5G SFN – System Frame Number nel sistema di temporizzazione NR
SFN, acronimo di System Frame Number, è un parametro fondamentale nella temporizzazione delle comunicazioni 5G NR (New Radio). Rientra nel sistema di sincronizzazione del layer fisico ed è usato per identificare in modo univoco ogni frame trasmesso nel tempo. Anche se può sembrare solo un numero incrementale, in realtà lo SFN gioca un ruolo essenziale nella gestione della sincronia, del handover e della pianificazione dei canali nelle reti mobili. Oggi ti mostro perché lo SFN è così centrale nel cuore della struttura di trasmissione del 5G.
Cos’è il System Frame Number
Il System Frame Number è un contatore ciclico a 10 bit che va da 0 a 1023. Ogni ciclo SFN rappresenta una sequenza di 1024 frame, ciascuno della durata di 10 ms. Questo significa che l’intero ciclo si ripete ogni 10,24 secondi. Lo SFN viene utilizzato con altri parametri come Subframe Number e Slot Number per determinare il momento preciso in cui trasmettere o ricevere informazioni radio.
Struttura temporale della rete 5G
Per comprendere lo SFN, bisogna prima analizzare la struttura temporale di base del 5G NR:
- Un frame dura 10 ms.
- Ogni frame è composto da 10 subframe da 1 ms.
- Ogni subframe contiene più slot, il cui numero dipende dalla numerologia (valore µ).
La combinazione di SFN + Subframe Number + Slot Index determina il tempo assoluto per ogni trasmissione radio. Questo permette la sincronizzazione tra gNodeB e dispositivi UE (User Equipment).
Utilizzo dello SFN nei meccanismi di sincronizzazione
Il System Frame Number è usato nei messaggi di broadcast (come MIB – Master Information Block) per fornire sincronizzazione temporale ai terminali. Durante l’accesso iniziale, l’UE riceve lo SFN corrente e lo utilizza per allinearsi al calendario radio della rete.
Questo è fondamentale per:
- Decodifica dei messaggi di sistema
- Ricezione di canali programmati (PDCCH, PDSCH)
- Scheduling uplink sincronizzato
- Funzionamento del Random Access Procedure
Coordinamento e handover con SFN
Durante l’handover tra celle, lo SFN assicura che il passaggio avvenga in momenti temporali coerenti. Il gNodeB sorgente e quello di destinazione utilizzano lo stesso riferimento SFN per coordinare lo switch di connessione. In ambienti TDD (Time Division Duplex), dove la pianificazione temporale è critica, una gestione errata dello SFN può causare collisioni di traffico o perdita di sincronizzazione.
Legame tra SFN e MIB
Il MIB contiene informazioni fondamentali per l’UE, tra cui un frammento del System Frame Number. In 5G NR, il MIB trasmette gli 8 bit meno significativi (LSB) dello SFN. Gli altri 2 bit più significativi vengono dedotti tramite altri meccanismi temporali.
Questo meccanismo riduce la dimensione del MIB ma mantiene la capacità di sincronizzazione temporale accurata. La ricezione del MIB è quindi il primo passo per acquisire la posizione temporale nel sistema 5G.
Reti sincronizzate e SFN
In reti densamente distribuite con più celle (come nel caso di C-RAN o reti 5G SA standalone), l’utilizzo coerente dello SFN permette il funzionamento sincrono di tutti i nodi. Questo facilita l’uso efficiente delle risorse radio e migliora prestazioni come:
- Coordinated Multipoint (CoMP)
- Inter-cell scheduling
- Minimizzazione della latenza di handover
Relazione tra SFN e numerologia
Il 5G supporta più numerologie (diversi valori di spacing tra sottocarrier), quindi lo slot duration può variare. Anche in questo caso, lo SFN mantiene il suo ruolo come riferimento temporale assoluto, indipendentemente dalla numerologia scelta. Questo è importante in ambienti in cui vengono usate diverse configurazioni per slicing o reti private 5G.
Variazione SFN e sincronizzazione UE
Ogni volta che lo SFN cambia (ogni 10 ms), l’UE aggiorna il suo riferimento temporale interno. In scenari con mobilità elevata, questa sincronizzazione continua è cruciale per mantenere la stabilità della connessione. Alcuni dispositivi IoT, invece, sfruttano lo SFN per sincronizzarsi periodicamente e rimanere a basso consumo per lunghi periodi.
Confronto SFN tra LTE e 5G
Perché lo SFN è critico nelle architetture 5G
Il System Frame Number è il punto di riferimento di tutte le temporizzazioni radio. Senza uno SFN coerente, il funzionamento di scheduler, controllo di accesso, decodifica e mobilità diventerebbe instabile. È anche un componente essenziale per le reti che operano in modalità time-synchronized, come quelle che utilizzano beamforming avanzato o configurazioni massive MIMO in ambienti ultra-densi.
Domani potremo esplorare in dettaglio il ruolo del MIB (Master Information Block) e la sua funzione chiave nella trasmissione delle informazioni di sistema al momento del primo accesso alla rete, per vedere come lavora insieme allo SFN per garantire l’avvio corretto della connessione.