RRU 1588同步 - 技术栈

为什么RRU需要如此精确的同步。

TDD（时分双工）系统：
- 在TDD系统中，上行（手机到基站）和下行（基站到手机）使用相同的频率，但在不同的时间片段（时隙）进行传输。
- 如果同一个网络内不同基站的RRU时间不同步，会导致一个基站正在发射（下行）时，另一个相邻的基站正在接收（上行）。这将造成强烈的基站间干扰，使上行链路几乎无法工作。
协同技术：
- 现代通信（4G/5G）的高级功能，如载波聚合、CoMP 和MIMO，特别是涉及多个RRU协同为一个用户服务的场景，都要求这些RRU在时间上保持微秒级甚至纳秒级的同步。如果不同步，协同发射的信号无法在手机端正确合并，反而会相互干扰。
定时与相位同步：
- 最先进的5G Massive MIMO和毫米波技术甚至要求相位同步。这意味着多个RRU/天线之间不仅要知道"什么时候"开始发送，还要保持射频载波相位的一致性。这是实现波束赋形等关键技术的基础。

IEEE 1588 ，又称为PTP 1588

目标：在分组网络（如以太网）上，为分布式设备提供高精度的时间同步。
精度：理想情况下可以达到亚微秒级的同步精度，远高于传统的NTP（网络时间协议，精度在毫秒级）。
核心思想 ：通过在主时钟和从时钟之间交换特定的报文，来测量和补偿网络中的传输延迟，从而校准从时钟的时间。

Altera 1588系统解决方案的不同时钟模式的工作原理，包括普通时钟（Ordinary Clock, OC）、边界时钟（Boundary Clock, BC）和透明时钟（Transparent Clock, TC）模式下的操作流程。

在普通时钟模式中，系统包括一个OC主时钟和一个或多个OC从时钟。主时钟会发送同步包，从时钟会回应延迟请求和延迟响应包。此过程中，主从时钟之间通过网络交换时间戳（T1至T4），从而允许从时钟计算出路径延迟，并据此调整自身的时间基准。对于边界时钟模式，器件具有一个或多个主端口和至少一个从端口。边界时钟的工作方式与普通时钟类似，在接收同步消息、发送延迟请求和接收延迟响应的过程中，从端口能够收集时间戳，计算路径延迟和偏移量以校正其本地时钟。同时，作为主端口，它也会向下游设备发送同步和延迟响应消息。透明时钟模式则是用于测量网络中的延时，它不会影响通过它的同步消息，而是记录时间戳来帮助计算路径延迟。通过这些时钟模式，PTP（精密时间协议）网络能够实现高精度的时间同步。

下图为由一些终端设备和网络设备（如交换机和路由器）组成的计算机网络，由于这是一个PTP网络，所以有一个PTP主时钟，一些器件将拥有自己的时钟，最终应该与主时钟同步。

带有时钟的器件，被识别为普通时钟OC；

带有时钟的网络设备，被识别为边界时钟BC；

测量时延的网络设备是透明时钟 TC；

普通时钟可以是主时钟 OC-M 或从时钟；

首先，OC主机的CPU将发送一个同步包，接下来包解析器将解码包并提取指纹。然后数据包解析器将发送数据包和指纹到MAC，以生成时间戳T1，然后通过物理层发送数据包。

在OC从属端口上，MAC将接收数据包并生成时间戳T2，数据包解析器将提取指纹，并将时间戳T2和指纹返回到FIFO，以供CPU收集；同步包被转发到CPU，以限制同步包中的时间戳T1；CPU还将读取FIFO以收集时间戳T2；

接下来，OC从CPU将发送延迟请求包，包解析器将解码包，提取指纹并将其发送到MAC。MAC将在接收延迟请求包后生成时间戳T3，并将时间戳和指纹返回给FIFO。同时，OC从CPU将读取FIFO以收集时间戳T3；延迟请求包随后通过物理层发送到网络。

OC主端口上的MAC接收延迟请求并生成时间戳T4，数据包解析器检索指纹并将时间戳和指纹返回给FIFO。延迟请求包被转发到CPU，然后CPU读取FIFO以收集时间戳T4，

接下来，OC主CPU将发送一个延迟响应包，其中包含时间戳T4，数据包解析器对数据包进行解码，并请求MAC不要为该数据包生成时间戳。MAC然后按原样发送延迟响应包。

OC从机拉起将接收数据包，并为其添加时间戳。

CPU读取了FIFO中生成的时间戳，但没有使用；

OC从CPU接收延迟响应包，并从包中收集时间戳T4。

现在，OC从站的CPU拥有所有时间戳T1、T2、T3、T4，可以计算中间路径延迟，从而更新模块的从站时间；

边界时钟模式的功能流程：

边界时钟是一个网络器件，它有一个从端口和一个或多个主端口；所有端口的时间D模块应该同步；

BC从端口同步类似于OC从同步，在接收同步、发送延迟请求和接收延迟响应的整个过程中，BC从站能够收集所有四个时间戳，并计算平均路径延迟和偏移，以校正其系统时钟；

针对1588v2在RRU中的应用：

第一步：偏移量测量

主时钟（通常是BBU或专门的时钟源）向从时钟发送一个 Sync 消息，并记录精确的发送时间 t1。
由于 Sync 消息本身无法携带足够精确的 t1 时间戳（因为硬件时间戳发生在MAC层），主时钟会紧接着发送一个 Follow_Up 消息，此消息中携带了 t1 的精确值。
RRU收到 Sync 消息，记录精确的到达时间 t2。

至此，RRU知道了：
t2 = t1 + Offset + Delay

Offset：主从时钟之间的时间偏移（就是我们要求解的量）。
Delay：网络传输延迟（假设路径对称，上行和下行的Delay相等）。

第二步：传输延迟测量

从时钟向主时钟发送一个 Delay_Req 消息，并记录精确的发送时间 t3。
主时钟收到 Delay_Req 消息，记录精确的到达时间 t4。
主时钟发送一个 Delay_Resp 消息给从时钟，此消息中携带了 t4 的精确值。

至此，主时钟端有：
t4 = t3 - Offset + Delay

第三步：计算与校准

现在，RRU拥有了四个关键时间戳：t1, t2, t3, t4。它可以解出两个方程：

计算传输延迟：
Delay = [(t2 - t1) + (t4 - t3)] / 2
计算时钟偏移：
Offset = [(t2 - t1) - (t4 - t3)] / 2

一旦RRU计算出 Offset，它就可以调整自己的本地时钟，将其减去这个偏移量，从而与主时钟实现同步。