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Long-Term-Evolution

Herausforderung LTE-Backhauling

18. März 2013, 16:17 Uhr | Andreas Zimmermann, Technischer Direktor, Gründer und Mitinhaber von Arcutronix

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Synchronous-Ethernet & PTP

Um die Ethernet-Technologie für die Herausforderungen nach Takt- und Phasensynchronität fit zu machen, haben sowohl IEEE als auch ITU-T neue Standards definiert, die eine Taktgüte wie in SDH-Netzen ermöglichen. Die ITU-T setzt dabei, wie bei der leitungsvermittelten Technik, auf ein „Durchsynchronisieren“ der untersten Übertragungsschicht und nennt dieses „Synchronous-Ethernet“ (SyncE). Mit Hilfe dieser Technik, die in ihren Anforderungen in weiten Teilen der SDH-Taktanforderung folgt, ist ein Erreichen identischer Taktgüten möglich. Allerdings verlangt SyncE, dass alle Ethernet-Knoten, die vom Einspeisepunkt des Taktes bis zur Basisstation zum Einsatz kommen, SyncE unterstützen. Sollte nur ein Knoten dieses nicht tun, ist die Kette unterbrochen und die Information geht verloren. Je weiter der Einspeisepunkt von der Basisstation entfernt ist, desto mehr Knoten müssen SyncE-fähig sein. Der Einspeisepunkt sollte daher entweder dicht an der Basisstation sein (maximal ein bis zwei Hops entfernt) oder man unternimmt größere Investitionen um das Netz für SyncE fit zu machen.

Die IEEE setzt mit ihrer Lösung nicht auf der untersten Übertragungsschicht auf, sondern geht (mindestens) einen Layer höher in den Data-Link Layer. Die IEEE1588v2 definiert das Precise-Time-Protocol (PTP), das mittels Paketübertragung hochgenaue Uhrzeiten im Netz verteilt. Von zentralen Zeitgebern (Grandmaster, GM) wird die (Uhr-)Zeitinformation an die Endgeräte (Ordinary-Clock, OC) verteilt. Mittels eines mehrstufigen Verfahrens ermittelt jede angeschlossene OC die Laufzeit des Zeitinformation-Paketes zwischen sich und dem Grandmaster und kann mit diesem Ergebnis seine eigene Uhr entsprechend nachregeln beziehungsweise stellen. Durch die Verlagerung der Zeitübertragung in eine höhere Schicht ist es nun unerheblich, ob die Pakete mittels SyncE, SDH, PON oder anderen Transportwegen übertragen werden. Wichtig ist einzig eine möglichst konstante Laufzeit der Zeitpakete und ein geringer Jitter (Packet-Delay-Variation, PDV). Allerdings benötigt der Algorithmus zur Zeitberechnung hochgenaue Zeitinformation im Nanosekundenbereich über Sende- beziehungsweise Empfangszeit der PTPT-Pakete. Je nachdem, wie präzise diese Zeitstempel erzeugt werden, kann die ermittelte Uhrzeit der OC bis auf wenige Nanosekunden identisch zur Zeit des Grandmasters sein.

Aufbauend auf der IEEE1588 hat die ITU-T zwei weitere Familien von Standards definiert, die sich einerseits mit der reinen Frequenzsynchronisation mittels PTP beschäftigt (ITU-T G.8261/Y.1361) und andererseits mit einer umfangreichen Zeit- und Phasensynchronisation (ITU-T G.8271). Die gefundenen Lösungen unterscheiden sich in den (An-)Forderungen für das Versorgungsnetz erheblich. Im Falle der Frequenzsynchronisation wird von einem „PTP-Unaware“ Netz ausgegangen, das keine Unterstützung für das PTP-Protokoll bieten muss und somit wirklich auf native Paketübertragung aufsetzen kann. An den Endpunkten (Base-Station) müssen PTP-Fähigkeiten integriert werden und die Grandmaster müssen am Takteinspeisepunkt installiert sein. Weitere Investitionen sind zunächst nicht nötig. Die Güte der damit erreichbaren Frequenz ist stark vom Netz abhängig. Sowohl Übertragungsverfahren, Anzahl der Hops sowie Packet-Forwarding-Architektur der Hops selbst beeinflussen das Ergebnis maßgeblich und sind nur schwer vorhersagbar. Der Einsatz von zusätzlichen (Remote-)Grandmastern oder „PTP-Repeatern“ helfen hier das Ergebnis individuell zu verbessern und Schwachstellen im Netz zu umgehen.

Das Zeit-/Phasensynchronisations-Modell hingegen geht davon aus, dass man eine „On-Path“-Verbindung zwischen Grandmaster und Ordinary-Clock besitzt. Dies bedeutet eine durchgängige PTP-fähige Verbindung zwischen den Endstellen. Die Knoten dazwischen arbeiten entweder als „Boundary-Clock“ oder als „Transparent-Clock“. Somit wird auch hier ein Upgrade des Versorgungsnetzes unterhalb des Einspeisepunktes der Grandmaster notwendig. Im Hinblick auf LTE-A ist allerdings die Verfügbarkeit hochgenauer Zeit/Phaseninformation unerlässlich, da für das „Handover“ zwischen den einzelnen Mobilfunkzellen bei mobilen Anwendungen die Frequenzsynchronisation alleine nicht mehr ausreicht.