对大多数人来说，利用行动装置在世界各地传输高品质视讯和其他内容是一件理所当然的事。但对负责设计、建构和维护网路的工程人员来说，消费者不断成长的期??却带来了与日俱增的挑战。

随着数据流量的快速成长，现今的通讯网路需能够为数量非常庞大的使用者提供高数据传输速率，因此当前和未来的蜂巢式和通讯网路的运作方式是与过去截然不同的。对现代的高速数据网路来说，特别重要的是需要在网路中的所有基地台、伺服器和其他节点之间保持时间同步。时序读数的误差越低，网路可配置用来处理的数据就越多，网路业者才能够更有效率地利用他们所购置的频率和其他资源。

许多装置是利用全球导航卫星系统（GNSS）使网路的各个部分保持同步。由於 GNSS 的准确度、成本效益、易於安装和全球可用性，GNSS的选用通常会先於网路的时序技术。传统上，透过 GNSS 来同步网路时序是采用单频段接收器，使用从卫星广播的 L1 频段讯号。

仅接收L1 频段 GNSS讯号所面临的挑战

随着数据流量的快速成长，当前和未来的蜂巢式和通讯网路的运作方式是与过去截然不同的。

虽然 3GPP 规范把基地台天线介面的基本时序要求设定为 1.5 μs，然而先进的 5G 服务要求更高的时间准确度。要实现此目标并不容易，尤其是在现实生活中的复杂网路中。除了与网路相关的问题外，还有各种因素会影响装置接收到的 L1 频段 GNSS 讯号。另一方面，这也会影响网路存取到的时序数据的可靠性和准确度。让我们简单说明以下三个主要问题。

GNSS讯号干扰

对任何使用 GNSS 的装置来说，干扰是挥之不去的威胁，并可能导致单频段接收器的 GNSS 操作完全失灵。从时序的角度来看，装置通常会有某种原子钟，以便能在 GNSS 中断期间维持运作。但这只能在几个小时内提供必要的时序准确度而已。

电离层延迟

对於在开放天空条件下运作的 GNSS 接收器，主要的误差源是电离层延迟，这会导致时序准确度的不断改变。影响电离层延迟的因素包括接收装置的纬度、一天和一年之中的时间，以及太阳的活动程度。後者以 11 年为周期，在经历了一段相对较低的太阳活动之後，我们现正处於将在2025 年达到高峰期的上升阶段。

电离层延迟通常会透过采用 GPS Klobuchar 模型或卫星增强系统 (SBAS) 等增强服务来解决，但这两种方法都无法适用於所有情况。模型有其固有的局限性，因为它们仅能做为预测之用；且SBAS 只有在某些地区可用，并且需要在赤道方向有清晰的天空视野，才能接收来自同步 SBAS 卫星的传输讯号。

多重路径

对於在都会区和其他有障碍物环境中运作的装置，GNSS 讯号接收还有一个问题需要解决：多重路径。窄频 GNSS L1 讯号特别容易出现这种情况，它会导致装置存取的时序数据出现错误。

对於 5G 网路的设计与部署人员来说，多重路径正成为一个日益严重的问题，因为这需要在有障碍物环境中架设更多基地台，并提高时序准确度以支援更高的数据传输量。此外，即使多重路径问题能被克服，这些环境中的装置通常对天空的视野有限，这也表示，在这种环境下，SBAS 并不是补偿电离层延迟的可行解决方案。

利用双频 GNSS 提高时序准确度

对於需因应这些挑战的蜂巢式和通讯网路装置开发人员来说，现在有个好消息，无论这些网路装置将用在什麽地方，都有了解决方案。L1 频段 GNSS 讯号是几十年前设计的，主要用於军事用途，但现在已有了现代化的 GNSS 讯号。这些现代化讯号是在 1176.45 MHz 的 L5 频段上运行，主要是为了现今的民用应用所设计的。

对於时序应用，当您在双频段设定中结合使用 L1与L5 频段讯号时，它们的价值就展现出来了。为了说明差异，以 u-blox 双频 GNSS 接收器为例，它可提供 5 ns 以内的时序准确度，远优於单频接收器的 20 ns。

GPS、伽利略和北斗 GNSS 星系现正在为其部分或全部卫星广播 L5 讯号。因此，只要您选择能够使用所有三个星系的 GNSS 接收器，您就可以在世界任何地方受益於 L5 讯号。您在设计中唯一需要改变的是，以双频装置取代单频 GNSS 接收器和天线就可以了。

此外，印度地区的导航系统 NavIC 也可在 L5 频段上使用，这使得单个全球双频 L1+L5 设计也能支援区域要求。

因应严苛的时序挑战

采用双频 L1/L5 GNSS 接收器和天线将能协助设计工程师解决上述的时序挑战。

更强韧的抗干扰攻击能力

与 L1 频段一样，L5 是航空无线电导航服务 (ARNS) 频段，这意味着它受到良好的抗干扰保护和管理。此外，双频段操作可防止任何人使用单频段干扰器，因为装置仍能从未受干扰的频段取得时序讯息。

虽然在干扰期间时间误差会增加，但对大部分的使用案例来说，这仍在可接受的容许范围内，如图一 所示。由图可看出当干扰结束时，双频段操作能以低很多的时序误差快速恢复。

图一 : 当干扰结束时，双频段操作能以低很多的时序误差快速恢复。 (来源：u-blox)

在缺乏模型或校正数据的情况下克服电离层延迟问题

电离层延迟会以不同的方式影响 L1 和 L5 频段频率。重要的是，此关系是已知的，因此当您在两个频段上接收讯号时，可以计算出实际的电离层延迟，而不必依赖模型来预测它或使用校正服务。这意味着，您的时序误差能保持在更小的范围内，如图二所示。

Figure 2, Source: u-blox

图二 : 采用双频 L1/L5 GNSS 接收器和天线，在都会区和有障碍物环境中表现更隹。（来源：u-blox）

宽频 L5 讯号比窄频 L1 讯号更不容易受到多重路径的影响。这直接减少了时序数据中的错误。此外，最新的 L5 讯号包含了前向纠错，可提供对位元误差的额外保护，这在讯号较弱的都会区和有障碍物环境中可能会发生。 图三显示了在受多重路径影响的环境中，L1 和 L5 讯号的真实残馀误差会小很多。

图三 : 在受多重路径影响的环境中，L1 和 L5 讯号的真实残馀误差会小很多。（来源：u-blox）

提高网路建置投资报酬率

随着对高传输量数据网路的需求不断增长，因此需要更关注於使网路上所有节点的时间数据可靠地保持同步。虽然传统的 L1 GNSS 讯号常被视为是一种准确且具成本效益的方法，但它们容易受到干扰和多重路径，以及电离层延迟的影响，因而对网路的时序准确度带来冲击。

透过结合使用新的 L5 GNSS 讯号与 L1 讯号将能够解决这些问题，为网路提供更一致的时序数据。这意味着，您能配置网路以处理更多数据，进而带来更好的客户体验并提升网路投资回报。

u-blox提供一系列高准确度的双频 GNSS 时序模组：ZED-F9T模组提供±5奈秒高精准度输出，符合最严格的5G时序要求，并内建强大的防御恶意攻击机制。LEA-F9T模组除了提供一样的功能之外，同时可於?40℃ - +105℃严苛的工作环境下运作。对於规格要求较宽松的设备，则可采用NEO-M8T模组，其提供±20奈秒精准度输出。如果是对於设计空间要求高的小型设备，则可考虑使用4.5x4.5mm SiP封装的MIA-M10模组。而且上述所有u-blox模组都能满足 5G 的时间同步要求。

（本文作者为u-blox时序产品开发经理Paula Syrjarinne博士，与u-blox 产品线管理总监Samuli Pietila）