因應高速傳輸與低延遲應用　5G時間同步成大挑戰

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時間同步一直是無線通訊提供的重要功能，在5G時代採用分時雙工(TDD)技術並訴求低延遲技術。現在5G選擇時間同步技術有三種，分別是GPS、IEEE 1588和同步乙太網路…

www.eettaiwan.com, Aug. 23, 2022 – 

時間同步一直是無線通訊提供的重要功能，在5G時代採用分時雙工(Time Division Duplex，TDD)技術並訴求低延遲。隨著5G應用的蓬勃發展，諸如製造商能夠利用自動化、人工智慧(AI)、擴增實境(AR)、虛擬實境(VR)、合併實境(Merged Reality，MR)，以及物聯網(IoT)來達到「智慧工廠」。5G技術支援AR/VR應用，因此在零售業有機會在實體店面推出更多AR/VR服務體驗。

此外，未來AR/VR的應用上，亦能夠支援使用者與虛擬人物的互動。因為這些應用服務都需要低延遲，這使得時間同步化重要性被大大的突顯出來。過去4G時期，每一座基地台僅安裝一個全球衛星定位系統(GPS)作為時脈源(Clock Source)，除非當前使用的GPS模組異常，否則4G是每一座基地台都擁有自己獨立的時脈源機制。

5G應用的同步技術選擇

現在5G選擇的時間同步技術有三種，分別是GPS、IEEE 1588和同步乙太網路(Synchronous Ethernet)。由於過去4G延續佈建的5G基地台多數仍是採用傳統GPS來進行時間同步，然而針對新供裝的5G基地台，可能會因為空間，以及佈建成本高昂，且5G傳播範圍有限制，因此目前的作法是會搭配5G小型基地台(small cell)建置。可能在高樓大廈內、辦公室或是工廠等比較難接收GPS訊號或容易受干擾位置，因為這些因素部分可能會改為採用由Fronthaul所提供的IEEE 1588 v2與同步乙太網路兩種模式來進行時間與頻率同步。

簡單來說，採用實體(PHY)轉送同步乙太網路訊號，並於ITU-T G.8261、G.8262及G.8264定義，以及以TCP/IP通訊協定為基礎的同步，於IEEE 1588 v2精確時間協定ITU-T在G.8265.1 IEEE 1588 v2電信規範中定義。

隨著智慧型手機的發展高頻寬的數據傳輸，到自駕車AI的運算，以及搭配終端設備的運用AR、VR、MR等技術，用在智慧工廠、智慧製造等多元應用的發展，3GPP定義5G NR行動網路採用TDD系統，其時間同步要求在±1.5μs。如果行動通訊裝置彼此的時間同步異常不正確，將影響手機在基地台之間切換和漫遊與數據傳輸等進行。

國際組織針對5G定義時間同步準則

3GPP TS 38.104、38.133與IEEE 802.1CM針對4G/5G傳輸網路時間同步有很嚴格的定義，來避免終端使用者無論是通話、資料與影像傳輸等異常。圖1可以看到由頭端(Head End) Grand Master Clock經由局端Switch轉送至RU，甚至於終端裝置TE (Time Error)必須≦ 1.5μs，RU跟RU彼此之間的時間同步TAE (Time Alignment Error)必須≦ 3μs。另外針對MIMO、連續頻段載波聚合(Carrier Aggregation)與非連續頻段載波聚合也定義TAE需≦ 65/130/260ns。

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