5G網(wǎng)絡商用部署的推進，助力5G高精度同步網(wǎng)的建設和完善

5G網(wǎng)絡商用部署正有序推進，5G處于產(chǎn)業(yè)化培育應用的關鍵時期，5G高精度同步網(wǎng)作為必不可少的基礎支撐網(wǎng)絡，急需在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面盡快推動。近年來，業(yè)界對5G同步相關技術(shù)持續(xù)關注，基于5G系統(tǒng)時間同步需求，分析高精度同步關鍵技術(shù)，選取合適組網(wǎng)模式，助推5G高精度同步網(wǎng)的建設和完善。

1 5G系統(tǒng)運行及應用需要高精度時間同步支撐

5G網(wǎng)絡部署和業(yè)務開通需要同步支撐，包括頻率同步和時間同步，其中頻率同步需求與其它無線通信系統(tǒng)相同，即優(yōu)于±0.05ppm ，而時間同步要求則更加嚴格。根據(jù)應用場景不同，5G系統(tǒng)時間同步需求包括基本同步需求、站間協(xié)同增強同步需求以及5G所支撐的新業(yè)務提出的高精度同步需求。

5G系統(tǒng)基本時間同步需求是所有時分復用（TDD）制式無線通信系統(tǒng)的共性要求，主要目的是避免上下行時隙干擾，從而需對基站空口時間偏差進行嚴格限定，5G 基本業(yè)務同步需求與4G相當，時間偏差要求不大于3us；5G系統(tǒng)站間協(xié)同增強技術(shù)主要包括多天線MIMO、多點協(xié)調(diào)、載波聚合等， 為確保協(xié)同有效，對協(xié)同點之間的時間偏差提出了100ns量級甚至更高的苛刻時間同步要求；在5G網(wǎng)絡支撐的多種新業(yè)務中，典型的是基站定位服務，一般來說，定位精度與時間同步精度直接相關，例如，要實現(xiàn)3m的定位精度，要求基站間的空口信號同步偏差為?10ns。

2 5G高精度時間同步地面組網(wǎng)是大勢所趨

長期以來，運營商主要采用加裝衛(wèi)星接收機方式來滿足無線基站時間同步需求。到了4G時代，有部分運營商通過地面同步組網(wǎng)方式解決無線基站的同步問題，主要出于兩個方面考慮，一是為衛(wèi)星信號難以覆蓋區(qū)域提供同步解決方案，包括地鐵、地下車庫、部分城區(qū)高樓等；二是作為衛(wèi)星系統(tǒng)的備用，提升網(wǎng)絡安全可靠性。與4G系統(tǒng)相比，5G系統(tǒng)具有同步需求精度更高、同步應用場景更加復雜、同步安全可靠性要求更加嚴格等新的同步需求特點，為滿足5G系統(tǒng)的同步需求，解決衛(wèi)星覆蓋盲點問題，提升安全可靠性，節(jié)約建設和運維成本，研究并最終建設自主可控、安全可靠的高精度地面時間同步網(wǎng)是大勢所趨。

3 選擇合適技術(shù)是構(gòu)建5G高精度時間同步網(wǎng)的關鍵

同步網(wǎng)一般由同步節(jié)點設備以及用于連接節(jié)點設備的定時鏈路構(gòu)成，5G高精度地面時間同步網(wǎng)也不例外。組建5G高精度地面時間同步網(wǎng)，選擇合適技術(shù)是關鍵，包括作為節(jié)點設備的高精度源頭技術(shù)、用于組建地面定時鏈路的1588技術(shù)、進行全網(wǎng)管理的監(jiān)測技術(shù)等。

3.1 衛(wèi)星雙頻技術(shù)將成為高精度時間同步源頭主流技術(shù)選擇

高精度時間同步源頭的實現(xiàn)與衛(wèi)星授時技術(shù)密不可分。在眾多衛(wèi)星授時技術(shù)中，衛(wèi)星單頻授時應用最為廣泛，但由于受到大氣環(huán)境多方面因素影響，授時精度受限，只能實現(xiàn)百納秒級同步精度，無法滿足高精度同步設備30ns量級的需求。衛(wèi)星雙頻技術(shù)可以消除大氣電離層延遲誤差，可顯著提升授時精度，可以作為今后高精同步源頭設備的主要實現(xiàn)技術(shù)。

近年來，我國自主的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)不斷完善并加緊部署應用，其中，北斗二代已于2012年正式商用，北斗三代將于今年完成組網(wǎng)并投入商用，北斗系統(tǒng)在通信網(wǎng)中應用規(guī)模將進一步擴大，從而有助于擺脫對其它國家衛(wèi)星導航系統(tǒng)的依賴，提升了通信網(wǎng)絡安全可靠性。采用基于北斗系統(tǒng)的雙頻技術(shù)將是未來高精度時間同步源頭設備主流實現(xiàn)技術(shù)選擇。

3.2 需進一步優(yōu)化IEEE 1588v2實現(xiàn)高精度時間同步傳輸

高精度同步傳輸用于組織定時鏈路，是5G高精度時間同步組網(wǎng)關鍵環(huán)節(jié)。目前，IEEE 1588v2技術(shù)在電信網(wǎng)中應用規(guī)模大、成熟度高、互聯(lián)互通性好，但單節(jié)點精度在30ns量級，難以滿足高精度時間同步承載需求，需通過優(yōu)化實現(xiàn)細節(jié)提升精度，包括打戳位置盡量靠近物理接口、提升打戳分辨率、提升系統(tǒng)實時時鐘（RTC）同步精度、加強模塊間協(xié)作、選取優(yōu)質(zhì)晶振等。

考慮到IEEE 1588v2技術(shù)在實際應用中易受光纖不對稱性影響，建議盡量采用單纖雙向方式進行部署應用。另外，針對IEEE 1588v2開通和運維，建議引入軟件定義同步網(wǎng)功能，增強同步網(wǎng)絡安全可靠性，提高運維管理效率。

3.3 長遠來看采用衛(wèi)星共視法是高精度時間同步網(wǎng)較好的監(jiān)測方式

對于5G高精度時間同步網(wǎng)，安全可靠運行至關重要，有必要建立監(jiān)測系統(tǒng)，對全網(wǎng)同步運行狀況進行實時監(jiān)控和管理。在監(jiān)測方式方面，包括基于網(wǎng)絡設備自身監(jiān)測功能實現(xiàn)的相對性能監(jiān)測，以及采用探針等外置設備進行的絕對性能監(jiān)測。

基于網(wǎng)絡設備自身功能的監(jiān)測方式，無需額外設備，部署簡單，可針對網(wǎng)絡局部進行相對監(jiān)測；基于探針等外置設備的監(jiān)測方式，采用衛(wèi)星共視技術(shù)，可以實現(xiàn)全網(wǎng)時間同步性能的實時監(jiān)測，初期需要一定的建設成本，長遠來看是一種較好的監(jiān)測方式。對于后者，具體監(jiān)測方案有待進一步研究，包括監(jiān)測點數(shù)量和位置選擇、公共參考基準站的建設或選擇、監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)處理算法優(yōu)化、監(jiān)測評估指標的確定等。

3.4 結(jié)合主從方式的扁平化組網(wǎng)有望成為高精度時間同步網(wǎng)典型組網(wǎng)模式

除了上述具體技術(shù)外，5G高精度時間同步組網(wǎng)模式的選擇同樣重要，可選模式包括等級主從組網(wǎng)、按需分布式組網(wǎng)、源頭設備下沉的扁平化組網(wǎng)等。其中，大區(qū)域的等級主從組網(wǎng)是一種經(jīng)典的組網(wǎng)模式，在傳統(tǒng)頻率同步網(wǎng)建設中已得到成功應用，考慮到時間偏差隨著傳輸過程的累積效應，高精度時間同步網(wǎng)無法直接采用該種模式；按需分布式組網(wǎng)是指在每個同步需求點（如基站所在局）配置同步設備，其建設成本高，且不易實現(xiàn)全網(wǎng)監(jiān)測管理；源頭設備下沉的扁平化組網(wǎng)考慮5G高精度時間同步實際需求，將源頭設備下沉以靠近網(wǎng)絡末端，可有效降低網(wǎng)絡承載部分對時間同步性能的影響。源頭設備下沉的扁平化組網(wǎng)結(jié)合主從組網(wǎng)模式，有望成為5G高精度時間同步網(wǎng)的典型組網(wǎng)模式，但還有較多問題需要研究解決，包括下沉位置選擇、全網(wǎng)監(jiān)測管理、設備形態(tài)及要求等。

4 5G高精度時間同步網(wǎng)的建設部署有助提升5G系統(tǒng)及其應用的安全可靠性

為了滿足5G系統(tǒng)高精度時間同步需求，業(yè)界正抓緊對同步源頭技術(shù)、同步傳輸技術(shù)、同步監(jiān)視技術(shù)、同步組網(wǎng)模式等方面持續(xù)開展研究。從源頭技術(shù)來看，雙頻技術(shù)更適合于高精度時間同步網(wǎng)的建設部署，尤其是基于自主北斗系統(tǒng)的雙頻技術(shù)應用被業(yè)界看好；從同步傳輸技術(shù)來看，IEEE 1588v2技術(shù)目前仍是高精度時間同步的基本傳輸技術(shù)，可以進一步對其進行改良及增強以滿足多場景高精度同步傳送需求；從高精度時間同步監(jiān)測技術(shù)來看，基于衛(wèi)星共視法絕對性能監(jiān)測方式將是今后應用方向；在組網(wǎng)模式方面，源頭設備下沉的扁平化組網(wǎng)也不失為一種理想的解決方案，但其具體組網(wǎng)執(zhí)行還有待進一步研究。

各種關鍵技術(shù)的選擇和完善，將有力支撐并推動5G高精度時間同步地面組網(wǎng)和部署應用，實現(xiàn)天地互備，避免完全依賴衛(wèi)星授時帶來的安全隱患，有助于提升5G系統(tǒng)及其應用的安全可靠性。
責任編輯：tzh