Page 33 - 网络电信2021年5月刊下

光 通 信

站间距离引入的传输时延、小区覆盖半径等多方面因素相关。 备、安全可靠授时服务保障体系的重要组成部分。为满足5G系
对于4G TDD系统，采用固定子载波间隔15kHz，保护周期配置 统的同步需求，解决卫星覆盖盲点问题，提升安全可靠性，节
单符号，在一定覆盖范围内，其要求基站空口间时间偏差小于 约建设和运维成本，建设自主可控、安全可靠的地面高精度同
3μs(±1.5μs)。5G系统具有子载波间隔可灵活扩展的特点， 步网是大势所趋。地面同步网授时与天基授时方式形成天地互
通过在保护周期中灵活配置多个符号的方式，使得基站间时间 补关系，有利于提高授时体系整体可靠性。
[5]
偏差要求仍为小于3μs 。
2. 站间协同增强需要高精度时间同步 二、5G同步网组架构及同步指标分配
站间协同增强是指同一个用户的数据可以通过不同基站的 1.5G高精度同步网典型组网模型
有源天线单元(AAU)收发，使用户可以在交叠覆盖区合并多个信 5G高精度时间同步典型组网模型如图1所示，包括同步源
号，从而有效提升业务带宽。不同AAU的信号之间，时延必须满 头部分、承载网络部分和末端分配部分。同步源头部分由高精
足一定要求，否则信号无法合并。根据3GPP TS36.922协议描 度时间源设备组成，高精度时间源设备同时具备GNSS卫星信号
述，站间协同功能要求不同AAU信号到达用户终端(UE)侧的时 接收和地面超高精度时间同步信号接收能力，内置高性能原子
间总差值不大于循环前缀(CP)的长度，时间总差值包括不同距 钟，具备自主守时能力，输出高精度时频基准信号（参考点A或
离产生的时延差、多径传播导致的时延差以及不同AAU空口间的 参考点B）。正常情况下，高精度时间源设备通过GNSS授时方式
时间偏差等。依据3GPP相关技术要求，不同类型的协同增强同 获取高精度时间同步，在卫星不可用情况下，通过地面获取超
步要求也有所不同，其中，多入多出(MIMO)和发射分集技术的 高精度时间同步信号（例如通过光纤专线溯源至守时中心），
时间偏差要求为65ns，对于带内连续载波聚合(CA)，低频基站 [6]
图 1 5G 高精度时间同步通用组网模型
(sub 6G)时间偏差要求为260ns，高频基站(above 6G)时间偏差
要求为130ns。为了获得更好的网络质量和提升服务体验，多天
线MIMO、多点协调、载波聚合等协同增强技术将在5G系统中更
广泛的应用，从而对协同点之间的时间偏差提出了100ns量级甚
[5]
至更高的时间同步要求 。
3. 部分新业务需要超高精度时间同步
5G网络支撑的多种新业务可能具备高精度甚至超高精度
同步需求，包括高精度定位业务、高速移动业务覆盖、业务时
延精确测量、各种垂直行业应用（如物联网、车联网、智能制
造）等，其中最为典型的是基站定位服务。随着高精度定位服
务需求爆炸式增长，作为定位服务提供的重要手段，基于5G系
当卫星信号、地面信号均不可用时，利用内部高性能原子钟实
统基站定位极具潜力，未来运营商将围绕基站定位功能开发精
现高精度守时输出，从而确保同步源头自主可控、稳定可靠。
确定位服务类新业务。由于5G基站部署密度大，基于基站提供
承载网络部分是5G高精度时间同步网络的重要组成（参
定位服务具有天然优势。基站定位功能主要基于到达时间差
考点B和参考点C之间），可分为核心层、汇聚层和接入层。承
(TDOA)技术来实现，TDOA定位技术是一种利用时间差进行定位
载网元通常为光传输设备，承载网元设备的时钟单元是地面
的方法，通过测量信号源到达各个监测点的时间，可以确定信
同步链路的一个节点。承载网元设备作为T-BC（电信级边界时
号源的距离和位置。定位精度与监测点（基站）间的相对时间
钟），采用逐跳传递方式实现高精度时间传递，协议主要为
偏差直接相关，时间同步精度越高则定位越精确。一般来说，
PTP。频率同步传递采用同步以太网(SyncE)实现。承载网元设
要满足3m的定位精度，要求基站间的空口信号相对时间偏差为
备单节点同步性能和同步链路跳数是影响承载网络部分性能指
±10ns，要满足分米级及厘米级的定位精度，则要求基站间的
标的关键因素，为了提升端到端同步性能，承载网时间传递
空口信号相对时间偏差为纳秒及亚纳秒级。
链路网元数一般不超过20个。承载网技术架构方面，主要有
4.高精度时间同步需要地面同步网支撑
SPN(切片分组网)、G.metro和M-OTN。
4G时代无线通信网的同步需求主要采用基站加装卫星接
末端分配部分包括从时钟设备和末端应用设备（例如5G基
收机方式，通过GNSS获取时间同步，部分运营商通过地面同步
站），5G承载网络与末端接入应用设备之间（参考点C或参考点
网方式解决无线基站的同步问题，但一般作为备用，或者用于
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解决卫星信号难以覆盖区域的基站同步 。相对于4G系统，5G D）可以采用高精度同步接口（例如带内10GE/25GE光口）进行
对接，从而降低局内互联引入的时间误差。另外，通过对5G网
系统具有新的同步需求特点，包括同步精度要求更高、同步场
络无线接入网侧功能的重新划分，以及eCPRI(增强型通用公共
景更为复杂、同步的安全可靠性要求更加严格、成本更加敏感
无线接口)接口在前传中的使用，从时钟设备功能可能会集成于
等，采用基站直接加装卫星接收机方式难以完全满足要求且不
基站设备内部。
经济，同时考虑到卫星信号易受干扰等固有脆弱性，过度依赖
2. 同步指标分配和解决方案
卫星授时将会带来极大安全隐患，因此5G高精度时间同步需要
5G同步网应根据5G同步需求和承载网络部署情况分阶段发
地面同步网支撑。地面同步网依托光传输网络进行时间频率信
展演进，一是利用现有承载网络部署5G基本业务，现有承载网
号传递，可作为卫星授时方式的备份和补充，是构建天地互
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