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Sincronización en redes Open RAN

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Artículo de fondo escrito por Darrin Gile, ingeniero técnico senior en la unidad de negocios de aplicaciones estratégicas, temporización y comunicaciones de la compañía Microchip Technology en el que se explica la mejor manera de realizar una buena sincronización en redes Open RAN.

La sincronización de la red es un componente clave de la red de comunicaciones. Cada elemento de la red debe cumplir ciertos requisitos de frecuencia, fase y tiempo para garantizar el funcionamiento adecuado de la red de un extremo a otro.

Este artículo analiza las arquitecturas de sincronización definidas por la Alianza O-RAN y cómo se pueden diseñar equipos O-RU y O-DU para cumplir con estos requisitos. Además, se examinarán técnicas para proporcionar una retención adecuada y minimizar la latencia.

Open RAN continúa atrayendo un gran interés por parte de los proveedores de servicios que buscan reducir costos, mejorar la competencia e impulsar la innovación tecnológica. El deseo de una arquitectura RAN virtual y desagregada ha introducido más flexibilidad, competencia y apertura a las redes 5G.

La Alianza O-RAN se formó en 2018 con el propósito de estandarizar el hardware y definir interfaces abiertas para garantizar la interoperabilidad entre los equipos de los proveedores. Los protocolos, arquitecturas y requisitos para los planos de control, usuario y sincronización se definen en la norma O-RAN.WG4.CUS.0-v10.00.

El plano S y la precisión

El plano de sincronización, S-Plane, aborda las topologías de red y los límites de precisión de la sincronización para la conexión de red de fronthaul entre O-DU y O-RU. Los requisitos de sincronización de frecuencia, fase y tiempo siguen las recomendaciones del 3GPP y se alinean con los límites de red y equipos del ITU-T. Para las redes celulares TDD, el requisito básico para las redes celulares TDD es de 3 µs entre estaciones base, o ±1,5 µs (G.8271) entre la aplicación final y un punto común.

Existen requisitos de precisión más estrictos para los equipos utilizados con tecnologías de radio avanzadas como multipunto coordinado o MIMO. Para cumplir con estos límites de red más estrictos, el equipo deberá cumplir con el error de tiempo absoluto máximo de Clase C (30 ns) definido en G.8372.2.

Configuraciones de tiempo

El S-Plane se ha definido con cuatro topologías para distribuir la sincronización a través de la red de fronthaul. Estas configuraciones se basan en una combinación de técnicas de sincronización basadas en tiempo y frecuencia. Un reloj de tiempo de referencia primario (PRTC o ePRTC) ubicado en la red proporcionará el tiempo base para cada elemento de la red. El uso de GNSS, PTP y una fuente de frecuencia de capa física, más comúnmente Ethernet síncrona (SyncE), garantiza que la O-RU reciba de manera fiable la frecuencia y, lo que es más importante, la sincronización de fase y tiempo necesaria para operar la red correctamente.

Las figuras 1 y 2 muestran las cuatro configuraciones definidas para admitir la sincronización de red en la red fronthaul Open RAN.

Configurar LLS-C1

La sincronización para la primera configuración se logra con una conexión directa entre la O-DU y la O-RU. La O-DU recibirá la hora de la red desde un PRTC/T-GM que está ubicado junto con la O-DU o desde un PRTC/T-GM remoto ubicado más atrás en la red.

Configurar LLS-C2

Para la configuración LLS-C2, la O-DU aún recibe tiempo de red de un PRTC ubicado en el mismo lugar o más arriba en la red. El tiempo de red se puede pasar desde la O-DU a través de conmutadores adicionales que residen en la red fronthaul. Para obtener el mejor rendimiento, se recomienda que estos conmutadores comprendan una red totalmente consciente (G.8275.1) donde cada nodo actúe como un reloj límite de telecomunicaciones (T-BC).

También se permiten redes parcialmente conscientes donde uno o más conmutadores no participan en el filtrado de PTP. Dependiendo del tipo de red de fronthaul, el rendimiento general de la red estará limitado por el tipo y la cantidad de saltos presentes a través de la red de fronthaul. Por ejemplo, una red totalmente consciente compuesta por T-BC de Clase C (30 ns) podrá facilitar más saltos que una red completamente consciente compuesta por T-BC de Clase B (70 ns).

Configurar LLS-C3

Para la tercera configuración, tanto la O-DU como la O-RU recibirán la hora de la red de un PRTC ubicado en la red de fronthaul.

Al igual que con LLS-C2, el tiempo de la red se puede propagar a través de la red fronthaul y a través de conmutadores con reconocimiento total o parcial. En algunos casos, la O-DU puede participar como T-BC en el paso del tiempo a la O-RU.

Configurar LLS-C4

La configuración final es la más preferida y la más fácil de implementar, pero potencialmente la más costosa de las cuatro topologías. La O-RU en esta configuración obtiene la hora del GNSS como un reloj de pulso por segundo (PPS) o de un PRTC/T-GM ubicado en el mismo lugar. La gran cantidad de sitios 5G NR que se implementarán y los requisitos de ubicación de la antena GNSS pueden hacer que implementar esta configuración sea costoso o poco práctico. Además, el GNSS en los sitios de radio puede estar más sujeto a suplantaciones o interferencias que pueden alterar el funcionamiento adecuado.

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