時(shí)間精準(zhǔn)的重要性：5G基本業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)間精度的指標(biāo)相對(duì)于UTC要求為±1.5μs，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的同步網(wǎng)絡(luò)而言，不僅需要滿足時(shí)間同步的精度要求，也需滿足網(wǎng)絡(luò)安全及穩(wěn)定性等要求。近年來(lái)，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)受GPS干擾等影響時(shí)有發(fā)生，甚至造成了小范圍的網(wǎng)絡(luò)癱瘓，極大地影響了網(wǎng)絡(luò)通信能力，存在一定的安全隱患。

 

隨著2020年6月北斗衛(wèi)星三號(hào)完成全球組網(wǎng)，我國(guó)在定位、授時(shí)和導(dǎo)航等關(guān)鍵領(lǐng)域擺脫了過(guò)去只能依賴GPS定位的尷尬局面。此外，5G系統(tǒng)的基站部署密度大，尤其是室內(nèi)基站數(shù)量呈現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，勢(shì)必存在大量無(wú)法獲取衛(wèi)星信號(hào)的基站部署場(chǎng)景，PTP時(shí)間服務(wù)器基于IEEE1588v2標(biāo)準(zhǔn)的地面同步授時(shí)技術(shù)可以很好地解決這一問(wèn)題。北斗邦泰T800系列服務(wù)器完美解決了這個(gè)問(wèn)題：IEEE1588V2PTP時(shí)間服務(wù)器。

 

一、5G基站時(shí)間同步技術(shù)

目前，5G基站時(shí)間源的選擇主要包括通過(guò)直掛GNSS獲取時(shí)間和通過(guò)跟蹤地面1588v2鏈路同步定時(shí)信息兩種方案。

 

GPS和北斗衛(wèi)星授時(shí)

 

GPS是美國(guó)擁有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它為使用者提供定位、導(dǎo)航和定時(shí)服務(wù)。GPS衛(wèi)星的內(nèi)鐘采用銫原子鐘和銣原子鐘相結(jié)合的方式。北斗系統(tǒng)是中國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星采用了更高性能的銣原子鐘和氫原子鐘，銣原子鐘天穩(wěn)定度為E-14量級(jí)，氫原子鐘天穩(wěn)定度為E-15量級(jí)。北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信功能，具備定位導(dǎo)航授時(shí)、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位、短報(bào)文通信和國(guó)際搜救等多種服務(wù)能力。

 

在利用衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)5G基站授時(shí)時(shí)，需保證5G基站的衛(wèi)星接收機(jī)在任意時(shí)刻同時(shí)接收其視野范圍內(nèi)4顆以上衛(wèi)星的信號(hào)，衛(wèi)星導(dǎo)航電文中提供了當(dāng)前時(shí)刻所在的“周數(shù)”，這個(gè)周數(shù)是從北斗或者GPS系統(tǒng)的起始時(shí)間開始計(jì)數(shù)的，另外通過(guò)數(shù)字調(diào)制在載波上的偽隨機(jī)碼的碼片可以知道當(dāng)前的周內(nèi)秒，接收機(jī)定位之后可以解算出接收機(jī)時(shí)間與衛(wèi)星時(shí)間之間的鐘差，進(jìn)而修正秒以內(nèi)的誤差。衛(wèi)星接收機(jī)的內(nèi)部硬件電路和軟件通過(guò)對(duì)接收到的信息進(jìn)行編碼和處理，能從中提取并輸出兩種時(shí)間信號(hào)：一個(gè)是間隔為1秒的同步脈沖信號(hào)1PPS，其脈沖前沿與UTC的同步誤差不超過(guò)1ns；二是UTC絕對(duì)時(shí)間ToD（年、月、日、時(shí)、分、秒），它與1PPS脈沖相對(duì)應(yīng)，能夠做到時(shí)間同步。

 

1588v2地面授時(shí)

 

1588v1是IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì)制定的用于工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量和控制系統(tǒng)的同步標(biāo)準(zhǔn)，適用于工業(yè)局域網(wǎng)應(yīng)用；1588v2版本是在1588v1版本的基礎(chǔ)上，專門針對(duì)通信網(wǎng)應(yīng)用制定的標(biāo)準(zhǔn)。

 

1588v2協(xié)議的基本思路是通過(guò)軟硬件配合，記錄同步時(shí)鐘信息的發(fā)出時(shí)間和接收時(shí)間，并給每條信息都打上時(shí)間戳。通過(guò)時(shí)間戳信息，接收方就可以計(jì)算出自己在網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘誤差和延時(shí)，經(jīng)過(guò)修正之后實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘源同步的目的。1588v2的主時(shí)鐘（Master）和從時(shí)鐘（Slave）主要通過(guò)傳遞Sync、Follow_Up、Delay_Req以及Delay_Resp等消息實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，1588v2授時(shí)原理如圖1所示。

 

圖1 1588v2授時(shí)原理

在基于1588v2的本地高精度時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)全網(wǎng)設(shè)備（包括時(shí)間服務(wù)器、中間時(shí)間鏈路傳遞承載設(shè)備、5G基站）配置1588v2功能，使得網(wǎng)絡(luò)中間邊界時(shí)鐘（BC模式）節(jié)點(diǎn)的一個(gè)端口作為從時(shí)鐘，與上級(jí)時(shí)鐘保持同步，其他端口則作為下一級(jí)網(wǎng)元的主時(shí)鐘，設(shè)備收到1588v2報(bào)文之后進(jìn)行終結(jié)，然后生成新的報(bào)文再向下游傳遞。通過(guò)該方式將時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)逐點(diǎn)傳遞至5G基站設(shè)備。

 

近年來(lái)，ITU-T、3GPP、IEEE、CCSA等業(yè)界主流的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織都在研究能夠滿足5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的新一代網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)并制定了系列標(biāo)準(zhǔn)，1588v2技術(shù)被認(rèn)為是目前輔助GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地面高精度時(shí)間同步鏈路傳遞最有效的方式之一。

 

二、5G基站時(shí)間同步性能驗(yàn)證

測(cè)試方案

 

為了驗(yàn)證5G基站在分別跟蹤不同時(shí)間源以及多個(gè)時(shí)間源切換場(chǎng)景下的時(shí)間同步性能，對(duì)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)4個(gè)主流廠家的5G基站設(shè)備進(jìn)行了同步性能驗(yàn)證測(cè)試。驗(yàn)證測(cè)試內(nèi)容如表1所示。

 

表1 5G基站同步性能驗(yàn)證測(cè)試項(xiàng)目

現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試拓?fù)淙鐖D2所示。被測(cè)5G基站設(shè)備配置雙模接收北斗和GPS衛(wèi)星信號(hào)；同時(shí)，同步參考源設(shè)備輸出1588v2+SyncE信號(hào)，通過(guò)地面定時(shí)傳送網(wǎng)絡(luò)將定時(shí)信號(hào)傳送至被測(cè)5G基站；采用儀表測(cè)試5G基站設(shè)備輸出的頻率和時(shí)間信號(hào)。

 

圖2 現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試拓?fù)?/div>

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