摘要
随着高精度定位需求不断增多，以及5G移动网络的高速发展，基于5G移动网络的基站定位，作为室内定位的重要定位手段，具有相当大的发展潜力。与4G应用相比，基于5G基站的高精度定位对基站时间同步提出了更高的要求。基站定位主要基于到达时间或者到达时间差，为了达到米级定位精度，基站间同步偏差要求在3ns以内。精密时间协议（PrecisionTimeProtocol，PTP）技术在电信网络中大规模的应用已经非常成熟，精度在100ns左右，且易于实现互联互通，在PTP已有基础上对其进行优化，实现纳秒级时间同步是一种比较好的思路。现有PTP技术采用硬件时间戳的方式，同步精度可以达到亚微秒级别，但达不到5G基站对高精度时间同步要求。PTP协议的局限性在于频率分布效果差，只可保证绝对时刻信息的时间同步，但由于网络中各时钟自身的频率漂移及老化率特性不同，长时间导致钟差累积变大。同步以太网(SynchronousEthemet，SyncE)技术能实现高精度时钟信息的传递和恢复，但是只能传递频率信息，不能传递时间信息。通过将PTP协议和同步以太网技术相结合，研制了基于PTP+SyncE的时间同步试验平台。 本文主要研究内容如下: 1.对精确时间同步协议、同步以太网以及WhiteRabbit(WR)时钟同步协议进行了分析研究，提出了基于PTP+SyncE的时间同步方法。通过分析对比已知方法，将PTP与SyncE相结合，利用PTP协议实现时钟主从端的延迟测量，利用同步以太网技术实现频率同步，从而提高同步精度。 2.设计了PTP+SyncE的试验平台。硬件设计采用了物理层芯片DP83640和ARMCortex-M3的微处理器芯片LPC1758，实现了时钟功能和主控功能，基于RMII主模式实现了两个芯片之间的互联互通，并采用电源滤波技术改善了时钟抖动问题;软件设计采用同步以太网技术，实现了频率传递，通过报文收发实现了PTP报文通信;最终实现了PTP+SyncE的时间同步试验平台。 3.搭建了基于PTP+SyncE和WR这两种同步方案的测试平台。通过模拟实际使用环境，设计多种测试方式，对时间同步偏差和抖动分别进行测试评估，采集数据进行处理，对比分析二者的同步性能以及引起性能差异的原因。分析了时钟频率同步效果，通过分析从时钟在同步前后输出10MHz频率稳定度，以及主从时钟频率之间的稳定度，发现利用同步以太传递频率，从时钟频率得到改善并与频率源同步。 综上所述，本论文以5G基站间高精度时间同步需求为目的，设计并实现了基于PTP+SyncE的时间同步试验平台，并构建了PTP+SyncE与WR同步性能测试平台。结果表明，基于PTP+SyncE的时间同步试验平台，同步偏差在3ns以内，抖动在200ps以内;基于WR协议的时间同步技术，同步偏差在亚纳秒级别，抖动在50ps以内。
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