NET 8/2022

30 www.net-im-web.de 8/22 5G – am Puls der Zeit markiert, ab wann die übermittelte Uhr- zeit gültig ist. Auf Basis dieser Daten tunt der Grandmaster seine eigene Uhr auf die GNSS-Satellitenzeit (Bild 2). Um die Uhren zwischen Master und Slave abzugleichen, sendet der Master eine Sync-Nachricht mit einemZeitstempel (t1) an den Slave. Dieser empfängt die Nach- richt und erzeugt einen weiteren Zeitstempel (t2). Die Übertragung der Sync-Nachricht vom Master durch das Transportnetz bis zum Slave benötigt eine gewisse Zeit (Mean PropagationDelay), die der Slave als Korrek- turwert dem Zeitstempel der empfangenen Sync-Nachricht (t1) hinzuaddiert. Dazu benötigt der Slave die Round Trip Time, also die Laufzeit von Slave zu Master und zurück. Um diese zu ermitteln, sendet der Slave eine Verzögerungsanforderung und erstellt einen weiteren Zeitstempel (t3). Der Master registriert den Empfangszeitpunkt und sendet ihn als letzten Zeitstempel (t4) an den Slave (Bild 3). Auf Basis aller Zeit- stempel (t1, t2, t3 und t4) kann der Slave nun die Round Trip Time berechnen – aus der Hälfte dieses Zeitwertes ergibt sich der gesuchte Korrekturwert. Im letzten Schritt passt der Slave seine eigene Systemzeit auf die des Masters an. Dazu vergleicht er seine aktuelle Zeit mit der empfangenen t1-Zeit zuzüglich Korrekturwert. Ergibt sich dabei eine Abweichung zwischen beiden Zeiten (Time Offset), verändert er seine Systemzeit so lange, bis der Time Offset zum Master Null beträgt. Durch diesen kontinuierlichen Vorgang korrigiert der Slave seine lokale Taktzeit viele Male pro Sekunde. Umobligatorische Laufzeitschwan- kungen (Packet Delay Variation) in paket- basiertenTransportnetzen auf einMinimum zu reduzieren, kommen häufig zusätzlich Transparency Clocks (TC) und Bounda- ry Clocks (BC) zum Einsatz. TCs messen den Ankunfts- und Absendezeitpunkt eines Pakets in jedem Switch entlang des Über- tragungsweges und fügen die Differenz (Ver- weilzeit) – also die Gesamtverzögerung des Paktes – in ein Korrekturfeld im Paketkopf (Packet Header) ein. BCs hingegen können gewissermaßen als Master-Uhr betrachtet werden: Sie empfangen als Slave die Uhrzeit des Grandmaster oder einer weiteren BC, synchronisieren ihre eigene Zeit damit und geben sie anschließend als neuer PTP-Master an die nachfolgende BC weiter. Präzision und Stabilität dieser Systemuhren lassen sich zusätzlich durch die Schnittstellentakt- synchronisierung SyncE verbessern. Sie kann in Verbindung mit PTP/1588 eingesetzt werden und ermöglicht die Synchronisierung der übertragenen Signale mit einer imNetz befindlichen präzisen Taktquelle (Bild 4). Validierung der Zeitsynchronisation In Anbetracht der Vielzahl an Elementen in 5G-Funkzugangsnetzen läuft der PTP- Synchronisierungsprozess jedoch nicht immer absolut reibungslos ab. Verschie- denste Faktoren, wie etwa Geräteausfäl- le oder Netzveränderungen, können den Vorgang beeinträchtigen und zu zeitlichen Abweichungen zwischen den Uhren ver- schiedener Netzelemente führen. In einem solchen Fall entsteht ein Zeitfehler (Time Error – TE), also eine Differenz zwischen zwei auf unterschiedlichen Netzknoten ver- teilten Uhren. In 5G-TDD-Netzen darf der absolute Zeitfehler zwischen Grandmaster- Referenzuhr und einem beliebigen Knoten 1,5 Mykrosekunden nicht überschreiten – andernfalls drohen Zellinterferenzen. Ins- besondere bei Aufbau und Inbetriebnahme sowie bei regelmäßigen Wartungseinsätzen Bild 4: Über eine Kette von drei Boundary Clocks werden PTP-Master-Zeit und Master-Takt in Richtung des PTP-Slave weitergegeben Bild 3: Das Funktionsprinzip von PTP beruht auf dem Austausch von Synchronisationspaketen zwischen Grand- master und Slave