数据包网络的同步
基于数据包的同步在许多应用中都发挥着重要作用,因为它能够为终端应用提供频率、相位和时间。传统的物理层同步方法仅限于频率同步,而基于协议的同步可以实现频率、相位和时间同步。应用领域包括但不限于电信网络、蜂窝移动系统、电缆、DSL 和光纤等接入网络、电网系统、企业网络、视频广播系统。
基于数据包的同步部署的关键领域之一是蜂窝移动网络,特别是随着 5G 网络的发展。当系统支持 TDD 模式时,5G 可以充分利用频谱效率,其中基站之间的相位对齐是一项关键要求。即使在 FDD 模式下,也可以通过站点之间的相位对齐实现 CA、JT、eMBMS 和 CoMP 等高级功能。基于位置的服务应用程序只能通过此阶段对齐来实现。传统上,相位对齐完全依赖于基于 GNSS 的同步,然而,GNSS 的漏洞和地理限制对这种依赖性提出了挑战。克服这些限制,基于数据包的同步成为 GNSS 同步的替代或辅助技术。
为基于数据包的应用选择最佳振荡器
电信同步已转向基于数据包传输的同步技术。标准机构定义了许多 clock types,这取决于网络类型、网络元素和 clock types 。标准定义的时钟类型还取决于它们是否具有物理层时钟支持(带或不带 SyncE)和辅助(作为 GNSS 参考的备份)。这些定义的 clock types 可以仅支持 frequency ,也可以同时支持 time, phase 和 frequency 。通常,需要一种类型的设备来支持许多具有软件配置的时钟选项。
所有这些 clocks 都需要一个本地 reference time source 来支持过滤 reference sources 的 servos 的实现。滤波器带宽范围从 <1 mHz(支持部分时序的时钟,具有相位同步)到一直 10 Hz(EEC 选项 1)。对于可变温度下的特定输出漂移生成性能,伺服系统的带宽越低,需要具有温度稳定性和灵敏度的更好振荡器。
振荡器要求确定为以下关键标准。自由运行精度、漂移生成、保持和短期损伤以及输出抖动和漂移要求。自由运行精度由振荡器的寿命精度决定。Wander Generation 是 PLL 和 oscillator 功能的综合效果,使其位于特定带宽的所需 output error 范围内。此外,温度稳定性和老化有助于给定数据包时钟的目标保持。阶层 3E+1 OCXO 处理标准要求的超集。
同时,应用程序正在将节点误差尽可能低(建议的节点误差值为 5ns),以支持即将到来的部署场景,例如 5G 蜂窝网络的 front-haul 网络。此类应用需要更高稳定性的 clock reference。
IEEE 1588 中使用的振荡器的中期稳定性挑战
在基于数据包的同步实现中,本地同步振荡器通过次级层协议从基于物理层的相位或锁频环移动到时间锁定系统。
振荡器在控制环路中表现为高通滤波器,因此较小的环路带宽可能意味着振荡器的中期稳定性性能对整体系统性能很重要。实际上,振荡器的稳定性表现现在由这些“中期”时间段内的环境变化主导。
中期 (分钟到几小时) 的振荡器稳定性要么描述得很差,要么根本没有被考虑,因为这些条件下的稳定性被其他振荡器/系统规格间接地覆盖
从历史上看,只有两种 “振荡器 / 锁定带宽 ”组合,即 Stratum 3 和 Stratum 3E。
但是,基于数据包的实施会根据网络场景引入其他环路带宽,因此每个环路带宽的稳定性变得非常重要。
数据包延迟变化 (PDV) 的非平稳特性对本振提出了新的要求。Loop 在 10 到 0.1 mHz 区域(时间常数 10000 s)的锁定带宽下运行,以过滤 PDV 引入的漂移。频率稳定性的系统规格、频率的保持要求以及相位误差(如果需要)将决定对振荡器的要求。
凭借优于 Stratum 3E 振荡器(1 ppb 温度稳定性和 0.2 ppb/天老化),可以支持 0.1 mHz 范围内的极低带宽,以满足非常低的漂移生成要求。此类器件还具有良好的中期保持时间(8 - 12 小时,温度变化为 20°C),提供经济高效的性能
Rakon OCXO 的 MTIE 性能
Rakon 基于 ASIC 的 OCXO晶振和传统 OCXO 设计用于 1 mHz 至 0.1 mHz 及以下的带宽,以及极高的保持性能。这些产品专为满足最严格的系统要求而设计。Mercury+ ™ ASIC 使业内最小(14 x 9 mm 和 9 x 7 mm)、功耗最低 (350 mW) 和最可靠(FIT 为 <50)的 OCXO 成为可能,最大时间间隔误差 (MTIE) Racon 的 OCXO MTIE 性能(-40 至 85°C (1°C/min) 1 mHz 回路滤波器)温度稳定性在 ±5 至 ±20 ppb 之间。LTE-A 和 LTE-TDD 小基站技术需要严格的相位精度 (±1.5 μs),而基于位置的服务 (LBS) 等应用将精度要求推向更严格的值 (~500 ns)。ROX2522S4 器件提供传统 Stratum 3E 分立式 OCXO 的性能。封装兼容的 ROX2522S3 产品将性能提高了一个数量级,引入了 1 ppb 的温度稳定性和 0.2 ppb/天的老化性能。
对于不需要保持的系统,符合 G.8263 规范的振荡器仍然可以提供满足 TDEV/MTIE 要求所需的漂移。系统设计人员面临的挑战是评估哪个振荡器将在哪个锁定带宽下工作,并且在锁定条件下仍然满足隐含的 TDEV/MTIE 要求。系统设计人员还必须评估需要哪些振荡器才能在应用所需的指定持续时间内提供足够的保持。这就是 Rakon 可以提供帮助的地方!
基于数据包的同步部署的关键领域之一是蜂窝移动网络,特别是随着 5G 网络的发展。当系统支持 TDD 模式时,5G 可以充分利用频谱效率,其中基站之间的相位对齐是一项关键要求。即使在 FDD 模式下,也可以通过站点之间的相位对齐实现 CA、JT、eMBMS 和 CoMP 等高级功能。基于位置的服务应用程序只能通过此阶段对齐来实现。传统上,相位对齐完全依赖于基于 GNSS 的同步,然而,GNSS 的漏洞和地理限制对这种依赖性提出了挑战。克服这些限制,基于数据包的同步成为 GNSS 同步的替代或辅助技术。
为基于数据包的应用选择最佳振荡器
电信同步已转向基于数据包传输的同步技术。标准机构定义了许多 clock types,这取决于网络类型、网络元素和 clock types 。标准定义的时钟类型还取决于它们是否具有物理层时钟支持(带或不带 SyncE)和辅助(作为 GNSS 参考的备份)。这些定义的 clock types 可以仅支持 frequency ,也可以同时支持 time, phase 和 frequency 。通常,需要一种类型的设备来支持许多具有软件配置的时钟选项。
所有这些 clocks 都需要一个本地 reference time source 来支持过滤 reference sources 的 servos 的实现。滤波器带宽范围从 <1 mHz(支持部分时序的时钟,具有相位同步)到一直 10 Hz(EEC 选项 1)。对于可变温度下的特定输出漂移生成性能,伺服系统的带宽越低,需要具有温度稳定性和灵敏度的更好振荡器。
振荡器要求确定为以下关键标准。自由运行精度、漂移生成、保持和短期损伤以及输出抖动和漂移要求。自由运行精度由振荡器的寿命精度决定。Wander Generation 是 PLL 和 oscillator 功能的综合效果,使其位于特定带宽的所需 output error 范围内。此外,温度稳定性和老化有助于给定数据包时钟的目标保持。阶层 3E+1 OCXO 处理标准要求的超集。
同时,应用程序正在将节点误差尽可能低(建议的节点误差值为 5ns),以支持即将到来的部署场景,例如 5G 蜂窝网络的 front-haul 网络。此类应用需要更高稳定性的 clock reference。
数据包网络同步解决方案
IEEE 1588 中使用的振荡器的中期稳定性挑战
在基于数据包的同步实现中,本地同步振荡器通过次级层协议从基于物理层的相位或锁频环移动到时间锁定系统。
振荡器在控制环路中表现为高通滤波器,因此较小的环路带宽可能意味着振荡器的中期稳定性性能对整体系统性能很重要。实际上,振荡器的稳定性表现现在由这些“中期”时间段内的环境变化主导。
中期 (分钟到几小时) 的振荡器稳定性要么描述得很差,要么根本没有被考虑,因为这些条件下的稳定性被其他振荡器/系统规格间接地覆盖
从历史上看,只有两种 “振荡器 / 锁定带宽 ”组合,即 Stratum 3 和 Stratum 3E。
但是,基于数据包的实施会根据网络场景引入其他环路带宽,因此每个环路带宽的稳定性变得非常重要。
数据包延迟变化 (PDV) 的非平稳特性对本振提出了新的要求。Loop 在 10 到 0.1 mHz 区域(时间常数 10000 s)的锁定带宽下运行,以过滤 PDV 引入的漂移。频率稳定性的系统规格、频率的保持要求以及相位误差(如果需要)将决定对振荡器的要求。
凭借优于 Stratum 3E 振荡器(1 ppb 温度稳定性和 0.2 ppb/天老化),可以支持 0.1 mHz 范围内的极低带宽,以满足非常低的漂移生成要求。此类器件还具有良好的中期保持时间(8 - 12 小时,温度变化为 20°C),提供经济高效的性能
Rakon OCXO 的 MTIE 性能
Rakon 基于 ASIC 的 OCXO晶振和传统 OCXO 设计用于 1 mHz 至 0.1 mHz 及以下的带宽,以及极高的保持性能。这些产品专为满足最严格的系统要求而设计。Mercury+ ™ ASIC 使业内最小(14 x 9 mm 和 9 x 7 mm)、功耗最低 (350 mW) 和最可靠(FIT 为 <50)的 OCXO 成为可能,最大时间间隔误差 (MTIE) Racon 的 OCXO MTIE 性能(-40 至 85°C (1°C/min) 1 mHz 回路滤波器)温度稳定性在 ±5 至 ±20 ppb 之间。LTE-A 和 LTE-TDD 小基站技术需要严格的相位精度 (±1.5 μs),而基于位置的服务 (LBS) 等应用将精度要求推向更严格的值 (~500 ns)。ROX2522S4 器件提供传统 Stratum 3E 分立式 OCXO 的性能。封装兼容的 ROX2522S3 产品将性能提高了一个数量级,引入了 1 ppb 的温度稳定性和 0.2 ppb/天的老化性能。
Rakon晶振是一家全球性的高科技公司,设计和制造世界领先的频率控制和定时解决方案。今天,我们生活在一个由有线、无线和光纤网络组成的互联社会中。数据随时随地高速传输。他们的产品处于通信领域的前沿,其中速度和可靠性至关重要。
对于不需要保持的系统,符合 G.8263 规范的振荡器仍然可以提供满足 TDEV/MTIE 要求所需的漂移。系统设计人员面临的挑战是评估哪个振荡器将在哪个锁定带宽下工作,并且在锁定条件下仍然满足隐含的 TDEV/MTIE 要求。系统设计人员还必须评估需要哪些振荡器才能在应用所需的指定持续时间内提供足够的保持。这就是 Rakon 可以提供帮助的地方!
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