5G RAN : architecture et fonctionnement du réseau d’accès radio

5G RAN : architecture et fonctionnement du réseau d’accès radio

Aujourd’hui, on va explorer en détail le 5G RAN, ou Radio Access Network, élément clé du déploiement des réseaux mobiles de cinquième génération. Le 5G RAN représente la couche d’infrastructure qui assure la connexion radio entre les terminaux utilisateurs et le réseau central. Comprendre son architecture, ses composants et son fonctionnement est essentiel pour appréhender les innovations apportées par la 5G.

Qu’est-ce que le 5G RAN ?

Le 5G RAN est la partie du réseau mobile responsable de la transmission des données sur la liaison radio. Il inclut les stations de base, les antennes et les équipements nécessaires pour gérer les communications sans fil entre les utilisateurs et le cœur du réseau. La particularité du 5G RAN est d’optimiser les performances radio tout en permettant une plus grande flexibilité et une gestion plus fine des ressources réseau.

Architecture du 5G RAN

La structure du 5G RAN repose sur plusieurs éléments qui collaborent pour assurer une communication fluide et performante :

• gNodeB (gNB) : la station de base 5G, successeur du eNodeB en 4G, responsable de la gestion de la connexion radio et de la transmission des données entre les terminaux et le réseau central.
• Unités distribuées (DU) : elles exécutent des fonctions radio spécifiques, comme le traitement des signaux, la planification des ressources, et sont physiquement proches des antennes pour réduire la latence.
• Unités centrales (CU) : elles contrôlent plusieurs DU, prennent en charge la gestion de couche supérieure, l’agrégation de données et la coordination inter-cellules.
• Fronthaul, midhaul et backhaul : les différents segments de transport reliant les unités DU et CU, ainsi que le réseau central, utilisant souvent la fibre optique pour garantir bande passante et faible latence.

Cette architecture modulaire permet une grande souplesse dans le déploiement, notamment via la virtualisation des fonctions réseau (vRAN) et le découpage des unités en cloud.

Principales fonctions du 5G RAN

1. Gestion de la couche physique (PHY) : traitement du signal radio, modulation/démodulation, codage, et contrôle de la puissance d’émission.
2. Contrôle de la couche MAC : ordonnancement des ressources radio, gestion des files d’attente, multiplexage des utilisateurs.
3. Contrôle RLC et PDCP : segmentation, retransmission, chiffrement et intégrité des données.
4. Gestion de la mobilité : handover entre cellules, ajustement dynamique des paramètres radio en fonction du déplacement des utilisateurs.
5. Optimisation des performances radio : exploitation des technologies avancées comme le MIMO massif, le beamforming, et la gestion dynamique des bandes de fréquence.

Innovations techniques dans le 5G RAN

Le 5G RAN introduit plusieurs avancées par rapport aux générations précédentes :

• Massive MIMO : utilisation de centaines d’antennes pour augmenter la capacité et la qualité du signal grâce à une meilleure focalisation des ondes radio.
• Beamforming : technique qui oriente le faisceau radio vers un terminal spécifique, améliorant le débit et réduisant les interférences.
• Découpage du réseau (network slicing) : possibilité de créer des réseaux virtuels dédiés à des usages spécifiques, chacun avec ses caractéristiques en termes de latence, débit et fiabilité.
• Fonctions virtualisées (vRAN) : déploiement des fonctions RAN dans des environnements cloud, offrant scalabilité, flexibilité et réduction des coûts opérationnels.

Défis techniques et solutions dans le 5G RAN

Le passage à la 5G RAN implique plusieurs défis :

• Gestion de la densification des antennes : le nombre accru de petites cellules nécessite une coordination fine pour éviter les interférences et optimiser la couverture.
• Consommation énergétique : avec plus d’équipements actifs, les stratégies d’économie d’énergie sont essentielles pour réduire l’impact environnemental.
• Latence ultra-faible : la virtualisation et la décentralisation des fonctions RAN doivent garantir des temps de réponse compatibles avec les applications critiques comme la réalité augmentée ou la conduite autonome.

Tableau résumé des composants et fonctions du 5G RAN

Le 5G RAN est donc une infrastructure complexe et évolutive qui permet d’exploiter pleinement le potentiel de la 5G, en répondant aux besoins croissants de débit, de densité de connexion et de réactivité.

Pour mieux comprendre les interactions entre les couches du réseau 5G, découvrez notre analyse détaillée du cœur de réseau 5G (5G Core) dans notre prochain article.