5G MCS : modulation et codage dans les réseaux NR

5G MCS : modulation et codage dans les réseaux NR

Aujourd’hui on va voir en détail comment fonctionne le schéma de modulation et de codage (MCS) dans les réseaux 5G NR (New Radio), un mécanisme essentiel pour l’adaptation dynamique du débit de données selon la qualité du lien radio. Comprendre le fonctionnement du MCS permet de mieux appréhender les performances réelles d’un réseau mobile.

Principe du MCS en 5G

Le MCS (Modulation and Coding Scheme) est une combinaison de deux paramètres :

• La modulation : le type de modulation utilisé (QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM), qui détermine combien de bits sont transmis par symbole.
• Le schéma de codage : le taux de codage qui indique la proportion de bits utiles par rapport aux bits redondants ajoutés pour la détection et correction d’erreurs.

Chaque niveau MCS correspond donc à une efficacité spectrale spécifique. Plus le MCS est élevé, plus le débit potentiel est important, mais plus la qualité du signal requise est élevée.

Table MCS en 5G NR

En 5G, le MCS est sélectionné dynamiquement en fonction de la qualité du canal, mesurée par l’UE via des indicateurs comme le CQI (Channel Quality Indicator). La norme 3GPP définit plusieurs tables MCS, chacune adaptée à un type d’utilisation spécifique :

• Table 1 : Basée sur QPSK/16QAM/64QAM, utilisée pour la majorité des communications PDSCH (Physical Downlink Shared Channel).
• Table 2 : Étend la modulation jusqu’au 256QAM pour des débits plus élevés en bonne condition radio.
• Table 3 : Optimisée pour des codages plus robustes (Lower Spectral Efficiency – LSE), utilisée pour des usages critiques ou des canaux de signalisation.

Le choix de la table est signalé à l’UE via la DCI (Downlink Control Information), et le réseau peut également indiquer une priorité d’usage.

Structure d’une entrée MCS

Chaque entrée dans une table MCS comporte :

1. Un index MCS (entier de 0 à N, selon la table).
2. Le schéma de modulation associé.
3. Le taux de codage (souvent donné sous forme d’indice, à convertir via une table TBS – Transport Block Size).

Voici un extrait typique d’une table MCS :

Plus l’indice MCS est élevé, plus le système transmet de bits utiles par unité de ressource, mais en contrepartie la tolérance aux erreurs diminue fortement. Le lien radio doit donc être de très bonne qualité pour permettre l’usage de MCS élevés.

Adaptation dynamique et performance

Le mécanisme d’adaptation MCS est central dans l’optimisation des performances radio. L’UE effectue régulièrement des mesures du canal et renvoie un indicateur (CQI), qui est utilisé par la couche MAC du gNodeB pour sélectionner le meilleur MCS disponible à un instant donné.

Ce processus s’inscrit dans une boucle d’adaptation rapide, visant à exploiter au mieux les conditions radio tout en limitant les erreurs de transmission. Si le canal se détériore, le MCS est abaissé pour privilégier la robustesse. Si les conditions s’améliorent, il est augmenté pour maximiser le débit.

Des mécanismes de HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) permettent de gérer les erreurs de transmission, mais le choix judicieux du MCS permet d’en réduire la fréquence et d’augmenter l’efficacité spectrale globale.

Cas spécifiques et flexibilité

La 5G introduit une plus grande flexibilité par rapport aux générations précédentes, en permettant de :

• Utiliser différentes tables MCS selon les types de services (eMBB, URLLC, mMTC).
• Configurer dynamiquement la table en fonction du profil utilisateur ou des contraintes du réseau.
• Appliquer des limites MCS spécifiques à certains canaux (ex. : PUCCH, PUSCH) ou en fonction des capacités UE (notamment s’il supporte le 256QAM).

Le réseau peut également fixer un MCS maximum par utilisateur, ou en fonction du Slice utilisé, dans une logique de gestion de qualité de service (QoS).

Enfin, la configuration du MCS a un impact direct sur la consommation énergétique de l’UE. Des MCS élevés imposent une puissance de calcul plus importante côté terminal, ce qui peut être optimisé pour des équipements à basse consommation ou en contexte IoT.

Pour aller plus loin dans la compréhension fine des mécanismes radio, on peut explorer comment le CQI influence directement le MCS sélectionné dans les réseaux 5G.