基于GNSS邻域相似性的5G基站纳秒级时间同步技术研究.docx
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2022-05-31
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1 引言
随着移动通信业务的迅速增长，无线网络升级演进速度逐步加快。无线网
络升级到 阶段，不仅网络结构发生变化，而且对于基站间的时间同步精度
要 求 也 进 一 步 提 高
。 阶 段 基 站 采 用 全 球 卫 星 导 航 系 统 （
）实现基站百纳秒量级授时设备授时精度，基站空
口时间误差控制在 以内，满足移动通信系统长期演进（
）系统的时间同步基本需求。 阶段的高精度定位技术、多点协作
（ !"##$$）、载波聚合（%" ）
等增量功能和关键技术
&
'
则对基站时间同步提出了更高的要求，其中移动通信
系统 (%)阶段的基站间同步需求甚至高达纳秒量级。因此， 中基站的
高精度时间同步对于 网络效能的充分发挥具有重要意义。
当前主流基站授时)时间同步设备包括基于 的授时技术和基于 *
++ 的精确时间协议（!!$"$"）技术。目前基于
的授时技术通过 信号实现接收机的高精度定时，其接收机定时精度在百
纳秒量级；基于 *++的精确时间协议技术将主参考时钟通过 ++ 光纤网
络实现高精度的时间传递，通过有限跳数保持站点间时间同步，其每跳的时间
同步精度损失在 ',。& 种技术相互结合能满足移动通信分时长期演进（-(
# ）基站的基本时间同步需求，但是对于
中诸如基于基站的高精度定位、%、 ! 等应用和技术需求的更高精度
时间同步需求而言，现有的时间同步技术与设备的精度还存在较大的提升空间 。
以 技术中规定的用户基于基站的定位技术为例
.
/
，实现亚米级的定位误差
需要的基站时间同步精度至少应该达到 ' 量级，如果考虑定位几何精度因子
等因素，还期望进一步提高时间同步精度。另外，(%) 阶段某些增量功能
的启用对基站授时设备的时间同步的需求已达到纳秒量级
+
。
目前的纳秒量级高精度时间同步技术因为成本、技术难度、技术成熟度等
原因还未满足 (%) 阶段高精度时间同步的要求
+
0
1
，因此尚未全面推广。
目前纳秒级高精度时间同步方法的研究主要包括基于本地高稳原子钟的时钟驯
服技术
&
'
、基于 实时动态差分技术（23(4"）
的
技 术 、 基 于 精 密 单 点 定 位 （ !!!$"
5$$ ） 的 技 术
.
/
、基于微波的往返时间（2#($）技术
+
、基于光纤增强的
技术
0
&1
，这些方法在一定程度上可以满足区域基站的高精度时间同步需求，但
都存在不同程度的缺点。基于本地原子钟的驯服技术将原子钟的长稳特性和
接收机授时的时间长期准确性结合，通过时钟驯服技术提高授时精度，
其技术要求终端采用价格昂贵的高稳原子钟且需长时间观测，实现成本较高且
应用实时性受限。基于 23 的技术采用载波差分 将区域所有站点
的时间同步到参考站时间上，实现各站的高精度时间同步，但由于各参考站的
本身时间之间存在不确定偏差，因此在不同参考站边界存在边界峭壁效应（即
边界用户存在时间跳变），且该技术条件下的时间同步网络只能是有中心节点
形态（参考站即为网络中心节点），网络稳健性和抗毁性较弱。基于
!!! 的技术在理论上可以实现全球任意站点纳秒级高精度的时间同步，但是其
技术的实现要求各站采用同一套 !!!模型的外部数据辅助实现，外部辅助数据
的获取需要依赖全球几百个参考站的连续高质量观测数据维持，因此该技术对
基础设施依赖较大，其服务连续性、自主性和安全性不受控。基于微波 2技
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