【導讀】無論身在何處
，我們對於無時無刻地觀看視頻內容已經習以為常。但對負責、構建和維護底層網絡的幕後工作者而言，事情並沒有那麼簡單，消費者日益提升的期望給他們帶來了重重難題。

無論身在何處，我們對於無時無刻地觀看視頻內容已經習以為常。但對負責、構建和維護底層網絡的幕後工作者而言，事情並沒有那麼簡單，消費者日益提升的期望給他們帶來了重重難題。

當今和未來的蜂窩與通信網絡需要為海量用戶提供出色的數據傳輸速率
，因此其運作方式與以往的網絡截然不同。

對於現代高速數據網絡，讓網絡內所有基站、服fu務wu器qi和he節jie點dian之zhi間jian的de時shi間jian保bao持chi同tong步bu極ji為wei重zhong要yao。授shou時shi讀du數shu的de誤wu差cha越yue小xiao
，能neng為wei網wang絡luo配pei置zhi的de數shu據ju處chu理li量liang就jiu越yue大da，這zhe樣yang運yun營ying商shang就jiu能neng更geng有you效xiao地di利li用yong頻pin率lv和he其qi他ta資zi源yuan，提ti高gao這zhe些xie付fu費fei資zi源yuan的de成cheng本ben效xiao益yi。

許多設備都使用全球導航衛星係統(GNSS)來確保網絡各部分保持同步。GNSS有著準確度高
、成本效益高、易於安裝
、全球可用的特點，因此通常是首選方案，優先於基於網絡的授時技術。

過去的GNSS網絡授時同步使用的是單頻段接收機，需要衛星發出的L1頻段信號通播。

L1頻段GNSS麵臨的挑戰

3GPP對於基站天線接口的基本授時要求是1.5µs
，但5G服務顯然需要更高的時間精度。這通常不容易實現
，尤其現實生活中複雜的網絡環境更加大了實現難度。

除了網絡相關問題之外，還有多種因素會影響到設備接收L1頻段GNSS信號。而這又會進一步影響網絡訪問的授時數據的可靠性和準確性。

我們來簡單了解一下其中的三個主要問題。

GNSS信號幹擾

對任何使用GNSS的設備而言
，幹擾都是一項持續不斷的威脅

，可能導致單頻接收機完全無法使用GNSS信號。從授時的角度來看，設備通常配有某種類型的原子鍾，用來在GNSS中斷期間實現保持。但這隻能在有限的時間內提供必要的授時精度水平，通常僅有幾個小時。

電離層延遲

對於在開放天空環境中工作的GNSS接收機
，主要誤差來源是電離層延遲，這造成授時精度持續發生偏差。影響電離層延遲水平的因素包括接收設備所在緯度
、一天當中的時間和一年當中的時間
，還有太陽活動水平。太陽活動周期通常為11年，低水平的太陽活動已經保持了一段時間
，2025年前後，我們將迎來一次太陽活動高峰。

通常用來解決電離層延遲的方法是使用GPS Klobuchar等數學模型，或使用例如星基增強係統(SBAS)增強服務
，但這兩種方法都並非適用於所有情況。數學模型采用純粹的先驗方法
，因此存在固有的限製。與此同時，SBAS僅在全球部分地區可用，為了保證接收到對地靜止型SBAS衛星發射的信號，需要在朝向赤道的方向具有開闊的天空視野。

多徑效應

對於在城市和其他障礙物重重的環境中工作的設備，還有另外一個影響GNSS信號接收的問題：多徑效應。多徑效應特別容易影響窄帶GNSS L1信號，會引起設備訪問的授時數據出現誤差。

在障礙物較多的環境中，5G網絡需要更多基站，還需要更高水準的授時精度來支持更高的吞吐量，這造成多徑效應日漸成為困擾5G網絡設計者和構建者的一大難題。此外，即便能解決多徑效應問題
，此類設備所處環境的天空視野通常較為受限，幾乎不可能使用SBAS來補償電離層延遲。

借助雙頻段GNSS提高授時精度

在設計蜂窩通信網絡和其他通信網絡中使用的設備（無論其具體應用位置如何）時，設計人員確實麵臨著這些挑戰，但也有令人欣慰的好消息。

當L1頻段GNSS信號設計於數十年之前，主要用於軍事應用的同時，現今也有現代化的GNSS信號在同步通播。這些現代化信號使用1176.45 MHz的L5頻段
，其設計之初就以現代民事應用為中心。

對於授時應用
，L5頻段信號的價值在於配合L1頻段信號組成雙頻段設置。為了說明這種差異，我們以u-blox雙頻GNSS接收機為例，該接收機的授時精度為5ns內，而單頻接收機為20ns。

GPS、Galileo和北鬥GNSS星座如今均為其部分或全部衛星通播L5信號。

因此，您隻需選擇一款能夠使用全部這三個星座的GNSS接收機，即可在世界任何地點接收到L5頻段信號。在設計中，您唯一需要調整的地方就是將單頻段GNSS接收機和天線改換為雙頻段型號。

此外，印度的區域導航係統NavIC支持L5頻段。因此，一款全球雙頻段L1+L5設計也能滿足區域性要求。

應對重大授時挑戰

雙頻段L1+L5 GNSS接收機和天線可幫助設計工程師應對前述授時挑戰。

麵對幹擾攻擊時表現出更高的適應能力

與L1頻段一樣，L5頻段也屬於航空無線電導航服務(ARNS)頻pin段duan，因yin此ci會hui受shou到dao良liang好hao的de幹gan擾rao防fang護hu和he監jian管guan。此ci外wai，雙shuang頻pin段duan工gong作zuo方fang式shi可ke避bi免mian單dan頻pin段duan幹gan擾rao器qi的de侵qin擾rao，即ji便bian出chu現xian這zhe種zhong情qing況kuang，設she備bei仍reng能neng通tong過guo另ling一yi個ge不bu受shou幹gan擾rao的de頻pin段duan獲huo取qu授shou時shi信xin息xi。

如圖1所示，在幹擾期間
，授時誤差會有所增加，但在大多數使用場景中，誤差都不會超過可接受的容差範圍。

圖中還強調了在幹擾結束時雙頻段工作模式能非常迅速地恢複正常工作，大幅降低授時方差。

在不使用模型或校正數據的情況下應對電離層延遲

電離層延遲會對L1頻段和L5頻pin段duan的de頻pin率lv產chan生sheng不bu同tong的de影ying響xiang。重zhong點dian在zai於yu
，我wo們men已yi經jing知zhi曉xiao這zhe其qi中zhong的de關guan係xi，所suo以yi如ru果guo您nin通tong過guo兩liang個ge頻pin段duan接jie收shou信xin號hao，可ke以yi計ji算suan出chu實shi際ji的de電dian離li層ceng延yan遲chi
，不bu必bi依yi靠kao模mo型xing進jin行xing預yu測ce，也ye不bu必bi使shi用yong校xiao正zheng服fu務wu。

因此，授時誤差可保持在更小的範圍內，如圖1所示。

圖1
，來源：u-blox

在城市和障礙物較多的環境中提供更出色的性能

與窄帶L1信號相比，寬帶L5信號更不易受到多徑效應的影響
，以直接減少授時數據誤差。

此外，更現代化的L5信號設計包含前向糾錯，為信號較弱的環境（比如城市和障礙物較多的環境）提供了額外的保障，有助於防範可能出現的比特誤差。

如圖2所示，在受多徑效應影響的區域中
，L1和L5頻段信號的剩餘誤差都要小得多。

圖2
，來源：u-blox

提高網絡投資回報率的時機已經來臨

對高吞吐量數據網絡的需求不斷增長，這促使業界更加關注通過可靠的方法在所有網絡節點之間保持時間數據嚴格同步的需求。

傳統L1 GNSS信號素有準確、經(jing)濟(ji)的(de)優(you)勢(shi)，不(bu)足(zu)之(zhi)處(chu)在(zai)於(yu)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)和(he)多(duo)徑(jing)效(xiao)應(ying)的(de)影(ying)響(xiang)，也(ye)會(hui)受(shou)到(dao)電(dian)離(li)層(ceng)延(yan)遲(chi)的(de)影(ying)響(xiang)。所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)都(dou)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)網(wang)絡(luo)中(zhong)的(de)授(shou)時(shi)精(jing)度(du)。

將現代L5 GNSS信號與L1xinhaopeiheshiyongkeyijiejuezhexiewenti，weinindewangluotigongyizhixinggenggaodeshoushishuju。yinci，ninkeyiweiwangluopeizhigenggaodeshujuchuliliang，jinergaishankehutiyan，tigaowangluotouzihuibaolv。

u-blox提供一係列高精度雙頻段GNSS授時模塊，包括LEA-F9T、ZED-F9T和NEO-F10T，而且均滿足5G時間同步要求。

文章來源： ublox

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