FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS AGRARIAS

1- PROYECTO	

1.1	Título:  Sincronismo de redes 4G LTE. 

1.2 Área Temática  
Disciplina: Telecomunicaciones y electrónica. 
Especialidad: Redes de Comunicaciones Digitales; Ingeniería electrónica y de telecomunicaciones.

1.3	Área Prioritaria:  Comunicaciones móviles.

1.4 Tipo de Proyecto: Experimental - Aplicado.

1.5 Lugar de Trabajo: Laboratorio LEyC - Facultad de Ingeniería y Ciencias Agrarias / Laboratorio de Homologaciones de Telefónica Argentina.

2- RESPONSABLES	

2.1 Director
Apellido y nombre: Leandro Delgado
Cargo Docente: Profesor Adjunto. 
Dedicación: completa.
Títulos académicos obtenidos: 
-	Tecnicatura en Telecomunicaciones (IUT-RC 2005).
-	Licencia Profesional en Redes inalámbricas (IUT-Béziers 2008).
-	Ingeniería de Telecomunicaciones (UNEFA 2015).

3.  PLAN DE INVESTIGACIÓN	

3.1 Resumen: 

El presente proyecto se enfoca en la problemática sobre la sincronización de redes móviles de 4G y pretende clarificar los conocimientos sobre el tema, a la vez de investigar soluciones alternativas de sincronización complementarias a GNSS (Global Navigation Satellite Systems), usando la red de backhaul basada en paquetes.

A pesar de que el sistema GNSS es hoy la única solución madura para lograr sincronización de fase muy estricta, del orden del microsegundo y que la sincronización es crítica para las redes móviles, los operadores se muestran reacios a ser completamente dependientes de estos sistemas debido a las vulnerabilidades que presentan.

El backhaul móvil se refiere a la red que existe entre las radio bases y los sitios con gateways/controladores de red para todas las generaciones de tecnologías móviles.
En dichas redes, diferentes generaciones de tecnología - 2G TDM, 3G ATM/Ethernet, 4G IP/Ethernet - se entregan simultáneamente a través de la misma infraestructura de transporte. Mientras ofrecen servicios de usuario final similares, estas tecnologías móviles tienen diferentes requisitos de sincronización.

Por ejemplo, en CDMA (Code Division Multiple Access), en UMTS (Universal MobileTelecommunications Systems) TDD (Time Division Duplex), en LTE TDD, LTE-A, 5G  y en WiMAX se requiere tiempo preciso o fase, pero no es necesario en GSM (Global System for Mobile Communications) ni en UMTS FDD (Frequency Division Duplex) Los operadores móviles se enfrentan a muchos desafíos cuando implementan la convergencia de redes, uno de los cuales es la sincronización de estaciones base.

La metodología de trabajo se basará en estudiar y analizar las distintas alternativas de sincronización existentes en el mercado y determinar los pros y contras de cada una de ellas, a los efectos de recomendar la mejor opción técnica y que a la vez sea económicamente viable.
 
3.2 Palabras claves 

Sincronismo, red móvil, 4G, 5G, LTE FDD, LTE TDD, LTE-A, PTP 1588V2, G8265.1, G8275.1 Y G8275.2. 

3.3 Estado actual del conocimiento sobre el tema: 

En el pasado, un reloj de referencia primaria centralizado junto con enlaces de backhaul TDM E1/T1 o relojes de referencia primaria distribuidos usando GPS (Global Positioning System o US GNSS, fueron las tecnologías usadas para sincronizar las estaciones base.

Con la migración a backhaul Ethernet / IP, y las preocupaciones acerca de confiar solamente en GPS/GNSS, se han desarrollado y desplegado métodos basados en protocolos como IEEE 1588v2 (PTP), NTP (Network Timing Protocol), Servicios de Emulación de Circuitos y SyncE, para entregar sincronización de frecuencia y, en el caso de IEEE 1588v2 y NTP, para entregar la sincronización de tiempo a través de Ethernet. Dentro de la industria de las telecomunicaciones hay un considerable interés en usar mecanismos de temporización basados en paquetes tal como IEEE 1588 PTP (Precision Time Protocol) para distribuir frecuencia, fase y tiempo. 

Soluciones de temporización basadas en paquetes tal como PTP proporciona un paso evolutivo en el desarrollo de arquitecturas de sincronización de próxima generación. Una de las primeras aplicaciones para el uso de PTP en telecomunicaciones está en el backhaul de las redes móviles. 

Tradicionalmente sólo se ha requerido, para el funcionamiento adecuado de las redes de telecomunicaciones, sincronización de frecuencia precisa. Sin embargo, nuevos requisitos de sincronización están surgiendo como parte de la evolución de las redes móviles, donde, además de una referencia de frecuencia común, una referencia precisa de fase / tiempo común necesita ser mantenida entre las estaciones base vecinas. 

Para satisfacer algunos de los requerimientos de la interfaz de aire de LTE, se requiere una precisión de sincronización del orden de 1 microsegundo. Ejemplos de funciones de LTE que tienen requerimientos de fase/tiempo son: LTE TDD (Time Division Duplex), MBSFN (Multicast Broadcast Multimedia Services with Single Frequency Network), y CoMP (Coordinated MultiPoint transmission and reception). El transporte de una referencia de frecuencia en redes de telecomunicaciones se puede lograr usando la capa física de SDH o SyncE. Sin embargo, transportar una referencia de fase/tiempo precisa a través de una red de telecomunicaciones es algo nuevo, y plantea algunos desafíos.

3.4 Objetivos e hipótesis de la investigación: 
 
Esta investigación tiene como hipótesis de trabajo encontrar una respuesta a la siguiente pregunta:

¿Podrá la red de backhaul satisfacer los requisitos de sincronización que necesita la tecnología LTE y otras funcionalidades? o ¿habrá que utilizar la sincronización que entregan los sistemas satelitales?
Estos interrogantes proporcionan los incentivos para la investigación de nuevos métodos de sincronización para que los utilicen las redes de backhaul basadas en paquetes Para poner a prueba esta hipótesis se llevarán a cabo una serie de pruebas a escala de laboratorio y de campo que permitirán analizar la viabilidad técnica y la sustentabilidad económica de la opción elegida.

3.5 Metodología:

En la primera etapa, será necesario obtener información relativa a sincronismo, a las variables y parámetros asociados, a los métodos de medición y a las alternativas de sincronización basada en paquetes. Además, analizar los requisitos de temporización necesarios para el buen desempeño de la tecnología LTE y LTE Adv.

En una segunda etapa se construirá un escenario de pruebas de laboratorio para evaluar el desempeño del sistema y verificar el cumplimiento de los requisitos fijados:

Utilizando herramientas analíticas (MATLAB-2020), sistemas simulados (GNS3+IOS-NX, IOS-XR), relojes de alta precisión “Clock OscilloQuartz”, instrumentos de medición en el Laboratorio (ANUE 3500, OSA5430-5421-5410 / V.10.5.4, HP37732), y analizador de tráfico “Spirent”, además equipamiento de transporte:  

Jerarquía	Plataforma	Software
HL3	ASR9010	IOS XR 6.6.3 SP3
HL4	ASR9010	IOS XR 6.6.3 SP3
HL5	ASR-920-12SZ-IM	IOS XE 16.09.05
HL5	ATN 910I-TC	5.170 RELEASE 0001

Se medirá para los diferentes escenarios el error en tiempo, la variación de dicho error en tiempo, los delays debido a las asimetrías de la red y su compensación, y el chequeo que cumplan dicho marguen de error en tiempo con la Mask correspondiente al estándar.

3.6 Desarrollo del Trabajo 

Dicho trabajo se presenta como continuidad de la formación que ofrece la Universidad a través de los seminarios de “Sincronismo de redes” a cargo del Ing. Omar Gancedo, estos seminarios han abarcado los detalles técnicos teóricos de dicha tecnología, de esta manera se extenderá el conocimiento de forma pragmática e integrándola a dichas formaciones.

Para desarrollar el trabajo se prevé la utilización del laboratorio de Ingeniería electrónica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Agrarias (UCA) y el laboratorio de Homologaciones de Telefónica de Argentina S.A.

Se realizó el estudio de la información teórica recopilada acerca de la teoría de la sincronización y de los métodos propuestos. 

El proyecto durara un año y se realizaran las siguientes pruebas de laboratorio: 
E1: Pruebas de sincronismo de frecuencia: SyncE, PTP G8265.1 e IEEE 1588v2.
E2: Pruebas de sincronismo de fase: PTP G.8275.1 Y G8275.2.
E3. Recopilación de datos obtenidos de campo (luego del despliegue).

3.7 Bibliografía 

1.- Synchronous Ethernet and IEEE 1588 in Telecoms Next Generation Synchronization Networks Autores: Jean-Loup Ferrant, Mike Gilson, Sébastien Jobert, Michael Mayer, Laurent Montini, Michel Ouellette, Silvana Rodrigues, Stefano Ruffini.
 Series Editor.
 Pierre-Noël Favennec (iSTE – WILEY).

2.- Recomendación G.8260 ITU-T Definitions and terminology for synchronization
 in packet networks.
3.- Recomendación G.8275.1 ITU-T Full on path support.
4.- Recomendación G.8275.2 ITU-T Partial on path support.
5.- Synchronization for Next Generation Networks—The PTP Telecom Profile Symmetricom.
6.- Testing of Time and Frequency Chronos Technology.
7.- Timing and Synchronization for LTE-TDD and LTE-Advanced Mobile Nteworks Symmetricom.
8.- Frecuency and phase synchronization using PTP and SyncE Calnex.
9.- Development of the First IEEE 1588 Telecom Profile to Address Mobile Backhaul 
 Needs IEEE de Jean-Loup Ferrant, Calnex; Mike Gilson, BT Innovation & Design;
 Sebastien Jobert, France Telecom; Michael Mayer, Ciena Corporation; Laurent Montini, 
 Cisco Systems; Michel Ouellette, Huawei; Silvana Rodrigues, IDT; Stefano Ruffini, Ericsson.
10.- Synchronization in Next-Generation Mobile Backhaul Networks IEEE de Anthony 
 Magee, ADVA Optical Networking.
11.- SNPR63919 - Telefonica Argentina - Protocolo de Pruebas - HL5 - v0.5, Logicalis, 2020.
12.- Omar Gancedo, “Inf_Tecn_Sinc”, Telefonica Argentina, 2019.
13.- [G.8265.1] ITU-T Recommendation. G.8265.1, Precision time protocol telecom profile for
frequency synchronization, 2010.
14.- [G.8271] ITU-T Recommendation, G.8271, Time and Phase Synchronization Aspects in
Packet Networks, 2012.
15.- HCIA-5G-Bearer V1.0（H35-670-ENU, 19.5G Bearer Clock Technology Analysis (IPRAN), 2020.

4.  DESARROLLO DEL PROYECTO	

4.1 Cronograma de Actividades  
								
	Actividad		Años	
Etapas de Desarrollo del Trabajo				
Recopilación de información	2021	2021		
Pruebas de instrumento	2021	2023		
Pruebas del plano de datos / control	2021	2023		
Pruebas syncE	2021	2023		
Pruebas PTP G8265.1	2022	2023		
Pruebas PTP G82.75.1 / 2	2023	31/8/2024		
Comentarios y aclaraciones:	S/N	

4.2 Actividades de Transferencia: 

Constituyendo un tema aun no resuelto en las redes móviles de Argentina, la transmisión del conocimiento al sector local de las telecomunicaciones y la formación de recursos humanos altamente especializados en el tema son de interés tecnológico, dada la magnitud de conceptos básicos involucrados y la posibilidad de aplicación real de los resultados. La divulgación a través de publicaciones, cursos y seminarios en distintos centros del país contribuiría asimismo a la extensión del conocimiento en esta área.  Si bien el enfoque central del presente proyecto está eminentemente relacionado con la ingeniería en planificación de redes móviles, los resultados obtenidos podrán extrapolarse a otros rubros industriales, como por ejemplo la automatización; asimismo las materias 
afines a la temática aquí presentada abarcan un gran número de disciplinas científicas y tecnológicas. Ambos hechos permiten que el campo de aplicación de esta investigación convierta a la misma en tema de interés para la ingeniería, entre otras áreas del saber científico-tecnológico.

4.3 Vinculación del proyecto con la actividad docente desarrollada en UCA

Informar al alumno de grado y a graduados acerca de las actividades de investigación que se desarrollan en nuestra facultad, e incorporarlo a ellas, es de vital importancia para su formación académica y profesional. Esto debe llevarse adelante mediante la organización de cursos y seminarios con la participación de los alumnos, bajo la supervisión de docentes e investigadores, en el trabajo de investigación. En particular, para los estudiantes de Ingeniería Electrónica con orientación en telecomunicaciones, el área en la que se desarrolla el presente proyecto es de una importancia superlativa. Además, por la variedad y complejidad de los métodos de sincronización existentes, su estudio encierra también un enorme valor académico. De esta forma, el acercamiento de los alumnos a un tema en el que confluyen aspectos tan importantes, constituirá una experiencia muy enriquecedora. Asimismo, la posibilidad de desarrollar estos métodos a escala prueba piloto implican también la potencial inclusión de estudiantes de Ingeniería en las empresas del sector.

4.4 Vinculación del proyecto con problemas de la Comunidad

      Básicamente este proyecto pretende conseguir el mejor método de sincronización para las redes móviles de 4G. Por tanto, teniendo en cuenta el incipiente desarrollo de dicha tecnología en Argentina, los resultados y conclusiones que se obtengan del proyecto podrán contribuir al mejor funcionamiento de las redes móviles, permitiendo así, mejores niveles de calidad en las comunicaciones usadas por la comunidad.
 
5.  PERSONAL ASIGNADO AL PROYECTO	

5.1 Completar la tabla de datos para cada uno de los integrantes en el siguiente orden: Director, Codirector, Investigadores e Investigadores en formación.

5.1.1. Por la UCA

Función:	Director 	
Apellido y Nombre:	LEANDRO DELGADO	
E -mail:	ldmorales@uca.edu.ar	
Título de Grado:	Ingeniero / Licenciado	
Máximo Título Obtenido:	Ingeniero / Licenciado	
Cargo Docente:	Laboratorista / Profesor de Laboratorio	
Si reviste como investigador en otra Institución (Ej.: CONICET, etc.), consignar: 	Institución
 	Cargo 	Dedicación

6.  ALUMNOS COLABORADORES	

6.1 Por la UCA

Se convocarán a estudiantes de 5° año de Ingeniería Electrónica para participar del proyecto de investigación, proporcionándoles oportunidades suficientes para desarrollar sus Trabajos Finales.