5G家庭一体化小基站时钟同步研究

摘要： 为促进5G家庭一体化小基站部署应用，解决家庭场景下小基站的时钟同步问题，对4G家庭一体化小基站时钟同步方案进行了研究，提出了5G基于PON的时钟同步方案，并进行了现有方案对比，展示了基于PON同步方案的实验室测试结果，给出家庭小基站时钟同步部署方案建议。

0 引言

由于5G信号频率较高，衰减较大，穿透能力较差，导致室外宏站无法完全解决室内覆盖问题，而采用小基站方式可以更好地解决室内覆盖问题。目前小基站的部署已经到了关键时期，小基站的部署进度是决定5G能否全面规模商用的关键因素之一。当前已经涉足小基站的有主流电信设备商以及中小型设备厂商，如华为、中兴、爱立信、诺基亚、大唐移动、京信通信、三维通信等。

在小基站解决方案中存在分布式小基站、扩展型小基站、一体化小基站等细分方案，而对于家庭场景或者小型商业空间场景的室内覆盖，因为部署环境、接入数量、回传网络等方面的原因，较难采用分布式小基站或扩展型小基站，因此可随宽带部署的一体化小基站成为家庭5G覆盖的一种可行的解决方案。

未来随着5G业务的发展，在家庭场景可能会出现更多的5G需求，而家庭一体化5G小基站可以有效地解决家庭室内覆盖不足的问题，但是也引入了一系列新技术和运营管理挑战，时钟同步就是其中之一。同步就是要求本地时钟与标准时钟偏差不超过一定范围，如果不能保证精准的时钟同步，将导致严重的互干扰，甚至影响全系统正常工作^[1]。时钟同步分为频率同步和时间同步。频率同步要求网络中各基站以同一时钟频率运行，如GSM和WCDMA网络；时间同步要求相位同步，如TD-LTE网络^[2]。目前eMBB的5G网络是TDD系统，采用时分复用技术，是严格的时钟同步系统：基站和标准时钟之间的偏差不超过正负1.5 μs，基站之间时间偏差不能超过3 μs，频率偏差(上下行)不能超过0.1 ppm(小基站系统)，详细参见3GPP标准^[3]。宏基站可以通过加装一套GPS系统解决时钟同步问题，但是家庭环境下，安装GPS设备不方便，并且家庭小基站潜在数量巨大，配套设备和工程建设成本高，导致该方案较难实施。

4G时代中国电信LTE网络为FDD系统，只需进行频率同步，所以采用了1588ACR的方式。该机制不需要对承载网设备进行改造，易于现网实现。5G系统在时间、频率上均要求同步，因此需要根据家庭小基站的应用场景、部署位置、PON承载能力等分析时钟同步解决方案。根据现有技术条件，实现家庭一体化小基站同步有内置GPS方案、空口同步方案、PON时钟方案、1588v2方案等。本文通过对上述方案的研究与对比，探索5G家庭一体化小基站切实可行的时钟同步方案。