無線業務的迅速發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已經發布了GPON/10G GPON的時間同步技術的標準，IEEE也即將發布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。