面向5G的高精度时间同步网实现方

1.㈣川泰富地面北斗科技股份有限公司

摘要：讨论面向5G的同步支撑网在网络架构、同步精度、安全性、可靠性、监测性等方面的需求介绍┅种基于光纤的高精度时间同步网的实现方案，并给出经过现网1300km、19个节点传递的时间同步测试结果利用该方案既可以实现面向5G的时频一體化的支撑网，又可以对5G网络中重要节点的时频性能进行实时监测

随着通信技术的发展，移动通信从1G的模拟通信系统到2G的数字通信系统再到3G、4G以及即将来临的5G，在不断地演进正是人们对于更好、更快的追求才使得通信技 术不断地进步。目前热门的大数据、云计算、人笁智能、VR/AR、4K/8K视频、无人驾驶等新兴产业对5G的需求非常迫切因为只有5G才能满足这些应用对高速率、大容量和低时延通信的需求。因此5G时玳将迎来新一轮的科技浪潮。5G已成为通信行业未来发展的重点加速5G的技术 研发、标准制定、商用推广已成为国际和国内社会的战略共识。由于5G应用前景广泛5G战略制高点争夺战已风起云涌。我国企业已投入巨资在5G技术和网络应用领域展开研发和布局，希望占据整个产业鏈的主导地位

二、5G对时间同步的需求

对5G同步的具体精度要求目前尚未确定发布，但是同步要求精度越来越高的趋势已是必然5G基站采用TDD淛式， 除了传统的移动基站业务外还可能承载其他各种行业的应用。一些特殊的业务对时间同步的精度要求可能更高达到几百纳秒，甚至几十纳秒例如，未来5G时代的物联 网络利用基站提供定位服务时间同步精度要求在±10ns 同步将成为5G网络的基础功能和5G服务的使能开关。时钟 同步将变成一种增值服务为5G网络运营商提供广阔的市场机会。

三、面向5G的同步网演进

在同步网的建设过程中需要考虑网络发展嘚后向兼容性，保证面向5G需求的时间同步网能够实现平滑演进5G同步网作为重要的通信基础设施，不仅需要进一步完 善同步网的架构提高同步网的时间精度、安全性、可靠性和健壮性，而且需要提升同步网的可服务性和易用性 面向高精度的时间同步解决方案的初步意向主要集中在提升PRTC、承载网、基站的时间同步精度，同时减少组网 的跳数在基准源方面，在传统多制式卫星（G P S/北斗/ GLONASS）参考源的基础上增加国家高精度地基授时系 统的专用光纤网络参考源，实现对天上卫星失效的可靠备份通过建立基于光纤的地面时间同步网络，为基站提供空中和地面一主一备的两路时间同步信号是业界认同的最 佳方案此外，利用高精度地基授时系统的专用光纤网络提供的参考源还可鉯对5G同步网的重要节点进行实时的性能监测。在组网架构方面采用共视法和高精度地基授时系统专用光纤网络参考源，可以实现真正的铨网同步 从而为5G网络提供一张安全可靠、自主可控的高精度时间同步支撑网。

针对5G网络对时间同步网更高精度的需求与时间同 步相关嘚产业链中的厂商都在为了设备实现更高精度进行技术攻关，5G运营商也在对网络如何应用时间同步技术满足 5G需求进行研究四川泰富公司與国内某电信运营商联合开展了面向5G的同步网新技术研究。主要研究内容为：在通 信光纤上进行长距离、多节点、高精度时频传输的研究由于在高精度定位方面，3GPP标准中已出现3m的定位需求 若采用基站测时测距的方式，时间同步误差要小于±10ns 因此，测试的目的是采用高精度光纤时间传递设备在某电信运营商的光纤现网上进行长距离（≥1000km）、多节点 （≥10个）、高精度（≤±10ns）的时频传输验证和测试。 现網测试的示意如图1所示钟源是铯钟源，授时结构采取 主从模式主站M跟踪钟源，主从之间、从站之间使用光纤连接可以任意级联。要求各站（MS1，S2…，S20）的输出相对于铯钟源≤±10ns采用非全光中继的方法，使每个授时节点可以任意上下时频信号（且保证各节点的时间 哃步精度均≤±10ns）具备灵活的时频业务调度能力。

4.1环回比对测试原理

    由于这次现网测试属于高精度时间测量目前还没有仪表能够在异哋实时准确地测量待测信号，需要把待测信号传递回源点与参考源进行实时的比对测量。因此所有的被测信号都由时间传递设备通过咣纤传输到时间传递设备 N+2，然后对时间传递设备 N+2的输出与参考源进行比对测 量测试示意如图2所示。

获得时间信息也可以接收运营商标准的1PPS+TOD时间基 准信号并获得时间信息，频率通过铯钟获取主站（Master） 时间信息通过SFP光模块传输到下一级从站（Slave）设备，并作为从站设备的时間参考源时间传递设备2的时间信号通过两个方向传递，其中建一个5g基站大概要多久时间方向为备份路由用于环路保护。 图2中的光纤是雙纤各代表建一个5g基站大概要多久时间传输方向。时间传递设备均可输出多路TOD+1PPS（差分）信号和频率信号所有设备均可通过数据网由中惢网管进行统一管理和控制。

采用环回法进行实时测试因为其他中间站没有参考源进行比对，中间站只能通过网管查询输出信号和输入信号的相位偏差如果任一中间站的性能指标超出，那么最后环回站的性能指标也一定会超出因此可以推断出：如果最后环回站测试正瑺， 那么其他中间站一定均正常并且测得最后环回站的测试结果范围后，其他中间站的性能指标也一定在这个范围之内

5G统一授时是面姠全网的，因此在现网测试时同步网的组网需要达到一定的规模至少应组建大于 1000k m的带环网的光 纤链路，同时传输的节 点数不少于10个为叻 达到10n s的时间同步精度，主站的时间源头需要配置铯钟源结合某电信运营商光纤网络的 实际情况，综合考虑测试的内容和光纤线路资源高精度光纤时间传递设备主要布置在成 都、内江以及成都到内江沿线。现网测试的具体实施方案如图3所示

以上光纤链路经过干线和本哋环，传输距离超过1300k m并且覆盖多种类型的光纤光 缆（其中有G.655光纤和G.652光纤）。不仅光纤类型不同光缆的铺设环境也不同，包括管道光缆、架空光缆、直埋光缆及混合铺设等方式时间源信号从主站（成都）输入，经过长距离传递后返回成都（环回测试）

现网测试的内容汾为以下几个阶段。

第一阶段主要进行基本功能测试、自动开局、1PPS+TOD 长期性能测试（大于7天）

第二阶段主要进行传输协议、环路保护功能測试、 1PPS+TOD应用功能测试、保持守时功能测试、2.048MHz 频率性能测试、基站侧1PPS+TOD性能测试、1PPS+TOD性能测试（跟踪GPS/BD）和PTP性能测试（跟踪GPS/BD）。

第三阶段主要进行監测功能测试通过监测盘测试输入 的2.048MHz性能并分析绘制图形（TIE、TDEV），与夏光 XG7010做比对测试验证设备输入监控盘测试信号的正确性。

现网测試光纤网络的传递距离为1305.65k m经过19 个节点，实测精度在±5ns左右优于±10ns。测试时间为9 天最大值4.859ns，最小值-4.452ns峰值为9.310ns。测试 结果如图4所示

现網的测试结果表明各个站点的时间同步精度在±5ns左右，满足未来5G时代的物联网利用基站提供定位服务时 时间同步精度优于±10ns的要求。

五、基于光纤的高精度同步网在5G中的应用展望

基于光纤的高精度同步网在5G通信中主要有两个方面的应用一是构建面向5G的时频一体化支撑网；二是对5G网络中的重要节点进行时频监测。由于基于光纤的高精度同步网通 过独立的地面光纤网络进行时间频率传递时间频率信号与业務信号分离，形成独立的时频支撑网实现对基站的统一授时。同时频率信号也提供给传输设备用作同步定时信号从而形成面向5G网络的铨网时频一体化支撑网。基于光纤的高精度时间同步网用于全网的时频同步场景具体如图5所示。

由于现有的同步网缺乏有效的监测手段难以实时监测网络中重要节点的时间频率性能指标。利用基于光纤的高精度时间同步网形成独立的时频支撑网能够有效地解决现网 BITS同步网以及PTN传输链路中重要的频率或时间节点的时频信号性能指标的监测问题，可以对同步网的时钟性能进行在线实时监测监测方案如图6所示。

如图6所示对时钟性能监测最有效的方法即用绝对参考源（铯钟+GNSS）对时间频率监测点进行测量和比对。采 用铯钟+GNSS的绝对参考源后利用基于光纤的高精度时间传递设备（图6中标识为“TF设备”）进行组网，组网后的 基准源输出能力可以达到：频率稳定度≤±5E10-14、时间 准确喥≤±10ns利用如此高精度的时间频率基准作为参考源，对现网设备的时钟同步性能进行比对测试可以实时监控现网设备的同步性能。由於基准参考源的精度高于现网设备时间频率精度建一个5g基站大概要多久时间数量级以上因此保证了监测数据的准确性和可靠性。

作为通信网络最重要的支撑网之一同步网在5G网 的建设中具有非常重要的作用。面向5G的同步网必须进行全面和综合的考虑使同步网在架构、精喥、安全性、可靠 性、监测性等方面都进行全面提升，这样才能满足5G的应用需求文中提出的基于光纤的高精度时频一体同步网的解决方案，不仅在精度上可以满足5G网络对时间同步精度更高的需求而且可以用于5G网络重要节点的时间频率监测。现网测试表明经过光纤传输1305.65km，连接19个网络节点 实测同步精度优于±10ns，为面向5G的高精度时间同步网提供了一种可实现的方案

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本科，毕业于北京邮电大学高級工程师，主要从事同步时 钟、光纤同步网相关新技术研究及网络规划工作

本科，毕业于重庆邮电大学工程师，主要从事光通信设备 嘚工程应用和技术支持工作

本科，高级工程师毕业于贵州工业大学，主要从事时间频 率计量、时间同步、守时授时相关工作

本文发表于电信技术网：

随着5G牌照发放各大运营商开始爭先恐后铺设5G基站。两大运营商陆续发布的5G基站设计方案均不约而同释放出了这样建一个5g基站大概要多久时间强烈信号：在不久的将来镓家户户都会部署小基站或微基站。5G基站使用的是毫米波段相比4G，穿透能力更弱、无线电频率更高、信号衰减更快要想实现室内的信號覆盖效果，就需要建设更多的小基站微基站5G时代的基站数量可能会是4G的n倍，旨在全面打通5G “最后一公里”的落地实施

尽管现有卫星技术可以做时间授时，但却难于满足众多小基站数量的需求卫星信号在那些建筑物密集、人口众多的区域，很难满足基站授时需求很哆时候卫星信号是很弱甚至是没有的。此外人们日常上网大部分时间集中在室内，而这些区域卫星信号又很难渗入除非用专门的卫星忝线接收，室内部署卫星馈线这个工程费用将会很高。就整个建设难度系数而言不亚于5G 建设。

卫星天线并非卫星电话室内基站的大量蔀署离不开基站的时间同步，目前5G的要求对于整个传输网，是±130纳秒对于基站侧目前还没有明确的定义。酷鲨科技联合国内高精度衛星接收设备厂家可以做到卫星接收精度小于±5纳秒，基站作为从时钟同步精度相对于主时钟±1纳秒的水平这样所有的基站之间，时間误差不超过±6纳秒为基站更丰富的应用打下了良好的基础。

5G室内基站大范围部署后万物互联互通称为可能，物联网成为继互联网之後划时代的兴起对物联网的管理，将会成为意义非凡的重要课题基站如果有了高精准几纳秒水平的时间同步后，利用大量部署的基站僦可以对万物进行精准位置定位和有效管理了基站可精准定位家中各种物品，比如小孩玩着玩着，就把家里的IPAD、心爱的钢笔、亮闪闪嘚溜溜球、积木的部件、拼图的小零件、妈妈心爱的首饰盒、爸爸的无线耳机给弄不见了一般，城市普通家庭居住空间都不太大时常被塞得严严实实，想要费尽心思短时间内翻箱倒柜找到这些小物件真不是件容易的事儿。5G时代背景下通过部署在室内的微基站，利用幾纳秒级高精度时间同步后便可有效对这些室内极易丢失的小型物品进行精准定位了。从此再小的物品，我们也能准确知道它们的位置在现有4G网络条件下，人们在日常打电话、视频聊天时断线、掉话是常事当基站拥有几纳秒级的高精度时间同步后，彼此间的网速和時间就会更为统一上网速度更是会有几十倍的提升。自此人们之间打电话、视频聊天会纵享顺畅，有效规避断线、掉话等“掉链子”凊况现如今，人们在网上传或下载资料、图片、影片时受网络环境所限，为确保一步到位边下载边等待时时常会紧盯屏幕密切关注丅载状况。通常会下载到半路断网、掉线了没办法又得重来，于干巴巴等待和循环往复机械操作中让大量宝贵的时间白白从指缝间流走叻当基站获得精准时间同步后，人们便可纵享更高速度、更低延迟的下载体验,几秒钟便可轻松下载一份资料、一张图片、一部影片体驗更佳，省时又省心随着基站时间精度（几纳秒）不断提升，网络带宽也是水涨船高8K时频会逐渐走进寻常百姓家，高清大片再也不是虛无缥缈的梦人们会乐享史无前例的视觉上的饕殄盛宴！

“地基”（地面时间同步授时系统），相较于“天基”（依靠空中卫星授时）洏言具有无可比拟的天然优势。首先地面授时抗干扰能力强，安全性高！无论是雷达、基站还是敌方干扰机都无法对地面授时系统進行干扰；其次，地面授时比空中北斗授时精度更高现阶段普通北斗接收机的授时精度在100纳秒水平，而酷鲨科技地面授时现已成功可达箌1纳秒授时精度；第三地面授时区域时间一致性会更好，即便主时钟丢了卫星信号发生了时间偏移，从时钟时间也会紧跟主时钟能囿效确保在当前主时钟下的整体区域时间是一致的。GPS授时因为都跟踪的是卫星各GPS授时点之间一旦没了卫星信号，时间各自偏移那相互の间的偏差就无法确定，整个区域内时间也就千差万别不一致；第四，地面授时系统比起卫星授时而言，适用于更多应用场景比如屾洞、矿井、室内等。众所周知这些区域是没有办法通过卫星接收机来获取时间的。由此通过网络地面时间同步来实现授时在当先显嘚尤为紧迫。

酷鲨科技系列高精尖时频产品以卫星（GPS/北斗/Glonass）作为时间源具有多种输出信号格式，输出端口可根据客户需要进行个性化配置；在失去卫星信号情况下可长时间守时；搜星性能好信号稳定，可广泛应用于通信、电力、广电、医院、学校、企业、军工等多种需偠精准时间同步场合酷鲨科技另一显著优势在于，可让广大客户无需改网无需将现网大量存在的普通交换机更换为1588BC/TC交换机，就能轻松實现精准亚微秒级的时间同步精度让广大客户无需费时费力费钱改造现网，省钱省心！

2/EGM主时钟C88/C68/C66核心板，P88/P68/P66单板M88/M68/M66模块）均兼具“小强全渻”(“小”表现为小巧玲珑；“强”表现为主时钟性能强，从时钟恢复时间精度强；“全”表现为特性、接口种类、定制方案、适应网络類型全；“省”表现为省心又省钱)全部特性可帮助广大客户轻松实现纳秒级精准时间同步。当主时钟和从时钟之间有普通交换机时从時钟的时间恢复精度为百纳秒级；中间具有SycE功能的非1588交换机时，时间精度能高达10纳秒在 不久的未来，这一精度有望突破1纳秒真正的小強全省，真正的物超所值！

作为地面精准时间同步领域的“领头羊”酷鲨科技自成立来就一直专注于地面精准时间同步系列高精尖时频產品和技术的研发、生产与销售，为广大用户提供地面精准时间同步产品与技术解决方案我司精准时间同步技术因性能强、指标高、功能全等显著特性现已成为地面精准时间同步的不二之选，可强势助推广大基站制造商在5G利好时代背景下一路凯歌高奏！