Comprendre la 5G NG-RAN : architecture et fonctionnement

Comprendre la 5G NG-RAN : architecture et fonctionnement

Aujourd’hui, on va voir en détail la 5G NG-RAN, qui signifie Next Generation Radio Access Network. Cette architecture radio est au cœur du réseau 5G, apportant souplesse, performance et évolutivité. Le NG-RAN est un élément clé pour répondre aux exigences variées de la 5G, telles que le très haut débit, la faible latence et la densification massive des objets connectés.

Architecture générale de la 5G NG-RAN

La NG-RAN se distingue des réseaux radio précédents par sa modularité et sa séparation claire entre les fonctions radio et de contrôle. Elle repose principalement sur deux composants :

• gNodeB (gNB) : C’est la station de base 5G, qui gère la communication radio avec les terminaux utilisateurs (UE).
• CU/DU : Le gNB est souvent décomposé en unité centrale (Central Unit, CU) et unité distribuée (Distributed Unit, DU) pour améliorer la flexibilité du réseau.

Cette séparation CU/DU permet d’optimiser la gestion des ressources et facilite le déploiement dans différents environnements, comme les zones urbaines denses ou les sites industriels.

Les fonctions principales du NG-RAN

1. Gestion de la couche radio (PHY, MAC, RLC, PDCP) : La NG-RAN prend en charge les protocoles bas niveau nécessaires à la transmission des données radio, y compris la modulation, le codage et le multiplexage.
2. Contrôle de la mobilité : La gestion du handover entre cellules 5G ou entre 4G et 5G est assurée pour garantir une expérience utilisateur fluide.
3. Gestion des ressources radio : Allocation dynamique des ressources pour maximiser la qualité de service et la capacité du réseau.
4. Fonctions avancées : Support du beamforming, MIMO massif, et slicing radio pour segmenter le réseau selon les besoins des applications.

Interfaces et protocoles utilisés dans le NG-RAN

Le NG-RAN communique avec le cœur de réseau 5G via l’interface NG, divisée en NG-C (control plane) et NG-U (user plane). Cette séparation assure une gestion optimisée des flux de données et des commandes.

Au sein du NG-RAN, les interfaces F1 relient la CU à la DU. Elles supportent des protocoles comme F1-AP pour la signalisation et le transport des données utilisateurs.

Avantages clés du NG-RAN dans le réseau 5G

• Flexibilité : La séparation CU/DU permet d’adapter la localisation des fonctions réseau selon les besoins (edge computing, cloud centralisé).
• Scalabilité : Le NG-RAN supporte aisément des déploiements denses, en intégrant un grand nombre de petites cellules.
• Performance radio améliorée : Grâce au beamforming et MIMO massif, la couverture et le débit augmentent significativement.
• Optimisation du slicing : Le réseau peut être segmenté en tranches virtuelles dédiées à différents services (IoT, URLLC, eMBB).
• Interopérabilité : Compatible avec les réseaux 4G (LTE) via l’architecture NSA (Non-Standalone) ou SA (Standalone), facilitant la transition vers la 5G.

Exemple d’utilisation : déploiement en mode Standalone (SA)

Dans un déploiement SA, le NG-RAN se connecte directement au cœur de réseau 5G (5GC), sans passer par le réseau 4G existant. Cela permet d’exploiter toutes les capacités avancées de la 5G, notamment :

• Faible latence pour les applications critiques
• Qualité de service garantie grâce au slicing complet
• Support natif du edge computing pour le traitement local des données

Ce mode nécessite un NG-RAN complet et une coordination fine entre CU et DU pour garantir une expérience optimale.

Perspectives et évolutions du NG-RAN

Les futures évolutions du NG-RAN visent à intégrer davantage de fonctions d’intelligence artificielle pour optimiser en temps réel l’allocation des ressources radio et la gestion des interférences. La virtualisation complète des fonctions réseau (vRAN) permet également d’héberger les CU et DU sur des plateformes cloud, facilitant la maintenance et les mises à jour.

Les développements sur le support des bandes millimétriques (mmWave) et la convergence avec les réseaux Wi-Fi et IoT renforcent le rôle du NG-RAN comme plateforme centrale pour la connectivité 5G.

Pour aller plus loin, découvrez comment la 5G NR gère la coexistence avec les réseaux LTE grâce à l’architecture Non-Standalone (NSA).