BEIJING2022 Q 北京2022年冬奥会官方合作伙伴 中国联通高精度时间同步及定位 技术应用白皮书 中国联通研究院 2022年5月 中国联通高精度时间同步及定位技术应用白皮书 序言 同步网是电信网的重要基础支撑网之一，为电信网内所有电信设备提供同步控制信号，使它们的频率工作在共同速率（或频 率）上，时钟同步的本质是维持时钟振荡频率的准确和稳定，因此时钟同步也可以称为频率同步，传统的数字同步网也可称为 频率同步网，电信设备通常采用"天面为主，地面为备”获取同步信号。同步网本身则采用地面链路将频率信号按时钟层级逐级 联网传递到全国范围，形成以PRC/LPR为基准钟的、频率准确度达1x10-11的同步网络，向所有需要频率同步的通信设备 提供准确的频率信号。随着传输技术和承载技术的不断发展，频率传递方式已经由传统的PDH、SDH、WDM向IPRAN和 OTN/WDM混合承载进行演进。 电信网络和业务的IP化推动频率传递IP化的同时，随着各种应用需求的提出，也带来了时间同步的应用与承载需求，频率同 步和时间同步二者紧密相关，需要同时考虑网络对传递时（间）频（率）同步的要求，中国联通早在2014年就提出了1588v2 同步状态传递机制的自主创新理念并于2015年获得专利授权，2018年分别被写入CCSA和ITU-TG.8275.1中，成为正 式的行业和国际标准。同时，随着5G网络规模建设以及业务应用范围的扩展，均对时间同步提出了更高的指标要求，中国联 求，降低了网络建设的成本；并通过同步网SDN统一管控平台的自研开发，有效整合来自不同设备、不同管理系统的同步信 息，提升了整个同步网络的管控能力和价值。 地基授时网络与运营商高精度时间网络的深度融合，协同支撑5G网络和多业务应用，通过技术发展和业务应用双轮驱动 “5G+北斗"的应用拓展。 随着“5G+北斗“应用的不断推进，工业互联网、车联网等对网络高精度时间和定位同步的要求会进一步明确，对高精度时频 同步技术的应用研究还会不断加强和深入，我们将在已有研究成果的基础上，与业内合作伙伴一起共同努力，共同推动国家新 型数字信息基础设施的建设，助力5G业务应用不断扩展、质量逐步提升。 中国联通高精度白皮书.indd1-2 目录 目录 CONTENTS 1高精度时间同步技术 1.1高精度时间同步需求 1.2中国联通时间同步网络架构 2 2北斗地基光纤授时技术 5 2.1研究背景及价值 5 2.2结论与分析 9 3中国联通时间同步网SDN统一管控 9 3.1同步网统一管控的背景和需求 9 3.2中国联通高精度同步网SDN管控目标架构 10 3.3同步网SDN统一管控平台整体架构设计 11 3.4同步网SDN统一管控平台功能研发和应用 11 4高精度1588时频同步芯片研发及应用 12 4.1背景 12 4.2基于联通创新机制的1588v2时频同步芯片研究 12 4.3芯片应用情况 18 5基于5G+北斗的高精度定位网络 19 5.1中国联通CORS高精度定位网络建设进程 19 5.2CORS系统架构 20 5.3CORS平台架构设计 21 5.4CORS高精度定位及5G网络结合方案 23 5.5CORS网络高精度定位应用 24 6高精度时间同步、定位技术及应用探讨 25 6.15G+TSN技术及应用 25 6.2量子时间同步技术及应用 31 6.3车联网同步技术及应用 32 7智慧港口，智慧城市等垂直行业应用 35 2022/5/23 19:59:56 中国联通高精度时间同步及定位技术应用白皮书 01 高精度时间同步技术 1.1高精度时间同步需求 数字同步网和信令网、电信管理网是通信网的三大基础支撑网，中国联通早期的数字同步网主要提供满足 设备时钟振荡频率的准确度和稳定性。 随着5G网络的飞速发展，5G网络的三大应用场景“eMBB增强移动宽带、mMTC海量机器类通信、uRLLC 超高可靠低时延”提出了更为严格的时间同步要求。由于频率层同步故障或降质将会影响时间层的同步性能， 因此频率同步是时间同步的基础和有效后援，充分采用时间同步路径判决与频率层同步质量紧密结合的方式 可以始终保证网内最优的时间同步传递精度。 5G高精度时间同步需求主要体现在基本业务、协同业务和垂直行业应用业务需求三个方面。 》基本业务时间同步需求是所有TDD制式无线系统的共性要求，主要是为了避免上下行时隙间干扰。5G 基站在承载基本业务时，其空口间对于时间同步精度的指标要求为±1.5uS。 》5G系统将广泛使用的多点协同（CoMP）、带内载波聚合（CA）等协同技术，对时间同步精度的指标要 求为±130ns。 》随着5G网络的规模建设，无人驾驶、无人物流、智能机器人等基于5G的垂直行业应用层出不穷，这些 应用也对5G网络的超高精度时间同步提出了更高的指标要求。例如北斗+5G的室内外一体的时空融 合位置服务符合国家战略的未来产业发展方向，而时间同步是定位服务的基础，高精度厘米级定位业务 的时间同步精度的指标要求甚至为±10ns。 传统的基站时间同步方案主要为直挂卫星天馈线，接收GNSS（GPS/北斗）卫星信号，但由于天馈线部署难 度较大，经常会有产权纠纷或者施工困难等诸多问题，并且成本也居高不下。近些年三大运营商已经逐步开始 采用IEEE1588v2技术，通过地面承载链路传递至基站，目前可以实现基站基本业务所需的时间同步需求， 实现高可靠性、天地互备的基站时间同步授时方式。 为了应对更高精度的时间同步业务需求，中国联通除采用低成本下沉式小型化时间服务器部署策略以外，还顺 应国家军民融合及天地互备授时网络建设的战略需求，积极参与国家“十三五”项目的北斗地基高精度授时系 统建设。 5G超高精度时间同步网建成后，不仅可以为5G网络商用部署提供强大的基础支撑，同时可以为高精度授时、 导航和定位需求的行业级应用和消费级应用提供强有力保障，除大大提升用户感知外，还能增加运营商5G 1 中国联通高精度白皮书.indd 1-2 第1章 高精度时间同步技术 用户的粘性。超高精度时间同步和定位服务必将成为一种可以为运营商带来广阔市场机会的价值服务。 1.2中国联通时间同步网络架构 中国联通同步网网络架构如图1所示： 图1中国联通基于GNSS+1588v2技术的时间同步网络架构 PRC节点 PRC节点 PRC节点 PRC节点 PRC节点 主用天 北京 上海 武汉 广州 西安 核心网自建 面信号 NTP服务器 频率同步 频率同步 省际频率 地面链路 地面链路 同步层 A省 Z省 NTP 核心网 服务器 LPR节点 LPR节点 LPR节点 LPR节点 省内频率 同步层 本地： 本地备 本地主 本地备 PRTCA PRTCA PRTCA PRTCA 本地时间 天面 同步层 信号 核心 核心 时间同步 时间同步 1588V2链路 1588V2链路 汇泉 汇报 PRTCB 小型 PRTCB 5GAAU 5GAAU SGAAU 5GAAU 中国联通数字同步网分为频率同步网和时间同步网。其中频率同步网是全国性网络，时间同步网是以地市为单 位的本地层面网络。 中国联通频率同步网属于全国性的频率同步网，分为省际、省内和本地三层。全国在北京、上海、广州、西安和 武汉设置有5个基准参考时钟PRC节点，每个节点配置一主一备两套艳原子钟。 2 2022/5/23 19:59:57 中国联通高精度时间同步及定位技术应用白皮书 除5个PRC节点外，省际层面在全国31个省（和直辖市）按每省一主一备分别设置两套区域基准时钟 LPR。 中国联通频率同步网建设之初，主要采用SDH/MSTP系统物理层码流的频率传递方式。随着IPRAN和智能 城域网的建设，目前本地网层面已逐步采用同步以太（SyncE）的频率传递方式。2021年启动了骨干网频率 传递改造工程，改造完成后，将实现全网同步以太（SyncE）的频率传递方式。 中国联通有两类时间同步网：NTP时间同步网和PTP时间同步网。通过分别运行NTP网络时间协议和PTP 精确时间协议构建中国联通的时间同步网。 这样时间精度可满足网管、计费、故障定位处理等方面的需要，但不能满足LTE以及5G基站对高精度时间同 步的指标要求。 中国联通NTP时间同步网网络目标架构如图2所示： 图2中国联通NTP时间同步网网络目标架构模型图 某区域的 -对时间服务器 1级时间服务器 1级时间服务器 A IP承载网 B网 TP承载网 -A网 级日 2纯时间服务器 级时间服方器 移动核心网 口 各类网管（含数据中必） 通信云 X X 交换机/IT云/DC服务器 计费系统 中国联通已经完成了31个省每省一 E一备2套一级NTP时间服务器的NTP时间同步网建设。 中国联通NTP时间同步网主要为需要mS量级时间同步需求的网管计费通信云、IT云以及移动核心网等服务。 3 中国联通高精度白皮书.indd3-4 第1章高精度时间同步技术 PTP时间同步报文经本地分组承载网络传递，与NTP方式不同的是，分组承载网络每个网元都参与PTP报 文处理和传递。PTP的时间准确度可达ns量级。PTP时间同步网主要是通过移动回传网为需要高精度时间 同步的4/5G基站服务（空口指标3us）。 精确时间协议（PTP）又称IEEE1588，目前的最新版本为1588v2。中国联通PTP高精度时间同步网网络架 构如图3所示。PTP时间同步网目前暂局限于本地网层面使用，通过本地移动回传网络为4/5G基站提供时 间同步。采用每个本地网内分别配置一主一备2套PTP高精度时间同步服务器（PRTC+GM）的部署方式。下 沉小型化时间同步