1 引言

　　無線業務對于回傳網絡(Wireless Backhaul，基站和無線交換設備之間的鏈路)的帶寬需求，隨著無線業務的飛速發展而快速增加。過去，由于無線語音和低速無線數據是無線的主要業務，無線基站對帶寬需求較小，租用E1/T1線路就能夠滿足需求。現在，隨著3G時代的到來，無線數據以及視頻業務的快速發展促使無線網絡對覆蓋和帶寬的需求持續增長。

　　然而由于帶寬的增長速度遠高于收入的增長速度，運營商面臨著增量不增收的矛盾。在運營商的OPEX總成本中，回傳租用線約占45%。對于傳統語音業務而言，2G基站傳輸1～2個E1/T1已基本上可以滿足需求，此時帶寬與收入的矛盾還不突出;但是到了3G時代，基站通常需要4～5個E1接口，支持HSDPA的基站甚至可能需要8～16個E1/T1。因此，如果仍舊采用租用E1/T1的傳送方式，其網絡的OPEX將因為帶寬需求的增長而不斷上升，這就迫使運營商尋找價格低廉而且有業務安全和質量保證的無線回傳的解決方案。

　　PON作為可以滿足上述運營商需求的網絡技術之一，越來越受到運營商以及標準組織的重視。GPON/10G GPON的時間同步解決方案在ITU-T相關標準系列中已完成并公布，IEEE也正在制定EPON/10G EPON時間同步解決方案的相關標準并即將發布。

　　2 無線回傳網絡的時間同步需求

　　對于WCDMA，由于采用了異步基站技術，因而不需要無線回傳網提供時間同步。對于 cdma2000以及TD-SCDMA，由于采用了同步基站技術，所以需要無線回傳網提供時間同步。4G的LTE也傾向于采用同步基站技術。根據 3GPP2標準(cdma2000國際標準)的要求，時間同步的精度要優于±3?s，因此基站與基準時鐘時間同步的精度要優于±1.5?s。根據3GPP 標準(TD-SCDMA以及WCDMA的國際標準)對TD-SCDMA的要求，時間同步精度要優于±3?s;同理，基站與基準時鐘時間同步的精度要優于±1.5?s。因此，基站與基準時鐘相位同步的精度要求要優于±1.5?s。

　　由上述分析可知，時間同步需求是cdma2000，TD-SCDMA，LTE等無線制式對回傳網絡的基本需求。如果PON不支持高精度的時間同步，則將無法作為這幾種無線制式的回傳網絡。

　　3 GPON/10G GPON時間同步標準

　　GPON/10G GPON的時間同步機制參見圖1。

　　圖1 GPON/10G GPON時間同步機制

　　圖1所示方法的具體步驟為：

　　(1)OLT首先與上一級設備完成時間同步。

　　(2)OLT計算出第X個Super Frame到達ONUi時對應的ToDx,i(TIme of Day，時間)。

　　(3)OLT通過OMCI消息告知ONUi，當第X個 Super Frame到達ONUi時對應的ToDx,i。

　　(4)ONUi收到該OMCI消息后，對ToDx,i進行相應的補償，得到精確的第X幀到達時間real_ToDx,i。

　　(5)ONUi在第X幀到達時，將其本地時間設置為 Real_ToDx,i即完成時間同步。

　　該方案的誤差主要由3部分引入：上/下行波長不同，Serdes，測距。

　　GPON的下行中心波長為1490nm，上行中心波長為1310nm。對于典型的 SMF-28光纖，下行的折射率n1490 = 1.4682，上行的折射率n1310 = 1.4677，兩者之差為0.0005，因此得到矯正因子為 。如果使用0.5作為近似值進行計算，則引入的誤差約為170ppm，在最大的物理距離20km的情況下，大約為17ns。因為20km的單向傳輸時延約為100?s，乘以這個170ppm，可以得到誤差約為17ns。這個值是可以通過計算補償的。

　　Serdes串并轉換的時延在ONU每次激活時都是不確定的，具體誤差取決于 Serdes位寬。對于目前比較常用的16bit位寬的Serdes，此處在相鄰兩次激活時引入的最大誤差可達±16bits。對于GPON來說，下行速率為2.488Gbit/s，則該誤差換算成時間約為±6.4ns。這個誤差的補償理論上也是可以由MAC芯片完成，但是實現相對困難：這要求ONU的 MAC芯片在ONU每次上線激活以后，提取Serdes具體偏移，然后再對其補償。

　　GPON測距時，不同ONU的Response TIme不定，可引入±1?s的誤差，從而使測出的單向時延的誤差為±0.5?s，從極端惡劣情況下對時間同步精確度的影響來看，這個補償必須做，否則將導致較大的精確度劣化。不過這個補償也是很容易實現的，因為在芯片做好以后，這個值相對固定，只需要加/減相應的固定值即可。

　　GPON的EqD誤差：GPON的DoW告警觸發門限為±4bits，GPON的上行速率為1.244Gbit/s，換算為時間±3.2ns，則在單向時延上引入的最大誤差為±1.6ns。這個誤差在不改變現有GPON標準的前提下是無法補償的。

　　綜上所述，對于上下行波長不同引入的誤差，在20km的極限情況下約為17ns，這個誤差可以通過簡單計算補償;對于串并轉換引入的誤差，在使用16bit位寬的Serdes的情況下，約為±6.4ns，這個誤差也可以補償，但是實現比較復雜，不推薦做;對于測距引入的誤差，在實現了response time補償的情況下，為±1.6ns，這個誤差在不改變現有標準的情況下，無法補償：所以，在補償都實現的情況下，理論精度可以達到±1.6ns;在不做任何補償的情況下，精度在±25ns以內。10G GPON的誤差分析類似。

　　該方案在2008年12月的ITU-T SG15 Q2會議上首次提出即得到了廣大運營商和設備商的認可，認為該方案利用了GPON本身的測距的結果以及GPON本身的下行幀同步機制，實現也較為簡單。后續Q2對此方案進行了深入討論。2009年10月ITU-T SG15全會上，Q2與Q13就此問題進行了聯合討論，該方案獲得認可并正式寫入到了G.984標準(GPON的國際標準)中。

　　對于10G GPON，由于測距以及下行幀同步等時間同步相關的機制跟GPON相同，因此10G GPON的時間同步方案沿用了G.984標準的方案，目前已經寫入G.987.3(10G GPON的TC層標準)以及G.988(10G GPON的OMCI標準)的草稿中，近期就會正式發布。

　　華為積極參與了GPON以及10G GPON標準的制定，提出了大量有價值的技術方案，上述的GPON/10G GPON的時間同步方案就是由華為最先提出的。華為的專家Frank Effenberger為ITU-T SG15 Q2(負責GPON/10G GPON標準的制定)的大會報告起草人(Rapporteur)，并兼任G.984.3(GPON國際標準的TC層部分)的標準合編者(co- editor)， Yuanqiu Luo為G.987.3(10G GPON國際標準的TC層部分)的co-editor，林薇為G.988(10G GPON國際標準的OMCI部分)的co-editor，為推動GPON/10G GPON標準的進展做出了重要的貢獻。

　　4 EPON/10G EPON時間同步標準

　　EPON/10G EPON的時間同步機制參見圖2。

　　圖2 EPON/10G EPON時間同步機制

　　圖2所示方法的具體步驟為：

　　(1)OLT首先與上一級設備完成時間同步。

　　(2)OLT計算出ONUi的localTime為X時的 ToDx,i。

　　(3)OLT通過OSSP報文，將localTime為X時的ToDx,i告知ONUi。

　　(4)ONUi收到該OSSP消息后，對ToDx,i進行相應的補償，得到精確的localTime為X時對應的時間real_ToDx,i。

　　(5)ONUi在localTime計數到達X時，將本地時間設置為real_ToDx,i即完成時間同步。

　　該方案的誤差主要由3部分引入：上/下行波長不同，Serdes，測距。與GPON類似。

　　上/下行波長不同引入的誤差部分，由于EPON的上/下行波長分別和GPON的上/下行波長相同，因此該部分的誤差也相同。

　　Serdes部分引入的誤差也一樣，只是EPON速率較低，引入的誤差為±12.8ns。

　　測距部分，EPON的guardThresholdOLT門限為12個TIme Quanta，每個Time Quanta為16ns，換算為時間為192ns，則在單向時延上引入的最大誤差為±96ns(但是最惡劣情況是小概率事件，通常不會出現)這個誤差在不改變現有EPON標準的前提下是無法補償的。

　　綜上所述，對于上/下行波長不同引入的誤差，在20km的極限情況下約為17ns，這個誤差可通過簡單計算補償;對于Serdes串并轉換引入的誤差，在使用16bit位寬的Serdes的情況下，為±12.8ns，這個誤差也可補償，但是實現比較復雜，不推薦做;對于測距引入的誤差，為±96ns，這個誤差在不改變現有標準的情況下，無法補償;所以，在實現了所有補償的情況下，理論精度可達±96ns;在不實現任何補償的情況下，精度在±130ns以內;10G EPON的誤差分析類似。

　　該方案在2009年1月的IEEE 802.1AS會議上進行了討論，得到了廣大參會成員的認可，認為該方案利用了EPON/10G EPON本身的測距的結果以及EPON/10G EPON本身的同步機制，實現也較為簡單。目前，802.1AS標準基本定稿，該方案也已經能被標準文本正式內容所覆蓋。

　　5 結束語

　　華為積極參與了EPON以及10G EPON標準的制定，提出了大量有價值的技術方案，上述的EPON/10G EPON的時間同步方案就是由華為最先提出的。華為的專家Yuanqiu Luo為IEEE 802.1AS Clause 13(EPON/10G EPON的時間同步部分)的標準編輯者(Clause Editor)，為推動EPON/10G EPON標準的進展做出了重要的貢獻。