5G時代のPTPと同期技術のツボを押さえよう！
こんにちは！みなさん、通信ネットワークの時刻同期技術について気になったことはありませんか？私は最近、ITU-TのパケットベースPTP（Precision Time Protocol）標準について深く学ぶ機会があったんです。最初は「え、なに、それ？」って感じだったんですが、勉強していくうちに「おお、なるほど！」って面白さにハマっちゃいました。
そこで今日は、みなさんにもこの面白くて重要な技術について、わかりやすくお伝えしたいと思います。5G時代の通信業界で働いている方はもちろん、普段あまり意識していない方にも、きっと新しい発見があるはずです。さあ、一緒に時刻同期技術の世界に飛び込んでみましょう！
そもそも時刻同期ってなに？なんで5Gで重要なの？
まず基本的なところから確認しておきましょう。時刻同期とは、簡単に言うと「タイミングを正確に合わせること」です。例えば、音楽に合わせてダンスをするとき、みんなが同じリズムで踊れるように、お互いのタイミングを合わせますよね。5Gネットワークでも、データをスムーズにやり取りするために、各機器の時刻やクロックを正確に合わせる必要があるんです。
特に、5Gのような高速無線通信では、基地局間の時刻同期が超重要！基地局のタイミングがズレていると、電波が干渉し合って通信が途切れたり、速度が低下したりしちゃうんです。だから、PTPを使ったパケットベースの伝送ネットワークを介して、基地局に正確な同期信号を届けるための標準化が進められてきました。
ITU-Tの時刻同期標準は大きく3つのカテゴリーに分かれているよ！
ITU-Tでは2004年以降、なんと24もの時刻同期関連標準を策定してきました。ちょっと複雑そうに見えるかもしれませんが、大まかに以下の3つに分類できるんです。
周波数精度を50ppb以上に保つための標準（主に2G、3G、4GのFDDシステム向け）
時間と位相の精度を1.5μs以上に保つための標準（主に3G、4G、5GのTDDシステム向け）
時間と位相の精度を260nsまたは130ns以下に保つための標準（主に5Gの協調処理技術向け）
これらの標準は、SyncE、PTP、GNSSなどの様々な技術を組み合わせて、5Gネットワークの状況に応じた最適なソリューションを提供しているんですね。
周波数精度50ppb以上を実現する2つの方式
方式1a：同期イーサネット（SyncE）
SyncEは、SDHネットワークの同期技術をベースに発展してきました。イーサネットの物理層の周波数を入力基準周波数にロックすることで、超安定した周波数を実現するんです。ただし、同期チェーン上のすべての機器がSyncEをサポートしている必要があります。
私が面白いと思ったのは、SyncEのクロック性能がSDHのクロックと同じように規定されている点です。これによって、SDHからイーサネットへの移行がスムーズになるんですね。最近では、OTNのクロックも同じ規定に含められるようになりました。
方式1b：高精度時刻プロトコル（PTP）
PTPを使えば、SyncEをサポートしていない既存のネットワーク上でも、パケットベースで周波数を配信できます。これは、SyncEを導入していない他社のアクセスネットワークを使わざるを得ない通信事業者にとって、とても重要な選択肢となります。
ただし、ネットワーク内の各機器で発生するパケット遅延変動（PDV）が、周波数の安定性に影響を与えるんです。安定した周波数を保証するには、PDVを一定の範囲内に抑える必要があります。
時間と位相の精度1.5μs以上を実現する3つの方式
方式2a：各ノードにBCまたはTCを配置したPTPとSyncEの組み合わせ
ネットワークの各ノードにバウンダリクロック（BC）またはトランスペアレントクロック（TC）を配置することで、PTPシステムの精度を向上させられます。さらに、SyncEで各ノードの周波数を安定化させれば、より高い精度が得られるんです。これを「フルタイミングサポート」（FTS）と呼びます。
方式2b：バックアップ用PTPを備えたGNSS受信機
GNSS受信機を使って時間と位相の基準を直接配信する方法もあります。ただし、GNSSが利用できなくなる状況に備えて、バックアップ用のPTPシステムを用意しておく必要があります。既存のネットワークをそのまま使う場合は、「補助部分タイミングサポート」（APTS）という方式を採用します。
方式2c：PTP単独
PTPだけを使って時間と位相を配信する方法もあります。「部分タイミングサポート」（PTS）と呼ばれるこの方式は、小規模な既存ネットワーク上で動作します。ただし、ネットワークの非対称性やPDVを一定の範囲内に抑える必要があります。
5Gに必要な最高レベルの精度130nsを実現するフルタイミングサポート
5Gでは、分散型の小型基地局やリモート無線装置の数が大幅に増加すると予想されています。これは、予想されるトラフィック容量と密度を実現するためです。また、協調マルチポイント（CoMP）や基地局間のキャリアアグリゲーション（CA）などの協調無線技術が、必要な高速データ通信を実現するために導入されると予想されています。これらの技術では、参加する小型基地局や無線装置が非常に正確に同期している必要があります。技術によっては、130ns以下の精度が求められる場合もあるんです。そこで登場するのが、SyncEとPTPを組み合わせたフルタイミングサポート（FTS）です。同期パス上のすべてのスイッチやルーターがSyncEとPTPをサポートすることで、この非常に高い精度を実現するんですね。さらに、エンドノードでの同期精度を向上させるために、新しいクロック仕様が開発されました。例えば、G.8273.2にはクラスCとクラスDのバウンダリクロックが追加され、G.8262.1では強化型EEC仕様が定義されています。同様に、G.8272.1では新しい強化型PRTC仕様が、G.8272ではクラスBのPRTC仕様が定義されています。これらの強化されたクロック仕様に関連するネットワーク制限はまだ開発中ですが、将来的にはさらに高精度な同期が実現できると期待されています。私自身、こうした技術の進歩にワクワクしています。5Gの本格的な展開に向けて、PTPを用いた時刻同期技術がどのように発展していくのか、注目していきたいと思います！
5G時代の時刻同期技術の重要性とこれからの発展
ここまで見てきたように、PTPを用いた時刻同期技術は5G通信ネットワークにとって欠かせない存在です。特に、5Gの普及に伴い、より高度な時刻同期へのニーズが高まっています。今後も、ITU-Tを中心に新たな標準化が進められていくでしょう。
私自身、この学習を通じて、PTPと時刻同期技術の奥深さと面白さを実感しました。みなさんも、普段使っている5G通信サービスの裏側で、こんなにすごい技術が支えているんだなって、感動してもらえたら嬉しいです。
もっと詳しく知りたい方は、ぜひITU-TのPTPや時刻同期に関する簡潔に説明したCalnex社のGdotWhatサイトを直接チェックしてみてください。