Timing and Sync

Temporização e sincronização

Soluções de validação e teste para atender aos requisitos de sincronização de tempo, fase e frequência.

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) fornece uma referência precisa de temporização para redes sem fio. As tecnologias 5G e a IoT estão levando os requisitos de sincronização de tempo, fase e frequência aos limites da tecnologia. A VIAVI oferece uma seleção excepcional de soluções intuitivas de validação e teste habilitadas para nuvem para enfrentar esses desafios e garantir a conformidade com rigorosos padrões do mercado.

O que é temporização e sincronização? 

Temporização e sincronização são requisitos interrelacionados para o desempenho da rede wireless. A temporização  baseia-se no estabelecimento de um  valor de tempo  preciso e  padronizado que deve ser disseminado por toda a rede sem fio. O conceito de sincronização estreitamente relacionado refere-se à cadência co ordenada e precisa das atividades de rede que só podem ser concluídas com sucesso com esta referência de tempo comum. 

Os padrões de temporização e sincronização para redes móveis impedem que as mensagens interfiram entre si e permitem transferências suaves de célula para célula. O aumento da rigorosidade dos requisitos de temporização e sincronização para 5G está sendo impulsionado por velocidades exponencialmente mais rápidas, latência mais baixa e maior densificação. A migração contínua paratecnologias de transporte baseadas em pacotes e duplexação por divisão de tempo (TDD ) também demanda precisão e versatilidade de soluções de teste de temporização e sincronização.

A importância da temporização e da sincronização

A temporização derivada das constelações do sistema de satélite de rede global (GNSS), incluindo o sistema de posicionamento global (GPS) que atende aos EUA, desempenha um papel fundamental na operação da rede sem fio. Sem acesso a esse padrão de tempo consistente e confiável, a utilização eficiente do espectro e a entrega de serviços wireless de alta velocidade e largura de banda não seriam possíveis.

  • A tecnologia de sincronização é um bloco de construção para todas as redes de comunicação sem fio. Estratégias de duplexação, multiplexação e baseadas em pacotes dependem fortemente de temporização e sincronização para coordenar a transmissão de dados, evitar interferências, reduzir rates de erro e compensar qualquer mudança de frequência ou fase.  
    • A sincronização de frequência descreve um estado no qual as frequências (intervalos de repetição) de diferentes relógios do sistema estão alinhadas, mas a fase e a hora não estão. 
    • A sincronização de fase é alcançada quando os relógios estão alinhados em relação à frequência e à fase, mas não têm uma origem de tempo comum. 
    • Sincronização de tempo refere-se a um estado em que os relógios estão alinhados em frequência e fase com uma origem de tempo comum, como Tempo Universal Coordenado (UTC).  
      Common Time Origin
    • A desagregação de 5G RAN dividiu a unidade de banda base (BBU) tradicional em uma unidade centralizada (CU) e unidade distribuída (DU) configurada de forma mais flexível. É necessário uma temporização absoluta e relativa rigorosamente mantida entre esses elementos para atender aos exigentes requisitos de use case 5G. A sincronização da rede fronthaul garante que a RAN opere em harmonia, apesar de qualquer distância física entre os componentes.  

O que é a duplexação por divisão de tempo (TDD)?  

A telecomunicação duplex é definida como transmissão bidirecional por meio de um canal de comunicação. A duplexação por divisão de tempo (TDD) realiza isso alocando diferentes intervalos de tempo para sinais de uplink e downlink na mesma frequência. Este método engenhoso permite que um canal de comunicação full-duplex (simultâneo) seja emulado via link de comunicação half-duplex (serial-binário).   

  • A duplexação por divisão de tempo sem fio é uma tecnologia fundamental para implantações 5G em todo o mundo. A eficiência espectral é reforçada por sinais de uplink (UL) e downlink (DL) operando no mesmo espectro. As vantagens da duplexação por divisão de tempo são contrabalançadas pela temporização e sincronização precisos, necessários para evitar interferência intracélulas ou intercélulas. A TDD requer que a frequência e a fase sejam sincronizadas. 
  • O formato de slot TDD para 5G divide o conteúdo de dados em uma série de quadros de rádio de 10 ms, cada um contendo dez subquadros de 1 ms. As 56 configurações de quadro e slot disponíveis contidas na versão 15 do 3GPP TS 38.213 acomodam uma ampla range de use cases e padrões de tráfego 5G. Algumas opções incluem tempos de UL/DL iguais, enquanto outras são mais assimétricas. A variação nos formatos de intervalo de tempo 5G TDD cria um potencial maior para interferência de ligação cruzada. Para evitar isso, estruturas de frame e slot também devem ser sincronizadas entre redes adjacentes. 
    Two networks with unsynchronized Slot format
    Duas redes com formato de slot não sincronizado
  • Duplexação por divisão da frequência (FDD) é um método de telecomunicação full-duplex anterior à TDD e requer dois canais de comunicação separados. Qualquer discussão de FDD 5G vs. TDD geralmente inclui a maior parte do espectro consumido pela tecnologia FDD. A banda de proteção também é necessária entre os canais de envio e recebimento de FDD para minimizar a interferência. Embora a FDD seja mais tolerante em relação aos requisitos de temporização e sincronização, a compatibilidade com MIMO, beam forming e o espectro C-Band são fatores adicionais que favorecem a TDD em relação à FDD 5G.

O que é o protocolo de tempo de precisão?   

Precision Time Protocol (PTP) definido pela norma IEEE 1588 estabelece um método para sincronização precisa do relógio para a range de submícrons de redes baseadas em pacotes. Isso inclui redes 5G midhaul e fronthaul baseadas em Ethernet. O PTP versão 2 (1588v2), lançado em 2008, melhorou o nível de exatidão, precisão e robustez do protocolo. 

  • A infraestrutura PTP inclui um relógio mestre grandioso sincronizado diretamente com uma fonte de satélite GPS que retransmite um tempo absoluto baseado em UTC. Essas informações são dispersas em toda a rede usando uma combinação de clock de delimitação e clocks escravos. Garantir que todas as unidades de rádio na rede estejam sincronizadas com uma referência de tempo e fase comum permite que o programador minimize a interferência potencial. 
  • A O-RAN Alliance recomenda que não mais do que dois clocks de delimitação sejam atravessados entre um relógio grande mestre e qualquer ponto final. No entanto, não há limitação estabelecida na distância total percorrida. 
  • O PTP sobre Ethernet está substituindo o GPS como a fonte de temporização principal para a rede fronthaul 5G. Embora a Ethernet não seja intrinsecamente síncrona, as informações de temporização e frequência podem ser distribuídas em uma camada Ethernet usando PTP e Ethernet síncrona (SyncE). Isso permite que o cabeamento Ethernet existente seja aproveitado para sincronizar relógios em um sistema distribuído. 

Requisitos de temporização e sincronização 5G  

Quando os nodes de rede 5G não estão sincronizados, os sinais recebidos não podem ser demodulados corretamente. Isso pode resultar em BER, delay e jitter elevados que comprometem a experiência do cliente. Para resolver isso, os requisitos de sincronização foram agora estabelecidos por vários organismos de normalização, incluindo o 3GPP e o ITU-T 

  • A definição e os procedimentos de sincronização variam, dependendo do sistema de comunicação. Os requisitos de precisão de operadora e temporização tornam-se mais rigorosos para TDD vs. FDD 5G. Para cada use case, a sincronização, o tipo, os requisitos e o impacto da não conformidade no desempenho também variam substancialmente. 
  • Time Error (TE) é definido como a diferença de tempo entre quaisquer dois relógios nodais. O erro de tempo absoluto entre uma referência de tempo grande mestre e qualquer node é limitado a um 1,5 μs excepcionalmente curto para LTE/5G TDD. Isso inclui 1,1 μs de erro de tempo absoluto para o ponto de acesso e 0,4 μs pelo link fronthaul para o rádio. 
  • Erro de Tempo Relativo é a diferença de tempo entre as entradas em duas unidades de rádio. O TE relativo é uma métrica importante para recursos 5G avançados, como agregação de portadora e MIMO massivo. O multiponto coordenado (CoMP), que é usado para coordenar sinais de e para várias redes móveis, não pode tolerar mais de 1,0 μs de TE relativo.
Use caseTipo de sincronizaçãoNecessidade de sincronizaçãoNecessidade de conformidadeImpacto da não conformidade
LTE/5 G-NR FDD

Freq.

50 PPB AbsolutoAcessibilidade e retentividadeConexões de interferência e alta queda
LTE/5 G-NR FDDTempo~10 μs AbsolutoAlinhamento do períodoColisão de perda de pacote, degradação de desempenho
LTE/5G-NR/eMBMS/Agregação de portadoraTempo~3-5 μs AbsolutoAlinhamento de tempo entre várias portadoras e células para decodificação de vídeo e uma agregação de portadoraBaixa qualidade de vídeo e falha de CA, baixa taxa de transferência
LTE/5G-NR TDD/eCICTempo~1-5 μs AbsolutoGestão de interferência/Coordenação de interferênciaInterferência de rede, capacidade reduzida, desempenho ruim
LTE/5G-NR CoMP/LBSTempo<Medição OTA relativa de 1 μsCoordenação de sinais de/para redes móveisPrecisão LBS, eficiência espectral
LTE/5G-NR TDDQuadroDepende da rede TDD adjacente (LTE vs. 5G)Coordenação com LTE adjacente ou rede 5GInterferência de rede, capacidade reduzida, desempenho ruim

Os desafios do 5G temporização e sincronização  

A desagregação RAN, TDD e a adoção da tecnologia MIMO, beam forming e onda milimétrica permitiram que todo o potencial da tecnologia wireless 5G fosse realizado. Essas inovações também se combinaram para impulsionar os requisitos de temporização e sincronização para 5G a níveis sem precedentes. Aplicações em tempo real, como veículos autônomos e a IoT, estão mudando a equação para os aspectos de temporização e sincronização em redes de pacotes.  

  • Interferência intercélulas pode ser um subproduto indesejado da duplexação por divisão de tempo sem fio 5G. Deve ser estabelecida uma estrutura de quadro compatível entre redes colocadas com atribuições de frequência adjacentes. Os transportadores que usam TDD também devem evitar transmissão simultânea DL e UL. O sinal DL pode potencialmente vazar para canais adjacentes usando bandas de proteção TDD e FDD LTE não está mais no lugar para diminuir o impacto.  
  • A qualidade do sinal GPS adquirida pela antena de satélite deve ser altamente confiável para atender aos requisitos do 5G. A verificação da força do sinal GPS de vários locais e a validação completa da antena podem minimizar o potencial de problemas de interferência. As redes 3G e 4G exigem apenas uma linha de satélite do local para sincronização. Os requisitos precisos de tempo e sincronização das células 5G tornaram até mesmo a variação mínima intolerável. Uma trava em quatro ou mais posições de satélites pode ser usada para minimizar o impacto da localização do satélite.
    GPS Based Synchronization
    Sincronização baseada em GPS

O que podemos testar?  

Felizmente, os requisitos de temporização e sincronização muito exigentes podem ser verificados de forma precisa e confiável, usando o poderoso conjunto de soluções de teste da VIAVI. É possível evitar quedas problemáticas de quadros, interferências e problemas de entrega adotando uma abordagem de validação proativa. 

  • O teste de PTP pode ser realizado para verificar se todos os relógios de rede estão alinhados corretamente com os limites do perfil de frequência do grande mestre e do PTP, como o percentil do pacote de piso, estão sendo atendidos. Os limites de conformidade de tempo e perfil de fase para erro de tempo (TE) também podem ser estabelecidos. O MTS-5800 da VIAVI facilita o teste de erros de temporização e conectividade emulando pontos de extremidade PTP downstream de um relógio grande mestre. 

  • O formato de quadro 5G NR deve ser testado para estabelecer que as redes adjacentes estão em conformidade com os formatos de slot e quadro acordados. O teste pelo ar, usando o CellAdvisor 5G, pode ser usado para validar o formato de quadro TDD para vários operadores. Pode-se evitar a interferência intercélulas da duplexação por divisão de tempo sem fio. 

    GPS Test using VIAVI T-BERDMTS-5800
  • O teste de GPS também pode ser realizado com o MTS-5800 para estabelecer a adequação da localização da antena de GPS durante a instalação e posteriormente. O número de satélites visíveis, intensidades de sinal e diversidade de posições de satélite entre setores e linhas de site podem ser avaliados em uma única interface intuitiva.

Soluções de sincronização e temporização da VIAVI  

As soluções de temporização e sincronização da VIAVI têm os recursos necessários para garantir a conformidade com rigorosos padrões PTP/1588v2 e ITU-T que mantêm as redes sem fio 5G e LTE funcionando como um relógio. 

  • O CellAdvisor 5G é uma solução avançada portátil de campo projetada para enfrentar os desafios exclusivos da análise de espectro 5G, verificação de cobertura e análise de beam. Usando o CellAdvisor 5G da VIAVI, um engenheiro ou técnico de RF também pode validar erros de frequência e tempo de ar e garantir que a sincronização esteja em conformidade com os limites de ±1,5 μs em comparação com o padrão UTC. 
  • O OneAdvisor-800 permite que os técnicos de rede móvel testem fibra, RF e CPRI/Ethernet a partir de um único instrumento. A análise de espectro em tempo real fornece uma representação detalhada das portadoras TDD LTE e 5G que podem evitar fontes de interferência. A verificação MIMO e a análise de sinal podem detectar rapidamente obstáculos que interrompem a cobertura e a qualidade do serviço. 
  • O MTS-5800 suporta testes de temporização e sincronização 5G ao longo de todo o ciclo de vida do serviço de rede. Além da verificação de sinal GPS e teste de erro de tempo para o protocolo PTP, o MTS-5800 também pode ser usado para verificar o desempenho de SyncE e realizar testes de atraso unidirecional e PDV (retardo de pacote) pela rede.  
  • Timing and Synchronization
    eBook

    Timing and Synchronization Handbook

    Learn the essentials for TDD Deployment

  • eBook

    5G Fronthaul Handbook

    Get answers to the tough questions on how to ensure your transport network is up to the challenge of 5G.

  • Observações de aplicação

    The Role of C-band in 5G

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