四川泰富地面北斗科技股份

李忠文 王科 龙波

1.四川泰富地面北斗科技股份

2.贵州省计量测试院

贝加莱的reaction和网络时间技术来同步运动控制和分布式i/o以便获得绝对的精度，数字量输出波形精度可以被控制在125ns，高速输入沿，例如色标或产品检测可以被以1 μs的时间戳方式记录，reaction技术与贝加莱其它自动化解决方案完美组合，极大的提升了机器的整体性能。主要面向现代应用程序的快如闪电、高度可用和可扩展的数据访问(运行应用程序的速度可加快 4-40 倍)，可并行执行数据以实现极高的吞吐量，针对低延迟而设计，可跨节点和群集进行数据复制以实现高可用性，可跨区域对数据分区以实现横向扩展，可靠的事件通知(当数据更改、应用程序自动更新时)，持续查询(在可预测的低延迟下更新结果)，“无共享”磁盘持久性可确保一个节点上的磁盘故障不会导致数据丢失，可在基于 java、c++ 和 c# 的应用程序之间共享数据，可在进行 wan 扩展的同时保持性能、可靠性和数据一致性。同步网同步端口的通信质量指标包括：接口速率、定时性能(抖动、漂动)，应满足yd/t1012“数字同步网节点时钟系列及其定时特性”的指标要求。

关键词：5G 网络 同步支撑网 时频监测

一、引言

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、人工智能、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时代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，希望占据整个产业链的主导地位。

二、5G对时间同步的需求

近年来，ITU-T、3GPP、IEEE等业界主流的标准组 织都在研究同步问题。3GPP定义5G同步需求，ITU-T定 义同步解决方案，IEEE定义基础时间同步协议。2017年12 月，3GPP批准了Release 15 5G NR非独立（NSA）标准，该标准的独立（SA）部分将于2018年6月完成。虽然3GPP 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制式， 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 左右，LTE-Advanced的关键技术CoMP-JP多点协同传输处理中要求相邻基站间的相对时间精度在百纳秒。5G网络中由于采用了MIMO+OFDM技术，其时序控制要求非常精确，如在3GPP TS 36 104中第6.5.3.1节定义的TAE（Time Alignment Error）最高要求不超过65ns。未来高精度的时间 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，需要考虑网络发展的后向兼容性，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，还可以对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，可以实现真正的全网同步， 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。

四、实现方案

针对5G网络对时间同步网更高精度的需求，与时间同 步相关的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。四川泰富公司与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。 现网测试的示意如图1所示。钟源是铯钟源，授时结构采取 主从模式。tod时间精度主站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（M，S1，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 同步精度均≤±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地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光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。tod时间精度

从图2可以看到，在fpga内进行编码调制，产生的i/q两路信号经由串并转换后送入ad9856 中，在ad9856内部有一个dds内核，通过fpga控制产生正交本振信号送入正交调制器，每路通过2级分别与i/q信号相乘之后相加，产生正交调制信 号，而具体的调制模式可以通过fpga的基带信号编码映射设计，最后通过12位dac变为正交调制的模拟差分信号输出，接着用耦合射频变压器将输出的差分 信号转换为单端信号，经由70mhz的saw滤波器滤波，最后选用中频放大器进行信号放大，就可送入混频器进行混频了。(2)起始位及其后的8个clk中都是主设备在发送（这设备掌控总线），此时从设备只能读取总线，通过读总线来得知主设备发给从设备的信息。在这种情况下，通过光纤信 x y x y道传输之后的光信号将会以各自的速度传输，在两个相互正交的方向上产生差分群时延 dgd：differential group delay 。

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常， 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。

4.2 现网测试方案及测试结果

5G统一授时是面向全网的，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。为了达到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。

hfc网络的干线部分采用光纤传输，分配网采用电缆传输，利用光信号损耗低、指标高的特点实现信号的远距离传输，进入小区后，最后一公里利用同轴电缆采用射频信号向用户分配信号。由于经过长距离传输后的pm-qpsk光信号其偏振态会随机变化，接收端的本地光振荡器与接收光信号存在频率差以及相位差，成熟的解决方案是采用高速电信号处理（dsp）技术来处理接收的信号。( 2 ) 增益介质为传输光纤本身， 与光纤系统具有 良好的兼容性 ，它可利用现已大量铺设的g． 6 5 2 或g． 6 5 5 光纤作为增益介质， 对光信号进行分布式放大， 从而实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合。

现网测试的内容分为以下几个阶段。

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）。

项目测试分集成测试和系统测试，主要进行功能测试、健壮性测试、性能-效率测试、用户界面测试、安全性测试、压力测试、可靠性测试、安装/反安装测试等活动。spx协议是ipx的辅助协议，主要实现发出信息的分组、跟踪分组传输，保证信息完整无缺的传输。主要特性:l支持1pps信号输入（用于相位同步）l10mhz/1pps信号输出l月老化率:<5e-11（可选1e-11）l秒稳：<1e-11l数字化监控&管理l符合rohs 5/6标准产品应用：l电力、电信设备l测试测量领域l无线基站l射频测试设备l需要高稳振荡器的领域低相噪铷钟sa.22c-lnsa.22c-ln是一款高性能的低相噪铷钟(-100dbc @1hz)，良好的短期稳定性和长期稳定性使其频率输出非常稳定。

219、对外插显卡的信号输出特性进行测试来验证所述外插显卡的功能以及通过显卡测试软件来测试所述外插显卡在图形应用情况下的性能，例如specview软件 (specgpc组织成员开发)。对外插显卡的信号输出特性进行测试来验证所述外插显卡的功能以及通过显卡测试软件来测试所述外插显卡在图形应用情况下的性能。项目测试分集成测试和系统测试，主要进行功能测试、健壮性测试、性能-效率测试、用户界面测试、安全性测试、压力测试、可靠性测试、安装/反安装测试等活动。

首先，分析原有网络各节点的光纤维度，发现只有f点仅具备两个维度，其他节点都是三维或者四维节点，因此只需要增加a f一条光纤路由，距离不到15k m，光纤利旧城域网的两芯光纤。当然也有传输稳定和距离远的，一般无线路由信号可以达到50米左右，传输大约在35~50米左右，并且这些原因中还有很多存在电压不稳定以及电磁干扰等因素，不过覆盖的范围主要应视环境的开放与否有关，信号衰减和障碍物有很大关系，物体，或有隔离物的区域，需视用户的需求而加以应用，如果在比较空旷的场所. 所以经过测试我们发现很多时候无线路由器无线信号距离传输一般在20-30米左右.11标准，其原因是由于建筑物，有钢筋水泥阻挡距离下降很严重一般只有20米不到，但如果中间有多重障碍，并且间隙的话。在蓝宝石光纤传感领域方面，所研制的蓝宝石光纤高温测试仪具有良好的长期稳定性和较高的测试精度，测温范围达到５００～１８００℃，精度优于±。

现网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，时间频率信号与业务信号分离，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网络的全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。

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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 准确度≤±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。由于基准参考源的精度高于现网设备时间频率精度一个数量级以上，因此保证了监测数据的准确性和可靠性。

六、结束语

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、精度、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。

参考文献

中国移动研究院院长张同须、中国移动研究院副院长黄宇红、中兴通讯副总裁及tdd 5g产品总经理柏燕民和高通中国区孟樸等出席了发布仪式，共同开启系统互通的现场演示。中国移动研究院院长张同须、中国移动研究院副院长黄宇红、中兴通讯副总裁及tdd&5g产品总经理柏燕民和高通中国区孟樸等出席了发布仪式，共同开启系统互通的现场演示。中国移动通信研究院副院长黄宇红表示，中国移动5g系统设计主要从三个方面进行考虑：一是统一灵活的5g新空口。

[2]王庆扬,谢沛荣,熊尚坤,等.5G关键技术与标准综述[J].电信科学,2017,33(11)

[3]刘颂,吕京飞.面向5G承载的同步网架构演进[J].电信网技术,2017(9)

[4]张贺,刘欣,刘莹.中国联通关于5G传输同步技术的考虑[J].电信网技术,2017(9)

[5]王悦,林泳泽.面向5G的高精度时间同步网演进策略[J].电信技术,2017(8)

作者简介

李忠文

本科，毕业于北京邮电大学，高级工程师，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。

王科

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

龙波

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。

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