Timing et synchronisation pour les réseaux 5G

Afin d'optimiser l'utilisation du spectre, une synchronisation est nécessaire pour tous les réseaux TDD, LTE ou 5G opérant dans la même plage de fréquences et la même zone. Il est essentiel que les stations de base émettent à des périodes fixes, et que les appareils mobiles transmettent uniquement pendant des périodes de temps spécifiques.

Dans le cadre du déploiement d’un réseau 5G, le timing et la synchronisation sont des paramètres cruciaux pour assurer une transmission fiable. De surcroît, la méthode de transmission TDD (Time Division Duplex) complexifie la communication. 

Comment le timing et la synchronisation assurent-ils la fiabilité du service du réseau 5G et l'expérience de l'utilisateur ?

Les réseaux 5G utilisent le spectre de la bande C et s'appuient sur le mode duplex à répartition dans le temps (TDD) plutôt que sur le duplex à répartition en fréquence (FDD). Dans le mode FDD, la liaison montante et la liaison descendante utilisent chacune leur propre fréquence, ce qui leur permet d'émettre et de recevoir en même temps sans risque d'interférence. Dans les réseaux TDD, la liaison montante et la liaison descendante partagent la même fréquence, de sorte que la transmission des signaux nécessite une programmation précise pour éviter les interférences. Par conséquent, le TDD exige que les transmissions sur la liaison montante et la liaison descendante soient programmées avec une grande précision. Cette nécessité de synchroniser soigneusement les transmissions concerne non seulement l'équipement de l'utilisateur, mais aussi les sites cellulaires environnants. Si ces derniers ne sont pas synchronisés, des interférences se produiront et les performances de la 5G se dégraderont.

À quoi ressemblent les problèmes de timing et de synchronisation 5G NR TDD ?

Les symptômes des problèmes de synchronisation sont très similaires à ceux des problèmes de RF et d'interférence. Exemple : un site cellulaire désynchronisé provoque des interférences qui ont un impact sur les performances RF, entraînant des problèmes de transfert, une corruption des données et une réduction générale des performances de transmission.

Dans certains cas, il peut y avoir une alarme liée à l'équipement RAN qui indique un problème de performance. Cela peut indiquer un problème de synchronisation, mais lorsque l'enquête est approfondie, il peut être difficile de faire la distinction entre les problèmes de synchronisation et les interférences RF en tant que cause fondamentale, compte tenu des similitudes des symptômes.

Aux États-Unis, plus de 80 % des problèmes de synchronisation sont dus à des problèmes de configuration du site. Un exemple typique est l'incapacité à compenser le retard du câble dans la connexion de l'antenne GNSS au grand maître de bord. Très souvent, cette valeur n'est pas réglée correctement, soit parce qu'elle est toujours basée sur la valeur par défaut du fabricant du grand maître périphérique, soit parce qu'elle n'a pas été caractérisée correctement pour la longueur de câble utilisée pour l'antenne GNSS. Cela conduit directement à des erreurs dans la mesure du temps, ce qui a un impact sur la fiabilité et la précision des systèmes et des applications basés sur le GNSS.

Des problèmes de synchronisation peuvent se produire et se produisent effectivement dans tout réseau utilisant le TDD, que l'architecture de ce réseau soit 5G SA ou 5G NSA. Mais l'impact des problèmes de synchronisation n'est pas aussi évident dans les réseaux NSA, car ceux-ci continuent à s'appuyer sur un cœur et un plan de contrôle 4G LTE. Dans les deux cas, les problèmes de synchronisation sont importants et doivent être résolus au moment et à l'endroit où ils se produisent.

Comment les opérateurs doivent-ils se préparer à la synchronisation des réseaux 5G TDD ?

Les exigences de synchronisation pour les réseaux 5G ont été définies pour garantir une synchronisation de bout en bout (voir tableau 1). Cela signifie que la synchronisation couvre tous les différents éléments du RAN entre le site de la cellule macro, entre toutes les petites cellules et jusqu'aux appareils connectés utilisant le réseau 5G. La 5G introduit également des exigences de synchronisation relatives entre les sites cellulaires d'une même région.

Exigences de synchronisation par fonction 3GPP

Tableau 1. Dans les réseaux 5G, les exigences en matière d'erreur temporelle entre les antennes deviennent plus strictes pour les cas d'utilisation avancés.

Il est important de disposer d'outils de test conçus pour valider la synchronisation en laboratoire et sur le terrain. Sur le terrain, la meilleure pratique consiste à valider la synchronisation lors du déploiement d'un nouveau site cellulaire 5G ou d'une petite cellule. Cela permet de s'assurer que la synchronisation est précise au moment de la mise en service et que le réseau est prêt pour une future expansion.

Les outils qui valident la synchronisation pendant la construction d'un site cellulaire sont également utiles dans les scénarios de dépannage lorsqu'un problème de synchronisation est soupçonné, ou lors de l'examen des problèmes de radiofréquences.

Ces capacités font partie de la solution de test FTB 5GPro d'EXFO, qui valide la précision de la synchronisation dans les réseaux backhaul, midhaul et fronthaul à l'aide du 1588 PTP, ou directement à partir de l'interface RF à l'aide de mesures over-the-air.

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