El problema de la sincronización en redes 5G

Publicado en Telesemana

En las redes móviles de última generación, la sincronización temporal precisa es, más que un lujo técnico, una necesidad. Tiene un impacto directo sobre la calidad del servicio, la eficiencia espectral y la interoperabilidad de múltiples tecnologías en la quinta generación de comunicaciones de 3GPP. Por ejemplo, en arquitecturas de acceso radioeléctrico 5G basadas en dúplex por división en el tiempo (TDD), todas las celdas vecinas deben conmutar entre transmisión y recepción en perfecta coordinación para evitar interferencias mutuas. Una desviación temporal de apenas microsegundos puede provocar solapamientos en los ciclos de transmisión, generando pérdidas de paquetes, caídas de llamadas o una degradación sustancial en la tasa de datos. Esto no era necesariamente así en LTE, ya que se utilizaba en su mayoría la alternativa en frecuencia FDD. La vara es ahora más alta.

Pensando en el futuro próximo de la región, el uso de tecnologías como MIMO masivo, beamforming y redes ultra densas con handovers frecuentes requiere que las radiobases compartan información precisa sobre eventos que ocurren en intervalos temporales breves. En redes donde los recursos se asignan dinámicamente y los algoritmos de coordinación son sensibles al tiempo, la falta de sincronización puede llevar a una asignación ineficiente del espectro, incremento en la latencia y un deterioro generalizado de la experiencia del usuario. A nivel de servicios, una sincronización deficiente puede impedir el funcionamiento de tecnologías como carrier aggregation para aumentar el throughput mediante la recepción desde más de una radio base. En este contexto, la sincronización es una condición estructural para que el ecosistema 5G cumpla sus promesas.

En el centro de esta sincronización se encuentra el Protocolo de Tiempo Preciso (PTP), estandarizado como IEEE 1588. PTP opera con una arquitectura maestro-esclavo, en la cual un reloj Grandmaster proporciona una referencia temporal a los relojes esclavos distribuidos por la red. Este protocolo permite lograr una precisión de sincronización en el orden de los nanosegundos, un requisito estandarizado para las aplicaciones de 5G que demandan estrictos márgenes de tiempo. Para abordar diferentes escenarios de red se han desarrollado perfiles específicos de PTP, como los definidos por las recomendaciones ITU-T G.8275.1 y G.8275.2.

Al momento de implementar PTP en redes 5G, los operadores generalmente consideran dos enfoques principales: el uso de relojes centralizados o la estrategia denominada “GNSS Everywhere”.

“GNSS Everywhere” implica dotar a cada radio base con su propio receptor GNSS, lo que permite acceso directo a información temporal precisa. Este enfoque simplifica la arquitectura de sincronización y elimina la dependencia de elementos intermedios de red, además de ser inicialmente más económico en casos en los que las radio bases ya cuentan con la tecnología. El gran problema de este enfoque se encuentra en que las señales GNSS son susceptibles a interferencias e incluso a ataques de spoofing, lo que genera preocupaciones en cuanto a su confiabilidad y seguridad.

Por otro lado, el enfoque basado en relojes Grandmaster centralizados consiste en desplegar relojes de alta precisión, usualmente sincronizados a través de GNSS, en ubicaciones estratégicas dentro de la red. Estos Grandmaster distribuyen la información temporal a través de la red utilizando PTP, utilizando los de la red de transporte como relojes de borde para mantener la precisión. Esta opción resulta más confiable, ya que en que los osciladores de los relojes Grandmaster pueden utilizar materiales como Rubidio o Cesio, que son capaces de mantener la precisión de la señal de reloj, aún habiendo perdido la señal GNSS, a través de una característica denominada holdover (mejores osciladores contarán con mayor holdover). No obstante, requiere que elementos intermedios de la red sean compatibles con PTP, además de los propios osciladores a distribuir geográficamente, lo que puede implicar actualizaciones de hardware costosas.

En el contexto de las limitaciones inherentes a los métodos actuales de sincronización, la ITU ha iniciado la estandarización para introducir un nuevo enfoque denominado Enhanced Partial Timing Support (ePTS). Esta propuesta busca ofrecer sincronización temporal sin requerir soporte completo en todos los nodos intermedios. ePTS opera en forma de overlay en la red para distribuir la información de temporización, lo que reduce la necesidad de actualizaciones de hardware y mantiene la resiliencia de la señal temporal ante vulnerabilidades en el sistema GNSS. Al permitir la sincronización sobre infraestructuras ya existentes, ePTS se perfila como una solución prometedora para aquellos operadores que buscan priorizar la reducción de costo y complejidad sin comprometer la confiabilidad en el contexto de 5G.

De todas formas, no se trata aún de un estándar cerrado, por lo que los operadores que despliegan 5G en Latinoamérica y que priorizan la reducción de costos se enfrentan a un dilema: o bien depender de la recepción GNSS en cada radio base, puesto que sus proveedores probablemente lo soporten y no deban incurrir en gastos adicionales al costo de un sistema menos confiable, o bien invertir en relojes con osciladores de mayor calidad.

Hoy, un equipo de radio definido por software puede generar una señal que interfiera con GNSS y dejar sin disponibilidad el servicio móvil 5G sin respaldo PTP por menos de 300 dólares. Incluso sin pensar en ataques intencionados, la simple pérdida de la señal de un satélite GPS podría resultar en la caída de múltiples celdas. Esto evidencia la fragilidad de las arquitecturas que dependen exclusivamente de GNSS para la sincronización temporal.

En este escenario, resulta imprescindible que los operadores incorporen mecanismos de respaldo basados en redes PTP para garantizar la continuidad operativa de sus servicios. Apostar por una arquitectura de sincronización robusta, capaz de soportar total o parcialmente la distribución temporal es una inversión estratégica para proteger la confiabilidad del ecosistema 5G frente a vulnerabilidades críticas y fácilmente explotables.