GSM网络IP化转型中的网络同步方案浅析

  移动网络宽带化已成为网络发展趋势之一，移动业务IP化驱动移动网络向IP化转型， EDGE业务、3G业务、IMS、FMC等基于IP的业务要求运营商具备适合IP业务承载、大带宽、高效率、低成本的承载网络。IP技术作为一种大带宽、易获得、高效率、低成本、代表未来发展方向的技术，引领网络转型的趋势和潮流已不可逆转。可以说，固网移动全 IP时代正在到来。

    随着核心网IP化改造的逐步完成，移动网络以更快的速度向全 IP迈进。IP技术将渗透到移动网络的每一个层面，而无线接入网的IP化将成为整个移动网络向全 IP演进的核心。

    从宏观上看，BSS IP化顺应网络转型的发展趋势，避免运营商继续在E1和SDH等费用较高的传输资源上持续投入，从保护运营商网络投资的角度具有战略意义。从微观上看，在核心网IP化改造的情况下，BSS IP化能充分发挥IP化核心网的能力，从服务质量、TC节省、传输节省、可靠性组网、资源利用率最大化等方面给运营商带来巨大的价值。

一、网络同步是GSM网络IP化的首要课题
    网络同步是移动通信系统的重要课题，也是移动网络IP化的首要课题。要降低发射和接收错误来提高网络效率，完善网络质量，提高用户满意度，必须使系统的时钟质量保持特定的等级。

    在PDH/SDH通信系统中，时钟同步一直是确保语音和数据连接可靠和无差错的一项关键因素。随着PDH/SDH网络向基于分组的IP架构转移，对网络时钟的要求也一直没有发生改变。在实现无线接入网IP化的过程中，同步问题是个很突出的问题。为了符合标准并保证网络性能，GSM基站拥有解决同步问题的时钟，主要用于空口和Abis接口，其中空口时钟对切换性能和覆盖性能的影响非常大，因此对时钟精度要求比较严格，宏基站的精度要求为0.05ppm，微基站也要达到0.1ppm。

    传统TDM传输组网情况下，基站很容易从TDM的E1/T1链路中恢复同步时钟信号，满足基站时钟的要求。但在IP化的BSS接入网络中，采用IP网络进行传输组网时，由于传统IP网络无法很好地支持时钟传送，基站时钟不能像传统方案那样从物理层获取，需要借助其他解决方案来实现。

二、几种典型的IP化承载方式
    针对不同的IP BSS应用场景和现网传输资源条件，运营商可以选择相应的同步方案，逐步使移动网络向IP化转型。以下是目前运营商遇到的几种典型的BSS IP化承载方式：

    （1）真正的IP承载方式，即Native IP方式，也称IP over FE/GE方式。该方式指IP分组包直接在IP承载层传输，无需电路帧的封装和分组包转换步骤。

    （2）IP over E1/SDH方式，IP over SDH也可简称为POS方式。该方式需要对IP分组包按照电路帧格式进行封装，然后在E1或SDH承载层上传输。

    （3）PWE3方式，即TDM over IP方式。该方式指在设备端增加TDM转IP设备，使电路帧包装成分组包形式，在IP承载上传输。

    以下将就每种典型的移动网络IP化过程中的承载方式分别介绍其同步方案，包括单一同步方案、组合同步方案以及中兴通讯特有的同步方案。

三、IP over FE/GE承载的同步方案
    在BSS IP化采用IP over FE/GE时，一种解决方案是当站点有BITS时钟时可以采用BITS时钟，但一般情况下很少见，因此此种方法不是我们讨论的重点。在此主要讨论运营商常面对的以下几种情况，GPS同步方案、同步以太网同步方案及基于IEEE1588的同步方案。

1. 基于GPS的同步解决方案
    为实现地面基站的同步功能，GPS接收机至少需要接收4个卫星信号，以实现精确的时钟同步。基站外接GPS进行同步的方式比较容易实现，只需在易于接收到GPS信号的地方架设天线，将GPS信号引入基站即可。不需要全网同步系统，不需要占用传输资源，同步精度高。

    适用场景：宏基站、方便接收和安装GPS的站点。

2. 基于同步以太网的同步解决方案
    当采用IP over FE时，IP BTS只有FE接口，且不允许、不准备高花费或不方便安装GPS接收机时，也可以采用G.8261，即同步以太网方式。

    同步以太网技术是一种采用以太网链路码流恢复时钟的技术。在以太接口上使用高精度的时钟发送数据，在接收端恢复并提取这个时钟，可以保持高精度的时钟性能。同步以太网（基于ITU-T G.8261）不影响现有的IEEE802.3的格式，从物理层提取同步时钟，但这种技术只有在承载网设备都具备同步以太网特性的情况下，才能为基站提供同步时钟。

    适用场景：IP承载网络每个节点支持同步以太网特性。

3. 基于IEEE1588的同步解决方案
    当面对上述第二种情况时，还有一种选择是采用基于协议的时钟恢复方式，例如IEEE1588。IEEE1588系统的基本概念是：网络上的每个节点都有自己的时钟（本地时钟），这些时钟将被同步到系统的主时钟上。同步间隔通常是1、2、8、16和64秒，太长则不能保证足够的同步精度，太短则会增加网络传输负担。

    适用场景：承载网络中间路由节点较少、抖动小的网络情况下使用。

4. 基于同步以太网和IEEE1588的组合同步解决方案
    根据承载网的组网情况，还可以选择同步以太网和IEEE1588的组合同步解决方案。

    同步以太网依赖于物理网络，要求所有承载网络节点支持（成本会比较高），不受网络流量影响，但只传频率不传相位。而1588独立于物理层，可传频率和相位，不受网络流量影响，可以在没有业务流量的情况下支持同步，成本较低。

    同步以太网技术要求全网设备都支持，才能保证时钟质量。但是在实际应用中，很多地方无法实现全网支持，中间都会多少存在几段不支持同步以太网的链路。这种情况下，可综合上面谈到的两种方式进行组合同步，以灵活使用，进行混合组网。

    适用场景：IP承载网络建设不能一步到位，网络规模较大，转发节点较多的应用场景。

5. 中兴通讯特有的基于空口同步的解决方案
    当采用IP over FE时，IP BTS只有FE接口时也可以采用空中同步方式，中兴通讯的FemtoCell 就使用了此方案。

    FemtoCell空中接口同步方案的基本思路是令FemtoCell测量出其与邻小区的载波频率偏差，换算为基站晶振时钟偏差，并通过基站晶振偏置电压修正，使基站晶振的输出时钟、载波频率与邻小区一致，达到消除频偏的目的。

    适用场景：Pico/Femto等微站及对同步要求不很高的情况。

四、IP over E1/SDH承载方式的同步方案
    对于IP over E1/SDH方式，由于具有E1/SDH接口，同步时钟仍然可从E1/T1/STM-1线路提取，和传统线路提取时钟完全一致（见图1）。基站能够很容易从TDM的E1/T1/STM-1链路中恢复同步时钟信号，非常好地满足基站时钟的要求。

    适用场景：采用IP over E1方式的基站。

五、PWE3方式下的同步解决方案
    在BSS IP化过渡期，即承载网络已经为IP网络时，可以考虑采用PWE3设备解决同步问题。中兴通讯解决方案中采用IPMux-24方案解决。

    IPMux-24 代表了下一代PWE3的解决方案，其独一无二之处在于结合了快速以太网和千兆以太网交换，形成了对业界伪线路标准最大化的支持，并包括了精确时钟恢复技术和超低延时的高性能ASIC驱动。增强的ASIC能够使IPMux-24通过IP、以太网或MPLS网络，利用任何标准的TDM仿真技术，实现最低延时和最精准的定时传输回程业务。IPMux-24中已经将高级适应性时钟恢复功能整合入其ASIC产品中，以解决时钟同步这一难题。这一时钟恢复功能与G.823相一致，并达到16ppb的时间准确性。

    适用场景：从原有设备和网络向IP化转型过渡期，准备统一承载网络的建网计划。

六、小结
    目前，中兴通讯在网络设备的IP化接口支持上处于业内领先地位。在2008年年底，中兴通讯的GSM BSS网络设备将能实现所有接口支持IP传输功能。同时，在关键的网络同步问题上，无论现网适合IP over E1/SDH、IP over FE还是PWE3方式，中兴通讯均提供完善的同步解决方案供选择。此外，在室内覆盖采用Pico/FemtoCell基站的情况下还可采用中兴通讯专利的空中接口同步方式。

    无线接入网的IP化已成为整个移动网络全IP演进的关键。在接入网的IP化进程中的若干关键问题已经逐步得到解决，运营商也积极开展了多项实验和商用测试活动。中兴通讯完善的BSS IP化同步方案将助力运营商成功向全 IP演进