GNSS/GPS-unabhängige 5G-Synchronisierung

Die Zeitsynchronisierung, die eine korrekte Zeit- und Phasensynchronisation mit dem Mobilfunkmast gewährleistet, ist der neue Puls des 5G-Mobilfunknetzes und eine entscheidende Funktion für alle 5G-Netze.

Aufgrund der stärkeren Nutzung von TDD und Massive MIMO sowie des Bedarfs an neuen Diensten wie eMBB, mMTC und uRLLC stellen 5G-Netze deutlich strengere Anforderungen an die Zeitgenauigkeit als 4G-Netze. Dies führt zu einem Anstieg der Kosten und Komplexität der Zeitsynchronisierung in Mobilfunknetzen und zu höheren Anforderungen an die zugrunde liegenden Komponenten der Infrastruktur.

GNSS/GPS-Systeme werden häufig verwendet, um eine präzise Zeitsynchronisierung in Mobilfunknetzen zu ermöglichen. Die Kriege und rauen geopolitischen Bedingungen der letzten Jahre haben den Betreibern jedoch die Fragilität von GNSS-Lösungen und die Leichtigkeit, mit der Satellitensignale blockiert oder manipuliert werden können, bewusst gemacht. Mehrere Länder haben festgelegt, dass die gesamte 5G-Synchronisierung GNSS-unabhängig sein muss, damit ein Betreiber eine Lizenz erhalten kann.

Timing- und Synchronisierungstreiber in 5G-Netzwerken

Für Frequenzmultiplexsysteme (FDD) ist eine reine Frequenzsynchronisation erforderlich. Auf FDD basierende 5G- und LTE-Netzwerke können einen längeren (> 1 Stunde) Synchronisationsverlust verkraften. Um Interferenzen zwischen Uplink (UL) und Downlink (DL) zu minimieren, würden Time Division Duplex-Systeme (TDD), die in den meisten 5G-Netzwerken verwendet werden, eine wesentlich engere Zeit- und Phasensynchronisation von bis zu unter 1,5 Pikosekunden (DL) benötigen.

Um Interferenzen zwischen Mobiltelefonen und Mobilfunksystemen zu verhindern, wurden auch einige Uplink- und Downlink-TDD-Muster kontrolliert, beispielsweise europaweit. Die Netzwerke der Mobilfunknetzbetreiber müssen sowohl innerhalb als auch zwischen den Ländern koordiniert werden.

GNSS-unabhängige Zeit wird zu einem Bedürfnis.

GNSS besteht aus vier primären Satellitensystemen: (China), Galileo und die USA (Europa). GNSS basiert auf Satelliten mit einer bestimmten Umlaufbahn und Zeit, die Nachrichten senden, deren Ankunft vom GNSS-Empfänger gemessen wird. Es bietet Mobilfunknetzen eine einfache Methode, eine sehr genaue Zeit zu erhalten. Aufgrund der Art der Signale können HF-Interferenzen zu erheblichen Störungen des GNSS-Dienstes führen.

Im Jahr 2019 gab die Europäische Organisation bekannt, dass die Zahl der Ausfälle zwischen 2017 und 2018 dramatisch um weit über 2.000 Prozent zugenommen habe und auch 2019 weiter angestiegen sei. In über 3.500 Berichten schätzte das National Institute of Standards and Technology (NIST) die wirtschaftlichen Folgen von 30-tägigen GPS-Ausfällen auf einen Gesamtverlust für die US-Wirtschaft von mehr als einer Milliarde USD pro Tag, wobei bis zu die Hälfte davon ausfallen könnten.

Validierung durch Nutzung realer Netzwerke

Overlay-Synchronisierungslösungen sind grundsätzlich vom Netzwerktransport entkoppelt und bieten erhebliche Vorteile hinsichtlich der Offenheit, sowohl hinsichtlich der Infrastrukturtechnologie als auch der Anbieterunabhängigkeit.

Der größte Vorteil besteht jedoch darin, dass kein komplettes Netzwerk-Upgrade erforderlich ist, um an jedem Knoten eine vollständige On-Path-Synchronisierung zu gewährleisten. Dennoch funktioniert es reibungslos über heterogene und gemietete Netzwerkinfrastrukturen hinweg. Die Funktion wurde in anderen Sektoren genutzt und bewährt und wurde nun für 5G-Netzwerke optimiert.

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