Die LRES6080PF-4SFP28 Die Zeitsynchronisationskarte wurde entwickelt, um die Anforderungen von O-RAN LLS-C1 und LLS-C3 (Betriebsmodi „Boundary Clock“ und „Transparent Clock“) zu erfüllen. Durch ihre hochpräzisen Zeitsynchronisationsfunktionen erfüllt sie Anforderungen in den Bereichen Echtzeit, effiziente Datenübertragung, Zusammenarbeit und Synchronisation, Messung sowie Überwachung. Anforderungen von LLS-C2 und LLS-C3 (Betriebsmodi für Boundary Clocks und Transparent Clocks). Ihre hochpräzisen Zeitsynchronisationsfunktionen bieten erhebliche Vorteile bei Echtzeitanforderungen, effizienter Datenübertragung, Zusammenarbeit und Synchronisation, Messung sowie Überwachung. Da 5G-Netze in großem Umfang eingeführt werden, werden diese Zeitsynchronisationstechnologien eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Zukunft der Kommunikationsinfrastruktur spielen.

Die Abhängigkeit der 5G-Netzwerkarchitektur von der Synchronisationsgenauigkeit

Das 5G-Netz nutzt die TDD-Technologie (Time Division Duplex), was eine strenge Kontrolle der Zeitabweichung zwischen den Basisstationen innerhalb von ±3 μs erfordert. Diese grundlegende Anforderung verhindert Interferenzen zwischen den Zeitschlitzen der Aufwärts- und Abwärtsverbindung und gewährleistet so die Kommunikationsqualität. Mit der Erweiterung der Netzwerkfunktionen steigen jedoch die Anforderungen an die Genauigkeit der Zeitsynchronisation stufenweise an:

• Für Basisdienste müssen die Zeitabweichungen der Funk-Schnittstelle der Basisstation auf ±1,5 μs begrenzt werden

• 5G-NR-Kooperationsdienste erfordern eine zeitliche Abstimmung auf OFDM-Symbol-Ebene mit einer Genauigkeit von ±65 ns

• IoT-Dienste wie die Positionsbestimmung in Innenräumen erfordern eine noch höhere Genauigkeit von ±10 ns

Das 5G-Netzwerk führt eine neuartige RAN-Architektur ein, bei der die Basisbandeinheit (BBU) in eine zentrale Einheit (CU), eine verteilte Einheit (DU) und eine Funkeinheit (RU) unterteilt wird. Unabhängig von der Entfernung zwischen CU und DU ist die Synchronisation über das Fronthaul-Netzwerk für die RAN-Funktionalität von entscheidender Bedeutung. Diese aufgeschlüsselte Architektur nutzt Enhanced Common Public Radio Interface (eCPRI) zur Verbindung von DU und RU und erreicht die Synchronisation über PTP und SyncE.

Zeitliche Kohärenz zwischen Rechenzentren und Edge-Knoten

Als Schlüsseltechnologie im 5G-Zeitalter verlagert Edge-Computing die Rechenleistung an den Netzwerkrand, um die Anforderungen an Latenzzeiten im Millisekundenbereich zu erfüllen. In diesem Szenario ist die zeitliche Kohärenz zwischen Edge-Knoten und Rechenzentren von entscheidender Bedeutung.

Die hochpräzise Zeitsynchronisation nutzt das PTP-Protokoll, um eine Synchronisation im Nanosekundenbereich zwischen Edge-Knoten und Endgeräten zu erreichen und so die zeitliche Konsistenz bei Daten aus verschiedenen Quellen sicherzustellen. Innerhalb des Rechenzentrums wird durch hardwarebasierte Zeitstempelung eine Genauigkeit im Submikrosekundenbereich erreicht, wodurch die Stabilität auch bei hoher CPU- und Netzwerkauslastung gewährleistet bleibt.

Wichtigste Merkmale und Protokollunterstützung von 25G-Zeitsynchronisationskarten

Dank ihrer fortschrittlichen technischen Fähigkeiten entwickeln sich 25G-Zeitsynchronisationskarten zu entscheidenden Komponenten der 5G-Netzwerkinfrastruktur. Diese Karten gewährleisten eine auf Nanosekunden genaue Zeitsynchronisation im gesamten Netzwerk und erfüllen damit die strengen Anforderungen von 5G-Fronthaul-Netzwerken.

Unterstützung für die Protokolle 1588v2 PTP und SyncE

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

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

Integriertes GNSS-Modul und externer Takteingang

Die 25G-Zeitsynchronisationskarte verfügt über ein integriertes GNSS-Empfängermodul, das über eine SMA-Buchse Signale von globalen Navigationssatellitensystemen empfängt. Sie unterstützt mehrere Satellitenortungssysteme, darunter GPS und BeiDou. Darüber hinaus kann die Karte Host-Systeme über 1PPS (1 Impuls pro Sekunde) und externe 10-MHz-Taktquellen synchronisieren.

       Die Zeitsynchronisationskarte verfügt über PPS-/TOD-Schnittstellen. Diese vielfältigen Takteingangsoptionen gewährleisten Flexibilität in verschiedenen Einsatzumgebungen.

Typische Anwendungsszenarien: Vom 5G-RAN bis zur industriellen Steuerung

25G-Zeitsynchronisationskarten bieten in vielfältigen Anwendungsbereichen – von der Infrastruktur bis hin zur industriellen Steuerung – einen erheblichen Mehrwert. Diese Geräte entwickeln sich zu unverzichtbaren Komponenten für die präzise Zeitübertragung im 5G-Zeitalter.

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

Die Open-RAN-Architektur unterteilt das Funkzugangsnetz in Remote Radio Units (RU), Front-Haul-Switches und Distributed Units (DU). Die Informationsübertragung zwischen diesen Komponenten basiert auf dem Enhanced Common Public Radio Interface (eCPRI) und erfordert eine präzise Synchronisation, um Paketverluste und Netzwerkstörungen zu vermeiden. Im Gegensatz zu früheren Generationen stellt 5G strengere Anforderungen an die Zeitsynchronisation. Beim Einsatz einer größeren Anzahl von Small Cells kommt es zu Interferenzen und einer verschlechterten HF-Leistung, wenn diese mit unterschiedlichen Referenztakten arbeiten. Timing-Probleme können zu Handover-Fehlern, Datenkorruption und einem reduzierten Durchsatz führen. Die 25G-Zeitsynchronisationskarte erfüllt die O-RAN-Anforderungen LLS-C1, LLS-C2 und LLS-C3, indem sie sowohl den Boundary-Clock- als auch den Transparent-Clock-Betriebsmodus unterstützt.

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

Edge-Computing-Anwendungen lassen sich in zwei Kategorien einteilen: lokale Abdeckung und netzwerkweite Abdeckung. Anwendungen mit lokaler Abdeckung erfordern Edge-Knoten-Zugriffsstrecken von unter 30 Kilometern mit einer Latenz von unter 5 Millisekunden. In Szenarien wie Smart Cities stellt das „dreigliedrige kollaborative Computing zwischen Cloud, Edge und Gerät“, das die Ebenen Datenerfassung, Wahrnehmung und Anwendung umfasst, strenge Anforderungen an die Zeitsynchronisation. Methoden zur absoluten Zeitsynchronisation für drahtlose 5G-Edge-Geräte gewährleisten eine synchronisierte Zusammenarbeit zwischen industriellen Geräten wie Sensoren und Aktoren und gleichen Phasen- und Frequenzabweichungen in lokalen Endgerätuhren aus.

3. Einsatz in der industriellen Automatisierung und in Messsystemen

Industrielle Anwendungen erfordern eine Zeitsynchronisationsgenauigkeit von weniger als 1 Mikrosekunde. In Hochgeschwindigkeits-Mobilitätsszenarien, Stromversorgungssystemen und Anwendungen des industriellen Internets erfordern verschiedene Segmente unterschiedliche Stufen der Zeitsynchronisationsgenauigkeit. So erfordern beispielsweise Anwendungen in der Stromversorgungstechnik wie die Fehlerortung mittels Wanderwellen, die synchrone Phasormessung und die Blitzschlagortung eine Synchronisationsgenauigkeit von weniger als 1 Mikrosekunde. Im intelligenten Verkehrswesen, bei der Ampelsteuerung, der Fahrzeugortung und der Verfolgung ist eine hochpräzise Zeitsynchronisation erforderlich, um die Systemzuverlässigkeit und Datengenauigkeit zu gewährleisten. Mithilfe von 25G-Zeitsynchronisationskarten können Roboter, Sensoren und Steuerungen in Produktionslinien unter einer einheitlichen Zeitreferenz zusammenarbeiten, was die Fertigungseffizienz steigert.

4. Bereitstellung und Kompatibilität: Auswahl und Integration

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

5. Mehrport-Konfigurationen für eine anpassungsfähige Netzwerkarchitektur

Die Premium-25G-Zeitsynchronisationskarten passen sich den Anforderungen unterschiedlicher Netzwerkarchitekturen an. Die Unterstützung für die Kaskadierung von bis zu 12 25G-Schnittstellen bietet Konfigurationsflexibilität und gewährleistet die Einsatzfähigkeit der Geräte in 5G-RAN-Fronthaul-Netzwerken, da eine direkte Verbindung zu mehreren Remote Radio Units (RRUs) ermöglicht wird. Mit zunehmendem Betriebsumfang wird die Erweiterbarkeit entscheidend – Geräte mit reichlich Port-Ressourcen lassen sich nahtloser in neue Knoten integrieren und erfüllen so die wachsenden Anforderungen an die Zeitsynchronisation.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die 25G-Zeitsynchronisationskarte als unverzichtbarer Bestandteil der 5G-Netzwerkinfrastruktur die strengen Anforderungen moderner Kommunikationsnetze erfüllt, indem sie Zeitsynchronisationsfunktionen im Nanosekundenbereich bietet. Mit der umfassenden kommerziellen Einführung der 5G-Technologie ist die Zeitsynchronisation im Mikrosekundenbereich zu einem entscheidenden Faktor für die Gewährleistung der Netzwerkleistung geworden. Die hochpräzise Zeitsynchronisation löst nicht nur die Probleme hinsichtlich der Synchronisationsgenauigkeit bei TDD-Betreibern, sondern bietet auch eine stabile und zuverlässige Zeitreferenz für das Fronthaul-Netzwerk im Rahmen der O-RAN-Architektur.

Zweifellos verbessert die 25G-Zeitsynchronisationskarte die Synchronisationsgenauigkeit und -zuverlässigkeit erheblich, 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 gewährleistet selbst bei hoher Netzwerkauslastung eine Taktsynchronisationsgenauigkeit im Bereich von wenigen zehn Nanosekunden. Folglich können sowohl die koordinierte Übertragung zwischen Basisstationen als auch die Datenverarbeitung an Edge-Computing-Knoten unter einer einheitlichen Zeitreferenz effizient betrieben werden.

Schließlich gewährleisten das standardisierte PCIe-Schnittstellendesign und die Mehrport-Konfiguration der 25G-Zeitsynchronisationskarte eine hervorragende Kompatibilität und Skalierbarkeit. Die Unterstützung mehrerer Betriebssysteme erleichtert zudem den Einsatz in unterschiedlichen Netzwerkumgebungen. Zwar ist derzeit eine Synchronisationsgenauigkeit im Mikrosekunden- und sogar Nanosekundenbereich erreichbar, doch werden die Anforderungen an die Zeitgenauigkeit mit der Entwicklung der 6G-Technologie und den Fortschritten in der Quantenkommunikation weiter steigen. Unabhängig davon wird die 25G-Zeitsynchronisationskarte zweifellos weiterhin eine zentrale Rolle beim Aufbau der Kommunikationsnetzinfrastruktur der nächsten Generation spielen.