5G NGEN-DC : Architecture et fonctionnement du NG-RAN E-UTRA-NR Dual Connectivity

5G NGEN-DC : Architecture et fonctionnement du NG-RAN E-UTRA-NR Dual Connectivity

Aujourd’hui, on va voir en détail le concept de 5G NGEN-DC, ou NG-RAN E-UTRA-NR Dual Connectivity, une technologie clé pour assurer une transition fluide entre les réseaux LTE et NR dans l’écosystème 5G. Ce mécanisme permet d’améliorer la performance et la continuité des services mobiles en combinant simultanément les ressources des réseaux 4G (E-UTRA) et 5G (NR) dans le RAN (Radio Access Network) de nouvelle génération (NG-RAN).

Définition et contexte de NGEN-DC

Le terme NGEN-DC désigne un mode de connectivité où un utilisateur peut être simultanément connecté à une cellule LTE (E-UTRA) et une cellule 5G NR dans le NG-RAN. Cela signifie que les données peuvent être transmises via deux interfaces radio, optimisant ainsi la capacité, la latence, et la couverture. Cette dualité s’inscrit dans la continuité de l’architecture LTE-Advanced Dual Connectivity, adaptée aux spécificités 5G.

Le principal objectif de NGEN-DC est de faciliter une coexistence flexible et efficace entre 4G et 5G, sans interruption notable pour l’utilisateur, notamment lors des phases de déploiement progressif de la 5G dans les réseaux mobiles existants.

Architecture technique de NG-RAN E-UTRA-NR Dual Connectivity

1. Composants principaux :
   • Master Node (MN) : C’est la station de base LTE (eNB) qui gère la connexion principale et le contrôle du terminal utilisateur (UE).
   • Secondary Node (SN) : C’est la station 5G NR (gNB) qui apporte une capacité supplémentaire en ressources radio.
   • UE (User Equipment) : L’appareil mobile capable de supporter simultanément LTE et NR.
2. Plan de contrôle et plan utilisateur :
   • Le plan de contrôle est principalement géré par le MN, qui orchestre la configuration des ressources et la coordination entre MN et SN.
   • Le plan utilisateur distribue les flux de données entre LTE et NR selon la stratégie d’allocation dynamique.
3. Interface Xn :
   • Permet la communication directe entre le MN et le SN, assurant la coordination du trafic, la synchronisation et le transfert de données.

Fonctionnement détaillé de la dual connectivity

Lorsqu’un UE active la NGEN-DC, il maintient une connexion radio avec le MN en LTE tout en établissant une connexion radio additionnelle avec le SN en NR. Cela implique plusieurs phases :

1. Établissement de la connexion : Le MN initie la connexion en LTE et informe l’UE de la possibilité de se connecter à une cellule NR en SN.
2. Coordination des ressources : Le MN et le SN échangent via l’interface Xn les informations nécessaires pour allouer les ressources radio sans interférences.
3. Distribution du trafic utilisateur : Les données utilisateur peuvent être réparties dynamiquement entre LTE et NR selon la charge réseau, la qualité du signal, ou les exigences de service (ex. faible latence, haut débit).
4. Mobilité et handover : Le MN coordonne la mobilité LTE, tandis que le SN peut être activé ou désactivé en fonction de la disponibilité radio NR, assurant une continuité optimale.

Avantages techniques du NGEN-DC

• Optimisation du débit : En combinant les ressources LTE et NR, l’UE bénéficie d’un débit agrégé supérieur à celui offert par une seule technologie.
• Amélioration de la couverture : La dual connectivity permet à l’UE de rester connecté à LTE dans les zones où la couverture NR est limitée ou variable.
• Réduction de la latence : L’accès simultané à NR pour les données critiques améliore les performances en latence, crucial pour les applications 5G comme la réalité augmentée ou l’industrie connectée.
• Gestion flexible du réseau : Les opérateurs peuvent adapter dynamiquement la charge entre LTE et NR, optimisant ainsi l’utilisation des ressources réseau existantes et nouvelles.

Cas d’usage et implémentations pratiques

Le NGEN-DC est particulièrement pertinent dans les environnements où la couverture 5G n’est pas encore complète, permettant une expérience utilisateur fluide pendant la phase de déploiement progressif. Par exemple :

• En zones urbaines denses, où la 5G NR en hautes fréquences offre un débit très élevé mais avec une couverture restreinte, l’agrégation avec LTE assure la continuité.
• Dans les zones rurales, où la couverture LTE est bien établie, l’ajout ponctuel de NR permet d’améliorer la capacité réseau sans nécessiter une couverture 5G complète.
• Pour les services à faible latence, NGEN-DC permet d’acheminer les données sensibles via NR tout en maintenant une liaison LTE pour le contrôle.

Aspects standards et protocolaires

Le NGEN-DC est défini dans les spécifications 3GPP, qui précisent les mécanismes d’établissement, de gestion et de libération des connexions duales. Ces spécifications assurent l’interopérabilité entre équipements de différents fabricants et garantissent la compatibilité dans un réseau multi-vendeurs. Le protocole Xn joue un rôle central dans l’échange de messages de contrôle et la gestion de la mobilité.

Comparaison avec d’autres modes de dual connectivity

Cette comparaison souligne que NGEN-DC s’insère dans une évolution vers une architecture NG-RAN plus intégrée et modulaire, facilitant la gestion réseau et la montée en charge.

Pour approfondir sur les mécanismes de handover et la gestion des ressources dans NG-RAN, découvrez notre prochain article dédié à la mobilité dans les réseaux 5G.