Die LRES6080PF-4SFP28 Zeitsynchronisationskarte erfüllt die O-RAN-Anforderungen LLS-C1 und LLS-C3 (Boundary-Clock- und Transparent-Clock-Betriebsmodi). Durch hochpräzise Zeitsynchronisationsfunktionen erfüllt sie Echtzeitanforderungen, effiziente Datenübertragung, Zusammenarbeit und Synchronisation, Messung und Überwachung. LLS-C2 und LLS-C3 (Betriebsmodi für Boundary Clocks und transparente Uhren) Anforderungen. Seine hochpräzisen Zeitsynchronisationsfunktionen bieten erhebliche Vorteile bei Echtzeitanforderungen, effizienter Datenübertragung, Zusammenarbeit und Synchronisation, Messung und Überwachung. Mit der breiten Einführung von 5G-Netzwerken werden diese Zeitsynchronisationstechnologien eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der zukünftigen Kommunikationsinfrastruktur spielen.

Die Abhängigkeit der 5G-Netzwerkarchitektur von der Synchronisationsgenauigkeit

Das 5G-Netz nutzt die TDD-Technologie (Time Division Duplex), die eine strenge Kontrolle der Zeitabweichung zwischen den Basisstationen innerhalb von ±3μs erfordern. Diese grundlegende Anforderung verhindert Interferenzen zwischen Uplink- und Downlink-Zeitschlitzen und gewährleistet die Kommunikationsqualität. Mit der Ausweitung der Netzfunktionalitäten steigen jedoch die Anforderungen an die Genauigkeit der Zeitsynchronisation in mehreren Stufen an:

- Basisdienste erfordern Zeitfehler der Luftschnittstelle der Basisstation, die innerhalb von ±1,5 μs kontrolliert werden.

- Kooperative 5G NR-Dienste erfordern OFDM-Zeitabgleich auf Symbolebene mit einer Genauigkeit von ±65ns

- IoT-Dienste wie Indoor-Positionierung erfordern eine noch höhere Genauigkeit von ±10ns

Das 5G-Netz führt eine neuartige RAN-Architektur ein, bei der die Basisbandeinheit (BBU) in eine zentrale Einheit (CU), eine verteilte Einheit (DU) und eine Funkeinheit (RU) aufgeteilt wird. Unabhängig von der Entfernung zwischen CU und DU ist die Synchronisierung über das Fronthaul-Netzwerk für die RAN-Funktionalität entscheidend. Diese dekomponierte Architektur verwendet eine erweiterte gemeinsame öffentliche Funkschnittstelle (eCPRI), um DU und RU zu verbinden, und erreicht die Synchronisierung durch PTP und SyncE.

Zeitliche Kohärenz zwischen Rechenzentren und Edge-Knoten

Als Schlüsseltechnologie in der 5G-Ära verlagert Edge Computing die Rechenleistung an den Netzwerkrand, um Latenzanforderungen im Millisekundenbereich zu erfüllen. In diesem Szenario ist die zeitliche Kohärenz zwischen Edge-Knoten und Rechenzentren entscheidend.

Die hochpräzise Zeitsynchronisierung nutzt das PTP-Protokoll, um eine Synchronisierung auf Nanosekunden-Ebene zwischen Edge-Knoten und Endgeräten zu erreichen und die zeitliche Konsistenz von Daten aus mehreren Quellen zu gewährleisten. Innerhalb des Rechenzentrums wird durch hardwarebasierte Zeitstempelung eine Genauigkeit im Submikrosekundenbereich erreicht, die auch bei CPU- und Netzwerklast stabil bleibt.

Hauptmerkmale und Protokollunterstützung von 25G Zeitsynchronisationskarten

Mit ihren fortschrittlichen technischen Fähigkeiten entwickeln sich 25G-Zeitsynchronisationskarten zu wichtigen Komponenten in der 5G-Netzwerkinfrastruktur. Diese Karten bieten eine präzise Zeitsynchronisation im Nanosekundenbereich für das gesamte Netzwerk und erfüllen die strengen Anforderungen von 5G-Fronthaul-Netzwerken.

Unterstützung für die Protokolle 1588v2 PTP und SyncE

Die 25G-Zeitsynchronisationskarte unterstützt gleichzeitig das IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP) und Synchronous Ethernet (SyncE) und bildet damit eine robuste Hybrid-Synchronisationslösung. Durch diese Kombination sorgt SyncE für die Frequenzsynchronisation auf der physikalischen Schicht und stellt sicher, dass die Netzwerkknoten mit der gleichen Frequenz arbeiten, während PTP die Phasen- und Zeitinformationen über paketvermittelte Netzwerke synchronisiert. Dieser Hybridmodus verbessert die Synchronisationsgenauigkeit erheblich und erweitert die Anzahl der unterstützten Netzwerksprünge, und erreicht eine Taktsynchronisation im Bereich von zehn Nanosekunden.

Im Vergleich zu reinen PTP-Lösungen bietet der hybride Synchronisationsmodus eine höhere Zuverlässigkeit. Wenn die PTP-Funktionalität ausfällt und das Zeitsignal verloren geht, bleibt SyncE betriebsbereit. Die Geräte behalten die Frequenzsynchronisation bei, wobei die Zeitabweichung innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten wird.

Integriertes GNSS-Modul und externer Takteingang

Die 25G-Zeitsynchronisationskarte enthält ein GNSS-Empfängermodul mit einer SMA-Buchse für den Empfang von Signalen globaler Satellitennavigationssysteme. Sie unterstützt mehrere Satellitenpositionierungssysteme, darunter GPS und BeiDou. Darüber hinaus kann die Karte Host-Systeme über 1PPS (1 Impuls pro Sekunde) und 10MHz externe Taktquellen synchronisieren.

Die Zeitsynchronisationskarte bietet PPS/TOD-Schnittstellen. Diese verschiedenen Takteingangsoptionen gewährleisten Flexibilität in verschiedenen Einsatzumgebungen.

Typische Anwendungsszenarien: Vom 5G RAN zur industriellen Steuerung

25G-Zeitsynchronisationskarten haben einen erheblichen Anwendungswert in verschiedenen Szenarien, von der Infrastruktur bis zur industriellen Steuerung. Diese Geräte werden zu kritischen Komponenten für die präzise Zeitübertragung in der 5G-Ära.

1.Anwendungen in 5G-Basisstationen und Front-Haul-Netzen

Die Open RAN-Architektur unterteilt das Funkzugangsnetz in Remote Radio Units (RU), Front-Haul-Switches und Distributed Units (DU). Die Informationsübertragung zwischen diesen Komponenten beruht auf der erweiterten gemeinsamen öffentlichen Funkschnittstelle (eCPRI), die eine präzise Synchronisierung erfordert, um Paketverluste und Netzunterbrechungen zu vermeiden. Im Gegensatz zu früheren Generationen stellt 5G strengere Anforderungen an die Zeitsynchronisation. Beim Einsatz mehrerer kleiner Zellen kommt es zu Interferenzen und verminderter HF-Leistung, wenn diese mit unterschiedlichen Referenztakten arbeiten. Zeitprobleme können zu Übergabefehlern, Datenverfälschung und verringertem Durchsatz führen. Die 25G-Zeitsynchronisationskarte erfüllt die LLS-C1-, LLS-C2- und LLS-C3-Anforderungen von O-RAN, indem sie sowohl Boundary-Clock- als auch transparente Clock-Betriebsmodi unterstützt.

2. die Anforderungen an die Zeitsynchronisation für Edge-Computing-Knoten

Edge-Computing-Anwendungen lassen sich in zwei Kategorien einteilen: lokale Abdeckung und netzweite Abdeckung. Anwendungen mit lokaler Abdeckung erfordern Edge-Knoten-Zugriffsentfernungen von weniger als 30 Kilometern mit einer Latenzzeit von unter 5 Millisekunden. In Szenarien wie Smart Cities stellt das "Cloud-Edge-Device-Tripartite Collaborative Computing", das Datenerfassungs-, Wahrnehmungs- und Anwendungsebenen umfasst, hohe Anforderungen an die Zeitsynchronisation. Absolute Zeitsynchronisationsmethoden für 5G-Wireless-Edge-Geräte gewährleisten eine synchronisierte Zusammenarbeit zwischen industriellen Geräten wie Sensoren und Aktoren und kompensieren Phasen- und Frequenzabweichungen der lokalen Endgeräteuhren.

3. der Einsatz in industriellen Automatisierungs- und Messsystemen

Industrielle Anwendungen erfordern eine Zeitsynchronisationsgenauigkeit der Geräte von unter 1 Mikrosekunde. In Hochgeschwindigkeits-Mobilitätsszenarien, Stromversorgungssystemen und industriellen Internetanwendungen erfordern verschiedene Segmente unterschiedliche Präzisionsgrade der Zeitsynchronisation. So erfordern beispielsweise Anwendungen in Stromversorgungssystemen, wie die Ortung von Wanderwellenfehlern, synchrone Phasenmessungen und die Ortung von Blitzeinschlägen eine Synchronisationsgenauigkeit von weniger als 1 Mikrosekunde. Im intelligenten Verkehrswesen erfordern Verkehrssignalsteuerung, Fahrzeugpositionierung und -verfolgung eine hochpräzise Zeitsynchronisation, um Systemzuverlässigkeit und Datengenauigkeit zu gewährleisten. Mithilfe von 25G-Zeitsynchronisationskarten können Roboter, Sensoren und Steuerungen in Produktionslinien unter einer einheitlichen Zeitreferenz zusammenarbeiten, was die Effizienz der Fertigung erhöht.

4. Einsatz und Kompatibilität: Auswahl und Integration

Bei der Auswahl einer für 5G-Netzwerkumgebungen geeigneten Zeitsynchronisationskarte müssen mehrere kritische Faktoren berücksichtigt werden, darunter Systemkompatibilität, Schnittstellenstandards und Anforderungen an die Netzwerkarchitektur.

5) Konfigurationen mit mehreren Anschlüssen für die Anpassungsfähigkeit der Netzarchitektur

Hochwertige 25G-Zeitsynchronisationskarten passen sich an unterschiedliche Anforderungen der Netzwerkarchitektur an. Die Unterstützung für die Kaskadierung von bis zu 12 25G-Schnittstellen bietet Konfigurationsflexibilität und gewährleistet die Anwendbarkeit des Geräts in 5G-RAN-Fronthaul-Netzwerken, indem es eine direkte Verbindung zu mehreren Remote Radio Units (RRUs) ermöglicht. Mit zunehmender Betriebsgröße wird die Erweiterbarkeit entscheidend: Geräte mit reichlich Port-Ressourcen lassen sich nahtlos in neue Knoten integrieren und erfüllen die wachsenden Anforderungen an die Zeitsynchronisation.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die 25G-Zeitsynchronisationskarte als unverzichtbare Komponente der 5G-Netzwerkinfrastruktur die strengen Anforderungen moderner Kommunikationsnetzwerke erfüllt, indem sie präzise Zeitsynchronisationsfunktionen auf Nanosekunden-Ebene bietet. Mit der flächendeckenden kommerziellen Einführung der 5G-Technologie ist die Zeitsynchronisation auf Mikrosekundenebene zu einem entscheidenden Faktor für die Gewährleistung der Netzwerkleistung geworden. Die hochpräzise Zeitsynchronisation löst nicht nur die Probleme der Synchronisationsgenauigkeit von TDD-Trägern, sondern bietet auch eine stabile und zuverlässige Zeitreferenz für das Fronthaul-Netzwerk in der O-RAN-Architektur.

Die 25G-Zeitsynchronisationskarte verbessert zweifellos die Synchronisationsgenauigkeit und -zuverlässigkeit, da sie mehrere Protokolle unterstützt, darunter IEEE 1588 PTP, SyncE und GNSS. Dieser hybride Synchronisationsmodus zeichnet sich sowohl bei der Frequenz- als auch bei der Phasensynchronisation aus und hält die Taktsynchronisationsgenauigkeit auch bei hoher Netzwerkbelastung innerhalb von zehn Nanosekunden. Folglich können sowohl die koordinierte Übertragung zwischen Basisstationen als auch die Datenverarbeitung an Edge-Computing-Knoten effizient unter einer einheitlichen Zeitreferenz arbeiten.

Das standardisierte PCIe-Schnittstellendesign und die Multi-Port-Konfiguration verleihen der 25G-Zeitsynchronisationskarte hervorragende Kompatibilität und Skalierbarkeit. Die Unterstützung mehrerer Betriebssysteme erleichtert zudem den Einsatz in unterschiedlichen Netzwerkumgebungen. Während derzeit eine Synchronisationsgenauigkeit im Mikrosekunden- und sogar Nanosekundenbereich erreicht werden kann, werden die zukünftigen Anforderungen an die Timing-Präzision mit der Entwicklung der 6G-Technologie und den Fortschritten in der Quantenkommunikation noch steigen. Unabhängig davon wird die 25G-Zeitsynchronisationskarte zweifellos weiterhin eine zentrale Rolle beim Aufbau der Kommunikationsnetzinfrastruktur der nächsten Generation spielen.