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各位来宾,上午好!

下面我来代表5G承载工作组发布《5G同步组网架构及关键技术白皮书》,主要包括四个部分,第一个是5G同步需求,还有就是5G高精度同步组网架构模型,另外就是5G高精度同步关键技术,最后作一个总结和展望。

在分析5G同步需求之前,我们来看一下为什么5G需要同步。在右上边给出了5G空口发出来信号,实际信号会比这个复杂很多,因为5G用OFDM技术,它的构成非常复杂的。这里有载波和调制在载波上的信息。

从5G同步来说,有一个频率同步和时间同步。同步频率指的就是载波跟标称频率一致。时间同步就是调制信号相位要保持一致,这是两个方面的同步。

对于5G来说,是让它的频率同步相比于4G没有什么区别,都是50pbb的要求,但是时间同步因为调制的技术采用了一些新的技术,所以时间同步提出更高的一个需求。

因此这个白皮书主要是针对在5G同步需求的基础上,重点研究5G时间同步组网架构和关键技术。

看一下5G的需求。

首先5G本身采用TDD制式。所有TDD制式都有一个基本同步需求,主要为了避免上下行干扰,对空口的时间偏差进行了严格规定。

这里有几个相互影响的参数,一个是基站之间的时间偏差,还有基站本身从关到开和开到关的开关时间,另外还有基站的距离。还有一个,为了避免干扰,引入了一个保护周期。保护周期跟子载波间隔密切相关,比如4G TDD子载波间隔是固定的15K Hz,固定的间隔是71.4微秒。但是在5G里面子载波间隔是可以灵活的,这种灵活就可以设置多个子载波的保护间隔符号,能够保证基站之间的时间偏差还是3个微秒。

对于基本的时间同步需求来说,5G跟4G是一致的。

下面说一下协同增强。在5G系统里面,协同增强技术应用会非常广泛。右上这个图,协同增强原理就是不同基站的AAU收发,对同一个用户提供服务,对整个时间相位的偏差提出严格要求,否则在用户这一侧无法进行合并。

在3GPP里面,针对不同的协同增强业务场景提出了不同的需求,从65纳秒一直到3个微秒。

但是这些需求根据不同应用场景,主要是在一个AAU的不同天线之间,有些是对应的不同基站的AAU之间,所以就提出了100纳秒同步的需求。

前面两个是5G系统本身的一个需求,5G还有很多各种各样的业务,这些业务也会提出更严格的同步需求。典型的就是室内定位业务。

室内定位业务,目前室内定位比较热门。5G因为本身能够进行一个无盲区覆盖,另外5G部署的密度也非常高。因此,对5G提供定位服务的潜力是非常大的。

但是根据定位原理,定位的精度跟同步偏差有直接关系。比如我要满足3米的定位精度,它的时间偏差要10个纳秒以内。这就对基站同步提出更严格的要求。

目前来说,用5G基站提供定位服务要跟其他的定位服务进行一个结合。

简单作一个总结,就是同步需求这一块。一个基本的同步需求是3个微秒,协同增强是100纳秒的量级。室内定位高精度的需求是10纳秒甚至更严格,一般需要跟其他技术结合。

下面介绍一下基于5G严格的同步需求,怎么进行解决。事实上在4G时代,所有4G基站都是内配基站卫星接收机,要满足它的本身同步需求。在4G里面已经开始研究用地面组网给基站提供一个定时,主要是作为一个备用。还有就是在有些地方用来解决卫星信号无网覆盖的一个区域。

在5G同步有一些鲜明的特点。首先,它同步精度要求更高,刚才已经分析过了。

第二个,同步应用场景更加复杂。现在像中国城镇化进展非常快,5G的部署有更多的区域可能无法接收到卫星,这跟它的同步应用场景非常复杂。

另外还有成本方面的考虑,5G部署量非常大,如果每个基站都加卫星,对它的投资和运营都带来一个很大的压力。

最重要的一个原因就是安全性。如果一个基站无线通讯都依赖卫星,还有很大的安全隐患。卫星或多或少有意无意都会被干扰。

最近,伽利略卫星定位系统崩溃,对卫星数字系统应用也是一个反面教材。对于卫星本身来说,如果完全依赖卫星,还有很大的安全隐患。

作为面向5G承载,我们要建设自主可控、安全可靠的高精度时间同步网,这是大势所趋,非常必要。

但是这里也需要说明,5G地面同步网并不是完全替代基站的卫星授时,本身两者是一个天地互备的关系,可以长期共存,相互补充。

怎么组网呢?这里给出来一个5G高精度同步通用组网的一个架构。目前来看,基于1588V2的技术是一个主要的组网概念,从源头到中间传输部分到末端接入,还有就是整个对网络的一个监测和管理。

从源头这一块,采用类似高精度的时间同步设备,PRTC/ePRTC同步设备。这个也是需要接入卫星的,但是跟基站的卫星不一样,它是一个专门同步设备,本身精度可以更高。另外在卫星不可用的情况下,它可以提供一个更好的守时。

还有在某些情况下,也可以将它溯源到国家守时单位,在卫星不可用的情况下,可以保证它的安全可靠性。

第二个就是中间的传输网络,现在的传输网络,中间的一个同步节点,经过用承载网进行一个从源头一直到末端的传送,中间需要支持1588的一些功能,对每一个传输节点都会提出一些要求。

在ITU那边也对它进行了规定,以前每个节点是30个纳秒,现在为了保证大规模组网,每个节点的精度会提升到10个纳秒或者更加小。

在同步接入这一块,通过10G或者25G的关口进行接入,保证它的连接的可靠性。

从全网监控来说,要采用监控手段保证全网的可靠性。

从这个组网模型可以引出几个技术,一个是源头,还有中间传输,另外就是一个全网监控。下面跟大家分享一下这几个方面的关键技术。

首先是源头,从源头时间来说,卫星的单向授时是一个基本技术,但是基于卫星本身的误差还有信号传播有关的误差,还有接收机相关的误差,事实上它的精度只能到正负100个纳秒,很难满足ePRTC的要求。这一块成熟度比较高,成本比较低,但是因为它的精度无法满足ePRTC的要求。

相对单频,提出来一个卫星双频技术,这个相对于单频来说,它是同时接收单个系统多个频点的信号,比如GPS的L1、L2或者北斗的B1、B2,例如双频载波信号受电离层延迟影响的差异,可以有效消除电离层对电磁波信号延迟的影响,从而提升卫星授时精度。

通过双频精度上可以做到正负30纳秒。但是成本比较高,还需要后续进一步的产业化推动。

还有一个卫星共视技术,它利用基站从站的信号跟主站,通入连接卫星,根据卫星获得偏差之后,通过网络进行交互,从而可以得到站和主站的偏差进行溯源。这块的卫星精度可以达到正负10个纳秒。但是事实上这个因为本身单站无法独立部署,需要主从站配合使用,另外需要通过中间网络进行一个时间交互,所以成本比较高,目前不建议作为卫星源头的使用技术,主要作为整个网络的监测或者高精度测试的一个技术。

下面来看一下中间传输技术。前面也提到,目前主要采用1588V2。在4G时代,1588V2已经进行了大量部署,但是那个时候它的精度只能到30纳秒,无法实现远距离的组网。在5G这一块,要实现远距离大规模的组网,要对它进行优化。比如打戳精度,打戳的位置,还有就是改进算法,还有就是选择一些好的晶振,保证它的性能,目前我们也做了很多测试实验,目前可以达到5纳秒到10纳秒。

另外还有一些其他的传输技术尝试,比如像欧洲核子原子机构提出的白兔子的技术,还有IEEE1588-2019草案提出的技术,这两个技术属于比较新的技术,目前成熟度不是很高,所以我们采用现有的1588V2进行传输实验。

对于5G同步网来说,为了保证它的安全运行,要对它进行一个监测。这块提到第一个就是外置方式,有两种,第一种就是用探针,或者用共视的方法。参考源可以溯源到UTC,可以进行对被接入点的绝对监测。

第二个是通过设备的内置功能实现相对监测。比如配置1588V2功能的网络设备可以进行一个主从监测,上报相关的告警。另外可以通过Passive的节点实现网站双向的监测。

除了这个监测,ITU也公布了一个同步参考链的监测。比如用节点5作为一个公共参考点,针对末端节点9和节点7B进行一个相对监测,然后可以算出节点9和节点7B之间相对的误差,可以实现一个局部的性能监测。

上述监测外置方式可以实现全网监测,对于内置1588V2监测可以实现区域监测,参考链可以实现局域环站的监测。

总结与展望,5G同步需求特点既有4G微秒两级同步需求,也有5G百纳秒同步需求,还有以定位需求为代表的十纳秒同步要求。时间同步通用组网模型是后续5G同步网具体组网方案的基础。源头技术方面,双频技术更适合作为源头实现技术,进行高精度时间同步网的建设部署。同步传输技术方面,对现有1588V2进行优化,是目前比较可行的方案。5G同步监测具体方案,需根据业务要求、网络规模、成本预算等因素进行选择。

从展望来说,目前运营商5G牌照已经发放,作为一个基础承载网,5G同步方式技术方案需要进一步加以推动,5G承载工作组也是跟业界后续要进一步加强沟通,结合运营商的5G承载技术和组网方案,继续研究5G同步的一个具体的技术方案,还有5G同步网的引进策略,高精度同步测试技术等,尽快完善5G高精度同步方案,全力支撑5G系统商用部署。

谢谢大家!

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