什么是同步保持,為什么它在面向未來(lái)的電信網(wǎng)絡(luò)中很重要?
來(lái)源：http://www.py519.com 作者：億金電子 2024年12月18
Holdover 是電信中使用的一種技術(shù)，用于在定時(shí)信號(hào)暫時(shí)丟失的情況下保持設(shè)備的準(zhǔn)確定時(shí)和同步。設(shè)備的準(zhǔn)確定時(shí)和同步對(duì)于確保電信網(wǎng)絡(luò)中高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。對(duì)于 5G，系統(tǒng)的基本功能和無(wú)線電的更高級(jí)別的協(xié)作性能增強(qiáng)需要同步。
Holdover 使設(shè)備能夠在定時(shí)信號(hào)臨時(shí)丟失的情況下保持準(zhǔn)確的定時(shí)，例如當(dāng)信號(hào)由于源故障、網(wǎng)絡(luò)擁塞或網(wǎng)絡(luò)故障而中斷時(shí)。在同步保持期間，設(shè)備會(huì)根據(jù)信號(hào)丟失前接收到的最后一個(gè)有效計(jì)時(shí)信號(hào)繼續(xù)生成其計(jì)時(shí)信號(hào)，并使用內(nèi)部振蕩器和其他機(jī)制來(lái)保持計(jì)時(shí)信號(hào)的準(zhǔn)確性。保留期可能持續(xù)幾秒鐘到幾個(gè)小時(shí)，具體取決于特定網(wǎng)絡(luò)的要求。
網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商如何從長(zhǎng)期保留中受益？
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，Holdover 是一個(gè)重要的概念，因?yàn)樗顾麄兡軌蛟诰W(wǎng)絡(luò)中斷或中斷期間保持服務(wù)的連續(xù)性和可靠性。它還有助于降低服務(wù)成本。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，上門(mén)服務(wù)可能既昂貴又耗時(shí)，因?yàn)樗鼈冃枰藛T、設(shè)備和差旅費(fèi)用等資源。由于工作的緊迫性和計(jì)劃外的性質(zhì)，計(jì)劃外的上門(mén)服務(wù)甚至更加昂貴。擁有同步保留功能有助于最大限度地減少服務(wù)中斷，并減少計(jì)劃外技術(shù)人員訪問(wèn)的需求。
在實(shí)踐中，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商通常會(huì)決定足夠長(zhǎng)的保留期，以確保在同步中斷期間服務(wù)不中斷。保留期通常短于特定服務(wù)的最長(zhǎng)可容忍中斷持續(xù)時(shí)間，以確保設(shè)備可以在中斷持續(xù)時(shí)間超過(guò)服務(wù)要求之前與主同步源重新同步。保持期可能會(huì)有所不同，具體取決于網(wǎng)絡(luò)組件中內(nèi)部振蕩器的質(zhì)量和穩(wěn)定性，以及可能影響其性能的溫度和其他環(huán)境因素。根據(jù)設(shè)備和條件的不同，保留期通常從幾分鐘到幾天不等。
考慮到各種應(yīng)用場(chǎng)景，運(yùn)營(yíng)商在 5G DU 設(shè)備中所需的典型保持持續(xù)時(shí)間從 4 小時(shí)到 72 小時(shí)不等。對(duì)于園區(qū)或企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，由于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員在場(chǎng)，設(shè)備可以在發(fā)生故障后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行維修。對(duì)于偏遠(yuǎn)站點(diǎn)，需要幾天時(shí)間來(lái)申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)權(quán)限、批準(zhǔn)訪問(wèn)以及實(shí)際維護(hù)和恢復(fù)工作。1.5uS 相位穩(wěn)定性的 24 小時(shí)保持是長(zhǎng)期保持能力的起點(diǎn)。
同步失敗的主要原因是什么？
基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （GNSS） 的同步是許多電信網(wǎng)絡(luò)中的主要同步源。在幾種網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景中，可能沒(méi)有來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的備份同步，基于 GNSS 的同步將是系統(tǒng)的唯一同步提供程序。但是，基于 GNSS 的同步失敗可能由于以下幾個(gè)原因而發(fā)生：
1、信號(hào)干擾或干擾： GNSS 信號(hào)相對(duì)較弱，很容易被其他較強(qiáng)的信號(hào)干擾。這可能會(huì)導(dǎo)致 timing information 不準(zhǔn)確或信號(hào)完全丟失。近年來(lái)，當(dāng)使用基于打火機(jī)的干擾器來(lái)避開(kāi)跟蹤系統(tǒng)時(shí)，GNSS 的干擾已成為一種常規(guī)事件，但不幸的是，這也干擾了附近的通信基礎(chǔ)設(shè)施。
2、欺騙攻擊：在欺騙攻擊中，惡意實(shí)體發(fā)送虛假的 GNSS 信號(hào)，以欺騙接收者，使其相信它位于不同的位置或時(shí)間。這可能會(huì)導(dǎo)致同步錯(cuò)誤并中斷系統(tǒng)操作。低成本軟件定義無(wú)線電解決方案無(wú)處不在，使愛(ài)好者和故意欺騙者能夠重新生成 GNSS 信號(hào)并欺騙接收器。
4、太空天氣事件和環(huán)境因素： 太陽(yáng)耀斑和其他太空天氣事件可能會(huì)干擾 GNSS 信號(hào)，從而導(dǎo)致信號(hào)不準(zhǔn)確或丟失。某些環(huán)境因素（例如建筑物或自然特征）可能會(huì)阻擋或反射 GNSS 信號(hào)，從而導(dǎo)致不準(zhǔn)確或信號(hào)丟失。
3、技術(shù)故障： GNSS 衛(wèi)星或支持它們的地面基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障可能會(huì)導(dǎo)致同步失敗。這可能是由于硬件或軟件問(wèn)題或人為錯(cuò)誤造成的。由于維護(hù)不善或外部物理影響，許多與天線相關(guān)的故障。在一些國(guó)家/地區(qū)，天線盜竊也被確定為 GNSS 故障的一個(gè)原因。
為了降低這些風(fēng)險(xiǎn)，依賴(lài) GNSS 進(jìn)行同步的系統(tǒng)通常具有備份系統(tǒng)，例如原子鐘或其他獨(dú)立的計(jì)時(shí)源。他們還可能使用技術(shù)來(lái)檢測(cè)和緩解干擾或欺騙攻擊。
設(shè)備供應(yīng)商更喜歡經(jīng)濟(jì)高效的方法來(lái)提供同步保留
典型的同步系統(tǒng)由主參考時(shí)鐘（例如 GPS 或原子鐘）或從網(wǎng)絡(luò)派生的時(shí)鐘（使用協(xié)議或物理方法）組成，它為網(wǎng)絡(luò)元素提供高度準(zhǔn)確的定時(shí)參考。但是，如果由于 GPS 信號(hào)中斷或與網(wǎng)絡(luò)主參考時(shí)鐘的連接丟失等外部因素導(dǎo)致主參考時(shí)鐘丟失，則同步保持就會(huì)發(fā)揮作用。
在保持期內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)元素使用其內(nèi)部振蕩器來(lái)保持定時(shí)和同步。primary reference clock 可能比內(nèi)部振蕩器更準(zhǔn)確。盡管如此，它可以在一段時(shí)間內(nèi)（通常為幾小時(shí)到幾天）提供足夠的準(zhǔn)確性。
原子鐘通常用于長(zhǎng)時(shí)間保持，其中銫和銣基時(shí)鐘最受歡迎。銫原子鐘因其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性而被廣泛使用。銣鐘更小、更便宜，但保持持續(xù)時(shí)間更短。芯片級(jí)原子鐘 （CSAC） 是更小、更實(shí)惠的原子鐘版本，專(zhuān)注于低功耗。GNSS 馴服的高穩(wěn)定性振蕩器也提供 24 小時(shí)保持穩(wěn)定性，但它們價(jià)格昂貴，可能不適合廣泛部署。銫原子鐘的成本從數(shù)萬(wàn)美元到數(shù)十萬(wàn)美元不等，具體取決于型號(hào)和功能，而 Chip Scale 和 Rubidium 時(shí)鐘通常更便宜，從幾千美元到數(shù)萬(wàn)美元不等。然而，這些解決方案的成本和規(guī)模可能太高，無(wú)法在 5G 網(wǎng)絡(luò)中廣泛采用。
設(shè)備供應(yīng)商需要適合設(shè)備當(dāng)前外形尺寸的經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，因此系統(tǒng)可能會(huì)采用類(lèi)似的 clocks 和 oscillator 配置文件。許多供應(yīng)商提供單一的元件傾斜，以便最大限度地減少與制造設(shè)備的合同制造商的元件加載曲線
階層圖 3E 震蕩指標(biāo)剖面的 24 小時(shí)守持現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)
基于石英晶體振蕩器通常用于當(dāng)今大多數(shù)設(shè)備時(shí)鐘。直到最近，對(duì)于設(shè)備可接受的特定外形尺寸的時(shí)鐘穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性比基本原子鐘所能達(dá)到的要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。以前測(cè)量幾分鐘到幾小時(shí)的石英基解決方案的短期穩(wěn)定性現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展到幾十小時(shí)。20 多年來(lái)，25 x 22 mm 尺寸的 SMD 尺寸一直是標(biāo)準(zhǔn)的 stratum 3E 穩(wěn)定電平振蕩器，并在大多數(shù)電信設(shè)備中都有使用。
有幾個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致 oscillator 不穩(wěn)定。然而，兩個(gè)最重要的因素是溫度波動(dòng)和時(shí)間。溫度變化會(huì)影響振蕩器的頻率，導(dǎo)致其漂移。老化是由于晶體物理特性的逐漸變化而影響其諧振頻率的。最近，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，以在一定溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定振蕩器的頻率，并使用老化模型通過(guò)使用振蕩器內(nèi)部的可追溯參考來(lái)預(yù)測(cè)和校正頻率隨時(shí)間的變化。
此外，熱機(jī)械設(shè)計(jì)改進(jìn)、諧振器設(shè)計(jì)的根本創(chuàng)新和集成的高性能電子電路，推動(dòng)了 Quartz 解決方案近年來(lái)以最小的成本增加實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)保持。這些解決方案適合現(xiàn)有外形尺寸，只需進(jìn)行最少的設(shè)計(jì)更改，使設(shè)備能夠以經(jīng)濟(jì)且經(jīng)濟(jì)的成本實(shí)現(xiàn)保持功能。
Rakon晶振是世界上最大的頻率控制產(chǎn)品和定時(shí)解決方案制造商之一。他們的產(chǎn)品位于許多應(yīng)用的核心，從 5G 網(wǎng)絡(luò)到衛(wèi)星，從緊急信標(biāo)到自動(dòng)駕駛汽車(chē)。
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