Artykuł rozpoczniemy od truizmu/tezy: Dokładność i niezawodność synchronizacji czasu stanowi fundament prawidłowego działania sieci 5G. Ale dlaczego tak jest?

Dlaczego synchronizacja w 5G jest tak ważna?

Wszystko zawiera się w technologii. Osiągnięcie założeń wydajnościowych i użytkowych 5G jest bezpośrednio powiązane ze specyfikacją wykorzystanych rozwiązań. Poszczególne technologie zastosowane w 5G są technologiami wrażliwymi na czas i do prawidłowego działania potrzebują wyjątkowo dokładnej i precyzyjnej synchronizacji. Ponadto, technologia 5G została zaprojektowana dla aplikacji przemysłu 4.0, gdzie niejednokrotnie występuje konieczność dostarczenia usług transmisji danych i synchronizacji czasu dla procesów przemysłowych. Wsparcie procesów sterowania pojazdami autonomicznymi, wirtualizacji rzeczywistości to kolejne aplikacje możliwe do realizacji w sieci 5G, jednak tylko przy aktywnym udziale precyzyjnej synchronizacji czasu dostarczanej jako usługa skorelowana.

Podatności sieci 5G – wybrane technologie wrażliwe na czas

W 5G RAN najczęstszą metodą wykorzystywania widma radiowego jest TDD (Time Division Duplex). TDD wykorzystuje jedno pasmo częstotliwości dla downlinku, jak i uplinku, a każdy kierunek nadaje informacje w określonych przedziałach czasu. Ramki radiowe TDD z natury wymagają synchronizacji; nie tylko czasu, ale także fazy, częstotliwości, ramek i szczelin. Synchronizacja tych parametrów pomiędzy stacjami bazowymi oraz UE (User Equipment) zapewnienia, że oba sygnały nie zakłócają się wzajemnie i tym samym nie wpływają negatywnie na wydajność sieci.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) jest kolejną technologią na której oparto 5G. Zadaniem OFDM jest zmniejszenie zakłóceń wpływających na operacyjność sieci, którego wykonanie wymaga zarówno synchronizacji czasu, jak i częstotliwości. Każde przesunięcie może mieć krytyczne znaczenie dla wydajności sieci – przesunięcie w czasie może spowodować błędny wybór czasu początku odbieranej i konwertowanej w dół ramki OFDM, a skutkiem przesunięcia częstotliwości może być utrata ortogonalności podkanału i wystąpienie zakłóceń ICI (Intercarrier Interference).

Wykorzystanie CA (Carrier Aggregation) w sieciach 5G, oprócz zalet w postaci lepszej wydajności i szerszego spektrum nośników, wiąże się również z podatnością sieci na błędy czasowe. Aby zapewnić szybsze prędkości i większą pojemność sieci, CA potrzebuje dobrej synchronizacji czasu pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. To z powodu tego jak działa agregacja nośników – w dokładnie tym samym czasie urządzenie nadające transmisję musi wysyłać dane, a urządzenie odbierające je odbierać.

W sieci komórkowej piątej generacji wykorzystano także CoMP (Coordinated Multipoint). CoMP poprawiając możliwości usług w komórkach brzegowych, wprowadza wysokie wymagania dokładności czasu z uwagi na potrzebę ścisłej synchronizacji między radiami w ramach klastra. Pozwala na osiągnięcie prawie takich samych możliwości komórkom w środowisku mikro (small cell), jak w środowisku makro (makro cell). Jest to technologia, której waga rośnie wraz z rozwojem 5G.

Ponadto dokładność czasowa jest niezbędna do obsługi technologii takich jak Time Division Duplex (TDD), w których zarówno łącze “uplink”, jak i “downlink” są na tej samej częstotliwości, oraz kształtowania wiązki, które umożliwia kierowanie wiązek do wielu użytkowników i urządzeń IoT. Istnieją również inne zaawansowane technologie, które są związane z 5G, takie jak dynamiczne współdzielenie widma (DSS), agregacja nośnych i masywne MIMO – wszystkie one wymagają precyzyjnej synchronizacji czasu, aby działać prawidłowo.

Jak sprawdzić jakość synchronizacji?

Kontrolę jakości synchronizacji czasu, powinny realizować urządzenia niezależne od źródeł czasu ePRTC zainstalowanych w sieci dostępowej. Aby móc kontrolować jakość synchronizacji potrzebna jest wiarygodna sonda monitorująca – czyli taka, która posiada własne referencyjne źródło czasu i poprzez odniesienie do niego pokaże rzeczywisty stan synchronizacji czasu (PTP) i częstotliwości (SyncE) sieci.

Monitorowanie można realizować w sposób stały (sondy zainstalowany w sposób permanentny na wybranych lokalizacjach) lub poprzez sondy przenośne. Pierwsze podejście pozwala oszczędzić koszty operacyjne jednak wymaga inwestycji w wiele urządzeń monitorujących. Testery telekomunikacyjne z opcją monitorowania PTP i Synce są rozwiązaniami drogimi i często nie mają oprogramowania nadrzędnego pozwalającego śledzić zachowania sieci i alarmować operatora. Stąd, są nieefektywne i drogie w takich aplikacjach. Zdecydowanie lepiej sprawdzają się rozwiązania specjalizowane sond.

W naszej ofercie znajdziecie sondę monitorującą, która nie tylko spełnia powyższe założenia, ale daje również o wiele więcej możliwości i udogodnień – QUAZAR-700.

Zarządzalny analizator jakości synchronizacji sieci QUAZAR-700 pozwala na monitorowanie całego wachlarza najważniejszych parametrów: PTP 2WAY TE, PTP datasets, SyncE TIE, SyncE MTIE, SyncE TDEV, a także SSM (logowanie zmian). Dla wygody użytkownika monitorowanie TE (Time Error) oraz MTIE (Time Interval Error) zostało poszerzone o możliwość prezentacji graficznej ich wykresów w czasie rzeczywistym przy szerokim zakresie parametrów próbkowania.

Oprócz tego Q-700 umożliwia również na synchronizację sieci z wykorzystaniem sygnałów takich jak: Ethernet, PPS, 10MHz, E1 G703/G.704, ToD oraz dodatkowo IEEE 1588-2008 v2 PTP z trybami Master Clock lub Boundary Clock.

W QUAZARZE-700 zapewniliśmy intuicyjność i łatwość konfiguracji. Dzięki wbudowanemu serwerowi HTTPS, SSH, lokalnej konsoli RS232 oraz agentowi SNMPv.3 konfiguracja parametrów urządzenia może odbywać się w sposób bezpieczny poprzez przeglądarkę WWW lub przy pomocy wiersza poleceń CLI. Predefiniowane w urządzeniu tryby pracy sondy pozwalają nawet początkującym użytkownikom urządzenia na prawidłową konfigurację i przygotowanie do pomiarów jakościowych synchronizacji dla typowych aplikacji pomiarowych. Dostępne są aplikacje:

• pomiaru lokalnego – gdzie dostęp do urządzenia oraz analiza synchronizacji realizowana jest przez lokalny port ETH;
• pomiaru ciągłego – jest trybem przeznaczonym do monitorowania sieci. Sonda wysyła mierzone dane do bazy danych, a dostęp do zgromadzony danych odbywa się przez dedykowany system zarządzania QuazarNet;
• pomiaru ciągłego w aplikacji Master/Slave – W miejscach gdzie występuje problem z instalacją anteny GNSS lub niedostatecznym sygnałem GPS, sonda QUAZAR 700 może pracować także jako sonda pomiarowa (wtedy źródłem zegara referencyjnego musi być inna sonda QUAZAR-700).