5Gの高精度時刻同期を支えるセシウム原子時計：GNSS障害時も高精度な時刻同期（1/3 ページ）

5Gネットワークの高度化に伴い、時刻同期の精度と信頼性が重要になっている。セシウム原子時計は、GNSS信号が利用できない状況でも高精度な時刻同期を維持し、5G通信の安定性と耐障害性を支える。

[Benjamin Bunyatipanon（Microchip Technology），EDN]

高精度な時刻同期なしでは、5Gの最も高度な機能は動作しない

　5Gネットワークの規模と複雑さが増し、社会における重要性が高まるにつれて、ネットワークの同期を維持する基盤となる時刻同期インフラは、戦略的に重要な技術分野になっている。無線アクセス技術の革新では、Massive MIMO（多入力多出力）、ビームフォーミング、ミリ波の導入などが注目されがちだが、ネットワークの時刻同期における安定性と精度も同様に重要だ。高精度な時刻同期がなければ、5Gの最も高度な機能は動作しない。

　この時刻同期システムの中核を担うのが、セシウム原子時計だ。数十年前から存在する技術だが、その重要性はかつてないほど高まっている。セシウム原子時計は長年、国立研究所や科学研究機関で使用されてきたが、現在では5Gネットワークの信頼性、耐障害性、性能を確保するために欠かせない存在になりつつある。

　本記事では、セシウム原子時計が重要である理由、5Gの時刻同期アーキテクチャにおける役割、そして通信事業者が同期、全地球航法衛星システム（GNSS）への依存、重要インフラの信頼性という新たな課題に直面する中で、その役割が拡大している理由を解説する。

5Gネットワークにおける時刻同期の重要性

　5Gネットワークでは、分散配置された数千台の無線装置間で極めて厳密な同期が求められる。これは特に、厳密に定義されたタイムスロットでアップリンクとダウンリンクの送信を交互に切り替える時分割複信（TDD）システムで重要になる。無線装置間の同期がずれると、干渉が増加し、スループットが低下する。深刻な場合には、セクター全体が機能しなくなる可能性もある。

　5G TDDで許容される時刻同期誤差は、通常±130ナノ秒程度だ。地理的に分散したネットワーク全体で、この水準の精度を維持することは容易ではない。

　高精度な時刻同期には、次の要件が重要になる。

• 安定した高精度の周波数基準
• 高精度の位相基準
• 信頼性の高い時刻基準
• 光ファイバー、マイクロ波、無線バックホールを介して、これらの特性を維持しながら分配する仕組み

　これまで通信事業者は、主要な時刻同期源としてGPS、Galileo、BeiDouなどのGNSSに大きく依存してきた。GNSS信号は世界中をカバーし、優れた精度を提供するため、通信ネットワークの同期に適している。しかし、GNSSへの依存には脆弱性も伴う。

GNSSの課題：信頼性、セキュリティ、可用性

　GNSS信号は地表に到達する頃には極めて微弱になっている。そのため、次のような要因によって通信が妨害され、場合によっては信号が利用できなくなる。

• 意図的または偶発的なジャミング（電波妨害）
• 正規の信号を模倣した偽信号を送信するスプーフィング
• 特に建物が密集する都市部での環境による信号の遮断
• スモールセルやプライベートネットワークに影響する屋内での受信制約
• 可用性に影響を及ぼす規制上または地政学的な混乱

　交通、エネルギー、緊急サービスなどの重要インフラに5Gが組み込まれるにつれて、GNSSの障害がもたらす影響は深刻になっている。5Gネットワークで時刻同期が途絶えると、それに依存するシステムにも障害が連鎖する可能性がある。

　このため、通信事業者や政府は、衛星信号が劣化したり利用できなくなったりした場合でも、ネットワークの同期を維持できるGNSSに依存しない時刻同期の基準源を求めている。セシウム原子時計が重要な役割を担うのは、まさにこのためだ。