相对于4G系统,5G对于同步的精度需求更高,可靠性要求更为严格,应用场景也更复杂,并且5G的站间协同需求、CA/CoMP/MIMO等技术对时间同步提出了100 ns级以下精度要求,高精度定位、车联网、智能制造等行业应用,对于时间同步的精度更是达到10ns以内。
站间协同增强可让一个用户的数据通过不同的AAU收发,用户可以在重叠覆盖区域合并多个信号,从而提升带宽体验。不同AAU的信号之间,时差必须满足一定要求,否则无法合并。根据3GPP TS 38.104V15.00(2017-12)技术要求,不同类型的协同增强要求如表1所示。
表1 5G不同类型的协同增强同步要求
为了获得更好的网络质量和服务体验,5G系统中将会更广泛地应用CA/CoMP/MIMO等技术,从而对网络同步提出了100 ns量级甚至更高要求。
从目前阶段的研究中,可以看到高精度定位业务、车联网、智能制造等应用对于时间同步的需求将达到10 ns量级。例如基于到达时间和到达时间差的基站定位技术,同步精度和基站之间的时间相位误差线性相关。1 ns同步误差对应的定位精度约为 0.3~0.4 m,满足3 m的定位精度对应的同步误差约为±10 ns,满足1 m的定位精度对应的同步误差约为±3 ns。
由此可以看到,5G对于时间同步的精度和可靠性均提出新的要求,现有的地面高精度时间同步技术主要为基于1588v2的时间同步网络,可以满足5G无线业务基本的±1.5μs精度要求,但是100 ns甚至10 ns量级的同步需求则需要新的技术和网络支撑。从时间同步网的通用模型(见图1)可以看出,要实现高精度时间同步需要从同步源到末端进行端到端的提升优化。
图1 时间同步通用网络模型
高精度同步源头的实现与卫星授时技术密不可分。为提升同步源精度,可采用双频接收技术和卫星共视法。
目前1588v2已经在国内的4G承载网络中进行了规模应用部署,支持1588v2的传输设备的单跳时间同步精度为±30ns,对比以上要求,在远距离多跳节点传输时,精度显然无法满足5G的需求。
对于100ns甚至更高超高精度的同步需求,需采用同步源下沉方案,减少同步链路节点数量的方式,以满足同步精度需求。同步源下沉模式部署构架如图2所示。城域网根据业务需要,配置多台时频同步设备(PRTC+),从汇聚/接入设备注入,满足区域同步需要。同步传递技术采用SyncE(O)+PTP,承载网元设置为BC模型。下沉的同步源设备(PRTC+)在现有配置基础上采用原子钟(铷钟、铯钟、芯片钟)提升频率源精度,有利于5G高精度时间同步网络的快速部署。而且可以与城域网核心机房内部署的ePRTC设备配合,提供性能监测和同步辅助功能,增强同步网的稳定性和可靠性。
图2 5G同步网同步源下沉模式部署构架