PTB IP——支持电信配置文件的精确同步：5G

摘要：5G需要管理整个网络中的多个定时源，需要低于1us的同步，并且对GPS的依赖性应最小化。

关键词：5G 、RAN、以太网、IEEE 1588、 FPGA、 G.8275.2 / .1

简介

时分双工（TDD）频谱需要紧密的时间和相位同步，以避免上行链路和下行链路之间的干扰。此外，这些新一代RAN网络的许多其他功能要求同步精度在1us或更低的范围内。例如，协作多点（CoMP）发送/接收技术需要在低于1us的相邻无线电之间进行相对时间同步，或者NR-TDD波束成形需要将整个网络的同步保持在大约1.5us。

为了支持这种全球精确的同步，电信运营商的建议[1]正在发展为结合GPS定时源和全定时支持（FTS）的网络基础设施。 FTS是精确时间协议-IEEE 1588v2（PTP）-IEEE 1588v2 [2]上的配置文件。图1总结了5G传输网络的时序要求， PTP提供了准确且冗余的网络分配，它使用用于数据的第2层和第3层网络基础结构。但是，所有交换和路由设备应为可识别1588的设备。也就是说，它们应支持透明时钟或边界时钟。具体来说，在辅助部分定时支持（G.8275.2）[3]和全定时支持（G.8275.1）PTP配置文件中定义的电信边界时钟和从时钟。在片上系统工程中，我们提供了将PTP和可识别1588的以太网交换功能嵌入任何网络设备的技术。例如，以下用例将说明如何使用SoCe PreciseTimeBasic（PTB）IP内核实现电信从时钟。[5]。

 图1 5G传输网络的时序要求[1]。

使用PTB IP核实现电信时钟

PreciseTimeBasic（PTB）是用于Xilinx FPGA的IEEE1588-2008 v2兼容时钟同步IP内核，它能够准确标记第2层和第3层IEEE 1588报文的时间戳，并提供兼容的计时器，所有这些过程均由硬件模块执行。

本产品支持以下PTP-IEEE 1588v2配置文件。

工业配置文件：默认，电源，电源实用程序IEC 61850-93，IEEE 802.1AS。

汽车配置文件：IEEE 802.1AS通用PTP（gPTP）配置文件。

企业配置文件/ 5G /电信配置文件：G.8265.1，G.8275.1和G.8275.2。

对于1G网络，IP位于内部以太网MAC或嵌入式交换机与外部PHY之间。PTB解析所有以太网帧，并检查哪些是IEEE1588，此IP为软件处理提供了PTP硬件时钟（PHC）兼容设备，该软件负责维护PTP计时器，此基础结构如图2所示。在这种情况下，通过支持标准以太网和零延迟恢复时间以太网（HSR / PRP）的SoCe可管理冗余交换机（MRS）IP内核完成与以太网网络的连接[4]。

图2 集成在SoC中以支持IEEE 1588v2普通时钟功能的PTB IP

 对于10G和25G系统，IP负责与上述相同的任务。但是，它直接与支持10G / 25G的MAC连接，或通过专用的AXI蒸汽接口进行交换。此基础结构如图3所示，以支持主时钟和从时钟操作。图4为基于两个Xilinx 10G / 25G以太网子系统以及SoCe PTP IP的边界时钟实现提出了设置方案。

图3 将PTB IP连接到10G / 25G以太网MAC子系统以进行普通时钟操作

 

图4  PTB IP连接到两个10G / 25G以太网MAC子系统以进行边界时钟操作

可以使用基于Xilinx Zynq-7000 SoC或Ultrascale + MPSoC的SoCe模块来评估这些解决方案的行为。图5显示了SMARTmpsoc brick。

图5  SoC-e SMARTmpsoc Brick开发平台

为了获得有关用于网络，同步和线速网络安全的SoC-e解决方案的更多信息，请通过[email protected]与SoC-e团队联系。

被引用文献

[1] Boyle,  K.,  2019  5g  is  all  in  the  timing.

https://www.ericsson.com/en/blog/2019/8/what-you-need-to-know-about-timing-and-sync-in-5G-transport-networks.

[2] Institute  of  Electrical  and  Electronics  Engineers (IEEE), 2008 IEEE 1588-2008 - IEEE Standard for a  Precision  Clock  Synchronization  Protocol  for Networked  Measurement  and  Control  Systems.

https://www.smartgrid.gov/document/ieee_1588_2008_ieee_standard_precision_clock_synchronization_protocol_networked_measurement.

[3] ITU: International Telecommunication Union, 2018 G.8275.2:Precision time protocol telecom profile for time/phase syn-chronization with partial timing support from the network.

https://www.itu.int/rec/T-REC-G.8275.2-201606-I/en.

[4] System-on-Chip engineering S.L., 2019a MRS Managed Re-dundant Switch IP Core. https://soc-e.com/products/mrs-managed-redundant-switch-ip-core/.

[5] System-on-Chip engineering S.L., 2019b PreciseTimeBa-sic IP Core:  IEEE1588v2 Ordinary & Boundary Clock.

https://soc-e.com/products/precisetimebasic-ieee-1588-2008-v2-ptp-ip-core/.

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