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摘要：5G网络部署和垂直行业应用对于时间同步提出了新的需求。为了更满足高精度的同步需求，需要采用高精度同步源技术、高精度同步传送技术、同步监测技术、智能时钟部署及运维技术。针对OTN系统和SPN系统同步网部署分别提出了典型的方案，可为5G同步网的规划建设提供参考。

5G网络建设已经全面开展，同步网作为基础支撑网络，对于网络质量的保障、业务的发展起到十分重要的作用。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，除了TDD系统基本的同步需求之外，5G的站间协同需求、CA/CoMP/MIMO等技术对时间同步提出100ns级精度要求，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。现有的同步网络无法完全满足5G时代的同步需求，本文通过分析5G时间同步的需求和5G高精度时间同步的关键技术，提出5G承载高精度时间同步的组网方案。

基本时间同步是TDD制式无线通信系统的共同要求，由于TDD基站上下型号同频，为避免上下行信号互相干扰，要求各基站之间有严格的相位同步关系，确保上下行切换的时间点一致。5GTDD基本业务同步需求与4GTDD基本业务相同，均为±1.5μs。

1.25G协同增强提出更高精度同步要求

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3GPPTS38.104V15.00(2017-12)技术要求，不同类型的协同增强要求如表1所示。

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100ns量级甚至更高要求。

1.3部分新业务需要超高精度时间同步

5G垂直行业的大量新应用目前还在标准完善和产业孵化培育的阶段，不同应用场景对于同步的需求也存在较大偏差，目前仍在探索阶段。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10ns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。1ns同步误差对应的定位精度约为0.3~0.4m，满足3m的定位精度对应的同步误差约为±10ns，满足1m的定位精度对应的同步误差约为±3ns。

1.4 5G高精度时间同步需要地面同步网支撑

4G时代无线网主要采用基站安装卫星接收机的方式通过GNSS获取同步信号，地面同步网主要用于满足传送网、核心网、数据网等网络的同步需求。相对4G时代5G网络对同步网的需求发生了以下一些新的变化。

a）精度要求更高：部分网络增强协同及行业应用既有μs级同步需求，也有ns级的同步需求，直接通过普通卫星接收机获取单站授时难以完全满足要求。

b）同步场景更为复杂：5G基站密度大，室内基站数量也会增加，会存在大量室内场馆、地铁、隧道等难以获取卫星信号的场景。

c）同步网的安全可靠性要求更为严格：此前卫星接收系统对美国GPS系统高度依赖，存在安全风险，如全面升级为北斗接收系统，会需要巨大的投资。即使采用基于北斗的卫星接收授时，仍然存在卫星信号被干扰的情况，例如某城市为保障重大体育活动，防止私人无人机在活动范围空域飞行，采用技术手段对活动区域内的卫星定位信号进行干扰，结果导致区域内基站的卫星接收也受到干扰，业务受到严重影响。

鉴于上述原因，在5G时期部署地面高精度同步网，对于提升网络稳定性、可靠性，提升业务发展的支撑能力，具有十分重要的意义。

从前文中的分析中可以看到，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100ns甚至10ns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，采用多种技术手段共同提升同步精度、同步网快速部署和智能管理能力，其中的主要关键技术有高精度同步源技术、高精度同步传送技术、高精度同步监测技术、智能时钟运维技术等。

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。

双频接收技术：卫星接收部分对同步精度的影响最大，相对于单频接收机而言，双频接收机可同时接收单个卫星系统的2个频点载波信号（如GPS的L1、L2或者北斗的B1、B2），通过一定算法可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。

卫星共视法：此方法是目前远距离时钟比对的主要方法之一，也是国际原子时成员单位合作的主要技术手段之一，其时间比对不确定度可优于10ns。卫星共视是利用导航卫星距离地球较远、覆盖范围广的特点，将其作为比对中间媒介，在地面需要时间比对的2个地方分别安装接收设备，同时观察同一颗卫星，通过交换数据抵消中间源及其共有误差的影响，实现高精度比对。卫星共视技术比较成熟，性能较好，但无法独立部署应用，需主从站配合使用，并配置数据通道进行数据交互。

综合考虑上述2种技术的实现难易程度、成本和产业成熟程度，在当前阶段建议采用卫星双频技术满足高精度同步源头设备要求，卫星共视技术可以先用于现网时间同步源的性能集中监控，待共视网络建设成熟后再考虑应用于高精度同步源头设备。

根据IMT-2020(5G)推进组发布的《5G承载网络架构和技术方案白皮书》中建议，对于±1.5μs同步需求的5G基本业务和部分协同业务，指标分配方法参见国家通信行业标准YD/T2375-2011“高精度时间同步技术要求”，源头部分±150ns，承载部分±1000ns（30跳），接入部分±250ns。对于±300ns量级的业务，暂定的建议分配方案为源头部分±30ns，承载部分±200ns（20跳），接入部分±50ns。

目前1588v2已经在国内的4G承载网络中进行了规模应用部署，目前支持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。为提升单节点精度，需从以下几方面对1588v2进行优化。

a）打戳位置尽量靠近物理接口，减少光模块内部的半静态延时误差和动态延时误差。

b）提升打戳精度，提升打戳时钟的频率，或者采用其他方法提升打戳分辨率。

c）提升系统实时时钟（RTC——RealTimeClock）同步精度、提升系统内部RTC之间的同步对齐精度。

d）选取优质晶振，提升本地时钟的稳定度。

考虑现有1588v2已经规模部署，在现有配置基础上通过优化实现精度的提升，有利于5G高精度时间同步网络的快速部署。1588v2的技术原理决定了其在部署中易受光纤不对称性影响，建议5G时间同步网部署时尽量采用单纤双向方式进行。

对于100ns量级及更高的精度需求，提升单节点精度也已经无法满足，可考虑采用同步源下沉的方案，通过减少跳数来提高同步精度。

同步监测方法总体可分为绝对监测和相对监测两大类，从具体实现方式上可分为外置方式和内置方式。

外置方式可实现同步性能绝对监测，包括外置探针和卫星共视2种方式。外置探针方式在5G同步网中按需部署外置探针，探针通过全球导航卫星系统（GNSS）获得绝对时间基准，对网络末端设备同步输出信号进行监测，再将监测结果发送至中心网管以实现对整个网络同步性能的实时监测。卫星共视方式在网络适当位置部署共视主站和共视从站，以共视接收作为媒介，通过交换数据，得到共视从站（即被监测点）与共视主站（即远端参考基准，如溯源至UTC的绝对基准）之间的比对结果，实现对被监测点性能的绝对监测。

内置方式通过内置功能进行同步性能监测，即利用网络设备自身具备的同步性能监测能力实现同步性能相对监测，主要包括主从监测和环上被动节点监测。主从监测是指Slave设备在同步于主时钟（Master）设备的同时，进行自身同步性能监测。通过对Slave端口时间戳（T1、T2、T3、T4）和计算的时间偏差值（Offset）进行不同方式的统计和分析，可以实现对同步性能的相对监测。环上被动（Passive）节点监测是利用Passive节点对其同步侧与非同步侧同步数据进行比对，从而实现监测。

目前同步网的设备在网络中相对于其他专业设备较少，扩容规模和投资有限，各厂家对于同步网功能的提升和研发投入不够，造成目前同步网的OMC对于业务部署和运维支撑能力较差。各厂家OMC系统目前北向接口能力不足，无法实现集中监控；同步网网管目前只能管理到同步网服务器自身，无法完成对业务网元同步信号的告警、性能、资源等管理；同步网端口与授时业务之间的对应关系不明确，缺乏统一网管管理。面向5G的同步网，需要提升管控运维能力。

位于控制层面的智能时钟技术，能够为超高精度同步网的运行维护提供支撑，智能时钟管控系统架构及主要功能如图2所示，其核心功能有：

a）同步网自动规划功能：计算和规划所有或指定区域网元的同步主备路径，减少人工配置工作量，并避免配置错误。

b）图形化动态同步状态查询功能：能够实时展现同步网从源到宿端到端链路及节点状态，拉通各专业，呈现整体同步网状态视图。

c）同步配置和运行状态检测和分析功能：实现业务智能下发，减少人工配置。对同步配置进行分析，发现定时环、跳数越限等配置风险，生成检测报告。具备同步告警抑制和根源分析能力，根据跟踪状况等信息完成告警根因分析定位。

d）智能故障恢复功能：在同步网中多点故障、主备时钟失效时，进行路径分析和自动恢复，解决成片网络的时钟失步问题。

e）同步性能实时监控分析：实时监控同步网络的性能，利用每个环上设备的Passive端口进行时间性能比对监控和不对称性分析。

图2.智能时钟管控系统示意图

5G高精度时间同步组网和目前4G采用的1588v2同步网架构一致，城域网配置一主一备2套时频同步设备（ePRTC），一般在城域网的核心机房异*址设置，同步信号从核心层传输设备注入，同步传递技术采用SyncE(O)+PTP，承载网元设置为BC模型，承载网时间传递链路BC网元数不超过20个，通用部署构架如图3所示。

图3.5G同步网同步通用部署构架

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4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+）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。此方案会大规模增加同步设备数量，建议针对有特定需要的区域进行小范围部署，不宜全网大规模应用。

图4.5G同步网同步源下沉模式部署构架

5G传送网中，对于传输距离较长的中继段，常有SPN/IPRANoverOTN的场景，OTN时间传送分为带外OSC模式和带内ESC模式。OSC模式是使用OSC通道传送时间/时钟信息（见图5），只要有OSC管理的地方就能获取全网同步的时间/时钟信息。此时所使用线卡是否支持1588，不影响OSC传送。ESC模式是使用线路单板OTN开销传送时间/时钟信息（见图6），无需额外硬件配置，无距离限制，只要有业务上下的站点就能获取到全网同步的时间/时钟信息。OSC模式的精度相对ESC模式更高，建议在OTN系统中采用OSC模式部署，同时采用单纤双向光模块，避免收发光纤不对称造成的误差。

图5.带外OSC时钟/时间传送方式

图6.带内ESC时钟/时间传送方式

中国移动采用SPN技术建设5G传送网，根据《中国移动切片分组网（SPN）设备技术规范》要求，SPN设备应支持以太频率同步、CES/CEP业务时钟恢复和时间同步功能。SPN设备应支持通过PTP实现超高精度时间同步，SPN每跳设备的最大时间偏差max|TE|小于5ns。SPN设备具备DWDM能力时，PTP应支持通过单纤双向OSC通道进行传递，SPN设备不配置DWDM时，PTP通过FlexE接口或者以太网接口进行传递。SPN设备应支持通过FE、GE、10GE、25GE、40GE、50GE、100GE、200GE、400GE等以太网端口以及50GE、100GE、200GE、400GE等FlexE接口对PTP报文发送接收和处理，PTP报文协议的格式和处理应满足《中国移动超高精度时间同步接口规范》的要求。

SPN系统同步部署方案与现有PTN系统模式一致，有单纤双向和单纤单向2种方案，其中单纤双向模式可以解决收发光纤不对称的问题。考虑汇聚层以上的SPN系统主要为100GE以上端口互联，目前没有100GE以上的单纤双向光模块，为了节省设备业务槽位及端口资源，中国移动在SPN设备技术规范中要求SPN核心汇聚层设备应支持2路同步专用的GE光接口，可用于组建同步环。但当前应用的SPN设备暂未具备该专用同步接口，仍然需要额外配置10GE或GE的业务端口，并使用单纤双向光模块，组建同步环。SPN部署方案如图7所示。

图7.SPN系统同步网部署方案示意图

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J20进入部队正式服役，战斗力爆表，装备J10，J11的兄弟部队压力山大

J20服役后，对三代机部队造成了巨大的震撼和冲击，以下是来自三代机部队的报道：

歼—11B是我国国产第三代重型战斗机，具有良好的气动外形、极佳的空中机动能力和强大的中远距打击能力，能够在极为恶劣的气象条件下全天候作战。与前序型号相比，它的操作界面、雷达性能、通信系统、火控系统等都有了全面的升级。

空中阅兵的J11编队，正是如日中天的时候

作为装备部队最早的三代机型，歼—11系列战机在很长一段时期内，是我国土防空当之无愧的主战力量。

“刚刚‘年轻’就‘老’了。”摩挲着歼—11B的银色外壳，遥对歼—20等新一代战机，肖军感慨中又有欣喜，“这体现了我们国家航空武器装备发展的迅猛势头，体现了我们空中力量正在日益强大。”

四代机部队提出一个口号：“横扫三代机”。对此，肖军“部分认同”：“单机与单机的对抗，一些隔代的差距确实无法逾越。然而，现代空战是体系与体系的对抗。”

J10战斗机，机动性好，设备好，国土防空的中坚理论

在今天的空中战场上，传统“王牌对王牌”的“单挑”式格斗越来越少见，更多的是综合预警、通信、电抗、雷达、地导等诸多元素的体系作战。“一型武器有可能成为‘杀手锏’，但它不会决定一场战争。”肖军说，“在现代空战中，任何一型武器都不可能单枪匹马完成任务，每一型武器都有自己的位置。”

从这些报道可以看出，J20战斗机在空中对三代机有彻底的碾压优势，亚音速机动性良好，转头快，加速快，爬升快，不管是格斗还是超视距攻击，都让敌人心惊胆战，最强大的还是隐身和信息能力，隐身让敌人看不见摸不住，结合信息优势可以做到，战场地图全开，而敌人却懵懵懂懂，啥都看不到，就迎来了J20的致命一击。

J20从某种意义上来说，就是开了上帝视野的隐身杀手

J20对付三代机，就像捏死一只蚊子般容易

J20战斗机是一个重型的杀手锏，但是也是一个完全颠覆传统的“规则破坏者”和“”困难制造者“，从J20试飞开始，就对用户产生了一系列问题，

比如说，如何指挥，过去的战斗机，起来后基本都在雷达屏幕上能轻松看到，到了J20，指挥员就开始抓瞎了，雷达屏幕上看不到，怎么指挥？难道打仗的时候继续挂个龙波透镜，放大雷达信号，让自己看得到？当然这么做，取消了隐身能力给，方便了自己，也同时方便了敌人，彻底取消了J20战斗力最大的王牌，这是完全不可接收的。

J20战斗机，不设计隐身正常试飞和飞行表演都挂载龙波透镜，不挂的话地面指挥就抓瞎

而且，雷达看不到，指挥员不掌握J20的位置和信息，如何迎战，完全让飞行员自己做决定，这又不符合实际。

指挥员的眼睛-雷达屏幕，不知道自己在哪里，和不知道敌人在哪里一样麻烦

而且地面指挥员都看不到J20位置，三代机队友更不知道J20在哪里，如何进行配合？难道在电台里面吆喝，东拐东拐，我在你左边，不要回头不要回头！，这么吆喝也等于自杀，可以从现有的雷达信号位置推测出来J20的信息。

美国的隐身战斗机也面临同样的问题，基本都是隐身飞机自己编队，不和非隐身的战斗机搀和在一起，隐身和非隐身战斗机之间信息交换一直是个难题。

F22和F35都是严重的“规则破坏者”，F22战斗机尤其困难，由于设计的比较早，体系内别的设备更早，造成很大的指挥控制难度，现在基本就是独狼狩猎模式。

独来独往的高冷杀手F22战斗机，从来就和自己亲兄弟混

F35出来的比较晚，考虑融入体系比较多，会更好一点，据传可以空中4机自动组网，相互之间自动传送信息，无缝对接，这是它最大的王牌之一。但是距离彻底融入整个战场海陆空天信息体系，还有一段不小的距离，美国的海陆空天探测设备出来时间都比较早，改造难度巨大，花费无数，要完全融合还需要不少时间。

短粗肥硕的小胖子F35，脾气好，朋友多，可能比F22多那么几个

我国军事力量，最近10年，得到突飞猛进的发展，各种信息设备大都比较新，网络改造难度应该比美国那种比较老的架构容易一些，但是我们起步晚，隐身飞机刚刚服役，还需要比较艰苦的努力才能实现，需要开发一些独特的黑科技才能和美国对抗。

J20成功了，但是体系尚未成功，需要年轻的一代开发更新的黑科技

相信祖国的守卫者的中层和努力，相信中华民族的创造力，我们一定会赢得！

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