IoT等对于高精度授时模组的需求迫切

本文来源:物联传媒

本文作者:市大妈

提到通信模组,很多时候我们会把关注点放在模组尺寸、功耗、上下行速率等参数上。

不过,只需稍加注意就会发现,其实也有不少侧重模组精准授时相关的新闻资讯,比如:

鼎桥5G工业模组成功与R16版本的基站完成调测,率先完成3GPP标准Release16精准授时,授时精度可达1μs。

移远通信最新推出的GNSS高精度授时模组L26-T和LC98S,均采用ST TeseoⅢ平台研发,授时精度均可达±6．8ns(1σ),专为全球通信基站、电力、金融等关键性技术设施的授时应用开发,可提供卓越的可靠性和可用性。

SKYLAB研发推出的授时模块有复合型GNSS授时模块和高精度GNSS授时模块,在功能方面也更贴合我国时间同步、卫星授时应用市场,其中支持接收北斗三号系统卫星信号的高精度授时模块的授时精度高达±3．9ns,满足5G基站对时间同步的精准授时需求。

……

可见,授时精度同样是一个不可忽视的模组参数。未来,这一参数也将随着5G应用案例的不断创新而受到更多的重视,我们的生产生活也将对高精度授时功能的需求表现越来越迫切。

授时过程,本质上是一个通信的过程

根据不同的电磁波频率以及传递手段,现代授时技术被分为以下几种:短波授时、长波授时、低频时码授时、电话授时、电视授时、网络授时以及卫星授时。

短波授时:采用波长在100m～10m(频率:3MHz～30MHz)的短波无线电进行授时。短波授时信号通过天波和地波传输。地波可以传输100公里,天波的话,覆盖半径超过3000公里,基本覆盖全国疆域,授时精度为毫秒量级。

长波授时:采用波长在10km-1km(频率:30KHz～300KHz)的长波无线电进行授时。长波授时信号的地波作用距离为1000-2000公里,天波信号为3000公里,基本覆盖我国内陆及近海海域,授时精度为微秒量级。

低频时码授时:低频时码授时属于一种特殊的长波授时,它适用于区域性的标准时间频率传输。我们常见的电波钟/电波表,就可以接收这种信号,自动进行时间校对,精度可以达到30万年误差不超过1秒。

电话授时:利用电话网络传送标准时间,称为电话授时。

电视授时:中央电视台会电视信号中,插入了由原子钟提供的时间信息,用户设备接收电视信号后加以改正,便可实现定时,精度约为10微秒。

网络授时:我们电脑上经常使用的NTP(Network Time Protocol,网络时间协议),就是网络授时。只要设置了目标NTP服务器的IP地址,本地计算机就可以实现时间同步。

以上六种属于地基的授时方式,而前文所提的卫星授时则属于天基授时,是目前最流行的授时方式。

那么,卫星授时又是如何实现的呢?简单来说,就是在每颗GNSS卫星上都配备原子钟。这样一来,发送的卫星信号中就会包含有精确的时间数据。通过专用接收机或者GNSS授时模组,可以对这些信号加以解码,从而快速地将设备与原子钟进行时间同步,完成精准授时的过程。

这也正是GNSS系统除定位和导航之外,一个非常重要的功能。

生活中微不足道的一秒钟,

在许多行业中影响巨大

俗话说:失之毫厘,差之千里。这句话在许多行业更是体现得淋漓尽致,例如:

在科研领域,这是最早期的高精度授时应用需求,主要来自航空航天。因为航空航天飞行器往往以极高的速度飞行,如果没有精准的时间同步,就无法对飞行器的准确位置进行确认。一旦稍有差错,“太空之吻”就会变成“车祸现场”。

在通讯领域,通信基站的切换、漫游需要精准的时间控制,对同步精度的要求高,一秒的误差足以使通讯中断,同时也需要足够的稳定性,以TD-LTE为代表的TDD时分系统对时间同步的要求更高,系统时间同步要求在±1．5μs。尤其在5G时代,这一要求将更加严格,即使更细微的误差也会造成严重的后果。

在电力行业,并网发电的基本要求除了电压相等、频率稳定,相位相同也是重要的一环。这需要精确的时间同步,稍有偏差就会导致在零线上会产生电流,从而浪费电能。

在金融领域,现在我们都是数字化金融,所有的交易都通过电脑和网络进行。系统时间不同步,很可能导致交易失败,在瞬息万变的市场中错过机会。不同步的时间,也有可能被黑客利用,给系统带来安全隐患。现代金融行业,无论银行或证券交易所,都离不开计算机和计算机联网,单个计算机业务和计算机联网业务,如银行业务往来的发生时刻、金融交易的准确时刻、E-mail 信息和访问时间、数据库处理时间、银联卡/账户的密码识别等等,都涉及银行联网计算机之间的时间同步和频率同步,都需要精准授时。

交通调度,2018年,交通部与中央军委装备发展部联合印发《北斗卫星导航系统交通运输行业应用专项规划(公开版)》,《专项规划》指出,到2020年,在行业关键领域应用国产北斗终端,实现卫星导航服务自主可控,重运输车辆北斗兼容终端应用率不低于80%,铁路列车调度北斗授时应用率达到100%。可以预测,北斗导航系统在铁路工程设计、路桥监测、车辆和人员定位、时间同步网、下一代列控系统、预警和监测等方向有着广阔的应用前景。

战场调度,现代战争中,所比拼的更多是网络作战,而精准的时间系统作为网络作战的关键。对于指挥系统的调度,武器系统的精确打击有着不可替代的作用。精度达到几十纳秒量级的原子钟,对时间频率的同步将会在未来的战场调度上发挥更重要的作用。

这也就是我们为什么需要高精度授时的原因。当然了,除了上述行业之外,包括交通调度、地理测绘、防震减灾、气象监测等各个领域,都对高精度时间同步有了刚性需求。

目前来看,GNSS卫星授时凭借授时的精度更高、先天的覆盖优势以及实现成本更低等优势,已然成为最受用户欢迎、应用最为广泛的授时方式。

结语

时间在我们的日常生活中至关重要。相比时间出错,导航出错可能只是会让你走错路,如果授时系统出现误差,哪怕差一秒,后果都会超乎想象!

随着高精尖科技逐渐在各行各业落地,很多和我们生活息息相关的系统,也有了高精度授时需求。未来,授时的精准度也必然会受到越来越多的关注,而授时的应用范围也必然会越来越广。

话题再回到文章开头的高精度授时模组,我们知道,5G肩负着使能各个垂直行业数字化转型的重任,工业互联网等特殊场景对于高精度授时功能需求迫切,模组作为上游芯片和下游行业应用的中间环节,有着承上启下的作用,是各类应用场景引入5G新特性的关键之一。

参考资料:

《深度揭秘:到底什么是“授时”?》,移远通信

《5G高精度授时特性赋能行业数字化,鼎桥5G工业模组率先完成R16精准授时》,C114通信网

《什么是授时,GNSS授时模块是如何实现授时的?》,贴吧