JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Synkroniseringen av basstationerna i 5G måste ligga under en mikrosekund annars slutar nätet att fungera. Svenska Net Insight har en stör­okänslig och billig lösning för att distribuera klockan över befintlig infrastruktur i landstäckande mobilnät. Türk Telekom är första kunden.

Strax före jul kom en stor delegation från den turkiska operatören – inklusive vd och teknikchef – till Stockholm för att skriva på kontraktet som gör Net Insight till samarbetspartner och leverantör av tidssynkronisering till företagets mobilnät i Turkiet.

– Vi hade gjort ett VAR-system [hjälpmedel för fotbollsdomare] för Türk Telekom som de gjorde tester med redan 2017 och som implementerades 2018. De kände till vår lösning för tidssynkronisering så de kontaktade oss och frågade om vi inte kunde hjälpa dem med 5G-utrullningen vilket ledde fram till det här, säger Per Lindgren, teknikchef och en av grundarna till Net Insight.

Avtalet är på hela 220 miljoner kronor och löper fram till år 2026. 55 miljoner ska användas till produktutveckling.

– Det är en produkt i dag men det vi gör nu är att förbättra noggrannheten, redundansfunktionerna och hanterbarheten.

Kraven på att alla delar i ett 5G-nät ska vara synkroniserade är betydligt högre än i LTE, det handlar om en faktor 20 till 50 gånger bättre. Orsaken är att mycket av trafiken i 5G är tidsmultiplexerad (TDD) och dessutom ska fungera för realtidstjänster som att fjärrstyra fordon eller fabriker. Fördröjningen i själva radiotrafiken får inte vara mer än någon mikrosekund.

I praktiken innebär det att alla noder i mobilnäten måste hålla takten på ett par hundra nanosekunder när. Dessutom ska det göras i förhållande till en extern referens så att överlappande mobilnät från olika operatörer inte stör varandra.

– Vi tog fram lösningen redan 2006 för digital-tv-nätet och byggde det första stora nätet för Norkring i Norge.

I kraven på det norska tv-nätet fanns bland annat att det skulle vara GPS-oberoende efter ett antal incidenter under NATO-övningar då det störts ut.

Att använda klockorna i satellitpositioneringssystem som GPS eller Galileo som tidsreferens är annars billigt och ger en noggrannhet på några tiotals nanosekunder. Signalerna är dock svaga och lätta att störa ut.

– Vi gjorde de första testerna 2019 i Turkiet när konflikten i Syrien pågick. Under större delen av tiden fanns ingen GPS-signal i Ankara, det visade behovet väldigt tydligt, säger Per Lindgren.

GPS har också problem med så kallad spoofing, falska GPS-signaler som är starkare än de riktiga vilket ger mottagarna fel position och tid. I Galileo har man täppt till hålet med kryptering.

– Det har gjort att många länder kräver att för att få 5G-licens måste näten vara satellit-oberoende och i Sverige har PTS satt som krav att mobilnäten före 2025 ska vara oberoende av utländska system, inklusive satelliter.

En beprövad lösning är IEEE1588 – även kallad PTP. Det är ett standardiserat protokoll för att distribuera klockan med tillräckligt bra noggrannhet även för mobilnät. Dock krävs hårdvarusupport i varje nod.

– Bygger du ett helt nytt nät fungerar det bra och det fungerar i storstäder. Men ska du uppgradera och byta ut ett helt nationellt nät blir det dyrt. Den stora skillnaden är att vi kan köra över existerande IP-nät, vi bygger ett overlaynät och har klarat över 24 routerhopp där 1200 km var den längsta sträckan, säger Per Lindgren.

Net Insights lösning liknar IEEE1588 men kan kompensera för de asymmetrier och trafikstockningar som alltid finns i IP-näten.

Noggrannheten i synkroniseringen ligger på ett par hundra nanosekunder i tester och lösningen fungerar oberoende om det är Huawei, Cisco, Ericsson eller någon annan som levererat den underliggande infrastrukturen.

– Sen är det fullt interoperabelt med PTP, så har du PTP i vissa delar kan du använda det, och ha vår lösning för att nå de områden som inte har det.

PTP eller Precision Time Protocol är precis som NTP (Network Time Protocol) protokoll för att distribuera klockan i nätverk.

– I grunden använder vi samma teknik med tidsstämplar. Vi skickar tidstämplade meddelanden och tidsstämplar när vi tar emot.

Sen skickas meddelandet tillbaka med samma förfarande och när det når startpunkten går det att räkna ut fördröjningen.

– Det finns två problem, att få en exakt tidsstämpling om du haft mycket jitter (variation i fördröjningen) men det större problemet är asymmetrier, att det är olika fördröjningar i upp- och nedlänk.

Att då bara dela tiden det tagit för signalen att gå fram och tillbaka med två ger upphov till fasfel.

– Där har vi en stor unikitet i hur vi hanterar det med profiler, säger Per Lindgren.

Företagets lösning drar nytta av att det finns flera alternativa vägar som signalen kan ta för att nå mottagaren vilket används för att skapa profilen.

– Därmed kan vi upptäcka asymmetrier och kompensera för dem. Våra algoritmer ger en tiopotens noggrannare tidsmätning än med PTP.

Ytterligare en fördel är möjligheten till redundans. Om en nod faller bort kan signalen ta en annan väg för att nå den tilltänkta destinationen.

– Det finns i PTP men är ganska manuellt. Vi har tänkt nät före synkronisering, så vi hittar alltid bästa vägen och kan dessutom ha fler olika vägar. De finns inte i PTP.

Beroende på hur mobilnäten är byggda kan det behövas ny hårdvara i noderna även om själva algoritmen inte kräver mer beräkningskraft än att den kan köras på den befintlig hårdvara i näten.

Om operatören har ett modernt radionät (RAN) som är fullt PTP-kompatibelt räcker det alltså att addera mjukvaran.

– Då fungerar vi som standard-PTP, systemet uppfattar inte om det är vi eller annan boundary clock.

Många operatörer hyr dock överföringskapacitet i ett fibernät. För att hantera det behövs den extra hårdvaran.

– Det är också så vi kommer att bygga i Turkiet med en hårdvara ute i basstationerna. De vill vara helt oberoende, säger Per Lindgren.

När det gäller referensklockan är det vanligen operatörerna som bestämmer var den ska hämtas. I Sverige använder alla Netnod men det går att ha flera olika referensklockor vilket ytterligare höjer tillförlitligheten.

Oberoende av vilken klocka man använder ska den vara synkroniserad med UTC, Coordinated Universal Time, som är den globala standarden för tid. Därmed får alla nät samma tidsreferens och kan samexistera.

Normalt tar Net Insight emot tiden i form av en PTP-signal och lämnar av den på samma sätt till noderna. Det sker ett par tusen gånger per sekund så klockorna i de enskilda noderna behöver inte vara särskilt noggranna.

– I och med att vi ger bättre noggrannhet längre ut i näten än traditionella lösningar blir din timingbudget bättre, du har mer marginal i de sista hoppen.

Det största nätet som är i drift idag är det norska digitaltv-nätet med cirka 800 noder. I ett mobilnät kan det vara över 10 000 noder och då blir kraven på att det ska vara enkelt att hantera varje nod, att uppgradera noderna och att felsöka mycket högre.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

Men även hårdvaran ska vidareutvecklas, det har hänt mycket sedan den första versionen togs fram, idag går den att göra betydligt billigare.

– Det finns en spännande marknad och ett fönster som är nu. Och lösningen kan även användas i andra tidskritiska nätverk som kraftnät eller blåljusnät.

 

MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus