無線業(yè)務的迅速發(fā)展需要回傳網絡提供越來越大的帶寬。PON作為可選的無線回傳網絡技術之一，得到了廣大運營商的認可。而cdma2000，TD-SCDMA，LTE等無線技術都要求回傳網絡具有精確的時間同步能力。ITU-T已經發(fā)布了GPON/10G GPON的時間同步技術的標準，IEEE也即將發(fā)布EPON/10G EPON的時間同步技術標準。本文對GPON/10G GPON和EPON/10G EPON的時間同步技術標準進行了闡述和分析。
1 引言
無線業(yè)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(yè)務的飛速發(fā)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(yè)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(yè)務的快速發(fā)展促使無線網絡對覆蓋和帶寬的需求持續(xù)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(tǒng)語音業(yè)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(yè)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(fā)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(yōu)于±3?s，因此基站與基準時鐘時間同步的精度要優(yōu)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(yōu)于±3?s；同理，基站與基準時鐘時間同步的精度要優(yōu)于±1.5?s。因此，基站與基準時鐘相位同步的精度要求要優(yōu)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(fā)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。