5G網(wǎng)絡(luò)商用部署正有序推進,5G處于產(chǎn)業(yè)化培育應(yīng)用的關(guān)鍵時期,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。近年來,業(yè)界對5G同步相關(guān)技術(shù)持續(xù)關(guān)注,基于5G系統(tǒng)時間同步需求,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)運行及應(yīng)用需要高精度時間同步支撐
5G網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)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(yán)格。根據(jù)應(yīng)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(wù)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(fù)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(yán)格限定,5G 基本業(yè)務(wù)同步需求與4G相當(dāng),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(luò)支撐的多種新業(yè)務(wù)中,典型的是基站定位服務(wù),一般來說,定位精度與時間同步精度直接相關(guān),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(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,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(shè)和運維成本,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(guān)鍵
同步網(wǎng)一般由同步節(jié)點設(shè)備以及用于連接節(jié)點設(shè)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(guān)鍵,包括作為節(jié)點設(shè)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(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(shè)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(shè)備的主要實現(xiàn)技術(shù)。
近年來,我國自主的北斗衛(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)模將進一步擴大,從而有助于擺脫對其它國家衛(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)將是未來高精度時間同步源頭設(shè)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(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(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(yīng)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(yīng)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(luò)安全可靠性,提高運維管理效率。
3.3 長遠(yuǎn)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(guān)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(luò)設(shè)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(shè)備進行的絕對性能監(jiān)測。
基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身功能的監(jiān)測方式,無需額外設(shè)備,部署簡單,可針對網(wǎng)絡(luò)局部進行相對監(jiān)測;基于探針等外置設(shè)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(shè)成本,長遠(yuǎn)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(zhǔn)站的建設(shè)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(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(shè)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(shè)中已得到成功應(yīng)用,考慮到時間偏差隨著傳輸過程的累積效應(yīng),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(shè)備,其建設(shè)成本高,且不易實現(xiàn)全網(wǎng)監(jiān)測管理;源頭設(shè)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(shè)備下沉以靠近網(wǎng)絡(luò)末端,可有效降低網(wǎng)絡(luò)承載部分對時間同步性能的影響。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(shè)備形態(tài)及要求等。
4 5G高精度時間同步網(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(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(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5G高精度時間同步地面組網(wǎng)和部署應(yīng)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(yīng)用的安全可靠性。
責(zé)任編輯:tzh
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