什么是同步保持,為什么它在面向未來的電信網絡中很重要?
來源：http://www.hneyq.com 作者：億金電子 2024年12月18
Holdover 是電信中使用的一種技術，用于在定時信號暫時丟失的情況下保持設備的準確定時和同步。設備的準確定時和同步對于確保電信網絡中高效可靠的數據傳輸至關重要。對于 5G，系統的基本功能和無線電的更高級別的協作性能增強需要同步。
Holdover 使設備能夠在定時信號臨時丟失的情況下保持準確的定時，例如當信號由于源故障、網絡擁塞或網絡故障而中斷時。在同步保持期間，設備會根據信號丟失前接收到的最后一個有效計時信號繼續生成其計時信號，并使用內部振蕩器和其他機制來保持計時信號的準確性。保留期可能持續幾秒鐘到幾個小時，具體取決于特定網絡的要求。
網絡運營商如何從長期保留中受益？
對于網絡運營商來說，Holdover 是一個重要的概念，因為它使他們能夠在網絡中斷或中斷期間保持服務的連續性和可靠性。它還有助于降低服務成本。對于網絡運營商來說，上門服務可能既昂貴又耗時，因為它們需要人員、設備和差旅費用等資源。由于工作的緊迫性和計劃外的性質，計劃外的上門服務甚至更加昂貴。擁有同步保留功能有助于最大限度地減少服務中斷，并減少計劃外技術人員訪問的需求。
在實踐中，網絡運營商通常會決定足夠長的保留期，以確保在同步中斷期間服務不中斷。保留期通常短于特定服務的最長可容忍中斷持續時間，以確保設備可以在中斷持續時間超過服務要求之前與主同步源重新同步。保持期可能會有所不同，具體取決于網絡組件中內部振蕩器的質量和穩定性，以及可能影響其性能的溫度和其他環境因素。根據設備和條件的不同，保留期通常從幾分鐘到幾天不等。
考慮到各種應用場景，運營商在 5G DU 設備中所需的典型保持持續時間從 4 小時到 72 小時不等。對于園區或企業網絡，由于現場技術人員在場，設備可以在發生故障后幾個小時內進行維修。對于偏遠站點，需要幾天時間來申請訪問權限、批準訪問以及實際維護和恢復工作。1.5uS 相位穩定性的 24 小時保持是長期保持能力的起點。
同步失敗的主要原因是什么？
基于全球導航衛星系統 （GNSS） 的同步是許多電信網絡中的主要同步源。在幾種網絡部署場景中，可能沒有來自網絡的備份同步，基于 GNSS 的同步將是系統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原因而發生：
1、信號干擾或干擾： GNSS 信號相對較弱，很容易被其他較強的信號干擾。這可能會導致 timing information 不準確或信號完全丟失。近年來，當使用基于打火機的干擾器來避開跟蹤系統時，GNSS 的干擾已成為一種常規事件，但不幸的是，這也干擾了附近的通信基礎設施。
2、欺騙攻擊：在欺騙攻擊中，惡意實體發送虛假的 GNSS 信號，以欺騙接收者，使其相信它位于不同的位置或時間。這可能會導致同步錯誤并中斷系統操作。低成本軟件定義無線電解決方案無處不在，使愛好者和故意欺騙者能夠重新生成 GNSS 信號并欺騙接收器。
4、太空天氣事件和環境因素： 太陽耀斑和其他太空天氣事件可能會干擾 GNSS 信號，從而導致信號不準確或丟失。某些環境因素（例如建筑物或自然特征）可能會阻擋或反射 GNSS 信號，從而導致不準確或信號丟失。
3、技術故障： GNSS 衛星或支持它們的地面基礎設施出現故障可能會導致同步失敗。這可能是由于硬件或軟件問題或人為錯誤造成的。由于維護不善或外部物理影響，許多與天線相關的故障。在一些國家/地區，天線盜竊也被確定為 GNSS 故障的一個原因。
為了降低這些風險，依賴 GNSS 進行同步的系統通常具有備份系統，例如原子鐘或其他獨立的計時源。他們還可能使用技術來檢測和緩解干擾或欺騙攻擊。
設備供應商更喜歡經濟高效的方法來提供同步保留
典型的同步系統由主參考時鐘（例如 GPS 或原子鐘）或從網絡派生的時鐘（使用協議或物理方法）組成，它為網絡元素提供高度準確的定時參考。但是，如果由于 GPS 信號中斷或與網絡主參考時鐘的連接丟失等外部因素導致主參考時鐘丟失，則同步保持就會發揮作用。
在保持期內，網絡元素使用其內部振蕩器來保持定時和同步。primary reference clock 可能比內部振蕩器更準確。盡管如此，它可以在一段時間內（通常為幾小時到幾天）提供足夠的準確性。
原子鐘通常用于長時間保持，其中銫和銣基時鐘最受歡迎。銫原子鐘因其穩定性和準確性而被廣泛使用。銣鐘更小、更便宜，但保持持續時間更短。芯片級原子鐘 （CSAC） 是更小、更實惠的原子鐘版本，專注于低功耗。GNSS 馴服的高穩定性振蕩器也提供 24 小時保持穩定性，但它們價格昂貴，可能不適合廣泛部署。銫原子鐘的成本從數萬美元到數十萬美元不等，具體取決于型號和功能，而 Chip Scale 和 Rubidium 時鐘通常更便宜，從幾千美元到數萬美元不等。然而，這些解決方案的成本和規模可能太高，無法在 5G 網絡中廣泛采用。
設備供應商需要適合設備當前外形尺寸的經濟高效的解決方案，因此系統可能會采用類似的 clocks 和 oscillator 配置文件。許多供應商提供單一的元件傾斜，以便最大限度地減少與制造設備的合同制造商的元件加載曲線
階層圖 3E 震蕩指標剖面的 24 小時守持現已成為現實
基于石英晶體振蕩器通常用于當今大多數設備時鐘。直到最近，對于設備可接受的特定外形尺寸的時鐘穩定性，其穩定性比基本原子鐘所能達到的要低一個數量級。以前測量幾分鐘到幾小時的石英基解決方案的短期穩定性現在已經擴展到幾十小時。20 多年來，25 x 22 mm 尺寸的 SMD 尺寸一直是標準的 stratum 3E 穩定電平振蕩器，并在大多數電信設備中都有使用。
有幾個因素會導致 oscillator 不穩定。然而，兩個最重要的因素是溫度波動和時間。溫度變化會影響振蕩器的頻率，導致其漂移。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，已經開發出執行溫度補償的技術，以在一定溫度范圍內穩定振蕩器的頻率，并使用老化模型通過使用振蕩器內部的可追溯參考來預測和校正頻率隨時間的變化。
此外，熱機械設計改進、諧振器設計的根本創新和集成的高性能電子電路，推動了 Quartz 解決方案近年來以最小的成本增加實現 24 小時保持。這些解決方案適合現有外形尺寸，只需進行最少的設計更改，使設備能夠以經濟且經濟的成本實現保持功能。
Rakon晶振是世界上最大的頻率控制產品和定時解決方案制造商之一。他們的產品位于許多應用的核心，從 5G 網絡到衛星，從緊急信標到自動駕駛汽車。
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