5G BWP : Comprendre les Bandwidth Parts en détail

5G BWP : Comprendre les Bandwidth Parts en détail

Aujourd’hui on va voir en profondeur ce que signifie BWP (Bandwidth Part) dans le contexte du réseau 5G, comment ce mécanisme fonctionne et pourquoi il est essentiel pour l’optimisation de la bande passante dans les systèmes NR (New Radio).

Définition et rôle d’un Bandwidth Part (BWP)

Un Bandwidth Part est une sous-partie contiguë de la bande de fréquence totale attribuée à un utilisateur ou à une cellule dans un réseau 5G. Il permet d’adapter dynamiquement la largeur de bande utilisée à l’état du terminal (UE) et aux besoins du service. Cette notion a été introduite pour répondre à l’exigence de flexibilité spectrale, réduire la consommation d’énergie et améliorer l’efficacité des transmissions.

Dans une configuration typique, la bande totale peut être relativement large (par exemple, 100 MHz), mais tous les terminaux n’ont pas nécessairement besoin de l’exploiter entièrement en permanence. Le BWP permet alors de restreindre temporairement l’utilisation à une portion plus étroite, réduisant ainsi la charge du terminal.

Types de BWPs et nombre maximal

Le standard 5G NR autorise jusqu’à 4 BWPs configurés par lien (uplink et downlink) pour chaque UE. Cependant, un seul BWP est actif à un instant donné dans chaque direction. Cette architecture permet des transitions dynamiques entre différentes BWPs selon le contexte de transmission.

• Initial BWP : utilisé au moment de l’accès initial au réseau ou en cas d’inactivité prolongée.
• Default BWP : sert de référence et est défini comme point de retour après certaines transitions.
• Dedicated BWPs : activés dynamiquement selon les besoins du service (ex. vidéo à haut débit, transfert faible latence).

Fonctionnement et gestion des BWPs

Les BWPs sont configurés par le réseau et signalés via la signalisation RRC (Radio Resource Control). Une fois configurés, les bascules entre BWPs sont réalisées via des commandes RRC ou des messages MAC (Medium Access Control) selon la réactivité attendue.

1. Le réseau identifie le profil de service de l’UE.
2. Il configure plusieurs BWPs adaptés à différents scénarios.
3. Selon l’usage (voix, données, veille, etc.), il active dynamiquement le BWP correspondant.
4. Les transitions entre BWPs peuvent être déclenchées de façon autonome par l’UE si cela est autorisé par la configuration.

Cette flexibilité permet au réseau de gérer les ressources radio avec précision tout en optimisant la consommation énergétique du terminal.

Paramètres clés d’un BWP

Chaque BWP est défini par un ensemble de paramètres spécifiques :

• Largeur de bande (Bandwidth): nombre de RBs (Resource Blocks) utilisés dans cette partie.
• Fréquence centrale: position du BWP dans la bande NR.
• Subcarrier Spacing (SCS): espacement entre sous-porteuses OFDM, configurable selon la latence visée.
• Slot configuration: durée et structure temporelle.

Le réseau peut combiner ces paramètres pour créer des BWPs adaptés à différents niveaux de performance, de couverture et de mobilité.

Avantages des BWPs dans un réseau 5G

• Optimisation énergétique : réduire l’usage spectral de l’UE en mode veille ou en faible activité.
• Flexibilité spectrale : permettre à des équipements aux capacités variables d’accéder à la même cellule 5G.
• Support multi-services : adapter la bande utilisée aux exigences spécifiques du service (eMBB, URLLC, mMTC).
• Réduction de l’interférence : limiter l’utilisation du spectre actif pour un meilleur contrôle du bruit radio.

Changement dynamique et signalisation

La commutation entre BWPs actifs est un processus critique qui implique la coordination entre le réseau et le terminal. Cela se fait en respectant des délais précis pour éviter toute interruption de service. Le réseau doit anticiper les besoins et les changements de conditions radio, parfois en quelques millisecondes, ce qui implique une forte intelligence côté scheduler.

Dans les cas où un service URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications) est activé, un BWP spécifique avec un SCS plus élevé (ex : 60 kHz ou 120 kHz) est sélectionné pour minimiser la latence. Pour des usages moins exigeants, un SCS de 15 kHz ou 30 kHz suffit.

Exemple d’utilisation

Un terminal mobile en veille dans une cellule peut rester sur un BWP étroit avec peu de sous-porteuses. Lorsqu’un appel vidéo est lancé, le réseau active un BWP plus large avec un espacement de sous-porteuses plus dense pour permettre un haut débit, puis revient au BWP initial une fois la session terminée. Ce mécanisme évite à l’UE d’écouter en permanence toute la bande, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie.

Interaction avec la fragmentation de bande et le CA

Les BWPs sont compatibles avec la Carrier Aggregation (CA), permettant à plusieurs BWPs d’être actifs sur différentes bandes de fréquence. Cela offre une très grande modularité et permet de faire face aux contraintes réglementaires ou aux conditions locales de propagation. Chaque composante de la CA peut avoir sa propre configuration BWP indépendante.

Conclusion

Le concept de Bandwidth Part (BWP) est un élément fondamental du design de la 5G NR. Il assure une meilleure efficience spectrale, permet l’adaptation dynamique aux conditions réseau et contribue significativement à la réduction de la consommation énergétique des terminaux. Grâce à cette innovation, la 5G peut répondre à une diversité de cas d’usage tout en maintenant une gestion fine des ressources radio.

Pour comprendre comment les BWPs s’intègrent avec le mécanisme de scheduling dans la 5G, ne manquez pas notre article à venir sur le fonctionnement des slots NR.