5G는 동기화가 필요한 아키텍처 변경을 가져왔습니다. 위치 및 네트워크 사이트에 따라 이러한 타이밍 요구 사항에는 다양한 PTP 프로필과 PTP 용량이 필요합니다.
통신, 유틸리티, 교통, 국방과 같은 중요한 인프라가 4G에서 5G로 마이그레이션됨에 따라 이러한 필수 서비스가 네트워크 시간 동기화를 위해 ITU-T G.8275.1 PTP(Precision Time Protocol) 프로파일을 보편적으로 채택한다고 가정할 수 있습니다. 결국 PTP에는 4G에 비해 우수한 품질의 PTP 경계 클록(BC)이 내장되어 있습니다. 그러나 이러한 경향은 5G 모바일 동기화가 더욱 세분화되었다는 것을 과소평가할 수 있습니다.
5G의 시분할 이중화(TDD)는 상대 및 절대 모두에서 새로운 위상 요구 사항을 제공합니다. 또한 BBU(기저대역 장치) 기능이 RU(무선 장치), DU(분산 장치) 및 CU(중앙 집중 장치)로 분리된 개방형 RAN도 도입되었습니다. 결과적으로 통신 업계에서는 PTP 인식 네트워크와 PTP 비인식 네트워크를 각각 처리하기 위해 두 가지 PTP 프로파일인 ITU-T G.8275.1 및 ITU-T G.8275.2를 표준화했습니다.
동기화 문제
운영자는 백홀 네트워크 보유의 의미를 이해합니다. 네트워크 유형에 따라 PDV(패킷 지연 변형)가 동기화에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 많은 국가에서 PTP는 백업 동기화 메커니즘으로 4G에 배포되었으며 GNSS(Global Navigation Satellite System)는 기본 동기화 소스였습니다. GNSS 오류로 인해 위상 서비스가 손실되는 상황을 방지하기 위해 PTP 흐름을 사용하여 에지 PRTC(기본 기준 시간 클럭)를 중앙 집중식 코어 클럭에 연결하는 아이디어가 개발되었습니다. ITU-T는 G.8273.4 — APTS(Assisted Partial Timing Support)로 채택했습니다.
그림 1. 모바일 4G의 일반적인 동기화 아키텍처는 그랜드마스터 클럭과 G.8275.2 PTP 프로필을 사용합니다.
이 아키텍처에서 PTP 입력은 로컬 에지 PRTC GNSS를 사용하여 시간 오류에 대해 보정됩니다. 이 GNSS는 업스트림 GNSS와 동일한 기준(Universal Coordinated Time, UTC)을 갖습니다. 들어오는 PTP 흐름을 UTC까지 추적 가능한 코어의 효과적인 프록시 GNSS 신호로 간주할 수 있습니다.
그림 1 PTP 그랜드마스터가 PTP 유니캐스트 G.4 프로필을 사용하여 백홀을 통해 4G eNodeB를 서비스하는 일반적인 8275.2G 동기화 시나리오를 보여줍니다.
5G에는 Open RAN 분리로 인해 모바일 네트워크가 점점 더 복잡해지기 때문에 새로운 동기화 아키텍처가 필요합니다. 그림 2 5G 아키텍처의 핵심 요소를 보여줍니다.
사업자는 일반적인 5G 아키텍처 외에도 백홀을 고려해야 합니다. 또한 분할을 통해 프런트홀 및 미드홀 네트워크가 도입됩니다.
그림 2. Open RAN 5G 네트워크 아키텍처는 BBU를 분리하여 네트워크에 장치를 추가하고 동기화를 더욱 복잡하게 만듭니다.
동기화 관점에서 프런트홀은 5G RU 또는 5G 기지국 서비스를 위한 초점 네트워크 지점이 됩니다. 그림 3 프런트홀 네트워크가 G.5 멀티캐스트 프로필을 사용하여 8275.1G 기지국(gNodeB)에 서비스를 제공하는 방법을 보여줍니다. 이 시나리오에서는 PTP가 기본 동기화 메커니즘이 됩니다.
5G를 구현할 때 중요한 고려 사항에는 그림 1.5과 같이 종단 간 타이밍 예산(±130μsec)과 인접한 Rus 간의 260nsec/3nsec 상대 시간 정확도가 포함됩니다.
그림 3. 프런트홀이 gNodeB를 제공하고 백홀이 5G용 eNodeB도 제공하는 4G 일반적인 동기화 아키텍처.
반면에 ITU-T G.8275.2 프로필은 레이어 3, 유니캐스트에 있습니다. 모든 네트워크 요소에 대한 경로 지원 기능이 필요하지 않습니다. PTP 프로토콜은 우선 순위가 높은 트래픽으로 해당 네트워크 요소를 통해 흐릅니다. 이 사용 사례에서 네트워크에는 PTP 그랜드마스터의 대규모 PTP 클라이언트 용량 지원이 필요합니다. 일반적으로 클라이언트가 XNUMX개가 넘고 어떤 경우에는 수천 개가 넘습니다.
프론트홀 프로필
동기화 관점에서 Fronthaul은 GNSS 신호의 시간 소스에서 작동합니다. 보조 부분 타이밍 지원(APTS)은 GNSS 신호를 사용할 수 없거나 간헐적인 상황에서 이를 보호합니다.
Fronthaul은 일반적으로 많은 기지국이 있는 대도시 및 대도시 지역에 상주합니다. 근처에 위치한 PTP 그랜드마스터가 기지국 역할을 합니다. 이 상황에서 네트워크는 최신 경계 시계가 내장된 네트워크 요소가 있는 통신 산업을 위해 특별히 정의된 PTP 프로필인 G.8275.1 기반 프로필을 사용합니다. G.8275.1은 많은 용량이 필요하지 않은 멀티캐스팅 모드를 사용합니다.
현재까지 PTP는 대도시 지역 외부에서 주파수 동기화를 제공합니다. 이러한 위치에 배치된 그랜드마스터 시계는 주로 구형 FDD 무선 시스템에 사용됩니다. 이러한 시계는 점점 더 오래된 무선 통신과 5G로의 전환으로 인해 배포되는 새로운 환경이 혼합된 일부입니다.
많은 사업자가 더 나은 시간 및 위상 정확도를 통해 1588G 요구 사항을 지원하는 차세대 IEEE 5 PTP 그랜드마스터로 주파수 중심의 그랜드마스터를 마이그레이션하고 있습니다. 또한 이 클럭은 이전 세대보다 추가 기능과 더 많은 PTP 포트를 제공합니다. 새로운 그랜드마스터는 기존 라디오, 셀 타워 및 기타 PTP 그랜드마스터를 포함하여 더 많은 장치에 연결되어야 합니다.
이러한 백홀 사이트와 그랜드마스터는 일반적으로 인터넷 프로토콜(IP) 계층에서 실행되는 ITU-T G.8275.2 프로필을 활용합니다. 통신 업계는 레거시 환경을 최신 아키텍처와 장치로 마이그레이션하는 데 중점을 두고 있습니다. SSU(동기화 공급 장치) 및 PRC(5차 참조 클럭)와 같은 기존 레거시 신호 시스템은 사라지지 않으며 XNUMXG 및 PTP에 초점을 맞춘 최신 아키텍처에 통합되어야 합니다. 용량 이상으로 고려해야 할 또 다른 측면은 그랜드마스터로부터 멀리 떨어진 사이트에 위치한 시스템을 통합하는 능력입니다.
5G로 전환
5G 모바일 서비스를 추가하는 사업자는 기존 동기화 투자를 활용하고 이를 기반으로 구축할 수 있습니다.
일반적으로 대규모 사업자는 유선 광대역 및 무선 이동성을 지원하는 중앙 사무실에 PTP 그랜드마스터를 설치합니다. 이는 네 가지 일반적인 사용 사례로 이어집니다.
- 운영자는 북미에서 흔히 사용되는 전용 PRS(기본 참조 소스)를 사용합니다. 이러한 경우 운영자는 레거시 PRS 시스템을 교체하고 PRS 또는 향상된 PRS(ePRS)로 작동할 수 있는 차세대 그랜드마스터로 마이그레이션하는 경우가 많습니다.
- 운영자는 기존 PRTC 그랜드마스터에서 보다 현대적인 플랫폼으로 마이그레이션합니다. 이는 더 많은 연결 옵션과 고급 APTS 기능을 제공할 뿐만 아니라 PTP G.8275.2를 사용하는 셀 사이트 백홀(수천 개의 클라이언트)에 대한 주파수 동기화를 제공합니다.
- 사업자는 PTP G.5을 사용하여 8275.1G 프런트홀을 위한 새로운 PRTC 그랜드마스터를 배포합니다.
- 운영자는 기존 동기화 시스템을 UTC에 대한 엄격한 30ns 정확도와 선택한 사이트의 14일 보류를 충족하는 보다 현대적이고 탄력적인 PTP 그랜드마스터로 마이그레이션합니다.
이러한 설치는 투자를 보존합니다. 시간이 지남에 따라 사업자는 기존 동기화 인프라의 발전을 통해 새로운 기술을 활용하여 5G 사이트에 서비스를 제공합니다.
기타 시장 역학
타이밍 프로필 및 용량 요구 사항을 선택하기 위한 프런트홀 및 백홀 고려 사항 외에도 일부 국가 또는 운영자는 배포의 일부 또는 전부에 대한 인프라를 소유하지 않을 수 있습니다.
북미에서는 사업자가 일반적으로 제3자로부터 백홀 회선을 임대합니다. 그러나 이러한 임대 회선은 운영자의 시간 및 단계 성능 요구 사항을 항상 충족하는 것은 아닙니다. 모바일 운영자는 항상 백홀 링크에 의존할 수 없으며 타사 임대 회선 공급자가 제공하는 동기화 품질을 모니터링할 수 있는 수단이 부족할 수 있습니다.
5G 아키텍처에 대한 엄격한 타이밍 요구 사항을 고려하여 모바일 사업자에게 서비스를 제공하고 높은 정확도를 보장하기 위해 임대 회선 백홀 제공업체는 네트워크 요소를 경계 클록으로 업그레이드하여 사업자에게 매우 정확한 시간과 위상을 제공하고 있습니다.
위성 제공업체나 케이블 운영업체와 같은 신규 진입업체는 자신들의 포트폴리오에 모바일을 추가하고 있습니다. 또한 그들은 임대 아키텍처에 대한 정확한 시간을 제공하기 위해 제3자에 의존합니다.
기존 유선 서비스 제공업체는 유선 인프라를 이동통신사와 신규 모바일 진입자에게 임대하는 경우가 많습니다. 전용회선 공급자는 정확한 시간과 단계로 이동통신사에 서비스를 제공하기 위해 인프라를 업그레이드해야 할 수도 있습니다. 그런 다음 모바일 운영자는 임대 백홀 계층을 통해 G.8275.1 또는 G.8275.2를 실행할 수 있습니다. 회선을 임대하는 운영자는 제XNUMX자 공급자가 일정 수준의 시간 정확성을 보장할 수 있는지 확인해야 합니다.
모든 경우에 적용되는 단일 크기는 없습니다.
5G 아키텍처를 배포하거나 5G 서비스를 시작하는 이동통신사는 프런트홀 네트워크와 백홀 네트워크에 배포할 수 있는 표준을 기반으로 하는 옵션을 제공합니다. 이로 인해 지역, 네트워크 전송 및 통합 요구 사항에 따라 다양한 PTP 프로필과 다양한 PTP 용량 수준이 생성됩니다.