5G mang đến những thay đổi về kiến trúc đòi hỏi phải đồng bộ hóa. Tùy thuộc vào vị trí và trang mạng, những yêu cầu về thời gian đó yêu cầu cấu hình PTP và dung lượng PTP khác nhau.
Khi cơ sở hạ tầng quan trọng như viễn thông, tiện ích, giao thông và quốc phòng chuyển từ 4G sang 5G, bạn có thể cho rằng các dịch vụ thiết yếu này áp dụng phổ biến cấu hình Giao thức thời gian chính xác (PTP) ITU-T G.8275.1 để đồng bộ hóa thời gian mạng của chúng. Xét cho cùng, PTP nhúng đồng hồ ranh giới PTP (BC) chất lượng vượt trội so với 4G. Tuy nhiên, xu hướng này có thể nhấn mạnh rằng việc đồng bộ hóa di động 5G đã trở nên chi tiết hơn.
Song công phân chia theo thời gian (TDD) trong 5G mang lại những yêu cầu về pha mới, cả tương đối và tuyệt đối. Nó cũng giới thiệu RAN mở, với các chức năng của đơn vị băng cơ sở (BBU) được phân tách thành Đơn vị vô tuyến (RU), Đơn vị phân phối (DU) và Đơn vị tập trung (CU). Do đó, ngành viễn thông đã tiêu chuẩn hóa hai cấu hình PTP, ITU-T G.8275.1 và ITU-T G.8275.2, để xử lý các mạng nhận biết PTP và không nhận biết PTP tương ứng.
Sự cố đồng bộ hóa
Các nhà khai thác hiểu ý nghĩa của việc có một mạng lưới truyền tải ngược. Tùy thuộc vào loại mạng, biến thể độ trễ gói (PDV) có thể có tác động lớn đến việc đồng bộ hóa. Ở nhiều quốc gia, PTP được triển khai trong 4G như một cơ chế đồng bộ hóa dự phòng, trong khi Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS) là nguồn đồng bộ hóa chính. Để tránh tình huống lỗi GNSS dẫn đến mất dịch vụ pha, ý tưởng kết nối đồng hồ thời gian tham chiếu chính biên (PRTC) với đồng hồ lõi tập trung sử dụng luồng PTP đã được phát triển. Nó được ITU-T chấp nhận là G.8273.4 - Hỗ trợ định thời một phần được hỗ trợ (APTS).
Hình 1. Kiến trúc đồng bộ hóa điển hình cho 4G di động sử dụng đồng hồ lớn và cấu hình PTP G.8275.2.
Trong kiến trúc này, đầu vào PTP được hiệu chỉnh theo lỗi thời gian bằng cách sử dụng PRTC GNSS biên cục bộ. GNSS này có cùng tham chiếu (Giờ phối hợp quốc tế, UTC) như GNSS ngược dòng. Bạn có thể coi luồng PTP đến thực sự là tín hiệu GNSS proxy từ lõi có khả năng truy nguyên theo UTC.
Hình 1 hiển thị một kịch bản đồng bộ hóa 4G điển hình trong đó một chuyên gia PTP phục vụ eNodeB 4G qua đường truyền ngược bằng cách sử dụng cấu hình PTP unicast G.8275.2.
5G cần một kiến trúc đồng bộ hóa mới vì mạng di động ngày càng trở nên phức tạp do sự phân chia Open RAN. Hình 2 cho thấy các yếu tố chính của kiến trúc 5G.
Các nhà khai thác cần xem xét đường truyền ngược bên cạnh kiến trúc 5G điển hình. Hơn nữa, việc phân chia sẽ giới thiệu các mạng đường dẫn trước và đường giữa.
Hình 2. Kiến trúc mạng RAN 5G mở, phân tách BBU, bổ sung các thiết bị vào mạng và khiến việc đồng bộ hóa trở nên phức tạp hơn.
Từ quan điểm đồng bộ hóa, đường truyền dẫn trở thành điểm mạng đầu mối để phục vụ các trạm gốc 5G RU hoặc 5G. Hình 3 cho thấy cách mạng truyền dẫn trước phục vụ các trạm gốc 5G (gNodeB) bằng cách sử dụng cấu hình phát đa hướng G.8275.1. Trong trường hợp này, PTP trở thành cơ chế đồng bộ hóa chính.
Những cân nhắc quan trọng khi triển khai 5G bao gồm ngân sách thời gian từ đầu đến cuối (±1.5 µsec) và độ chính xác thời gian tương đối 130 nsec/260 nsec giữa các Rus liền kề, như trong Hình 3.
Hình 3. Kiến trúc đồng bộ hóa điển hình của 5G trong đó đường truyền dẫn trước phục vụ các gNodeB trong khi đường truyền trục cũng phục vụ các eNodeB cho 4G.
Mặt khác, cấu hình ITU-T G.8275.2 nằm ở lớp 3, unicast. Nó không yêu cầu khả năng hỗ trợ trên đường dẫn trên tất cả các thành phần mạng. Giao thức PTP chảy qua các thành phần mạng đó dưới dạng lưu lượng có mức độ ưu tiên cao. Trong trường hợp sử dụng này, mạng cần hỗ trợ dung lượng máy khách PTP lớn từ chuyên gia PTP, thường là hơn một trăm máy khách và lên đến vài nghìn trong một số trường hợp.
Hồ sơ dẫn đầu
Fronthaul, từ quan điểm đồng bộ hóa, hoạt động từ nguồn thời gian từ tín hiệu GNSS. Hỗ trợ định giờ một phần được hỗ trợ (APTS) bảo vệ nó trong các tình huống khi tín hiệu GNSS không khả dụng hoặc không liên tục.
Fronthaul thường cư trú ở các thành phố lớn và khu vực đô thị có nhiều trạm gốc. Các kiện tướng PTP nằm gần đó phục vụ trạm cơ sở. Trong trường hợp này, mạng sử dụng cấu hình dựa trên G.8275.1, cấu hình PTP được xác định riêng cho ngành viễn thông với các thành phần mạng nhúng đồng hồ ranh giới hiện đại. G.8275.1 sử dụng chế độ multicasting, không yêu cầu nhiều dung lượng.
Đến nay, PTP cung cấp khả năng đồng bộ hóa tần số bên ngoài khu vực đô thị. Đồng hồ Grandmaster được triển khai tại các địa điểm này chủ yếu phục vụ các hệ thống vô tuyến FDD cũ hơn. Càng ngày, những chiếc đồng hồ này càng trở thành một phần của sự kết hợp giữa các đài cũ và môi trường mới được đưa vào triển khai khi chuyển sang 5G.
Nhiều nhà khai thác đang chuyển các thiết bị cao cấp tập trung vào tần số sang các thế hệ cao cấp mới hơn của IEEE 1588 PTP hỗ trợ các yêu cầu 5G thông qua độ chính xác về thời gian và pha tốt hơn. Những đồng hồ này cũng cung cấp các khả năng bổ sung và nhiều cổng PTP hơn các thế hệ trước. Các kiện tướng mới phải kết nối với nhiều thiết bị hơn, bao gồm đài cũ, tháp di động và các kiện tướng PTP khác.
Các trang web backhaul và các kiện tướng này thường sử dụng cấu hình ITU-T G.8275.2, chạy ở lớp giao thức internet (IP). Ngành viễn thông tập trung vào việc cho phép di chuyển các môi trường cũ sang các kiến trúc và thiết bị mới hơn. Các hệ thống tín hiệu cũ hiện có như Đơn vị cung cấp đồng bộ hóa (SSU) và Đồng hồ tham chiếu chính (PRC) sẽ không bị loại bỏ và cần tích hợp vào các kiến trúc mới hơn, tập trung vào 5G và PTP. Một khía cạnh khác cần xem xét vượt quá khả năng là khả năng tích hợp các hệ thống đặt tại các địa điểm cách xa các kiện tướng.
Chuyển sang 5G
Các nhà khai thác bổ sung dịch vụ di động 5G có thể tận dụng các khoản đầu tư đồng bộ hóa hiện có và phát triển dựa trên chúng.
Thông thường, các nhà khai thác lớn sẽ cài đặt PTP grandmasters trong các văn phòng trung tâm hỗ trợ di động không dây và băng thông rộng có dây. Điều này dẫn đến bốn trường hợp sử dụng điển hình.
- Các nhà khai thác sử dụng Nguồn tham chiếu chính (PRS) chuyên dụng, phổ biến ở Bắc Mỹ. Trong những trường hợp đó, người vận hành thường sẽ thay thế các hệ thống PRS cũ và chuyển sang một đại kiện tướng thế hệ mới hơn có thể hoạt động như một PRS hoặc PRS nâng cao (ePRS).
- Các nhà khai thác di chuyển từ một đại kiện tướng PRTC truyền thống sang một nền tảng hiện đại hơn. Điều này cung cấp nhiều tùy chọn kết nối hơn và các khả năng APTS nâng cao cũng như đồng bộ hóa tần số cho việc truyền tải ngược trang di động (hàng nghìn khách hàng) bằng PTP G.8275.2.
- Các nhà khai thác sẽ triển khai các chuyên gia PRTC mới cho mạng truyền dẫn 5G bằng PTP G.8275.1.
- Các nhà khai thác di chuyển các hệ thống đồng bộ hóa hiện có sang các kiện tướng PTP hiện đại và linh hoạt hơn, đáp ứng độ chính xác nghiêm ngặt 30 ns đối với UTC, cũng như thời gian lưu giữ 14 ngày ở các địa điểm được chọn.
Những cài đặt này bảo toàn các khoản đầu tư. Theo thời gian, các nhà khai thác tận dụng các công nghệ mới hơn để phục vụ các cơ sở 5G thông qua sự phát triển của cơ sở hạ tầng đồng bộ hóa hiện có.
Động lực thị trường khác
Ngoài những cân nhắc về tuyến trước và tuyến sau để chọn hồ sơ thời gian và yêu cầu về năng lực, một số quốc gia hoặc nhà khai thác có thể không sở hữu cơ sở hạ tầng cho một phần hoặc toàn bộ hoạt động triển khai của họ.
Ở Bắc Mỹ, các nhà khai thác thường thuê các tuyến đường trục từ bên thứ ba. Tuy nhiên, những đường dây thuê riêng này không phải lúc nào cũng đáp ứng được các yêu cầu về hiệu suất và thời gian của nhà điều hành. Các nhà khai thác di động không phải lúc nào cũng có thể dựa vào các liên kết backhaul và có thể thiếu các phương tiện để giám sát chất lượng đồng bộ hóa mà các nhà cung cấp kênh thuê riêng bên thứ ba cung cấp.
Để phục vụ các nhà khai thác di động và đảm bảo độ chính xác cao dựa trên các yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian đối với kiến trúc 5G, các nhà cung cấp đường truyền kênh thuê riêng đang nâng cấp các thành phần mạng của họ bằng đồng hồ ranh giới để cung cấp thời gian và pha có độ chính xác cao cho các nhà khai thác.
Những người mới tham gia như nhà cung cấp vệ tinh hoặc nhà khai thác cáp đang bổ sung thêm thiết bị di động vào danh mục đầu tư của họ. Họ cũng dựa vào các bên thứ ba để cung cấp thời gian chính xác cho kiến trúc được thuê.
Các nhà cung cấp dịch vụ hữu tuyến truyền thống thường cho các nhà khai thác di động và những người mới tham gia dịch vụ di động thuê cơ sở hạ tầng hữu tuyến của họ. Các nhà cung cấp kênh thuê riêng có thể cần nâng cấp cơ sở hạ tầng của họ để phục vụ các nhà khai thác di động với thời gian và giai đoạn chính xác. Sau đó, các nhà khai thác di động có thể chạy G.8275.1 hoặc G.8275.2 trên lớp đường truyền được thuê. Các nhà khai thác đường dây cho thuê phải đảm bảo rằng các nhà cung cấp bên thứ ba có thể đảm bảo mức độ chính xác về thời gian.
Không có một kích thước phù hợp cho tất cả
Nhà khai thác di động triển khai kiến trúc 5G hoặc triển khai dịch vụ 5G có các tùy chọn dựa trên các tiêu chuẩn có thể được triển khai ở mạng truyền dẫn phía trước và mạng truyền tải ngược. Điều này sẽ dẫn đến các cấu hình PTP khác nhau cũng như các mức công suất PTP khác nhau tùy thuộc vào khu vực, mạng lưới truyền tải và các yêu cầu tích hợp.