基于R16标准的5G电力高精度授时解决方案&&PTP授时方案

参考链接：http://www.cww.net.cn/article?id=481603

一、方案介绍

工业控制应用要求控制器、动作装置须基于相同时钟域以确保一致的保证处理逻辑,因此设备端的时钟同步是至关重要的需求。工业领域通常采用有线的NTP、PTP、GPS等方式来实现时钟同步。主要指标如下：

5G系统可利用空口授时方式，通过5G无线网络，将时钟传递给电力CPE，再给到业务终端，电力场景CPE要求支持B码时钟接口，同步流程如下：

GPS --> gNodeB --> CPE --> 业务终端(PMU)

GPS --> PTP Grandmaster --> 同步网 --> gNodeB --> CPE --> 业务终端(PMU)

5G网络空口授时，有如下优势：

无需布线即可满足小于1us的时钟误差要求的高精度时钟同步。

端的授时模块和通信模块合一，成本较低；

基站部署位置灵活，可确保无缝覆盖。

方案架构图

二、技术原理

空口高精度授时功能，是TSN时钟同步关键技术之一，5G标准定义了相关技术要求：

UE同步过程如下：

1、通过下行PSS/SSS信号获取粗同步

2、 通过上行PREACH信号，获取终端和基站的同步误差TA

3、基站将TA值告知UE，UE和基站之间实现相位同步和频率同步

4、 基站通过广播SIB消息/或单播RRC消息通知UE绝对时间，UE和基站之间实现时间同步。

三、应用情况

1. 中兴通讯基于3GPP R16版本开发的2.6G上精准授时功能已在广州移动现网版本支持, 2020年08月10日联合北京四方、广州供电局完成真实主站PMU业务打通及授时功能，南网电科院签字验收通过。

4.9G上精准授时对应版本已于2020年6月15日发布。

北京四方PMU设备

2. 2020年7月，中兴通讯联合福建移动、福建电力在福州马尾实验室完成5G差动保护设备的功能和性能测试，验证了5G公网授时对于差动保护时钟同步功能。

福建电力5G差动保护测试现场

四、应用效果

上述测试结果表明，5G通讯可以满足PMU装置基本功能，通过对现场5G电力CPE的B码脉冲及标准GPS秒脉冲进行对比，测试结果时间误差在240ns以内，满足PMU、差动保护等电力装置1us的指标要求。

B码测试仪测试结果

五、用户评价

5G无线网络、5G电力CPE组成的端到端5G公网授时系统，是基于3GPP R16标准冻结版本提供的精准授时功能，并已在实际外场环境（广州供电局、福建电科院）中的验证，已在2.6G环境中得到验证，为5G授时功能成功商用打下了坚实基础。

相关测试结果，已经得到电网客户的签字确认。