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5G网络商用部署正有序推进，5G处于产业化培育应用的关键时期，5G高精度同步网作为必不可少的基础支撑网络，急需在技术和产业发展方面尽快推动。近年来，业界对5G同步相关技术持续关注，基于5G系统时间同步需求，分析高精度同步关键技术，选取合适组网模式，助推5G高精度同步网的建设和完善。 1 5G系统运行及应用需要高精度时间同步支撑 5G网络部署和业务开通需要同步支撑，包括频率同步和时间同步，其中频率同步需求与其它无线通信系统相同，即优于±0.05ppm ，而时间同步要求则更加严格。根据应用场景不同，5G系统时间同步需求包括基本同步需求、站间协同增强同步需求以及5G所支撑的新业务提出的高精度同步需求。 5G系统基本时间同步需求是所有时分复用（TDD）制式无线通信系统的共性要求，主要目的是避免上下行时隙干扰，从而需对基站空口时间偏差进行严格限定，5G 基本业务同步需求与4G相当，时间偏差要求不大于3us；5G系统站间协同增强技术主要包括多天线MIMO、多点协调、载波聚合等, 为确保协同有效，对协同点之间的时间偏差提出了100ns量级甚至更高的苛刻时间同步要求；在5G网络支撑的多种新业务中，典型的是基站定位服务，一般来说，定位精度与时间同步精度直接相关，例如，要实现3m的定位精度，要求基站间的空口信号同步偏差为10ns。 2 5G高精度时间同步地面组网是大势所趋 长期以来，运营商主要采用加装卫星接收机方式来满足无线基站时间同步需求。到了4G时代，有部分运营商通过地面同步组网方式解决无线基站的同步问题，主要出于两个方面考虑，一是为卫星信号难以覆盖区域提供同步解决方案，包括地铁、地下车库、部分城区高楼等；二是作为卫星系统的备用，提升网络安全可靠性。与4G系统相比，5G系统具有同步需求精度更高、同步应用场景更加复杂、同步安全可靠性要求更加严格等新的同步需求特点，为满足5G系统的同步需求，解决卫星覆盖盲点问题，提升安全可靠性，节约建设和运维成本，研究并最终建设自主可控、安全可靠的高精度地面时间同步网是大势所趋。 3 选择合适技术是构建5G高精度时间同步网的关键 同步网一般由同步节点设备以及用于连接节点设备的定时链路构成，5G高精度地面时间同步网也不例外。组建5G高精度地面时间同步网，选择合适技术是关键，包括作为节点设备的高精度源头技术、用于组建地面定时链路的1588技术、进行全网管理的监测技术等。 3.1 卫星双频技术将成为高精度时间同步源头主流技术选择 高精度时间同步源头的实现与卫星授时技术密不可分。在众多卫星授时技术中，卫星单频授时应用最为广泛，但由于受到大气环境多方面因素影响，授时精度受限，只能实现百纳秒级同步精度，无法满足高精度同步设备30ns量级的需求。卫星双频技术可以消除大气电离层延迟误差，可显著提升授时精度，可以作为今后高精同步源头设备的主要实现技术。 近年来，我国自主的北斗卫星导航系统不断完善并加紧部署应用，其中，北斗二代已于2012年正式商用，北斗三代将于今年完成组网并投入商用，北斗系统在通信网中应用规模将进一步扩大，从而有助于摆脱对其它国家卫星导航系统的依赖，提升了通信网络安全可靠性。采用基于北斗系统的双频技术将是未来高精度时间同步源头设备主流实现技术选择。 3.2 需进一步优化IEEE 1588v2实现高精度时间同步传输 高精度同步传输用于组织定时链路，是5G高精度时间同步组网关键环节。目前，IEEE 1588v2技术在电信网中应用规模大、成熟度高、互联互通性好，但单节点精度在30ns量级，难以满足高精度时间同步承载需求，需通过优化实现细节提升精度，包括打戳位置尽量靠近物理接口、提升打戳分辨率、提升系统实时时钟（RTC）同步精度、加强模块间协作、选取优质晶振等。 考虑到IEEE 1588v2技术在实际应用中易受光纤不对称性影响，建议尽量采用单纤双向方式进行部署应用。另外，针对IEEE 1588v2开通和运维，建议引入App定义同步网功能，增强同步网络安全可靠性，提高运维管理效率。 3.3 长远来看采用卫星共视法是高精度时间同步网较好的监测方式 对于5G高精度时间同步网，安全可靠运行至关重要，有必要建立监测系统，对全网同步运行状况进行实时监控和管理。在监测方式方面，包括基于网络设备自身监测功能实现的相对性能监测，以及采用探针等外置设备进行的绝对性能监测。 基于网络设备自身功能的监测方式，无需额外设备，部署简单，可针对网络局部进行相对监测；基于探针等外置设备的监测方式，采用卫星共视技术，可以实现全网时间同步性能的实时监测，初期需要一定的建设成本，长远来看是一种较好的监测方式。对于后者，具体监测方案有待进一步研究，包括监测点数量和位置选择、公共参考基准站的建设或选择、监测数据的传送、数据处理算法优化、监测评估指标的确定等。 3.4 结合主从方式的扁平化组网有望成为高精度时间同步网典型组网模式 除了上述具体技术外，5G高精度时间同步组网模式的选择同样重要，可选模式包括等级主从组网、按需分布式组网、源头设备下沉的扁平化组网等。其中，大区域的等级主从组网是一种经典的组网模式，在传统频率同步网建设中已得到成功应用，考虑到时间偏差随着传输过程的累积效应，高精度时间同步网无法直接采用该种模式；按需分布式组网是指在每个同步需求点（如基站所在局）配置同步设备，其建设成本高，且不易实现全网监测管理；源头设备下沉的扁平化组网考虑5G高精度时间同步实际需求，将源头设备下沉以靠近网络末端，可有效降低网络承载部分对时间同步性能的影响。源头设备下沉的扁平化组网结合主从组网模式，有望成为5G高精度时间同步网的典型组网模式，但还有较多问题需要研究解决，包括下沉位置选择、全网监测管理、设备形态及要求等。 4 5G高精度时间同步网的建设部署有助提升5G系统及其应用的安全可靠性 为了满足5G系统高精度时间同步需求，业界正抓紧对同步源头技术、同步传输技术、同步监视技术、同步组网模式等方面持续开展研究。从源头技术来看，双频技术更适合于高精度时间同步网的建设部署，尤其是基于自主北斗系统的双频技术应用被业界看好；从同步传输技术来看，IEEE 1588v2技术目前仍是高精度时间同步的基本传输技术，可以进一步对其进行改良及增强以满足多场景高精度同步传送需求；从高精度时间同步监测技术来看，基于卫星共视法绝对性能监测方式将是今后应用方向；在组网模式方面，源头设备下沉的扁平化组网也不失为一种理想的解决方案，但其具体组网实行还有待进一步研究。 各种关键技术的选择和完善，将有力支撑并推动5G高精度时间同步地面组网和部署应用，实现天地互备，避免完全依赖卫星授时带来的安全隐患，有助于提升5G系统及其应用的安全可靠性。
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发表于 2020-6-4 08:27:50