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技术解读 | 时间同步技术在5G网络中的应用

广电计量企业服务

2023.5.11

5G同步用于支撑5G网络和业务，包括频率同步和时间同步。频率同步相对于前代的无线通信技术并无明显变化，而时间同步的要求则更加严格。本文将对时间同步技术在5G网络中的应用做技术解读。

通信标准中对于时间同步偏差的要求

5G网络的时间同步要求可以分为基本时间同步和站间协同增强两类。

基本时间同步是所有时分复用（TDD）制式无线通信系统的共性要求，其对基站空口时间偏差进行严格限定，主要是为了避免上下行时隙干扰。对于目前普遍采用的Sub 6G频段及Above 6G频段，其对于基站间的时间同步偏差均要求小于3μs。

而站间协同增强是指到同一个用户的数据可以通过不同基站的有源天线单元（AAU）收发，使用户可以在交叠覆盖区合并多个信号，从而有效提升业务带宽，多信号间的时延差须满足一定要求，否则无法合并。

3GPP对5G不同类型的协同增强的时间同步提出了具体要求，如下表。

国内CCSA，国外ITU-T、3GPP、CPRI、IEEE以及ORAN等多个标准化和行业组织都针对5G同步解决方案开展了研究。相对于光纤授时、网络时间协议（NTP）等技术，基于高精度时间协议（PTP）组网是目前5G高精度时间同步的最主要实现方案。

高精度时间同步通用组网模型如下图所示。

ITU-T G.8271.1-2022标准中对网络中各节点的时间同步偏差均作出了要求，位于网络节点A处的卫星授时基准参考时钟及节点B的电信级主时钟，其时间同步偏差应满足TE≤100ns，而位于节点C、D处的电信级边界时钟、从时钟，其时间同步偏差应满足TE≤1100ns。

时间同步偏差大的影响

随着我国经济的发展、城市化的不断推进，室内基站的占比增长迅速，大型场馆（体育场、会展中心）、交通枢纽（机场、高铁站）、商业中心、住宅、室内定位、物联网、在线游戏等场景的应用更加广泛，用户对网络的时延及实时性提出了更高的要求。

ITU-T G.8271/Y.1366中建议在线交易、计费类的应用场景，其时间同步偏差应不大于± 100ms，时间同步偏差大容易引起计费不及时、误收费的问题。对于IP网络监控类的应用，其时间同步偏差应在100μs~500μs之间。

而对于室内定位、基于GNSS的室内停车等应用场景，要达到米级的定位偏差，其时间同步偏差应在ns级。时间同步偏差过大容易引起定位不准，如出现网约车上下车地点不准等问题。

广电计量时间同步能力

广电计量建有时间同步的计量检测能力，可以满足多种类型时间、时钟接口测试需求，符合ITU-T最新时间、时钟的技术规范和测试规范，满足5G网络超高精度时频同步的测试需求，并为时频同步产品的研发、中试、标定提供技术服务。具备的测试能力包括：

5G基站设备时频同步性能测试能力

可以对5G网络中的基准参考时钟、电信级主时钟、从时钟、边界时钟以及各网络的时间同步性能进行测量，覆盖cTE/dTE分析、噪声容限测试、噪声传递测试、瞬变特性测试等项目，可以对1PPS、1PPS+TOD、PTP、SyncE等接口及协议进行测试。

其中PTP（GE）具有高达1ns的时间精度测试能力，能有效满足5G承载网络时频同步的要求。

另外，广电计量可对TD-SCDMA、TD-LTE、CDMA2000、LTE-A、MBMS等通信制式的基站设备时间同步性能进行测试，符合中国移动、中国电信、中国联通等运营商要求。

IP承载网设备时频同步性能测试能力

IP承载网是各运营商以IP技术构建的一张专网，用于承载对传输质量要求较高的业务（如软交换、视频、重点客户VPN等）。与传统的SDH、MSTP网络采用的同步技术不同，IP承载网的时钟同步采用同步以太网（SyncE）技术，时间同步采用IEEE1588（PTP）技术，广电计量具备IP承载网络单机设备的测试能力，覆盖1PPS+TOD、PTP、2MHz、2Mbit/s、SyncE等接口协议，如下图所示。

同时，广电计量可协助开展IP承载网设备时间同步性能联调测试，如下图。

智能变电站时间同步系统测试能力

智能变电站一般由时间同步装置、保护设备、测控设备、故障录波设备、合并单元MU、智能终端IED、电子式互感器、开关设备、监控系统等组成，其采用智能化的二次设备对变电站内实时的测量、对数据及运行状态进行监控，保持其时间同步性能为智能变电站系统的可靠运行、系统故障处理分析提供准确的时间依据，提升电网的运行效率。

广电计量具备对智能变电站的时间同步装置、保护设备、交换机、合并单元MU、智能终端IED进行时间同步偏差测量的能力，覆盖1PPS、IRIG-B、串口时间报文、NTP、SNTP、PTP、DCF77等接口协议，如下图所示。