5G NR — 基于 GPS 的时间同步

Posted 2021-07-06 范桂飓

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基于 GPS 的同步

在 3G、4G 蜂窝网络中，卫星接收机嵌入在 NodeB、BBU 中。这些控制器利用一天中的时间信息，通过无线电波传送到 UE。并获取每秒接收到的精确定时脉冲（1PPS），以此保持所有基站频率同步。

3G、4G 网络只需要 1 颗卫星就可以进行频率同步。而 5G 蜂窝网络使用与 3G 和 4G 网络相同的 GPS 卫星，最多可使用全球范围内 32 颗卫星，具体取决于在服务的卫星数量，但使用方式略有不同。

在 5G 网络中，每天的时间消息仍将通过空中接收并发送到 UE 和 DU（分布式单元）。

DU 还使用从卫星接收到的每秒 1 个脉冲（PPS）来保持频率同步。然而，对于重叠小区的相位同步，我们需要网络设备访问相同的时间源，以及来自该源的时间消息。对于这种类型，需要多个卫星的视角来提供同步。同样的挑战也存在于使用 LTE-TDD 技术的 4G 网络中，该技术也需要相位同步。

为了充分了解卫星接收器一天中的确切时间，我们需要能够补偿卫星发送时间消息和该消息到达卫星接收器之间的延迟。然而，这将变得非常有挑战性，因为卫星在我们上方不是静止的。

处理如下：所有卫星都定期发送星历表。卫星的星历是对其轨道的数学描述。所有卫星接收器都计算出它们所在位置的准确位置。这种计算称为测量，并使用类似的数学技术三边测量。一旦计算出准确的位置，换句话说，一旦测量完成，然后就可以计算卫星和卫星接收器之间的延迟来 “校正” 当天的接收到的时间。

为了准确地执行此计算并建立准确的位置，至少需要 4 颗卫星，如上图所示。为什么需要 4 颗卫星，因为有 4 个变量要考虑 —— 经度、纬度、海拔和时间。测量运行的时间越长，计算的位置就越精确。卫星接收机的位置越精确，小区间的时间误差越小，重叠小区的相互干扰可能性越小。