中国的北斗导航授时系统推进5G网络的时间同步

众所周知，卫星导航授时系统作为一个国家重要的空间信息基础设施，可以提供精确定位和精准授时功能。无论是对于国防，还是社会生产、日常生活，都具有极其重要的战略意义。也是一个国家自主和安全的保障基础。

中国政府高度重视北斗系统发展，2016年以来，在中央网信办、国家发改委、科技部、工业和信息化部等部门的联合推动下，北斗精准定位及授时功能在农业、工业、警用、勘测等各行业各领域逐步展开，并不断成熟和深化。

据悉，近期中央和国家各部委，企业/协会专家代表，以及民航、电力、公安、通信等重要用户共同参与编写的《中华人民共和国卫星导航条例》草稿已经初步完成，该条例将通过法治手段强化卫星系统相关业务的顶层设计和统筹发展。可以预测，随着条例颁布与实施，北斗系统与各行各业，与我们日常生活的融合也将更加纵深，北斗的大规模应用、走向国际化的路线也会更加明晰。

中国的北斗导航授时系统总体上可以分成三代：

第一代，部署时间：2000年10月~12月。2+2(备用)颗卫星，属于有源区域卫星导航系统。其服务范围为国内;定位精度为20米;授时精度为100纳秒。

第二代，部署时间：2007年至2012年。由14颗北斗二号(5颗静止轨道导航卫星+5颗倾斜地球同步轨道导航卫星+4颗中圆地球轨道导航卫星)组成，属于无源与有源相结合的区域卫星导航系统。其服务范围为亚太地区;定位精度为10米;测速精度为0.2米/秒;授时精度为50纳秒。

第三代，部署时间：2017年至2020年，将先后发射35颗北斗三号导航卫星(5颗静止轨道卫星+3颗倾斜地球同步轨道卫星+27颗中圆轨道卫星)，属于无源与有源相结合的全球卫星导航系统。其服务范围为全球;定位精度为2.5至5米;测速精度为0.2米/秒;授时精度为20纳秒。届时，“北斗”的定位和授时精度将与美国GPS完全媲美甚至更优。

另外，我国的北斗三代系统还有一些美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧洲Galileo导航系统不具备的性能和特点，如通信和短报文能力、星间链路能力、高精度氢原子钟(时钟稳定度提高了10倍)、双向授时、卫星自主导航、三种轨道卫星组合等。其中的三种轨道卫星组合的方案，相比其它卫星导航系统，抗遮挡能力更强，尤其在低纬度地区性能特点更为明显，极大提升了覆盖的无缝性和安全的可信性。星间链路是“北斗”实现自主导航的关键，所谓自主导航，是指极端情况下，地面站全部失效，35颗“北斗”导航卫星可以通过星间链路相互校准，保障整个星座可靠运营，不中断精准定位和授时服务，这等于为北斗系统的全天候、全天时、高可靠、高精度多上了一道保险。另外，北斗特有的双向授时功能，能大幅提升授时精度，在一些特殊场合更是能发挥关键的作用。

随着近年来4G网络大规模建设和普及应用，我国移动通信事业迎来了飞速发展。据工信部最新的官方数据，我国移动通信基站总数已经超过600万。这些基站中，除了因技术体制的原因，部分系统不需要精准授时外，其它绝大多数的基站目前都依靠GPS进行授时。例如，具有我国自主创新典范意义的TD-LTE 4G的移动通信系统，系统时间同步要求在±1.5µs，但由于历史及其它原因，几乎百分百都采用美国GPS系统来进行授时和同步。

可想而知，一个完全依赖美国GPS的网络和系统，其安全和可靠性是存在较大的风险和不确定性的。我们也注意到，类似GPS扰动、受干扰从而影响通信系统正常工作的现象也时而有发生，类似报道也屡见不鲜。近期中美贸易战的发生和和拉锯式进展更是牵动了国人的自主安全的神经，也触发了很多思考。

北斗系统已经完全实用化，据不完全统计，目前北斗相关产业规模已经达到了3000亿，北斗终端产品推广应用累计已超4000万套，2018年还将完成年度共18个导航卫星的发射和投入运营，优先保障国内和一带一路相关区域的高精度导航和授时的需求。因此，用北斗来替代GPS提供基站授时和同步服务，不仅从技术原理、应用效果、经济效益等方面完全可行;而且从国家信息基础设施独立自主、安全可靠的战略要求来看，也是势在必行。

作为新一代移动通信网络，无论欧美、日韩还是中国，从国家政府到运营商层面都非常重视5G的发展，都在如火如荼的进行着相关试验和产业推进。5G不仅仅是把移动互联网做的带宽更大、速度更快，其另外两大特性“低时延高可靠”、“海量链接”带来的影响将更加深远。5G能够实现真正的万物互联，也是实现国家经济数字化转型、工业制造2025目标的一个最重要的战略基础。

5G网络的时间同步常规要求仍为±1.5µs，这和4G没有太大变化。但随着网络技术发展和特殊应用场景应用需要，也提出了更高一个数量级的±130ns的要求。不过显而易见，即便是±130ns的要求，无论北斗二代还是北斗三代都可以轻松应对。5G大规模商用的时间预计在2020年后，届时功能强大安全可靠的北斗三代也已经全面建成，北斗在5G网络中的应用水到渠成顺理成章。

5G作为国家和社会至关重要的高速、高效的基础信息网络，其自主性和安全性不言而喻。单从网络同步、基站授时这个方面来看，采用北斗系统或者北斗/GPS双模替代单一GPS系统，需要尽早提上日程并付诸实施，在今后的5G扩大规模试验、发改委5G示范城市项目，乃至2020年全面商用中，需要坚定地落实和推进应用!