數據包網絡的同步
基于數據包的同步在許多應用中都發揮著重要作用,因為它能夠為終端應用提供頻率、相位和時間。傳統的物理層同步方法僅限于頻率同步,而基于協議的同步可以實現頻率、相位和時間同步。應用領域包括但不限于電信網絡、蜂窩移動系統、電纜、DSL 和光纖等接入網絡、電網系統、企業網絡、視頻廣播系統。
基于數據包的同步部署的關鍵領域之一是蜂窩移動網絡,特別是隨著 5G 網絡的發展。當系統支持 TDD 模式時,5G 可以充分利用頻譜效率,其中基站之間的相位對齊是一項關鍵要求。即使在 FDD 模式下,也可以通過站點之間的相位對齊實現 CA、JT、eMBMS 和 CoMP 等高級功能。基于位置的服務應用程序只能通過此階段對齊來實現。傳統上,相位對齊完全依賴于基于 GNSS 的同步,然而,GNSS 的漏洞和地理限制對這種依賴性提出了挑戰??朔@些限制,基于數據包的同步成為 GNSS 同步的替代或輔助技術。
為基于數據包的應用選擇最佳振蕩器
電信同步已轉向基于數據包傳輸的同步技術。標準機構定義了許多 clock types,這取決于網絡類型、網絡元素和 clock types 。標準定義的時鐘類型還取決于它們是否具有物理層時鐘支持(帶或不帶 SyncE)和輔助(作為 GNSS 參考的備份)。這些定義的 clock types 可以僅支持 frequency ,也可以同時支持 time, phase 和 frequency 。通常,需要一種類型的設備來支持許多具有軟件配置的時鐘選項。
所有這些 clocks 都需要一個本地 reference time source 來支持過濾 reference sources 的 servos 的實現。濾波器帶寬范圍從 <1 mHz(支持部分時序的時鐘,具有相位同步)到一直 10 Hz(EEC 選項 1)。對于可變溫度下的特定輸出漂移生成性能,伺服系統的帶寬越低,需要具有溫度穩定性和靈敏度的更好振蕩器。
振蕩器要求確定為以下關鍵標準。自由運行精度、漂移生成、保持和短期損傷以及輸出抖動和漂移要求。自由運行精度由振蕩器的壽命精度決定。Wander Generation 是 PLL 和 oscillator 功能的綜合效果,使其位于特定帶寬的所需 output error 范圍內。此外,溫度穩定性和老化有助于給定數據包時鐘的目標保持。階層 3E+1 OCXO 處理標準要求的超集。
同時,應用程序正在將節點誤差盡可能低(建議的節點誤差值為 5ns),以支持即將到來的部署場景,例如 5G 蜂窩網絡的 front-haul 網絡。此類應用需要更高穩定性的 clock reference。
IEEE 1588 中使用的振蕩器的中期穩定性挑戰
在基于數據包的同步實現中,本地同步振蕩器通過次級層協議從基于物理層的相位或鎖頻環移動到時間鎖定系統。
振蕩器在控制環路中表現為高通濾波器,因此較小的環路帶寬可能意味著振蕩器的中期穩定性性能對整體系統性能很重要。實際上,振蕩器的穩定性表現現在由這些“中期”時間段內的環境變化主導。
中期 (分鐘到幾小時) 的振蕩器穩定性要么描述得很差,要么根本沒有被考慮,因為這些條件下的穩定性被其他振蕩器/系統規格間接地覆蓋
從歷史上看,只有兩種 “振蕩器 / 鎖定帶寬 ”組合,即 Stratum 3 和 Stratum 3E。
但是,基于數據包的實施會根據網絡場景引入其他環路帶寬,因此每個環路帶寬的穩定性變得非常重要。
數據包延遲變化 (PDV) 的非平穩特性對本振提出了新的要求。Loop 在 10 到 0.1 mHz 區域(時間常數 10000 s)的鎖定帶寬下運行,以過濾 PDV 引入的漂移。頻率穩定性的系統規格、頻率的保持要求以及相位誤差(如果需要)將決定對振蕩器的要求。
憑借優于 Stratum 3E 振蕩器(1 ppb 溫度穩定性和 0.2 ppb/天老化),可以支持 0.1 mHz 范圍內的極低帶寬,以滿足非常低的漂移生成要求。此類器件還具有良好的中期保持時間(8 - 12 小時,溫度變化為 20°C),提供經濟高效的性能
Rakon OCXO 的 MTIE 性能
Rakon 基于 ASIC 的 OCXO晶振和傳統 OCXO 設計用于 1 mHz 至 0.1 mHz 及以下的帶寬,以及極高的保持性能。這些產品專為滿足最嚴格的系統要求而設計。Mercury+ ™ ASIC 使業內最?。?4 x 9 mm 和 9 x 7 mm)、功耗最低 (350 mW) 和最可靠(FIT 為 <50)的 OCXO 成為可能,最大時間間隔誤差 (MTIE) Racon 的 OCXO MTIE 性能(-40 至 85°C (1°C/min) 1 mHz 回路濾波器)溫度穩定性在 ±5 至 ±20 ppb 之間。LTE-A 和 LTE-TDD 小基站技術需要嚴格的相位精度 (±1.5 μs),而基于位置的服務 (LBS) 等應用將精度要求推向更嚴格的值 (~500 ns)。ROX2522S4 器件提供傳統 Stratum 3E 分立式 OCXO 的性能。封裝兼容的 ROX2522S3 產品將性能提高了一個數量級,引入了 1 ppb 的溫度穩定性和 0.2 ppb/天的老化性能。
對于不需要保持的系統,符合 G.8263 規范的振蕩器仍然可以提供滿足 TDEV/MTIE 要求所需的漂移。系統設計人員面臨的挑戰是評估哪個振蕩器將在哪個鎖定帶寬下工作,并且在鎖定條件下仍然滿足隱含的 TDEV/MTIE 要求。系統設計人員還必須評估需要哪些振蕩器才能在應用所需的指定持續時間內提供足夠的保持。這就是 Rakon 可以提供幫助的地方!
基于數據包的同步部署的關鍵領域之一是蜂窩移動網絡,特別是隨著 5G 網絡的發展。當系統支持 TDD 模式時,5G 可以充分利用頻譜效率,其中基站之間的相位對齊是一項關鍵要求。即使在 FDD 模式下,也可以通過站點之間的相位對齊實現 CA、JT、eMBMS 和 CoMP 等高級功能。基于位置的服務應用程序只能通過此階段對齊來實現。傳統上,相位對齊完全依賴于基于 GNSS 的同步,然而,GNSS 的漏洞和地理限制對這種依賴性提出了挑戰??朔@些限制,基于數據包的同步成為 GNSS 同步的替代或輔助技術。
為基于數據包的應用選擇最佳振蕩器
電信同步已轉向基于數據包傳輸的同步技術。標準機構定義了許多 clock types,這取決于網絡類型、網絡元素和 clock types 。標準定義的時鐘類型還取決于它們是否具有物理層時鐘支持(帶或不帶 SyncE)和輔助(作為 GNSS 參考的備份)。這些定義的 clock types 可以僅支持 frequency ,也可以同時支持 time, phase 和 frequency 。通常,需要一種類型的設備來支持許多具有軟件配置的時鐘選項。
所有這些 clocks 都需要一個本地 reference time source 來支持過濾 reference sources 的 servos 的實現。濾波器帶寬范圍從 <1 mHz(支持部分時序的時鐘,具有相位同步)到一直 10 Hz(EEC 選項 1)。對于可變溫度下的特定輸出漂移生成性能,伺服系統的帶寬越低,需要具有溫度穩定性和靈敏度的更好振蕩器。
振蕩器要求確定為以下關鍵標準。自由運行精度、漂移生成、保持和短期損傷以及輸出抖動和漂移要求。自由運行精度由振蕩器的壽命精度決定。Wander Generation 是 PLL 和 oscillator 功能的綜合效果,使其位于特定帶寬的所需 output error 范圍內。此外,溫度穩定性和老化有助于給定數據包時鐘的目標保持。階層 3E+1 OCXO 處理標準要求的超集。
同時,應用程序正在將節點誤差盡可能低(建議的節點誤差值為 5ns),以支持即將到來的部署場景,例如 5G 蜂窩網絡的 front-haul 網絡。此類應用需要更高穩定性的 clock reference。
數據包網絡同步解決方案
IEEE 1588 中使用的振蕩器的中期穩定性挑戰
在基于數據包的同步實現中,本地同步振蕩器通過次級層協議從基于物理層的相位或鎖頻環移動到時間鎖定系統。
振蕩器在控制環路中表現為高通濾波器,因此較小的環路帶寬可能意味著振蕩器的中期穩定性性能對整體系統性能很重要。實際上,振蕩器的穩定性表現現在由這些“中期”時間段內的環境變化主導。
中期 (分鐘到幾小時) 的振蕩器穩定性要么描述得很差,要么根本沒有被考慮,因為這些條件下的穩定性被其他振蕩器/系統規格間接地覆蓋
從歷史上看,只有兩種 “振蕩器 / 鎖定帶寬 ”組合,即 Stratum 3 和 Stratum 3E。
但是,基于數據包的實施會根據網絡場景引入其他環路帶寬,因此每個環路帶寬的穩定性變得非常重要。
數據包延遲變化 (PDV) 的非平穩特性對本振提出了新的要求。Loop 在 10 到 0.1 mHz 區域(時間常數 10000 s)的鎖定帶寬下運行,以過濾 PDV 引入的漂移。頻率穩定性的系統規格、頻率的保持要求以及相位誤差(如果需要)將決定對振蕩器的要求。
憑借優于 Stratum 3E 振蕩器(1 ppb 溫度穩定性和 0.2 ppb/天老化),可以支持 0.1 mHz 范圍內的極低帶寬,以滿足非常低的漂移生成要求。此類器件還具有良好的中期保持時間(8 - 12 小時,溫度變化為 20°C),提供經濟高效的性能
Rakon OCXO 的 MTIE 性能
Rakon 基于 ASIC 的 OCXO晶振和傳統 OCXO 設計用于 1 mHz 至 0.1 mHz 及以下的帶寬,以及極高的保持性能。這些產品專為滿足最嚴格的系統要求而設計。Mercury+ ™ ASIC 使業內最?。?4 x 9 mm 和 9 x 7 mm)、功耗最低 (350 mW) 和最可靠(FIT 為 <50)的 OCXO 成為可能,最大時間間隔誤差 (MTIE) Racon 的 OCXO MTIE 性能(-40 至 85°C (1°C/min) 1 mHz 回路濾波器)溫度穩定性在 ±5 至 ±20 ppb 之間。LTE-A 和 LTE-TDD 小基站技術需要嚴格的相位精度 (±1.5 μs),而基于位置的服務 (LBS) 等應用將精度要求推向更嚴格的值 (~500 ns)。ROX2522S4 器件提供傳統 Stratum 3E 分立式 OCXO 的性能。封裝兼容的 ROX2522S3 產品將性能提高了一個數量級,引入了 1 ppb 的溫度穩定性和 0.2 ppb/天的老化性能。
對于不需要保持的系統,符合 G.8263 規范的振蕩器仍然可以提供滿足 TDEV/MTIE 要求所需的漂移。系統設計人員面臨的挑戰是評估哪個振蕩器將在哪個鎖定帶寬下工作,并且在鎖定條件下仍然滿足隱含的 TDEV/MTIE 要求。系統設計人員還必須評估需要哪些振蕩器才能在應用所需的指定持續時間內提供足夠的保持。這就是 Rakon 可以提供幫助的地方!
下一篇:AT 切割石英晶體的簡短指南
上一篇:有源晶體振蕩器中的相位噪聲/抖動