普通基站之间切换时延差值不超过30ms。

2.不同路径（B设备）1588时钟源FDD普通基站（时间同步和时间同步）之间的切换时延与不同路径GPS时钟源FDD普通基站之间切换成功率差值不超过10%。

（11）1588时钟源基站（频率同步）成片、GPS时钟源基站（频率同步）插花场景下ping/切换性能

测试范围和测试路线示意图如下：

测试方法：

ping/切换测试方法参考2.1、2.2，其中采用DT拉网的方法在整个片区进行测试，最后统计整个片区的指标。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区的拉网指标做为标准值做对照：

1、ping时延差值不超过10ms。

2、ping成功率差值不超过0.1%。

3、LTE时延差值不超过30ms.

4、切换成功率差值不超过10%。

（12）1588时钟源基站（频率同步）成片、GPS时钟源基站（时间同步）插花场景下ping/切换性能

测试范围和测试路线示意图如下：

测试方法：

ping/切换测试方法参考2.1、2.2，其中采用DT拉网的方法在整个片区进行测试，最后统计整个片区的指标。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区的拉网指标做为标准值做对照：

1、ping时延差值不超过10ms。

2、ping成功率差值不超过0.1%。

3、LTE时延差值不超过30ms.

4、切换成功率差值不超过10%。

（13）1588时钟源基站（时间同步）成片、GPS时钟源基站（频率同步）插花场景下ping/切换性能

测试范围和测试路线示意图如下：

测试方法：

ping/切换测试方法参考2.1、2.2，其中采用DT拉网的方法在整个片区进行测试，最后统计整个片区的指标。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区的拉网指标做为标准值做对照：

1、ping时延差值不超过10ms。

2、ping成功率差值不超过0.1%。

3、LTE时延差值不超过30ms.

4、切换成功率差值不超过10%。

（14）1588时钟源基站（时间同步）成片、GPS时钟源基站（时间同步）插花场景下ping/切换性能

测试范围和测试路线示意图如下：

测试方法：

ping/切换测试方法参考2.1、2.2，其中采用DT拉网的方法在整个片区进行测试，最后统计整个片区的指标。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区的拉网指标做为标准值做对照：

1、ping时延差值不超过10ms。

2、ping成功率差值不超过0.1%。

3、LTE时延差值不超过30ms.

4、切换成功率差值不超过10%。

（15）1588时钟源基站（频率同步）成片、GPS时钟源基站（频率同步）插花场景下volte性能

在湖州1588时钟试验区进行1588时钟源基站（频率同步）成片、GPS时钟源基站（频率同步）插花场景下VOLTE呼叫时延和成功率验证；

测试方法：

ping/VOLTE/NB-IOT/切换测试方法参考1.1、1.2、1.13和1.14，其中采用DT拉网的方法在整个片区进行测试，最后统计整个片区的指标。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区的拉网指标做为标准值做对照：

1、volte呼叫建立时延差值不超过1s。

2、volte呼叫成功率差值不超过1%。

（16）1588时钟源基站（频率同步）成片、GPS时钟源基站（时间同步）插花场景下volte性能

在湖州1588时钟试验区进行1588时钟源基站（频率同步）成片、GPS时钟源基站（时间同步）插花场景下VOLTE呼叫时延和成功率验证；

测试方法：

ping/VOLTE/NB-IOT/切换测试方法参考1.1、1.2、1.13和1.14，其中采用DT拉网的方法在整个片区进行测试，最后统计整个片区的指标。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区的拉网指标做为标准值做对照：

1、volte呼叫建立时延差值不超过1s。

2、volte呼叫成功率差值不超过1%。

（17）1588时钟源基站（时间同步）成片、GPS时钟源基站（频率同步）插花场景下volte性能

在湖州1588时钟源基站（时间同步）成片、GPS时钟源基站（频率同步）插花场景下VOLTE呼叫时延和成功率验证；

测试方法：

ping/VOLTE/NB-IOT/切换测试方法参考1.1、1.2、1.13和1.14，其中采用DT拉网的方法在整个片区进行测试，最后统计整个片区的指标。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区的拉网指标做为标准值做对照：

1、volte呼叫建立时延差值不超过1s。

2、volte呼叫成功率差值不超过1%。

（18）1588时钟源基站（时间同步）成片、GPS时钟源基站（时间同步）插花场景下volte性能

在湖州1588时钟源基站（时间同步）成片、GPS时钟源基站（时间同步）插花场景下VOLTE呼叫时延和成功率验证；

测试方法：

ping/VOLTE/NB-IOT/切换测试方法参考1.1、1.2、1.13和1.14，其中采用DT拉网的方法在整个片区进行测试，最后统计整个片区的指标。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区的拉网指标做为标准值做对照：

1、volte呼叫建立时延差值不超过1s。

2、volte呼叫成功率差值不超过1%。

（19）不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的数据业务和volte切换性能测试

在湖州不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）场景下数据业务volte切换时延和成功率验证；

测试方法：

设置终端A做大数据下载；终端A移动经过2个不同厂家1588时钟源FDD普通基站之间的切换区域，完成切换；volte测试参考数据业务，业务由数据业务变成volte。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区指标做为标准值做对照：

1.不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的切换时延与不同厂家边界GPS时钟源FDD普通基站之间数据和volte业务切换时延差值不超过30ms

2.不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的切换时延与不同厂家边界GPS时钟源FDD普通基站之间数据和volte业务切换成功率差值不超过10%。

（20）不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和时间同步）之间的数据业务和volte切换性能测试

在湖州不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和时间同步）场景下数据业务volte切换时延和成功率验证；

测试方法：

设置终端A做大数据下载；终端A移动经过2个不同厂家1588时钟源FDD普通基站之间的切换区域，完成切换；volte测试参考数据业务，业务由数据业务变成volte。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区指标做为标准值做对照：

1.不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的切换时延与不同厂家边界GPS时钟源FDD普通基站之间数据和volte业务切换时延差值不超过30ms

2.不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的切换时延与不同厂家边界GPS时钟源FDD普通基站之间数据和volte业务切换成功率差值不超过10%。

（21）不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（时间同步和时间同步）之间的数据业务和volte切换性能测试

在湖州不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（时间同步和时间同步）场景下数据业务volte切换时延和成功率验证；

测试方法：

设置终端A做大数据下载；终端A移动经过2个不同厂家1588时钟源FDD普通基站之间的切换区域，完成切换；volte测试参考数据业务，业务由数据业务变成volte。

小结：

与GPS时钟源FDD基站片区指标做为标准值做对照：

1.不同厂家边界1588时钟源FDD普通基站（频率同步和频率同步）之间的切换时延与不同厂家边界GPS时钟源FDD普通基站