5G網(wǎng)絡(luò)商用部署的推進(jìn)，助力5G高精度同步網(wǎng)的建設(shè)和完善

5G網(wǎng)絡(luò)商用部署正有序推進(jìn)，5G處于產(chǎn)業(yè)化培育應(yīng)用的關(guān)鍵時(shí)期，5G高精度同步網(wǎng)作為必不可少的基礎(chǔ)支撐網(wǎng)絡(luò)，急需在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面盡快推動(dòng)。近年來(lái)，業(yè)界對(duì)5G同步相關(guān)技術(shù)持續(xù)關(guān)注，基于5G系統(tǒng)時(shí)間同步需求，分析高精度同步關(guān)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(shè)和完善。

1 5G系統(tǒng)運(yùn)行及應(yīng)用需要高精度時(shí)間同步支撐

5G網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)開(kāi)通需要同步支撐，包括頻率同步和時(shí)間同步，其中頻率同步需求與其它無(wú)線通信系統(tǒng)相同，即優(yōu)于±0.05ppm ，而時(shí)間同步要求則更加嚴(yán)格。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，5G系統(tǒng)時(shí)間同步需求包括基本同步需求、站間協(xié)同增強(qiáng)同步需求以及5G所支撐的新業(yè)務(wù)提出的高精度同步需求。

5G系統(tǒng)基本時(shí)間同步需求是所有時(shí)分復(fù)用（TDD）制式無(wú)線通信系統(tǒng)的共性要求，主要目的是避免上下行時(shí)隙干擾，從而需對(duì)基站空口時(shí)間偏差進(jìn)行嚴(yán)格限定，5G 基本業(yè)務(wù)同步需求與4G相當(dāng)，時(shí)間偏差要求不大于3us；5G系統(tǒng)站間協(xié)同增強(qiáng)技術(shù)主要包括多天線MIMO、多點(diǎn)協(xié)調(diào)、載波聚合等， 為確保協(xié)同有效，對(duì)協(xié)同點(diǎn)之間的時(shí)間偏差提出了100ns量級(jí)甚至更高的苛刻時(shí)間同步要求；在5G網(wǎng)絡(luò)支撐的多種新業(yè)務(wù)中，典型的是基站定位服務(wù)，一般來(lái)說(shuō)，定位精度與時(shí)間同步精度直接相關(guān)，例如，要實(shí)現(xiàn)3m的定位精度，要求基站間的空口信號(hào)同步偏差為?10ns。

2 5G高精度時(shí)間同步地面組網(wǎng)是大勢(shì)所趨

長(zhǎng)期以來(lái)，運(yùn)營(yíng)商主要采用加裝衛(wèi)星接收機(jī)方式來(lái)滿足無(wú)線基站時(shí)間同步需求。到了4G時(shí)代，有部分運(yùn)營(yíng)商通過(guò)地面同步組網(wǎng)方式解決無(wú)線基站的同步問(wèn)題，主要出于兩個(gè)方面考慮，一是為衛(wèi)星信號(hào)難以覆蓋區(qū)域提供同步解決方案，包括地鐵、地下車庫(kù)、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(luò)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(yīng)用場(chǎng)景更加復(fù)雜、同步安全可靠性要求更加嚴(yán)格等新的同步需求特點(diǎn)，為滿足5G系統(tǒng)的同步需求，解決衛(wèi)星覆蓋盲點(diǎn)問(wèn)題，提升安全可靠性，節(jié)約建設(shè)和運(yùn)維成本，研究并最終建設(shè)自主可控、安全可靠的高精度地面時(shí)間同步網(wǎng)是大勢(shì)所趨。

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

同步網(wǎng)一般由同步節(jié)點(diǎn)設(shè)備以及用于連接節(jié)點(diǎn)設(shè)備的定時(shí)鏈路構(gòu)成，5G高精度地面時(shí)間同步網(wǎng)也不例外。組建5G高精度地面時(shí)間同步網(wǎng)，選擇合適技術(shù)是關(guān)鍵，包括作為節(jié)點(diǎn)設(shè)備的高精度源頭技術(shù)、用于組建地面定時(shí)鏈路的1588技術(shù)、進(jìn)行全網(wǎng)管理的監(jiān)測(cè)技術(shù)等。

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

高精度時(shí)間同步源頭的實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)密不可分。在眾多衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)中，衛(wèi)星單頻授時(shí)應(yīng)用最為廣泛，但由于受到大氣環(huán)境多方面因素影響，授時(shí)精度受限，只能實(shí)現(xiàn)百納秒級(jí)同步精度，無(wú)法滿足高精度同步設(shè)備30ns量級(jí)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(shí)精度，可以作為今后高精同步源頭設(shè)備的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

近年來(lái)，我國(guó)自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不斷完善并加緊部署應(yīng)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(yīng)用規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，從而有助于擺脫對(duì)其它國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，提升了通信網(wǎng)絡(luò)安全可靠性。采用基于北斗系統(tǒng)的雙頻技術(shù)將是未來(lái)高精度時(shí)間同步源頭設(shè)備主流實(shí)現(xiàn)技術(shù)選擇。

3.2 需進(jìn)一步優(yōu)化IEEE 1588v2實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間同步傳輸

高精度同步傳輸用于組織定時(shí)鏈路，是5G高精度時(shí)間同步組網(wǎng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，IEEE 1588v2技術(shù)在電信網(wǎng)中應(yīng)用規(guī)模大、成熟度高、互聯(lián)互通性好，但單節(jié)點(diǎn)精度在30ns量級(jí)，難以滿足高精度時(shí)間同步承載需求，需通過(guò)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)細(xì)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(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）同步精度、加強(qiáng)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(shí)際應(yīng)用中易受光纖不對(duì)稱性影響，建議盡量采用單纖雙向方式進(jìn)行部署應(yīng)用。另外，針對(duì)IEEE 1588v2開(kāi)通和運(yùn)維，建議引入軟件定義同步網(wǎng)功能，增強(qiáng)同步網(wǎng)絡(luò)安全可靠性，提高運(yùn)維管理效率。

3.3 長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看采用衛(wèi)星共視法是高精度時(shí)間同步網(wǎng)較好的監(jiān)測(cè)方式

對(duì)于5G高精度時(shí)間同步網(wǎng)，安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要，有必要建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)全網(wǎng)同步運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。在監(jiān)測(cè)方式方面，包括基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)的相對(duì)性能監(jiān)測(cè)，以及采用探針等外置設(shè)備進(jìn)行的絕對(duì)性能監(jiān)測(cè)。

基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身功能的監(jiān)測(cè)方式，無(wú)需額外設(shè)備，部署簡(jiǎn)單，可針對(duì)網(wǎng)絡(luò)局部進(jìn)行相對(duì)監(jiān)測(cè)；基于探針等外置設(shè)備的監(jiān)測(cè)方式，采用衛(wèi)星共視技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)間同步性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，初期需要一定的建設(shè)成本，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看是一種較好的監(jiān)測(cè)方式。對(duì)于后者，具體監(jiān)測(cè)方案有待進(jìn)一步研究，包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量和位置選擇、公共參考基準(zhǔn)站的建設(shè)或選擇、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)處理算法優(yōu)化、監(jiān)測(cè)評(píng)估指標(biāo)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(shí)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(shí)間同步組網(wǎng)模式的選擇同樣重要，可選模式包括等級(jí)主從組網(wǎng)、按需分布式組網(wǎng)、源頭設(shè)備下沉的扁平化組網(wǎng)等。其中，大區(qū)域的等級(jí)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(shè)中已得到成功應(yīng)用，考慮到時(shí)間偏差隨著傳輸過(guò)程的累積效應(yīng)，高精度時(shí)間同步網(wǎng)無(wú)法直接采用該種模式；按需分布式組網(wǎng)是指在每個(gè)同步需求點(diǎn)（如基站所在局）配置同步設(shè)備，其建設(shè)成本高，且不易實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理；源頭設(shè)備下沉的扁平化組網(wǎng)考慮5G高精度時(shí)間同步實(shí)際需求，將源頭設(shè)備下沉以靠近網(wǎng)絡(luò)末端，可有效降低網(wǎng)絡(luò)承載部分對(duì)時(shí)間同步性能的影響。源頭設(shè)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(shí)間同步網(wǎng)的典型組網(wǎng)模式，但還有較多問(wèn)題需要研究解決，包括下沉位置選擇、全網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理、設(shè)備形態(tài)及要求等。

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

為了滿足5G系統(tǒng)高精度時(shí)間同步需求，業(yè)界正抓緊對(duì)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(kāi)展研究。從源頭技術(shù)來(lái)看，雙頻技術(shù)更適合于高精度時(shí)間同步網(wǎng)的建設(shè)部署，尤其是基于自主北斗系統(tǒng)的雙頻技術(shù)應(yīng)用被業(yè)界看好；從同步傳輸技術(shù)來(lái)看，IEEE 1588v2技術(shù)目前仍是高精度時(shí)間同步的基本傳輸技術(shù)，可以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行改良及增強(qiáng)以滿足多場(chǎng)景高精度同步傳送需求；從高精度時(shí)間同步監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)看，基于衛(wèi)星共視法絕對(duì)性能監(jiān)測(cè)方式將是今后應(yīng)用方向；在組網(wǎng)模式方面，源頭設(shè)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(jìn)一步研究。

各種關(guān)鍵技術(shù)的選擇和完善，將有力支撐并推動(dòng)5G高精度時(shí)間同步地面組網(wǎng)和部署應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)天地互備，避免完全依賴衛(wèi)星授時(shí)帶來(lái)的安全隱患，有助于提升5G系統(tǒng)及其應(yīng)用的安全可靠性。
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