北斗授时在5G网络的应用

随着近年来5G网络大规模建设和普及，从国家政府到运营商层面都非常重视5G的发展，都在如火如荼的进行着相关试验和产业推进。5G作为国家和社会至关重要的高速、高效的基础信息网络，其自主性和安全性不言而喻。但由于历史及其它原因，几乎都是采用国外GPS系统来进行授时同步。其安全和可靠性是存在较大的风险和不确定性的，采用北斗系统或者北斗/GPS双模替代单一GPS系统，需要尽早提上日程并付诸实施。

一、5G时钟同步要求

5G网络的时间同步常规要求仍为±1.5µs，这和4G没有太大变化。但随着网络技术发展和特殊应用场景应用需要，也提出了更高一个数量级的±100ns的要求。5G网络对时间同步具体要求如下：

5G系统基本同步需求是所有时分复用（TDD）制式无线通信系统的共性要求，主要是为避免上下行时隙干扰，从而需对基站空口时间偏差进行严格限定。对于4G TDD系统，采用固定子载波间隔15kHz，保护周期GP（Guard Period）配置单符号，在一定覆盖范围内，其要求基站间时间偏差应小于3μs。5G系统均采用TDD制式，其具有子载波间隔可灵活扩展的特点，通过在GP中灵活配置多个符号的方式，使得基站间时间偏差要求仍为小于3μs，与4G TDD一致。

5G系统站间协同增强主要包括多天线MIMO、多点协调、载波聚合等，为确保协同有效，来自不同协同点信号的时间差不能超过循环前缀CP ( Cyclic Prefix），从而对协同点之间的时间偏差提出了100ns量级甚至更高的苛刻时间同步要求。

在5G网络支撑的多种新业务中，典型的是基站定位服务。随着高精度定位服务需求爆炸式增长，作为定位服务提供的重要手段，基于5G系统基站定位极具潜力。一般来说，定位精度与时间同步精度直接相关，例如要实现3m的定位精度，要求基站间的空口信号同步偏差为±10ns。

二、 北斗系统性能指标

北斗卫星导航系统（英文名称：B阿eiDouNavigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通，在轨工作卫星共55颗，标志着北斗“三步走”发展战略圆满完成，北斗迈进全球服务新时代。

北斗系统时间基准（北斗时），溯源于协调世界时，采用国际单位制（SI）秒为基本单位连续累计，不闰秒，起始历元为2006年1月1日协调世界时（UTC）00时00分00秒。北斗时通过中国科学院国家授时中心保持的UTC，即UTC（NTSC）与国际UTC建立联系，与UTC的偏差保持在50纳秒以内（模1秒），北斗时与UTC之间的跳秒信息在导航电文中发播。北斗系统采用北斗坐标系（BDCS），坐标系定义符合国际地球自转服务组织（IERS）规范，采用2000中国大地坐标系（CGCS2000）的参考椭球参数，对准于最新的国际地球参考框架（ITRF），每年更新一次。

经试验，可以发现北斗系统和GPS系统都可以实现基站授时同步，并且在使用北斗授时后，与周边站点的切换正常，路测指标正常，各项网络指标均保持稳定。北斗完全可以满足基站同步需求，因此建议将5G基站的同步都统一改为北斗卫星导航系统/全球定位系统 北斗卫星导航系统主用。