Xem mẫu
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
Ảnh hưởng mạng đồng bộ Time/phase tới
khả năng duy trì dịch vụ 5G
Lê Bá Tân, Nguyễn Khắc Tính, Đào Xuân Tùng, Dư Văn Cường
Tổng Công ty Mạng lưới, Tập đoàn Viễn thông Quân đội
Email: tanlb@viettel.com.vn; tinhnk@viettel.com.vn; tungdx2@viettel.com.vn;cuongdv4@viettel.com.vn;
Abstract— Trong bài báo này, chúng tôi đề cập tới vai trò (Downlink). Với mạng này yêu cầu tín hiệu đồng bộ tần số
của mạng đồng bộ Time/phase trong việc đảm bảo dịch để đảm bảo các tần số Uplink/Downlink được sử dụng
vụ cho mạng di động 5G thông qua phân tích các yêu cầu chính xác, hiệu quả sử dụng phổ tần cao, đáp ứng các quy
về chất lượng tín hiệu đồng bộ trên mạng truyền tải. Từ định về sử dụng phổ, cho phép chuyển mạch cuộc gọi
đó, xây dựng mô hình, phương án đo kiểm đánh mức độ
ảnh hưởng trên mạng thực tế thông qua các kết quả đo
được liền mạch giữa các Cell. Chất lượng của đồng bộ tần
kiểm, cảnh báo trên thiết bị. Thực hiện phân tích cảnh số tính toán dựa trên sự chênh lệch giữa tín hiệu đồng bộ
báo theo chuỗi thời gian xuất hiện trước khi gây ảnh tần số thực tế nhận được tại thiết bị đầu cuối và tín hiệu
hưởng tới dịch vụ 5G. đồng bộ tần số lý tưởng, đơn vị tính là Parts Per Billion
(ppb). Tại phân đoạn vô tuyến sai lệch tần số yêu cầu ±50
Keywords- Mạng đồng bộ, Phase/Time, PTP 1588V2, ppb [TS 125 104, ref 6.3.1 Minimum requirement] và tại
SyncE, cTE, dTE, profile ITU-T G.8275.1. giao diện giữa truyền dẫn với BBU (BaseBand Unit) là
±16ppb.
I. GIỚI THIỆU Riêng đối với mạng 5G, các tế bào di động (cell) được
Như chúng ta đã biết, ITU- GSTR-TN5G (2018-02) đã chỉ thiết kế sử dụng cùng 1 tần số cho uplink và down link.
ra hai phương án chính truyền tín hiệu đồng bộ qua mạng Do đó, để tránh nhiễu các trạm 5G phải có cùng cấu
truyền tải để cung cấp cho mạng di động gồm: qua lớp vật hình TDD (timing format) giống nhau và được đồng bộ
lý (Physical layer-based synchronization-Synchronous trên toàn mạng. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của quá trình
Ethernet) và đồng bộ qua gói tin (Packet-based truyền tín hiệu đồng bộ Time/phase từ đồng hồ tham
synchronization) – truyền tín hiệu đồng bộ qua bản tin PTP chiếu chính (GrandMaster Clock-GM) quan mạng
(Precision Time Protocol). truyền tải đến các trạm bị sai lệch. Dẫn đến, thời gian
Đến mạng di động thế hệ thứ 5 (mạng 5G), tổ chức 3GPP thay đổi trạng thái Up/down của từng trạm là khác
quy định về chất lượng tín hiệu đồng bộ cho mạng di động nhau dẫn đến gây ra nhiễu giữa các trạm và giữa các
5G tại 3GPP TS 38 133, ref. [7]. Trong đó yêu cầu về sai thiết bị đầu cuối với nhau.
lệch của tín hiệu đồng bộ Time/phase cho dịch vụ cơ bản là Ảnh hưởng từ trạm – trạm.
±1.5µs ~ 1500ns. Xuất phát từ yêu cầu trên ITU-T đã
chuẩn hóa và đưa ra một số các giải pháp cho các nhà
mạng thông qua các chuẩn ITU-T nhóm G.827x. Trong
đó, giải pháp được trình bày trong ITU-T G.8271.1/
G.8275.1 đang được sử dụng phổ biến với các ưu điểm về
chất lượng và độ ổn định so với các mô hình còn lại. Do
đó, bài báo sẽ sử dụng kiến trúc này để đánh giá đo kiểm
và phân tích.
Phần còn lại của bài báo sẽ mô tả ảnh hưởng thực tế của Hình 1: Ảnh hưởng nhiễu khi chuyển từ DL tới UL
chất lượng mạng đồng bộ tới việc cung cấp dịch vụ 5G. (3GPP TSG-RAN WG4 Meeting - TR 38.803)
Trong đó, nội dung bài báo được tổ chức như sau: Phần II, Theo mô tả Hình 1, trạm B bắt đầu trạng thái DL khi
miêu tả sự cần thiết của mạng đồng bộ thời gian/pha đang bị sai lệch 1 khoảng thời gian về time/phase là
(Time/phase) cho mạng 5G, Phần III xây dựng mô hình và TSync so với trạm A, khi trạm A đã chuyển qua trạng
phương án đo kiểm. Phần IV: Cung cấp kết quả đo kiểm thái UL thì trạm B vẫn đang ở trạng thái DL do: sai
thực tế ảnh hưởng của đồng bộ tới việc cung cấp dịch vụ lệch về TSync dẫn tới thời gian chuyển trạng thái On-
5G. Cuối cùng, chúng tôi kết luận bài báo trong phần V. Off của BTS chậm hơn so vơi trạm A → Trạm A ở
trạng thái UL trong khi trạm B ở trạng thái DL dẫn
II. NHU CẦU MẠNG SYNC 5G đến trạm A và B bị ảnh hưởng nhiễu lẫn nhau.
Mạng 2G, 3G, 4G FDD sử dụng ghép kênh phân chia theo
tần số FDD. Với FDD, sử dụng 2 tần số khác nhau cho
kênh đường lên (Uplink) và kênh đường xuống
ISBN 978-604-80-5958-3 377
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
vừa nhận nhiễu do UEB gửi UL tới trạm B. Do đó, tín
hiệu nhận được tại UEA sẽ bị ảnh hưởng.
Như vậy để tránh ánh hưởng nhiễu giữa các cells giữa
các BTS lân cận, 3GPP TS 38 133, ref. [7] yêu cầu sai
lệch tối đa về Time Error (TE) là 3µs từ BTS-BTS
tương đương 1.5µs từ BTS tới đồng hồ chủ (Grand
master clock-GM). Trong đó đồng hồ chủ được tham
Hình 2: Ảnh hưởng nhiễu khi chuyển từ UL tới DL chiếu tín hiệu đồng bộ thời gian từ UTC (Universal
(3GPP TSG-RAN WG4 Meeting - TR 38.803) Timing Clock) thống qua hệ thống vệ tinh toàn cầu
Theo mô tả Hình 2, trạm A bắt đầu trạng thái UL khi GNSS (Global Navigation Satellite Systems).
đang bị sai lệch 1 khoảng thời gian về time/phase là
TSync so với trạm B, khi trạm A đã chuyển qua trạng III. MÔ HÌNH ĐO KIỂM
thái DL thì trạm B vẫn đang ở trạng thái UL do sai Mô hình đo kiểm: Theo ITU-T G8271.1 để đảm bảo
lệch về TSync dẫn tới thời gian chuyển trạng thái On- sai lệch về thời gian TE (Time Error) của tín hiệu đồng
Off của BTS chậm hơn → Trạm B ở trạng thái DL bộ từ BTS tới đồng hồ chủ (Master clock) qua mạng
trong khi trạm A ở trạng thái UL dẫn đến trạm A và truyền tải là 1500ns, trong đó 1100ns là sai lệch TE
B bị ảnh hưởng nhiễu lẫn nhau. trên phân đoạn truyền tải từ đồng hồ chủ PRTC tới
Ảnh hưởng từ UEA – UEB. BTS, 400ns TE cho mạng vô tuyến di động (BTS-UE).
Hình 5: Quỹ sai lệch thời gian theo chuỗi truyền tải.
Theo Hình 5, tổng sai lệch thời gian tuyệt đối này được
chia vào các phân đoạn trên mạng từ đồng hồ chủ T-
GM/PRTC (Telecom Grandmaster/Primary Reference
Time Clock) tới T-TSC (Telecom Time Slave Clock) tại
các trạm 5G, sai lệch thời gian sẽ tích lũy dần qua các
thiết bị và đường truyền trên mạng, quỹ sai lệch thời
gian còn lại bao gồm T-GM (sai lệch so với GNSS)
±100ns; thiết bị vô tuyến ±150ns; dự phòng cho
Hình 3: Nhiễu từ đầu cuối UEB UL tới DL chuyển nguồn đồng bộ khi PRTC lỗi (Short Term
(3GPP TSG-RAN WG4 Meeting - TR 38.803) Holdover) ±250 ns.
Theo mô tả trong Hình 3, UEA đang kết nối trạm A và Sơ đồ đo kiểm: Mô hình đấu nối để thực hiện đo kiểm
UEB kết nối vào trạm B. Khi UEA bắt đầu chuyển sang được đấu nối tổ chức như sau:
trạng thái UL trong khi UEB đang ở trạng thái DL dẫn
đến tại cùng thời điểm UEB vừa nhận tín hiệu từ trạm B
gửi đến vừa nhận nhiễu do UEA gửi UL tới trạm A. Do
đó, tín hiệu nhận được tại UEB sẽ bị ảnh hưởng.
Hình 6: Mô hình đo kiểm.
Theo Hình vẽ 6, tín hiệu đồng bộ được lấy từ GNSS
(GPS) thông qua T-GM (TP 4100) để tạo ra các bản tin
đồng bộ (PTP) chạy profile G8275.1 và truyền qua
mạng truyền tải. Tại các thiết bị truyền tải sẽ nhận các
bản tin PTP xử lý và chuyển tiếp tới các thiết bị liền kề.
Thiết bị máy đo chất lượng động bộ kết nối GPS được
đặt tại trạm 5G kết nối với thiết bị truyền tải cuối cùng
của chuỗi. Mặt nạ đo kiểm được thiết lập tại ngưỡng
1100ns để đảm bảo tín hiệu đồng bộ trước khi cung cấp
Hình 4: Nhiễu từ đầu cuối UEA cho thiết bị 5G hoạt động bình thường. Trên mạng 5G
(3GPP TSG-RAN WG4 Meeting - TR 38.803 theo dõi các cảnh bảo và sự kiện để đánh giá thời gian
Theo mô tả trong Hình 4, UEA đang kết nối trạm A và ảnh hưởng của mạng đồng bộ.
UEB kết nối vào trạm B. Khi UEB đang ở trạng thái UL IV. KẾT QUẢ
trong khi UEA đang ở trạng thái DL dẫn đến tại cùng
Thực hiện kiểm tra chất lượng đầu ra tín hiệu đồng
thời điểm UEA vừa nhận tín hiệu thật từ trạm A gửi đến
bộ trên node truyền dẫn cuối trước khi cung cấp cho
thiết bị 5G.
ISBN 978-604-80-5958-3 378
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
cung cấp tín hiệu đồng bộ: Kiểm tra nguồn tham chiếu
đã bị chuyển theo đúng yêu cầu
Hình 11: Thiết bị 5G báo đồng bộ PTP lỗi.
Hình 11 mô tả việc nguồn đồng bộ PTP_Time đã bị
mất và trạm không còn nguồn cung cấp đồng bộ
Time/phase.
Kết quả ửng xử toàn trình trên trạm 5G của vendor
Hình 7: Kết quả đo áp vào mặt nạ chuẩn thứ 01:
Theo Hình 7, kết quả trên máy đo thể hiện chất lượng
tín hiệu đồng bộ khi ghép vào mặt nạ chuẩn 1100ns.
Nhận thấy, tín hiệu đồng bộ đo kiểm thực tế thấp hơn
ngưỡng mặt nạ chuẩn và không có điểm giao cắt.
Hình 12: Ảnh hưởng dịch vụ khi mất SYNC
Hình 12 mô tả toàn bộ quá trình ứng xử và ảnh hưởng
Hình 8: Kết quả đo mô hình FTS qua 11 thiết bị. của trạm 5G khi bị mất nguồn cung cấp tín hiệu đồng
Theo Hình 8, giá trị kết quả đo kiểm bằng máy do bộ Time/phase. Cụ thể, tại thời điểm 02:49:11s trạm
(Sentinel/Calnex) tại đầu ra của thiết bị truyền dẫn (đầu cảnh báo Sync Time Time Reliability Fault/ Lỗi nguồn
vào thiết bị 5G). Giá trị ghi nhận Max|TE| 29.5ns. đồng bộ Time/phase. Sau 15 phút, xuất hiện Sync
Thực hiện kiểm tra trạng thái tham chiếu nguồn Time and Phase Accuracy too low/Chất lượng tín hiệu
đồng bộ tại trạm 5G: đồng bộ không đảm bảo tại thời điểm 03:04:37s. Cùng
thời gian đó xuất hiện cảnh báo Service
Unavailable/dịch vụ không khả dụng.
Nhóm tác giả tiếp tục thử nghiệm với trạm 5G của
vendor thứ 02. Kết quả cụ thể như sau:
Hình 9: Trạm 5G nhận PTP làm tham chiếu chính.
Hình 9 mô tả trạng thái trạm vô tuyến đã nhận nguồn
đồng bộ PTP_Time thông qua mạng truyền tải làm
tham chiếu chính (đánh dấu *) và trạng thái tốt đang
không có lỗi. Tiếp tục kiểm tra chất lượng tín hiệu
đồng bộ trên mạng vô tuyến.
Hình 13: Cảnh báo khi mất SYNC.
Theo thông tin trên Hình 13, quá trình ứng xử của
60
40
20
0
trạm vô tuyến khi bị mất nguồn cung cấp tín hiệu đồng
-20
-40
bộ được mô tả chi tiết. Cụ thể, tại thời điểm 18:50:35s
-60 thực hiện tắt nguồn đồng bộ Time/phase, thiết bị vô
tuyến xuất hiện cảnh báo về vấn đề tín hiệu đồng bộ.
Cụ thể, lỗi tương ứng là ToP Reference missing –
Tham chiếu đồng bộ Time/phase bị mất. Sau ~3h đến
Hình 10: Kết quả đo kiểm mô hình FTS tại thiết bị 21:57:59s thì dịch vụ bắt đầu bị mất xuất hiện cảnh
vô tuyến 5G. báo Cell service problem – Dịch vụ của cell di động có
Trong Hình 10 mô tả giá trị chất lượng tín hiệu đồng vấn đề với lý do sơ bộ là tín hiệu đồng bộ time/phase
bộ ghi nhận tại thiết bị vô tuyến 5G. Giá trị sai số vượt qua giới hạn. Khi tiếp tục phân tích cảnh báo chi
Max|TE| ~ 42.5ns và đảm bảo chất lượng theo yêu cầu tiết trên hệ thống thì cho kết quả như sau:
cầu là nhỏ hơn 1500ns.
Thực hiện ngắt toàn bộ các nguồn đồng bộ
Time/phase để thiết bị vô tuyến không còn có nguồn
ISBN 978-604-80-5958-3 379
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
đảm bảo khả năng dự phòng khi nguồn cung cấp tín
hiệu đồng bộ bị lỗi.
Trong bài báo này, chúng tôi đã đánh giá đo kiểm trên
thực tế ảnh hưởng của chất lượng mạng đồng bộ tới
việc cung cấp dịch vụ của mạng 5G. Kết quả đạt được
là đưa ra cho các nhà mạng mô hình đo kiểm, các vấn
đề phát sinh khi tín hiệu đồng bộ không đảm bảo cũng
như ứng xử của mạng vô tuyến trong các trường hợp
tương ứng. Dự kiến trong thời gian tới, chúng tôi sẽ
tiếp tục đánh giá trên diện rộng để phân tích sâu hơn
mức ảnh hưởng của tới về tốc độ, vùng phủ đặc biệt là
tại các điểm giao thoa vùng phủ giữa các trạm 5G cũng
như giữa các công nghệ 4G/5G.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Recommendation ITU-T G.8271/Y.1366 Time and phase
synchronization aspects of telecommunication networks
[2] Recommendation ITU-T G.8271.1/Y.1366.1 Network limits
Hình 14: Phân tích cảnh báo trạm bị down. for time synchronization in packet networks with full timing
Theo phân tích trong Hình 11 của thiết bị, tại thời support from the network
điểm 21:57:59s dịch vụ bị down và lý do được xác [3] Recommendation ITU-T G.8271.2/Y.1366.2 Network limits
for time synchronization in packet networks with partial timing
định tại mã lỗi là 4452 – Phase error exceeds/Lỗi support from the network
phase bị vượt quá giới hạn cho phép. Nguyên nhân chi [4] Recommendation ITU-T G.8275.1/Y.1369.1 Precision time
tiết được mô tả chi tiết cell 5G bị tắt bởi tín hiệu đồng protocol telecom profile for phase/time synchronization with
bộ phase/time vượt quá giới hạn 1500ns. Kết quả này full timing support from the network.
đúng theo kịch bản của bài đo là dừng cung cấp tín [5] Recommendation ITU-T G.8275.2/Y.1369.2 Precision time
protocol telecom profile for phase/time synchronization with
hiệu đồng bộ Phase/Time để thiết bị vô tuyến tự xử lý. partial timing support from the network
V. KẾT LUẬN [6] Recommendation ITU-T G.8273.2/Y.1368.2 (10/20) Timing
characteristics of telecom boundary clocks and telecom time
Mạng đồng bộ Time/phase là mạng rất quan trọng slave clocks for use with full timing support from the network
trong việc duy trì dịch vụ cho mạng 5G. Không giống [7] Technical report documents a reference model for the IMT
như các trạm 2G/3G/4G khi mất tín hiệu đồng bộ tần 2020/5G transport network - Transport network support of
IMT-2020/5G
số, dịch vụ vẫn có thể duy trì mức ngày. Riêng với
[8] Base Station (BS) radio transmission and reception - 3GPP TS
trạm 5G thì dịch vụ chỉ duy trì được mức giờ, do đó 38.104 version 15.5.0 Release 15
thách thức với các nhà mạng là phải thiết kế mạng [9] Requirements for support of radio resource management -
đồng bộ Time/phase ngoài đảm bảo chất lượng trên (3GPP TS 38.133 version 16.4.0 Release 16)
mạng truyền tải là 1100ns cho mạng 5G thì còn phải [10] 3GPP TSG-RAN WG4 Meeting TR 38.803
ISBN 978-604-80-5958-3 380
nguon tai.lieu . vn
