什么是频率同步和相位同步？无线通信网络同步有何作用？

1、为什么无线通信网络需要同步？

无线网络是由一个一个的基站组成的。单个基站的覆盖范围和容量有限，因此基站间需要进行各种信令交互来实现小区选择，重选，切换，负荷均衡，干扰协同等复杂的操作。

我们以 5G 为例，在 TDD 模式下，时间是用来区分上下行的，基站间需要严格步调一致。如果相邻基站没有采用相同的时间基准，一个正在进行下行发射，另一个却在进行上行接收，发射基站的信号会进入接收基站，从而产生强烈干扰，系统完全无法运转。

因此，“同步”是所有无线网络正常工作的基础。

2、什么是频率同步和相位同步？

到底是怎么样的相对关系呢？一般根据关系的紧密程度分为“频率同步”和“相位同步”这两个级别。

频率同步是指两个基站的时钟的变化频率一致，而相位则不一定一致，可以保持相对固定的差值。

相位同步是指两个基站的时钟的相位始终保持一致。

还以表 A 和表 B 为例，在相位同步下，它们每时每刻指示的时间都是一模一样的，不但要走得快慢一样，还不允许有任何时间差。因此，相位同步也叫做“时间同步”。

频率同步的精度使用频率偏差或者频率稳定度这个指标来衡量，其单位是 ppm，全称为 part per million，意为百万分之一，无量纲。它表示在一个特定中心频率下，允许偏差的值，该值越小则同步精度越高。

ppm 和赫兹之间的换算关系如下公式：

△f = (f*ppm)/10^6

这里 ppm 是最大变化值（+/-），f 是中心频率（赫兹），△f 是允许最大的频率变化范围。

例如：如果系统时钟频率为 100MHz 的话，允许的频率误差为 100 ppm，利用上面公式得出频率的变化是 10kHz。那么系统可接受的最大频率是 100.01MHz，最小是 99.99 MHz。

ppm 这个单位有些大，有时候，也会用到 ppb。ppb 的全称是 parts per billion，意为十亿分之一。1 ppb 为 1 ppm 的千分之一，即：1 ppm = 1000ppb。

而表征相位同步的方式就要直接地多，直接以时间为单位，一般使用微秒（us）来表示。毕竟相位和时间息息相关，相位同步也叫做时间同步。

3、不同的网络制式，对于同步精度的需求有什么不同？

不同的无线制式，对于频率同步和相位同步有着不同的要求，如下表所示。

不同无线接入技术（2/3/4G）的同步需求

CDMA 是个特例，它虽然采用 FDD 双工方式，但其长短码都是 m 序列，不同的 m 序列通过相位来区别，所以各基站需要严格的相位同步。

对于 5G 来说，双工模式因频段不同而不同，目前以 TDD 为主，FDD 为辅，因此不同基站间也需要相位同步。其基本的业务的同步精度需求跟 4G 基本相同。

但 5G 的一些高级功能还可能需要站内各小区间，甚至站间的协同增强，从而使同一个用户的数据可以通过不同的有源天线单元（AAU）收发，在交叠覆盖区合并多个信号，从而有效提升业务带宽。

这些高级功能对同步精度提出了更为严格的要求。其中，多入多出（MIMO）和发射分集技术的时间偏差要求为 65ns，对于带内连续载波聚合（CA），低频基站（Sub 6G）时间偏差要求为 260ns，高频基站（Above 6G）时间偏差要求为 130ns。

来源：IMT-2020 推进组，5G 同步组网架构及关键技术白皮书

综上，高精度相位同步，将成为 5G 网络施展拳脚的关键基础。