移動通信基站的北斗授時同步應(yīng)用正當時

據(jù)悉，近期中央和國家各部委，企業(yè)/協(xié)會專家代表，以及民航、電力、公安、通信等重要用戶共同參與編寫的《中華人民共和國衛(wèi)星導(dǎo)航條例》草稿已經(jīng)初步完成，該條例將通過法治手段強化衛(wèi)星系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)的頂層設(shè)計和統(tǒng)籌發(fā)展?？梢灶A(yù)測，隨著條例頒布與實施，北斗系統(tǒng)與各行各業(yè)，與我們?nèi)粘Ｉ畹娜诤弦矊⒏涌v深，北斗的大規(guī)模應(yīng)用、走向國際化的路線也會更加明晰。

第一代，部署時間：2000年10月~12月。2+2(備用)顆衛(wèi)星，屬于有源區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。其服務(wù)范圍為國內(nèi);定位精度為20米;授時精度為100納秒。
       

第二代，部署時間：2007年至2012年。由14顆北斗二號(5顆靜止軌道導(dǎo)航衛(wèi)星+5顆傾斜地球同步軌道導(dǎo)航衛(wèi)星+4顆中圓地球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星)組成，屬于無源與有源相結(jié)合的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。其服務(wù)范圍為亞太地區(qū);定位精度為10米;測速精度為0.2米/秒;授時精度為50納秒。
       

第三代，部署時間：2017年至2020年。將先后發(fā)射35顆北斗三號導(dǎo)航衛(wèi)星(5顆靜止軌道衛(wèi)星+3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星+27顆中圓軌道衛(wèi)星)，屬于無源與有源相結(jié)合的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。其服務(wù)范圍為全球;定位精度為2.5至5米;測速精度為0.2米/秒;授時精度為20納秒。屆時，“北斗”的定位和授時精度將與美國GPS完全媲美甚至更優(yōu)。
       

另外，我國的北斗三代系統(tǒng)還有一些美國GPS、俄羅斯GLONASS和歐洲Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)不具備的性能和特點，如通信和短報文能力、星間鏈路能力、高精度氫原子鐘(時鐘穩(wěn)定度提高了10倍)、雙向授時、衛(wèi)星自主導(dǎo)航、三種軌道衛(wèi)星組合等。其中的三種軌道衛(wèi)星組合的方案，相比其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，抗遮擋能力更強，尤其在低緯度地區(qū)性能特點更為明顯，極大提升了覆蓋的無縫性和安全的可信性。星間鏈路是“北斗”實現(xiàn)自主導(dǎo)航的關(guān)鍵，所謂自主導(dǎo)航，是指極端情況下，地面站全部失效，35顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星可以通過星間鏈路相互校準，保障整個星座可靠運營，不中斷精準定位和授時服務(wù)，這等于為北斗系統(tǒng)的全天候、全天時、高可靠、高精度多上了一道保險。另外，北斗特有的雙向授時功能，能大幅提升授時精度，在一些特殊場合更是能發(fā)揮關(guān)鍵的作用。
       

隨著近年來4G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)和普及應(yīng)用，我國移動通信事業(yè)迎來了飛速發(fā)展。據(jù)工信部最新的官方數(shù)據(jù)，我國移動通信基站總數(shù)已經(jīng)超過600萬。這些基站中，除了因技術(shù)體制的原因，部分系統(tǒng)不需要精準授時外，其它絕大多數(shù)的基站目前都依靠GPS進行授時。例如，具有我國自主創(chuàng)新典范意義的TD-LTE 4G的移動通信系統(tǒng)，系統(tǒng)時間同步要求在±1.5s，但由于歷史及其它原因，幾乎百分百都采用美國GPS系統(tǒng)來進行授時和同步。
       

可想而知，一個完全依賴美國GPS的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)，其安全和可靠性是存在較大的風險和不確定性的。我們也注意到，類似GPS擾動、受干擾從而影響通信系統(tǒng)正常工作的現(xiàn)象也時而有發(fā)生，類似報道也屢見不鮮。近期中美貿(mào)易戰(zhàn)的發(fā)生和和拉鋸式進展更是牽動了國人的自主安全的神經(jīng)，也觸發(fā)了很多思考。
       

北斗系統(tǒng)已經(jīng)完全實用化，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前北斗相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)達到了3000億，北斗終端產(chǎn)品推廣應(yīng)用累計已超4000萬套，2018年還將完成年度共18個導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)射和投入運營，優(yōu)先保障國內(nèi)和一帶一路相關(guān)區(qū)域的高精度導(dǎo)航和授時的需求。因此，用北斗來替代GPS提供基站授時和同步服務(wù)，不僅從技術(shù)原理、應(yīng)用效果、經(jīng)濟效益等方面完全可行;而且從國家信息基礎(chǔ)設(shè)施獨立自主、安全可靠的戰(zhàn)略要求來看，也是勢在必行。
       

作為新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)，無論歐美、日韓還是中國，從國家政府到運營商層面都非常重視5G的發(fā)展，都在如火如荼的進行著相關(guān)試驗和產(chǎn)業(yè)推進。5G不僅僅是把移動互聯(lián)網(wǎng)做的帶寬更大、速度更快，其另外兩大特性“低時延高可靠”、“海量鏈接”帶來的影響將更加深遠。5G能夠?qū)崿F(xiàn)真正的萬物互聯(lián)，也是實現(xiàn)國家經(jīng)濟數(shù)字化轉(zhuǎn)型、工業(yè)制造2025目標的一個最重要的戰(zhàn)略基礎(chǔ)。
       

5G網(wǎng)絡(luò)的時間同步常規(guī)要求仍為±1.5s，這和4G沒有太大變化。但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和特殊應(yīng)用場景應(yīng)用需要，也提出了更高一個數(shù)量級的±130ns的要求。不過顯而易見，即便是±130ns的要求，無論北斗二代還是北斗三代都可以輕松應(yīng)對。5G大規(guī)模商用的時間預(yù)計在2020年后，屆時功能強大安全可靠的北斗三代也已經(jīng)全面建成，北斗在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用水到渠成順理成章。
       

5G作為國家和社會至關(guān)重要的高速、高效的基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)，其自主性和安全性不言而喻。單從網(wǎng)絡(luò)同步、基站授時這個方面來看，采用北斗系統(tǒng)或者北斗/GPS雙模替代單一GPS系統(tǒng)，需要盡早提上日程并付諸實施，在今后的5G擴大規(guī)模試驗、發(fā)改委5G示范城市項目，乃至2020年全面商用中，需要堅定地落實和推進應(yīng)用！