伴随5G系统的发展,合理地预测未来的通信场景是进行技术升级的必要前提。中国的IMT-2020 5G结合中国的通信特点明确指出中国未来通信场景需求就是“三高”:高转换、高密度以及高速度。需求实现的技术基础就是各个节点的能够到达纳秒级别度时间同步。本论文的主要工作是高精度网络时间同步的研究与实现,采用主从板的硬件设计,选择千兆网卡。主板运行Linux操作系统实现代码通用性、可靠性和海量网络报文的吞吐;从板以无操作系统的方式运行,实时性非常强。针对NTP授时的精度会受到协议栈抖动和操作系统任务调度的干扰,本论文采用实时性更强的无操作系统,并在Lwip协议栈数据链路层记录网络报文的时间戳,将传统的NTP授时精度至少提升100倍。在主板上基于IEEE1588v2协议实现的PTP达到8ns授时精度,并且支持PTP所有运行模式。对于PTP从时钟的自由振荡问题,引入IEEE1588v2+SyncE的解决方案,在同步以太网的基础上实现PTP对时,然后使用卡尔曼滤波微调从时钟来减弱链路延时的不确定和恢复时钟质量下降的影响,最终将主从时钟的同步精度提升至±8ns以内,稳定度达到皮秒量级,具有更高的精度和稳定度,并且即使在拥塞的网络环境中,也能实现从时钟时间的快速收敛。基于项目的需求开发了跨平台的上位机软件,可以动态配置高精度网络时间同步设备的各项参数,监控设备的的运行状态。本论文中提出的改进方案显著的提高了高精度网络时间同步设备的授时精度,并且增强了设备的可靠性和灵活性,在实际工程应用中得到检验。