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什么是同步保持,为什么它在面向未来的电信网络中很重要?

来源：http://www.yijindz.com 作者：亿金电子 2024年12月18

Holdover 是电信中使用的一种技术，用于在定时信号暂时丢失的情况下保持设备的准确定时和同步。设备的准确定时和同步对于确保电信网络中高效可靠的数据传输至关重要。对于 5G，系统的基本功能和无线电的更高级别的协作性能增强需要同步。

Holdover 使设备能够在定时信号临时丢失的情况下保持准确的定时，例如当信号由于源故障、网络拥塞或网络故障而中断时。在同步保持期间，设备会根据信号丢失前接收到的最后一个有效计时信号继续生成其计时信号，并使用内部振荡器和其他机制来保持计时信号的准确性。保留期可能持续几秒钟到几个小时，具体取决于特定网络的要求。

网络运营商如何从长期保留中受益？

对于网络运营商来说，Holdover 是一个重要的概念，因为它使他们能够在网络中断或中断期间保持服务的连续性和可靠性。它还有助于降低服务成本。对于网络运营商来说，上门服务可能既昂贵又耗时，因为它们需要人员、设备和差旅费用等资源。由于工作的紧迫性和计划外的性质，计划外的上门服务甚至更加昂贵。拥有同步保留功能有助于最大限度地减少服务中断，并减少计划外技术人员访问的需求。

在实践中，网络运营商通常会决定足够长的保留期，以确保在同步中断期间服务不中断。保留期通常短于特定服务的最长可容忍中断持续时间，以确保设备可以在中断持续时间超过服务要求之前与主同步源重新同步。保持期可能会有所不同，具体取决于网络组件中内部振荡器的质量和稳定性，以及可能影响其性能的温度和其他环境因素。根据设备和条件的不同，保留期通常从几分钟到几天不等。

考虑到各种应用场景，运营商在 5G DU 设备中所需的典型保持持续时间从 4 小时到 72 小时不等。对于园区或企业网络，由于现场技术人员在场，设备可以在发生故障后几个小时内进行维修。对于偏远站点，需要几天时间来申请访问权限、批准访问以及实际维护和恢复工作。1.5uS 相位稳定性的 24 小时保持是长期保持能力的起点。

同步失败的主要原因是什么？

基于全球导航卫星系统（GNSS）的同步是许多电信网络中的主要同步源。在几种网络部署场景中，可能没有来自网络的备份同步，基于 GNSS 的同步将是系统的唯一同步提供程序。但是，基于 GNSS 的同步失败可能由于以下几个原因而发生：

1、信号干扰或干扰： GNSS 信号相对较弱，很容易被其他较强的信号干扰。这可能会导致 timing information 不准确或信号完全丢失。近年来，当使用基于打火机的干扰器来避开跟踪系统时，GNSS 的干扰已成为一种常规事件，但不幸的是，这也干扰了附近的通信基础设施。

2、欺骗攻击：在欺骗攻击中，恶意实体发送虚假的 GNSS 信号，以欺骗接收者，使其相信它位于不同的位置或时间。这可能会导致同步错误并中断系统操作。低成本软件定义无线电解决方案无处不在，使爱好者和故意欺骗者能够重新生成 GNSS 信号并欺骗接收器。

4、太空天气事件和环境因素：太阳耀斑和其他太空天气事件可能会干扰 GNSS 信号，从而导致信号不准确或丢失。某些环境因素（例如建筑物或自然特征）可能会阻挡或反射 GNSS 信号，从而导致不准确或信号丢失。

3、技术故障： GNSS 卫星或支持它们的地面基础设施出现故障可能会导致同步失败。这可能是由于硬件或软件问题或人为错误造成的。由于维护不善或外部物理影响，许多与天线相关的故障。在一些国家/地区，天线盗窃也被确定为 GNSS 故障的一个原因。

为了降低这些风险，依赖 GNSS 进行同步的系统通常具有备份系统，例如原子钟或其他独立的计时源。他们还可能使用技术来检测和缓解干扰或欺骗攻击。

设备供应商更喜欢经济高效的方法来提供同步保留

典型的同步系统由主参考时钟（例如 GPS 或原子钟）或从网络派生的时钟（使用协议或物理方法）组成，它为网络元素提供高度准确的定时参考。但是，如果由于 GPS 信号中断或与网络主参考时钟的连接丢失等外部因素导致主参考时钟丢失，则同步保持就会发挥作用。

在保持期内，网络元素使用其内部振荡器来保持定时和同步。primary reference clock 可能比内部振荡器更准确。尽管如此，它可以在一段时间内（通常为几小时到几天）提供足够的准确性。

原子钟通常用于长时间保持，其中铯和铷基时钟最受欢迎。铯原子钟因其稳定性和准确性而被广泛使用。铷钟更小、更便宜，但保持持续时间更短。芯片级原子钟（CSAC）是更小、更实惠的原子钟版本，专注于低功耗。GNSS 驯服的高稳定性振荡器也提供 24 小时保持稳定性，但它们价格昂贵，可能不适合广泛部署。铯原子钟的成本从数万美元到数十万美元不等，具体取决于型号和功能，而 Chip Scale 和 Rubidium 时钟通常更便宜，从几千美元到数万美元不等。然而，这些解决方案的成本和规模可能太高，无法在 5G 网络中广泛采用。

设备供应商需要适合设备当前外形尺寸的经济高效的解决方案，因此系统可能会采用类似的 clocks 和 oscillator 配置文件。许多供应商提供单一的元件倾斜，以便最大限度地减少与制造设备的合同制造商的元件加载曲线

阶层图 3E 震荡指标剖面的 24 小时守持现已成为现实

基于石英晶体振荡器通常用于当今大多数设备时钟。直到最近，对于设备可接受的特定外形尺寸的时钟稳定性，其稳定性比基本原子钟所能达到的要低一个数量级。以前测量几分钟到几小时的石英基解决方案的短期稳定性现在已经扩展到几十小时。20 多年来，25 x 22 mm 尺寸的 SMD 尺寸一直是标准的 stratum 3E 稳定电平振荡器，并在大多数电信设备中都有使用。

有几个因素会导致 oscillator 不稳定。然而，两个最重要的因素是温度波动和时间。温度变化会影响振荡器的频率，导致其漂移。老化是由于晶体物理特性的逐渐变化而影响其谐振频率的。最近，已经开发出执行温度补偿的技术，以在一定温度范围内稳定振荡器的频率，并使用老化模型通过使用振荡器内部的可追溯参考来预测和校正频率随时间的变化。

此外，热机械设计改进、谐振器设计的根本创新和集成的高性能电子电路，推动了 Quartz 解决方案近年来以最小的成本增加实现 24 小时保持。这些解决方案适合现有外形尺寸，只需进行最少的设计更改，使设备能够以经济且经济的成本实现保持功能。

Rakon晶振是世界上最大的频率控制产品和定时解决方案制造商之一。他们的产品位于许多应用的核心，从 5G 网络到卫星，从紧急信标到自动驾驶汽车。

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