2022高精度时间同步及定位技术应用白皮书

高精度时间同步及定位技术应用白皮书20225高精度时间同步及定位技术应用白皮书高精度时间同步及定位技术应用白皮书目录前言 1一、高度时步技术 3（一）精度同步需求 3（二）国联间同步网络架构 5二、北地基授时技术 9（一）究背价值 9（二）论与析 15三、中联通同步网SDN一控 16（一）步网管控的背景和求 16（二）国联精度同步网SDN管控目标构 17（三）步网SDN统一管平台架构设计 19（四）步网SDN统一管平台研发和用 20四、高精度1588时频同芯片研及应用 24（一）景 24（二）于联新机制的1588v2时频同芯片究 25（三）片应况 29五、基于5G+的高精定位络 29（一）国联通CORS高精度位网建设进程 29（二）CORS系架构 30（三）CORS平架构设计 32（四）CORS高度定位及5G网结合方案 35（五）CORS网高精度定位应用 36六、高度时步、定位技术用探讨 38（一）5G+TSN术及应用 38（二）子时步技术及应用 47（三）联网技术及应用 50七、智港口慧城市等垂直应用 55高精度时间同步及定位技术应用白皮书高精度时间同步及定位技术应用白皮书--一、高精度时间同步技术（一）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，TDM网络和2G3G/LTE-FDD5G，5G“eMBB增mMTCuRLLC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5G基本业务时，其空口间对于时间同步精度的指标要求为±1.5uo5G（CA）等协同技术，对时间同步精度的指标要求为±130nso随着5G5G5G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±10nso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IEEE158V25G5G5G（二）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:1GNSS+1588V25参考时钟PRC5PRC31LPR。SDH/MSPIRANSyncE2021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(SyncENTPPTPNTPPTPNTPPPNTP，NTPLTE5G中国联通NTP时间同步网网络目标架构如图2所示：2NTP312NTPNTPNTPmsITTPNTP每个网元都参与PTPPTPnsPTP45G(3us)。精确时间协议(PT)又称IEEE158，目前的最新版本为1588v2PTP345G套PTP(RC+GM)化时间同步服务器通过地面链路溯源至上层的本地主备用时间服务器，当其失去DSGSRC级3中国联通PTP与承载网元、LE5G基站)需要频率同步作为时间信号精确传递的基同步以太技术，时间层同步采用PTP/GPS5G130ns二、北斗地基光纤授时技术（一）研究背景及价值5GGNSS高精度时间同步及定位技术应用白皮书高精度时间同步及定位技术应用白皮书--5G（GPS等）1588V2（输（ps）10nsps202011305G20216|京雄北斗地基高精度授时传递系统建设方案及光纤链路参数5个站4图4京雄地基高精度授时系统链路拓扑图1:表1京雄地基高精度授时系统光纤链路参数统计表光纤衰耗序号 起始节点 终止节点 长度(km)光纤衰减系数 光纤类型(dB)(d/km)1复外良乡41120.29G.6522良乡局碑店73200.27G.6523局碑店徐水47.8140.29G.6524徐水容城25.980.31G.652|测试拓扑及环回测试方法SR6205图5京雄北斗地基高精度授时系统测试组网拓扑图|103(350ps29@1s和3.4ps100000s如图7和表2所示。经过8个小时时672。668768表2时间传递稳定度测试结果平均时间 1s 10s 100s 1000s 10000s 100000s稳定度 29s 408ps 19s 7.7ps 5.3ps 3.4ps|频率信号传递测试结果10MHz68结果如图8所示；经阿伦方差计算，其频率稳定度为1.0x0-13@100000s93示。310MHz平均时间1s10s100s1000s10000s100000s稳定度1.x1111.x1112.x1127.x1134.x1131.x11386810MHz试结果图

96810MHz测试结果（二）结论与分析1035.4为350ps29ps@1s和3.4ps10000s1.0x1-13@00000，运营商关于地基授时建设的分工和定位。运营商主要服务民用市场，5GB5G基于区域网络的波分复用光纤授时网络建设也是运营商地基网络建SDN统一管控（一）同步网统一管控的背景和需求5G1588V2SDN功能的网管系统管理，系统接口功能无统一标准，多个系统CAPEX购成本。随着5GuRLLCSDN运营商运维人员希望实现从时钟/时间源到移动回传网络逐跳设备的端到端同步传递路径及时钟/时间同步质量分析相SDN（二）中国联通高精度同步网SDN管控目标架构101588SDN架构SNMP/IPRANTNDM用Restcnf协议Yang模型。协同层系统拉通同步网节点设备与回传网络同步状态传递机1588v2AI降本增效，保障同步网的运维工作。（三）同步网SDN统一管控平台整体架构设计SDN11:11中国联通同步网SDN展示层：直接面向最终用户，主要用来拓扑呈现、实时展示设备告警、性能动态监视和设备管理与运维等。展示层与逻HTTP逻辑层：用来响应展示层的用户访问请求，为展示层提供管理设备、监视设备、查询设备及消息、任务和安全等服务提供业务逻辑支撑。逻辑层与数据层之间的交互均采用管控平台后端内部调用接口实现。数据层：主要实现数据库数据的基本操作，提供数据访问的（四）同步网SDN统一管控平台功能研发和应用中国联通具有自主知识产权的同步网SDNSDN功能的12~14SDN图12卫星配置和状态图13时钟源配置和状态图14TIESDN在协同层系统上可实现端到端的时钟和频率传递路径可视化和同步15~16所示。图15时钟/时间跟踪路径拓扑图16时钟/时间质量等级查询SDN1588V2DMOT、PRASDH传送网等业务网提供P1PS+T2Mit2Mz自身及45G5G四、高精度1588时频同步芯片研发及应用（一）背景5G5G占据了全球基础设施市场的40%中国联通正在积极主动参与及推动基于北斗技术相关自主可控GNSS卫星系统GPSGPS（二）基于联通创新机制的1588v2时频同步芯片研究20141588V2主创新理念。之后完成了专利申请及授权，自2015年相继写入CSATUT188v21588V2得高精度时间同步传递网络以及45G基站任何情况下始终自动选1588V2IEE188同步技术等，其产品形式主要有原子钟、高稳晶振、锁相环芯片、lEE1588/运等构成，基本架构如图17所示：图17时钟同步系统基本架构图SOC计。如下图18所示：18ISOCSOC|灵活的锁相环架构SOC时钟芯片可应用于各种通信设备，包括时钟服务器、交换2个TDMPLL、2个TPPLL2个NodTimePLLPLL之动态参数调整等等。|软件升级支持新的时钟协议和同步算法包括EEITU-（SOC5GSOC5G19SOCSOC（三）芯片应用情况SOC10ns五、基于5G+北斗的高精度定位网络（一）CORS高精度定位网络建设进程2018CORS540-100/3cm5cm99.%时≤500ms，满足车联网、测绘等高精度定位应用需求。20218CORS式启动全国CORS20CORS（二）CORS系统架构CORSCORSCORS系统的工作方式为在一定区域甚至全球范围内建立若干个GNSS21CORSCORS5GNSS组成，其作用是对GNSSGNSS数据处理中心：数据处理中心的主要功能是对基准站数据进行集中处理，生成差分数据供用户使用。数据播发系统：差分数据播发的主要方式是因特网和移动网络。用户终端：用户终端接收到数据处理中心播发的差分数据后22CORS（三）CORS平台架构设计CORSCORS系统参考站观测数据通过中国联通传送承载网回传至CORS同时，CORSAGNSSCORS|基准站数据管理模块功能具备多种数据解析接口，支持国际标准协议NEMA-0183、RTM3RINEX3GS、GMAS23中国联通CORS|高精度数据解算模块功能RTD、RTK拟差分数据解算。具备多个子网同时运行的能力。支持解算BDSGPS、GONAS、GALLEO系统多频数据能力，包括GPS(L1L2L5GLNASS(1L2D(B1IB2l/31C2a)和GALILEO(E1E5/E5)BD同一个子网可通过源列表控制不同坐标框架的差分信息播发，支持CGS2000，G84，ITRF|高精度服务播发模块功能|综合服务运维管理模块功能告。（四）CORS5G网络结合方案|方案总述中国联通正在建设的CORS5G|方案总体架构CORS5G24所示：24CORS5G总体方案如下：|高精度定位数据生成CORSCORS算平台，CORS解算平台得出RTK差分数据，用于计算高精度定位结果。|4GE-SMLCMMELPPa方式向终端广播差分数据，支持差分解算的终端获得差分数据E-SMLCLPP4GE-SMLC、基站及手机终端均需支持版本。|5GLMFAMFNRPPaE-SMLCLPP5GLMFR16本。（五）CORS网络高精度定位应用|自动驾驶部分自动驾驶在2020年左右开始商业化，完全自动驾驶在2025203554005-10CORS5cm。|无人机RTK、PPKCORS网络|智慧城市CORS|地质灾害在线监测以CORS|港口、码头、机场应用CORS|智能工地、智能施工|铁路及电力安全防护应用全监控。六、高精度时间同步、定位技术及应用探讨（一）5G+TSN技术及应用|5G+TSNTSNverGuRLCTSN5G（5G5GuRLLCTSN分段实现业务传输的确定性来提升端到端业务传送质量。UE，5GTSN5G5GTSN25TSNover5GuRLLC5GoverTSN5GNR5GTSNTSNTSN5GTSN5G从业务系统TSN5GuRLLC5G图265GOverTSN5GTSN3GPPR1623.015G5GTSNTSNQoS275G网络作为TSN其中涉及的主要关键技术有如下几个方面：TSNuRLLCTSND-TT:UETN网关DS-TT:Devie-sdeTSNtransato)QoSUETSN特性。N-TT：核心网侧TN网关(N-T:Netwok-sideTNtranslto)QoSTSNUPFUEUE|TSN需要整个5GRANTSN技术在现有的以太网QoS点配合使用相关特性，从而确保流量的高质量确定性传输。将TSN5G5GAGV5G5GRFD传送。5GTSN基于SDNTSN5G5G|TSN5GgNB5GT-GMUEUPF5GgNBUuRRCUPF可采用EEE1588规范实现与gNBTSN时钟域中，TSNTSNGM，并基于IEEA5GTSN5GTSN)，5GT-GMTSNGM时钟源。5G+TSN与TSN(DSTTNTT)28TSN|5G+TSN5G+TSN4示：45G+TSN运动控制控制器间通信移动机器人海量传感器连接远程连接增强现实闭环过程控制过程监控远程控制 √√√√√√异构系统协同√√采集及运维√√√的移动和/5:表5典型的流量特征类型 传感器/执行器数量消息包长发送周期光纤衰耗(dB)印刷机 >10020字节<2ms12机床 20左右50字节<05ms20包装机 50左右40字节<1ms145G+TSN（TSNUE通信组容量下指定报文包长及循环周期的情况下控制信令的确定性传送，对此，3GPP给出了部分技术要求：5G50UE1m;5G20UE时间为05ms50字节；5G100UE2ms505G50UE100UEus5G5G9.999%9.99999%;5G用程序中或从中移除，而不会对其他节点产生任何可观察的影响；5G20ms的UE|同步网络解决方案建议目前TSN5G网络分别跟踪两个不同的时间同步源295G1588，5G网络TSN5GTGM)5G网络与TSNN-TUPF上的N-T82.1ASrofile传递至TSN控UE端可以由DSTT80.1ASroileTSN末端用户。295GTSNTSN5GTSNTSNTSNTSN（二）量子时间同步技术及应用在高度信息化时代，量子通信技术由于可以从根本上抵御量子计及发送方与接收方之间的基选比对步骤中要求通信过程中传输及处缠粒子对以及双光子干涉的量子通信协议中，提高时间精度有助于（PTPPTPPTP（三）车联网同步技术及应用5G5GV2V略和V2I况。V2VV2I车辆的授时问题。下面就分三个方面来具体说明时间同步在5G车联网领域的技术和应用情况。|单车多域间同步GNSS（或内置游一级节点核心网关转发器通过车载以太网主干网串联起其它域控致。RSU在短时间无法接收GNSS变为边界时钟继续向下游输出，以保证无时钟源时的相对时间统一。单车域间时间同步网络架构如图30，对于车载以太网设备时间中。作为一种过渡方案，PPS+gPTPCANLINTSN将契合全域架构/gPTPPTPMACPTPMACUDPgPTP选择支持ToStpClock图30单车域间时间同步架构|2V和I场景下的同步策略V2V通信基于3G、4GNTP未来将要面对的问题是解决针对5G空口授时关键技术问题，针对5GPTP|车联网同步技术标准进展TSN作为一种可以基于车载以太网提供确定性和实时性数据传基TSN中用于实现精确时间同步的协议是IEEE也就是业界常说的gPTP。TSN技术的前身是AVB2006IEEE80.1工作组成立AVBAVB2012AVBTSN任务组通过制定一系列的传输和转发机制来保证数据在车载以太网传输过程中的低延TSNIEEE802.1准EEE8021BA和IEEE80.DG，后者将PTPTSN31NTP七、智慧港口，智慧城市等垂直行业应用好评。|散货港口自动化装卸场景描述PLC作体系（同调高频，对岸船设备间协同工作方式进行优化，提高装船机大臂移动精度、货轮位姿感知精度。实现港机堆取料机/装船机基础条件PLC5G|案例分析：国家能源集团黄骅港项目项目背景20253应用。建设内容吨级货轮、装船机/取料机等岸桥装备在复杂海况条件下的实时、精（0.1度5G专PLC实现价值目前设备和配套软件平台已在港区连续稳定运行22个月完成12500提升了15%75%的装船效率和60%7500“20222020缩略语缩略语 英文名称 中文名称1PPS 1Pulseerecnd 秒脉冲3GPP 3rdenertion 第三代作伙4thGenationbile4GCmmuication

第四代移动通信技术5thGenationbile5GCmmuication

第五代移动通信技术AF AplictionFunctin 应用功能AGV AutmtedGuidVhicle AI Artficialntlliece 人工智能AMF

AuthntictionManaemet

认证管理功能B5G Beyodtheneation BDS

BeiDuSatelliteystm

中国北斗卫星导航系统CA Carrierggreatin 载波聚合高精度时间同步及定位技术应用白皮书高精度时间同步及定位技术应用白皮书-CANCntrollrAeaetok控制器局域网络CAPEXCaitalExendtue资本性支出CCSA

ChiamiStandrdsAssocation

中国通信标准化协会CGCS2000

ChiaGeodticSystm2000

2000国家大地坐标系CMP CordintedultplePoints CntinouslypratingCORSRfeencetatins

连续运行参考站D-TT Dvice-sdeTSNtanslator 设备侧TSN网关eMBB EhanceMbierodand EvlvedServigoileE-SMLCLoctionCnter

演进服务移动定位中心FDD FrequenyDivisinDulex 频分双工GALILEO

Galileostelltenvgationsystm

伽利略卫星导航系统GLONASS

GloalavitionSatellteSystm

全球导航卫星系统（格洛纳斯）GMGrandMaster祖时钟gNBgNodeB5G基站GNSSGloalavitionStellte全球导航卫星系统SystmGPSGloalostioingSystm全球定位系统gPTPgeneralPrecieTimePrtcl精确时间协议HTTPHyerTextTranerProtocol超文本传输协议IEEEInstitutefEletrcland电气与电子工程师协会ElecronicsEnieersIGMASInternationlGNSMnitoing&Assssmetystem全球连续监测评估系统IGSInternationlGNServiceGNSS服务IPInternetrotocl因特网协议IPRANIPRadioAccssetwokIPITInormatinTchnlgy信息技术高精度时间同步及定位技术应用白皮书高精度时间同步及定位技术应用白皮书-ITRF

InternationlRfeencerame

国际地球参考框架ITU-T

InternationlTelecmmuictinUninTelecmmuictin

国际电信联盟-电信标准化部门LPPLTLPPLTEostioingPotocolLTE定位协议LPPaLTEostioingPotocolALTE定位协议ALPRLoclriaryReerence区域基准时钟LTELogTermEvluton长期演进MACMediaAcessontrol媒质访问控制MHzMegaHetz兆赫MMEMoilityanagmentEtiy移动管理实体LNLoclntercnnetNework本地互联网络LMFLoctionFunction本地管理功能mMTC

MassiveCmmuication

大规模机器类型通信MSTPNMEA

Multi-SrvicePlatfomNationalMrineAssociaion

多业务传送平台美国国家海洋电子协会NR NewRdio 新空口NRPa NRositionigotoclA NR定位协议ANTP NetwokTmeotcl N-TT NetwoksideTNtransltr 核心网侧TSN网关OTN OpticalTansotetoks PlesiochroousDgitalPDHHierarcyProramablelicPLCCntrollr

准同步数字体系可编程逻辑控制器PLL PhaseLockedLoop 锁相环高精度时间同步及定位技术应用白皮书高精度时间同步及定位技术应用白皮书-PPK Post-Procssinginmat