La sincronización es una de las bases de una red móvil 5G. Si una estación base pierde su referencia de frecuencia o de fase, el servicio se degrada aunque la radio y el transporte funcionen correctamente. En este artículo se explica qué se necesita sincronizar, cómo llega la referencia hasta la estación, en qué se diferencian los despliegues NSA y SA y cómo diagnosticar los fallos más habituales.
Por qué el 5G necesita sincronización
La mayoría de las bandas 5G de media frecuencia, como la n78 (3,3 a 3,8 GHz), funcionan en TDD: el mismo canal se usa para descendente y ascendente en instantes distintos. Esto obliga a distinguir dos conceptos:
- Sincronización de frecuencia: todas las portadoras deben mantenerse dentro de una tolerancia muy estrecha respecto a la frecuencia nominal.
- Sincronización de fase y hora: todas las estaciones deben empezar y terminar sus ranuras al mismo tiempo.
Si dos celdas vecinas están desalineadas, una puede transmitir en descendente mientras la otra recibe en ascendente. La primera interfiere entonces en el receptor de la segunda y el caudal en ascendente cae. Por eso la fase es el requisito más exigente.
Requisitos de sincronización
| Parámetro | Valor | Referencia |
|---|---|---|
| Error de frecuencia en la interfaz radio (estación de área amplia) | ±50 ppb | 3GPP TS 38.104 |
| Fase entre celdas TDD vecinas | 3 µs entre celdas (±1,5 µs respecto a la referencia común) | ITU-T G.8271 |
| Límite de error de tiempo de la red de transporte | ±1,1 µs | ITU-T G.8271.1 |
| TAE en MIMO y diversidad de transmisión | 65 ns | 3GPP TS 38.104 |
| TAE en agregación de portadoras intrabanda contigua | 130 ns | 3GPP TS 38.104 |
| TAE en agregación intrabanda no contigua e interbanda | 260 ns | 3GPP TS 38.104 |
El TAE (Time Alignment Error) es el desfase máximo permitido entre las señales transmitidas por distintas antenas o portadoras de una misma estación.
Cómo llega la sincronización a la estación base
Existen tres mecanismos, que normalmente se combinan:
| Tecnología | Aporta | Ventajas | Limitaciones |
|---|---|---|---|
| GNSS en el emplazamiento | Fase, hora y frecuencia | Precisa y sencilla de desplegar | Necesita vista de cielo; vulnerable a interferencias (jamming) y suplantación (spoofing); exige mantenimiento de antena y cable |
| SyncE (G.8261, G.8262, G.8264) | Frecuencia | Robusta; no depende de la carga de tráfico | No transporta fase; todos los nodos deben soportarla |
| PTP perfil G.8275.1 | Fase, hora y frecuencia | Máxima precisión: cada nodo actúa como T-BC | Requiere soporte PTP en toda la ruta; trabaja sobre Ethernet (capa 2) |
| PTP perfil G.8275.2 | Fase y hora | Funciona sobre IP, también con nodos sin soporte PTP | Menor precisión; afectado por variación de retardo (PDV) y asimetría; suele necesitar respaldo local |
La calidad de la fuente viaja en SyncE mediante mensajes ESMC, que cumplen la misma función que el byte S1 en SDH.
La red PTP se compone de relojes con funciones distintas: el PRTC genera la hora a partir de GNSS, el T-GM (grandmaster) la distribuye, cada T-BC la regenera y el T-TSC de la estación la recibe. Las clases de equipo definen el error máximo que añade cada uno:
| Equipo | Clase | Error de tiempo máximo |
|---|---|---|
| PRTC (referencia primaria de tiempo, G.8272) | A / B | 100 ns / 40 ns |
| ePRTC (referencia mejorada, G.8272.1) | — | 30 ns |
| T-BC (reloj de frontera, G.8273.2) | A / B / C / D | 50 / 20 / 10 / 5 ns |
Presupuesto de error y asimetría
El presupuesto de ±1,5 µs se reparte entre la red de transporte (±1,1 µs) y el equipo final. Cada nodo T-BC consume una parte, por lo que el número de saltos con PTP importa.
La mayor fuente de error en PTP es la asimetría. PTP supone que el retardo de ida es igual al de vuelta. La luz tarda unos 5 ns por metro de fibra, así que una diferencia de longitud de 1 m entre los dos sentidos produce unos 2,5 ns de error. Los enlaces con una sola fibra y dos longitudes de onda añaden además una diferencia de retardo del orden de nanosegundos por kilómetro. Estos valores deben calibrarse y conservarse tras cualquier cambio de fibra o de latiguillo.
Con GNSS local ocurre algo parecido: el retardo del cable de la antena, del orden de 4 a 5 ns por metro, debe estar compensado en la configuración del equipo.
5G NSA y SA: diferencias de sincronización
En NSA la estación NR se apoya en una celda LTE que gestiona el control y se conecta a un núcleo 4G. En SA el gNB se conecta directamente al núcleo 5G y no hay ancla LTE. Ambos modos usan NR en TDD, de modo que la exigencia de fase está presente en los dos.
| Aspecto | NSA | SA |
|---|---|---|
| Núcleo | EPC (4G) | 5GC |
| Plano de control | Anclado en la celda LTE | Sobre NR |
| Quién impone la fase | La portadora NR TDD; si el ancla LTE es FDD, esta solo exige frecuencia | NR es la única tecnología radio, y la fase recae por completo en ella |
| Alineación entre tecnologías | Fase común LTE y NR cuando comparten sitio o agregan portadoras | No aplica, salvo coexistencia con LTE en el mismo emplazamiento |
| Funciones que endurecen el requisito | TDD y agregación de portadoras (TAE) | TDD, agregación, MIMO masivo, baja latencia y posicionamiento |
Sincronización en O-RAN y fronthaul
Cuando la estación se divide en DU y RU conectadas por eCPRI, la sincronización también debe llegar a la RU. O-RAN define cuatro configuraciones de sincronización, de LLS-C1 a LLS-C4:
- LLS-C1: la DU actúa como T-GM y alimenta directamente a la RU.
- LLS-C2: la DU distribuye a la RU a través de una red con T-BC o T-TC.
- LLS-C3: un PRTC y un T-GM en la red de fronthaul sincronizan a DU y RU.
- LLS-C4: la RU obtiene la referencia por su cuenta con GNSS local.
Alarmas y diagnóstico
| Síntoma o alarma | Causa probable | Qué comprobar |
|---|---|---|
| Pérdida de satélites GNSS o fallo de antena | Antena sin vista de cielo, cable o conector deteriorado, protector de sobretensiones, interferencia | Número de satélites y relación señal/ruido, estado de cable y conectores, retardo de cable configurado |
| PTP en FREERUN o UNCALIBRATED | Sin camino PTP, dominio o perfil mal configurado, nodo intermedio sin T-BC, VLAN errónea | Estado del puerto PTP, dominio (24 o 44 por defecto), mensajes Announce, Sync y Delay_Req |
| offsetFromMaster alto o inestable | Variación de retardo, asimetría de fibra, cambio de ruta | Histórico de offset y retardo de ruta, ruta física actual, tramos con longitudes distintas por sentido |
| SyncE: pérdida de referencia o QL inferior | Puerto sin SyncE, QL-DNU, lazo de temporización | Mensajes ESMC, prioridades de reloj, ausencia de lazos |
| Holdover o cambios de fuente repetidos | Referencia inestable u oscilador degradado | Duración del holdover, calidad de la fuente y registro de eventos |
| Caída de caudal en ascendente en ciertas ranuras TDD | Celdas vecinas desalineadas en fase o con patrón TDD distinto | Fase de celdas vecinas frente a una referencia común y coincidencia del patrón TDD |
| Fallos en agregación de portadoras o EN-DC | TAE excesivo entre portadoras o alineación LTE-NR incorrecta | Fuente de sincronismo común y diferencias de longitud de fibra o de cable |
Procedimiento de diagnóstico paso a paso
- Confirmar el estado de sincronismo en la DU o gNB y en la RU: fuente activa, estado de bloqueo y calidad.
- Distinguir si falla frecuencia, fase o ambas, revisando por separado GNSS, SyncE y PTP.
- Revisar la capa física: antena GNSS (vista de cielo, conectores, protector) y fibra (potencia óptica y longitudes por sentido).
- Medir con un analizador de sincronismo con referencia GNSS el error de tiempo en la salida 1PPS de la estación.
- Recorrer la ruta PTP nodo a nodo: perfil, dominio, soporte T-BC, asimetrías y cambios de ruta recientes.
- Comparar celdas vecinas: misma referencia y mismo patrón TDD.
- Verificar tras la corrección que el error se mantiene estable durante varias horas antes de cerrar la incidencia.
Errores frecuentes
- Dar por buena la sincronización porque el equipo indica «bloqueado», sin medir el error real.
- Olvidar la compensación del retardo de cable GNSS tras cambiar antena o cable.
- Cambiar una fibra o un latiguillo en un enlace PTP sin recalibrar la asimetría.
- Mezclar en la ruta nodos sin soporte T-BC con un perfil que lo exige.
- Confiar solo en GNSS, sin SyncE ni PTP de respaldo, ante interferencias o suplantación.
- Diagnosticar una caída de caudal como problema radio cuando la causa es la desalineación de fase.
Seguridad
Los trabajos en antenas GNSS y en torres implican trabajo en altura, y cerca de las antenas de radio hay exposición a radiofrecuencia. Sigue los procedimientos de la operadora y los de prevención de riesgos. Con fibra, no mires nunca a los conectores con el equipo en servicio.
Resumen
- El 5G TDD exige sincronización de fase de ±1,5 µs y frecuencia de ±50 ppb.
- GNSS, SyncE y PTP se complementan: SyncE da frecuencia y PTP o GNSS dan fase.
- La asimetría es la principal fuente de error en PTP y hay que calibrarla.
- NSA y SA comparten el requisito de fase de NR; SA suma más funciones exigentes.
- Ante una caída de caudal sin causa radio aparente, conviene medir la sincronización.