時間精準(zhǔn)的重要性：5G基本業(yè)務(wù)對時間精度的指標(biāo)相對于UTC要求為±1.5μs，對于運(yùn)營商的同步網(wǎng)絡(luò)而言，不僅需要滿足時間同步的精度要求，也需滿足網(wǎng)絡(luò)安全及穩(wěn)定性等要求。近年來，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)受GPS干擾等影響時有發(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)星三號完成全球組網(wǎng)，我國在定位、授時和導(dǎo)航等關(guān)鍵領(lǐng)域擺脫了過去只能依賴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)幾何級數(shù)增長，勢必存在大量無法獲取衛(wèi)星信號的基站部署場景，PTP時間服務(wù)器基于IEEE1588v2標(biāo)準(zhǔn)的地面同步授時技術(shù)可以很好地解決這一問題。北斗邦泰T800系列服務(wù)器完美解決了這個問題：IEEE1588V2PTP時間服務(wù)器。

 

一、5G基站時間同步技術(shù)

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

 

GPS和北斗衛(wèi)星授時

 

GPS是美國擁有的衛(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)是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，自主建設(shè)、獨立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗三號組網(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，氫原子鐘天穩(wěn)定度為E-15量級。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、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)、精密單點定位、短報文通信和國際搜救等多種服務(wù)能力。

 

在利用衛(wèi)星系統(tǒng)對5G基站授時時，需保證5G基站的衛(wèi)星接收機(jī)在任意時刻同時接收其視野范圍內(nèi)4顆以上衛(wèi)星的信號，衛(wèi)星導(dǎo)航電文中提供了當(dāng)前時刻所在的“周數(shù)”，這個周數(shù)是從北斗或者GPS系統(tǒng)的起始時間開始計數(shù)的，另外通過數(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)時間與衛(wèi)星時間之間的鐘差，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對接收到的信息進(jìn)行編碼和處理，能從中提取并輸出兩種時間信號：一個是間隔為1秒的同步脈沖信號1PPS，其脈沖前沿與UTC的同步誤差不超過1ns；二是UTC絕對時間ToD（年、月、日、時、分、秒），它與1PPS脈沖相對應(yīng)，能夠做到時間同步。

 

1588v2地面授時

 

1588v1是IEEE電氣電子工程師學(xué)會制定的用于工業(yè)自動化測量和控制系統(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軟硬件配合，記錄同步時鐘信息的發(fā)出時間和接收時間，并給每條信息都打上時間戳。通過時間戳信息，接收方就可以計算出自己在網(wǎng)絡(luò)中的時鐘誤差和延時，經(jīng)過修正之后實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)時鐘源同步的目的。1588v2的主時鐘（Master）和從時鐘（Slave）主要通過傳遞Sync、Follow_Up、Delay_Req以及Delay_Resp等消息實現(xiàn)時間同步，1588v2授時原理如圖1所示。

 

圖1 1588v2授時原理

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

 

近年來，ITU-T、3GPP、IEEE、CCSA等業(yè)界主流的國內(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)，實現(xiàn)地面高精度時間同步鏈路傳遞最有效的方式之一。

 

二、5G基站時間同步性能驗證

測試方案

 

為了驗證5G基站在分別跟蹤不同時間源以及多個時間源切換場景下的時間同步性能，對運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)4個主流廠家的5G基站設(shè)備進(jìn)行了同步性能驗證測試。驗證測試內(nèi)容如表1所示。

 

表1 5G基站同步性能驗證測試項目

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

 

圖2 現(xiàn)網(wǎng)測試拓?fù)?/div>

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