5G NR – NR Radio Access : Architecture et Fonctionnement

5G NR – NR Radio Access : Architecture et Fonctionnement

Aujourd’hui on va voir en détail le fonctionnement de la couche radio dans le système 5G NR (New Radio), qui constitue la base du réseau d’accès radio dans la 5G. Cette partie essentielle assure la liaison entre les terminaux mobiles et le réseau cœur, en répondant à des exigences très élevées en termes de débit, latence et fiabilité.

Introduction à l’accès radio 5G NR

Le 5G NR est la technologie radio développée pour répondre aux besoins variés des nouveaux usages : IoT massif, ultra haute vitesse, faible latence, et densification des équipements. Le NR Radio Access repose sur une architecture flexible et modulaire qui facilite l’adaptation à différents scénarios d’utilisation et bandes de fréquences.

Architecture du NR Radio Access

L’architecture radio NR se compose principalement des éléments suivants :

• gNodeB (gNB) : Équipement radio qui gère la communication avec les terminaux mobiles (UE). Il remplace l’eNodeB LTE et intègre des fonctions avancées pour le traitement radio.
• UE (User Equipment) : Terminal mobile connecté au réseau 5G.
• Interface NG : Interface entre le gNB et le réseau cœur 5G (5GC), qui permet la gestion du contrôle et du transfert des données.

Le gNB est souvent divisé en deux parties : le CU (Central Unit) et le DU (Distributed Unit), permettant une flexibilité dans le déploiement et une meilleure gestion du trafic selon la proximité du réseau et la densité des utilisateurs.

Principes clés du fonctionnement radio NR

Le NR utilise plusieurs innovations techniques pour optimiser les performances radio :

• Accès multi-porteuses : Le NR supporte des bandes allant de sous-6 GHz aux ondes millimétriques (mmWave), offrant une grande largeur de bande et donc des débits élevés.
• Modulation avancée : Utilisation de schémas modulaires adaptatifs (QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM) pour ajuster le débit et la robustesse du signal selon la qualité radio.
• OFDM flexible : Le NR utilise l’OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) avec une flexibilité dans la taille des sous-porteuses, permettant de s’adapter aux différentes bandes et exigences de latence.
• MIMO massif : L’emploi de plusieurs antennes permet d’améliorer la capacité et la couverture via le beamforming et le multiplexage spatial.
• Temps de transmission court : Les slots NR sont plus courts que dans la 4G, ce qui réduit la latence et améliore la réactivité du réseau.

Structure du cadre temporel NR

Le NR organise la transmission en trames, sous-trames et slots selon des configurations variables :

Le sous-porteuse spacing (SCS) est un paramètre clé, variant de 15 kHz à 240 kHz selon la fréquence utilisée et le scénario, ce qui donne la souplesse nécessaire pour adapter la latence et le débit.

Gestion des ressources radio

Dans le NR, les ressources radio sont allouées dynamiquement par le gNB, selon plusieurs dimensions :

• Temps : via les slots et symboles OFDM
• Fréquence : allocation sur des blocs de ressources en sous-porteuses
• Spatial : exploitation du MIMO et du beamforming

La planification s’appuie sur le scheduling dynamique, qui permet d’optimiser l’utilisation des ressources selon la qualité du canal et les besoins de chaque UE. Le contrôle radio est assuré via des canaux spécifiques : PDCCH pour le contrôle, PDSCH pour les données, et PRACH pour l’accès initial.

Fonctions avancées du NR Radio Access

Plusieurs fonctions renforcent la performance du système :

• Beamforming adaptatif : Les antennes directionnelles focalisent le signal vers l’UE, améliorant la portée et réduisant les interférences.
• HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) : Mécanisme de retransmission efficace pour garantir la fiabilité des transmissions.
• Split DU/CU : La séparation des unités distribuées et centrales permet une gestion plus souple des ressources et facilite les déploiements en réseau virtuel (cloud RAN).
• Support des communications ultra-fiables et faible latence (URLLC) : Le NR est conçu pour répondre à des cas d’usage critiques, avec des mécanismes pour minimiser les délais et augmenter la robustesse.

Exemple de configuration NR pour un réseau urbain dense

Dans un contexte urbain dense, le gNB peut utiliser un subcarrier spacing de 30 kHz sur la bande sous-6 GHz pour équilibrer couverture et capacité. Le beamforming massif permet de desservir plusieurs utilisateurs simultanément avec des flux multiplexés spatialement, tandis que la division DU/CU optimise la répartition des charges réseau. Cette configuration assure des débits élevés tout en limitant la latence pour des applications comme la réalité augmentée ou les communications vidéo en temps réel.

Le 5G NR Radio Access représente donc une évolution majeure des technologies radio, avec une architecture et des techniques conçues pour répondre à un large éventail de besoins modernes.

Pour approfondir votre compréhension, découvrez notre article sur le protocole 5G NR RRC, qui détaille la gestion de la connexion radio entre UE et réseau.