5G網路的同步需求較4G更為精細，簡化的遷移邏輯可能忽視了5G架構中不同層次的同步要求，因此在向5G過渡時需要更精確的同步設計和針對不同層級的考慮，避免一刀切的做法帶來不良影響。
電信、公用事業、交通運輸和國防等關鍵基礎設施服務具有國家戰略重要性。許多通訊基礎設施正從4G(LTE)或前幾代行動通訊技術遷移至5G網路。
人們可能傾向於簡化這種遷移的邏輯，並且(至少從同步的角度)想當然地認為全世界已經普遍採用ITU-T G.8275.1精確時間協議(Precision Time Protocol, PTP)配置文件以及嵌入高品質PTP邊界時鐘(Boundary Clock, BC)的新一代網路單元的路徑支援範例。
但這種傾向可能會忽視5G行動通訊同步已經變得更加精細化。一刀切的方法可能會產生誤導，在遷移至5G架構時可能對不同層的同步方面欠缺考慮。
從歷史視角看待通訊網路中的時間/同步
使用PTP的基於網路的授時服務起初在基頻單元(Baseband Unit, BBU)中作為主要或輔助(備份)參考用於分頻雙工(Frequency Division Duplexing, FDD)應用的頻率重建。
分時雙工(Time Division Duplexing, TDD)技術的導入支援從行動通訊4G向具有額外相位(相對和絕對)要求的5G過渡。隨之導入的還有一個更為複雜的混合環境，其中BBU功能分解為分布式單元(Distributed Unit, DU)和集中式單元(Centralized Unit, CU)。
業界已制定兩個標準化PTP配置文件ITU-T G.8275.1和ITU-T G.8275.2，分別用於PTP感知網路和PTP非感知網路。
本文回顧了導入5G行動通訊架構所涉及的架構變化、同步要求所蘊含的意義，以及針對具體的位置和網路站點而使用的不同PTP配置文件和PTP容量。
朝5G演進時的同步所蘊含意義
部署過4G LTE的營運商都知道回傳網路所蘊含的特殊意義。使用不同的網路類型時，資料封包延遲變化(Packet Delay Variation, PDV)會對同步效能產生重大影響。許多國家在4G中部署PTP作為備用同步機制，而全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)是主要同步源。為了避免GNSS失效導致相位服務丟失，業界提出了使用PTP流將邊緣基準主時鐘(Primary Reference Time Clock, PRTC)連接到集中式核心時鐘的想法，後來被ITU-T採納為G.8273.4—輔助部分授時支援(Assisted Partial Time Support, APTS)。
在這種架構中，使用本地邊緣PRTC GNSS校準PTP輸入的時間誤差。該GNSS的參考(UTC)與上游GNSS相同。傳入的PTP流可被有效視為來自核心時鐘(可追溯到UTC)的代理GNSS訊號。
圖1給出了一個典型的4G同步場景，其中PTP最先進時鐘使用PTP單播G.8275.2配置文件透過回傳為4G eNodeB提供服務。
圖1 行動通訊4G的典型同步架構
隨著5G的出現，由於某些設備的分裂化，行動通訊網路趨向複雜，必須考慮採用新的同步架構。寬頻基本單元(BBU)分裂成多個設備，成為了5G架構新的主要單元。圖2展示了5G架構的主要單元。
圖2 5G網路架構
在典型的5G架構中，不僅需要考慮回傳，在某些情況下還需要考慮前傳和中傳等新網路。
從同步的角度來看，前傳成為服務5G RU或5G基地台的焦點網路點。圖3展示了使用G.8275.1多播配置文件導入前傳網路來為基於5G的站點提供服務。在這種情況下，PTP成為主要的同步機制。
圖3 行動通訊5G的典型同步架構
在實現5G時有一些重要事項需要考慮，包括端到端計時預算(+/-1.5ms)以及相鄰RU之間的130ns/260ns相對時間精確度(圖3)。
不同PTP配置文件之間的主要區別
另一方面，ITU-T G.8275.2配置文件為第三層、單播模式，不需要所有網路單元都具備路徑支援能力。PTP協議作為高優先級流量流經這些網路單元。在該案例中，PTP最先進時鐘需要具備較大的PTP客戶端容量，通常超過一百個客戶端，在某些情況下甚至高達數千個。
低容量的前傳/ITU-T G.8275.1配置文件
從同步的角度來看，前傳使用全球導航衛星系統(GNSS)訊號提供的時間源，並在GNSS訊號不可用或間斷時受到輔助部分授時支援(APTS)的保護。
前傳通常部署在大城市和都市區，那裡有許多基地台需要服務，另外也透過PTP最先進時鐘所在的聚合點提供服務。這種情況下使用的配置文件為ITU-T G.8275.1(專門針對電信產業定義的PTP配置文件)，其中的網路單元嵌入了現代邊界時鐘。ITU-T G.8275.1採用多播模式，因此不需要太大容量。
高容量的回傳/ITU-T G.8275.2配置文件
迄今為止，PTP一直用於都市區之外的頻率同步。部署在這些位置的最先進時鐘主要服務於較舊的FDD無線電系統，但隨著向5G行動通訊架構演進，這些最先進時鐘趨向成為舊無線電與新環境混合體的一部分。
許多營運商正在將以頻率為中心的最先進時鐘遷移到新一代IEEE 1588 PTP最先進時鐘，以提供更高的時間和相位精確度。此外，新一代的最先進時鐘與前幾代相比具有更多的功能和PTP埠，因此需要能夠連接更多的設備(包括舊無線電、訊號塔和其他PTP最先進時鐘)。
這些回傳站點和最先進時鐘通常使用ITU-T G.8275.2配置文件(在IP層運行)。從有待開發的傳統環境向更現代化的架構和設備遷移時有一點需要特別注意。同步供給單元(Synchronization Supply Unit, SSU)和主參考時鐘(Primary Reference Clocks, PRC)等現有傳統訊號系統並不會消失，而是需要整合到專注於5G和PTP的新架構中。除了容量之外，還需要考慮的一點是整合距離最先進時鐘很遠的站點系統的能力。
在4G同步的基礎上向5G演進
更多觀點表明，增加5G服務可以利用現有同步方面的投資，並在此基礎上擴展到5G。
通常對於大型營運商而言，PTP最先進時鐘將安裝在支援有線寬頻和無線行動通訊性的中央辦公室。因此，這些辦公室中存在以下四種典型使用情境。
1.如果營運商使用專用的主參考源(Primary Reference Sources, PRS)，例如北美常用的TimeSource，通常會更換傳統的主參考源(PRS)系統並遷移到可用作PRS或增強型PRS(ePRS)的新一代最先進時鐘。
2.營運商還會將傳統的PRTC最先進時鐘(如TimeProvider 5000最先進時鐘)遷移到更現代化的平台(如TimeProvider 4100最先進時鐘)，以便實現更多連接選項、提供更先進的APTS功能，以及使用PTP G.8275.2實現基地台回傳(數千個客戶端)的頻率同步。
3.營運商將使用PTP G.8275.1為5G前傳部署新的PRTC最先進時鐘。
4.營運商還會將現有的同步系統遷移到更加現代化且更具彈性的PTP最先進時鐘，以便滿足UTC嚴格的30ns精確度要求以及在選定站點的14天保持時間。
透過源源不斷的投資，將逐步利用更新、更現代的技術，依託現有同步基礎設施的演進為5G站點提供服務。
升級基礎設施以提供精確時間/相位
除了需要考慮前傳和回傳的時間配置文件和容量要求之外，一些國家或營運商可能還面臨無權使用基礎設施進行部分或大部分部署工作的挑戰。
在北美，行動通訊營運商從第三方租用回傳線路的情況非常常見。這裡面臨的挑戰是，大多數情況下這些租用線路無法保證滿足營運商所需的時間和相位效能要求。行動通訊營運商可能既無法依賴回傳鏈路，也沒有辦法監控第三方租用線路提供商提供的同步品質。
為了更好地服務行動通訊營運商並確保在5G架構嚴格的授時要求下實現高精確度，租用線路回傳提供商正在使用邊界時鐘升級其網路單元，以便為其營運商客戶提供高度精確的時間和相位。
一些新進入者(如衛星提供商或有線電視營運商)目前正在將行動通訊業務添加到自家的產品組合中，但仍需要依靠第三方透過租用架構提供精確的時間。
傳統有線提供商通常將其有線基礎設施租賃給行動通訊營運商和行動通訊領域的新進入者。對於這些租用線路提供商來說，必須升級其基礎設施以便為行動通訊營運商提供精確的時間和相位，這樣行動通訊營運商就可以在租用的回傳層上運行G.8275.1或G.8275.2。
沒有一勞永逸的解決方案
部署5G架構或推出5G服務的行動通訊營運商可提供基於標準的解決方案，部署在前傳網路和回傳網路。因此，必須根據地區、網路傳輸和整合要求使用不同的PTP配置文件以及不同的PTP容量。
關於基礎設施某些部分的所有權問題需要謹慎考慮，以便確保第三方供應商能夠保證一定程度的時間精確度。
(本文作者為Microchip Technology頻率和時間系統業務部新興產品主管)