Inizieremo il nostro articolo da un presupposto /una ipotesi: La precisione e l'affidabilità della sincronizzazione temporale sono fondamentali per il corretto funzionamento delle reti 5G. Ma perché è così?

Perché la sincronizzazione nel 5G è così importante?

Il tutto è incluso nella tecnologia. Il raggiungimento degli obiettivi di prestazione e di usabilità del 5G è direttamente collegato alle specifiche delle soluzioni impiegate. Le varie tecnologie impiegate nel 5G sono tecnologie sensibili al tempo e necessitano di una sincronizzazione estremamente accurata e precisa per poter funzionare correttamente. Inoltre, la tecnologia 5G è stata progettata per le applicazioni dell'Industria 4.0, in cui spesso è necessario fornire servizi di sincronizzazione dei dati e dei tempi richiesti dai processi industriali. Il supporto ai processi di controllo dei veicoli autonomi, la virtualizzazione della realtà rappresentano ulteriori applicazioni possibili che si possono realizzare nella rete 5G, ma solo con la partecipazione attiva di una sincronizzazione temporale precisa e fornita come servizio correlato.

Vulnerabilità delle reti 5G - tecnologie selezionate, sensibili al fattore tempo

Nelle RAN 5G, il metodo più comune dell’uso dello spettro radio è il TDD (Time Division Duplex). Il TDD utilizza una singola banda di frequenza sia per il downlink che per l'uplink, e ogni direzione trasmette informazioni a intervalli specifici. I frame radio TDD richiedono per la loro natura una sincronizzazione non solo temporale, ma anche la sincronizzazione di fase, frequenza, frame e slot. La sincronizzazione di questi parametri tra le stazioni base e l'UE (User Equipment) garantisce che i due segnali non interferiscano l'uno con l'altro e quindi non influiscano negativamente sulla performance della rete.

L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) è un'altra tecnologia su cui si basa il 5G. Il compito dell'OFDM è quello di ridurre le interferenze che incidono sull'operatività della rete, la cui esecuzione richiede una sincronizzazione sia di tempo che di frequenza. Qualunque spostamento può avere un'importanza critica per le prestazioni della rete - lo spostamento temporale può causare una selezione errata del tempo di avvio in cui viene ricevuto e convertito al ribasso il frame OFDM e l'effetto dello spostamento di frequenza può essere la perdita dell'ortogonalità dei sottocanali e il verificarsi di interferenze ICI (Intercarrier Interference).

Il ricorso alla CA (Carrier Aggregation) nelle reti 5G, oltre ai vantaggi legati alle prestazioni migliori e a un più ampio spettro di vettori, è associato anche alla vulnerabilità della rete dovuta a errori di temporizzazione. Per fornire maggiore velocità e capacità di rete, la CA richiede una buona sincronizzazione nel tempo tra il trasmettitore e il ricevitore. Questo è dovuto al modo in cui funziona l'aggregazione di supporti: esattamente nello stesso momento, il dispositivo di trasmissione deve inviare dati e il dispositivo di ricezione deve riceverne.

Anche le reti di telefonia mobile di quinta generazione utilizzano il CoMP (Coordinated Multipoint). Se da un lato il CoMP migliora le capacità di servizio nelle celle adiacenti, dall'altro introduce elevati requisiti di precisione di temporizzazione a causa della necessità di una stretta sincronizzazione tra le radio all'interno del cluster. In questo modo le celle possono raggiungere quasi le stesse capacità nell'ambiente micro (small cell) e nell'ambiente macro (macro cell) Si tratta di una tecnologia che sta diventando sempre più rilevante con lo sviluppo del 5G.

Inoltre, l'accuratezza di temporizzazione è essenziale per supportare tecnologie come Time Division Duplex (TDD), in cui sia l'uplink che il downlink si trovano nella stessa frequenza, e il cosiddetto beamforming, che consente di indirizzare i fasci verso un numero più vasto degli utenti e dei dispositivi IoT. Esistono anche altre tecnologie avanzate associate al 5G, tra cui la condivisione dinamica dello spettro (DSS), l'aggregazione delle portanti e il massive MIMO, che per funzionare correttamente richiedono una sincronizzazione temporale precisa.

Come verificare la qualità della sincronizzazione?

Il controllo di qualità della sincronizzazione temporale deve essere effettuato da dispositivi indipendenti dalle fonti di temporizzazione ePRTC, installati nella rete di accesso. Per poter verificare la qualità della sincronizzazione, è necessaria una sonda di monitoraggio affidabile, cioè una sonda che disponga di una propria fonte di temporizzazione di riferimento e che, facendo riferimento ad essa, mostri lo stato di sincronizzazione effettiva di temporizzazione (PTP) e frequenza (SyncE) della rete.

Il monitoraggio si può effettuare in modo permanente (sonde installate in modo permanente in siti selezionati) o attraverso sonde di tipo mobile. Il primo approccio consente di risparmiare in termini di costi operativi, tuttavia richiede l'investimento in molteplici dispositivi di monitoraggio. I tester di telecomunicazione con opzioni di monitoraggio PTP e Synce sono soluzioni costose e spesso non dispongono di un software master per monitorare il comportamento della rete, nonché che sarà in grado di comunicare l'operatore. Per questo motivo, installati i tali applicazioni diventano inefficienti e costosi. Sono assolutamente consigliabili soluzioni che includono delle sonde specializzate.

La nostra azienda offre una sonda di monitoraggio che non solo soddisfa i requisiti sopra citati, ma offre anche molte altre possibilità ed agevolazioni: QUAZAR-700.

L'analizzatore di qualità gestibile della sincronizzazione di rete QUAZAR-700 consente di monitorare un'ampia gamma di parametri chiave: PTP 2WAY TE, dataset PTP, SyncE TIE, SyncE MTIE, SyncE TDEV, nonché SSM ( log delle modifiche). Per la massima comodità dell'utente, il monitoraggio di TE (Time Error) e MTIE (Time Interval Error) è stato ampliato con la possibilità di presentare grafici in tempo reale con un'ampia gamma di parametri di campionamento.

Inoltre, il Q-700 consente anche la sincronizzazione di rete utilizzando segnali del tipo: Ethernet, PPS, 10MHz, E1 G703/G.704, ToD e inoltre IEEE 1588-2008 v2 PTP con modalità Master Clock o Boundary Clock.

Siamo riusciti a fare in modo che il QUAZAR-700 sia intuitivo e facile da configurare. Grazie all'HTTPS integrato, al server SSH, alla console RS232 locale e all'agente SNMPv.3, la configurazione dei parametri del dispositivo può essere effettuata in modo sicuro tramite un browser web o utilizzando la riga di comando CLI. Le modalità di sonda predefinite di cui dispone il dispositivo, consentono anche agli utenti meno esperti, di configurare e preparare correttamente misurazioni di qualità di sincronizzazione per le applicazioni di misurazione tipiche. Sono disponibili le seguenti applicazioni:

• per una misurazione locale - in cui l'accesso al dispositivo e l'analisi della sincronizzazione vengono effettuati tramite la porta ETH locale;

• per una misurazione continua - è la modalità progettata per il monitoraggio della rete - la sonda invia i dati rilevati a un database, mentre l'accesso ai dati raccolti avviene tramite un sistema di gestione QuazarNet dedicato;

• di una misurazione continua in un'applicazione master/slave - qualora si verifichi un problema con l'installazione di un'antenna GNSS in una determinata area oppure il segnale GPS sia insufficiente, il QUAZAR 700 può essere utilizzato anche come sonda di rilevamento (in questo caso la fonte dell'orologio di riferimento deve essere un'altra sonda QUAZAR-700).