Identification physique des cellules dans les réseaux 5G

Identification physique des cellules dans les réseaux 5G

Dans un réseau 5G, chaque cellule est physiquement identifiée par un ensemble de paramètres permettant aux équipements utilisateurs (UE) et au réseau d’assurer un fonctionnement optimal, notamment pour la synchronisation, la sélection de cellule et la gestion de la mobilité. Ces identifiants physiques sont essentiels pour différencier les cellules voisines et faciliter la communication radio, tout en assurant la cohérence de l’allocation des ressources dans un environnement dense.

Définition de l’identification physique de cellule

L’identification physique d’une cellule (PCI – Physical Cell Identity) en 5G repose principalement sur un ensemble d’identifiants dérivés des signaux de synchronisation (SSB – Synchronization Signal Block). Le PCI est un numéro compris entre 0 et 1007, utilisé par l’UE pour identifier une cellule sur la base des signaux physiques reçus. Contrairement aux identifiants logiques (comme le Cell Global ID), le PCI est détecté sans besoin d’établir une connexion complète avec le réseau.

Fonctionnement et rôle du PCI

Le PCI est principalement utilisé pour les fonctions suivantes :

• Synchronisation initiale : L’UE utilise le SSB, composé du PSS (Primary Synchronization Signal) et du SSS (Secondary Synchronization Signal), pour se synchroniser en temps et fréquence avec la cellule.
• Sélection et réélection de cellule : L’UE identifie les cellules disponibles à proximité et sélectionne la plus appropriée en fonction de la qualité du signal et du PCI.
• Mesures de mobilité : Le PCI est utilisé pour référencer les cellules voisines et gérer la transition inter-cellulaire sans ambiguïté.

Structure du PCI en 5G

Le PCI est constitué à partir de la combinaison de deux identifiants :

• PSS Index (N_id²) : trois valeurs possibles : 0, 1, ou 2.
• SSS Index (N_id¹) : 336 valeurs possibles : 0 à 335.

La combinaison de ces deux composantes donne :

PCI = 3 × N_id¹ + N_id², ce qui permet d’obtenir 1008 identifiants possibles (de 0 à 1007).

Tableau de correspondance entre SSS, PSS et PCI

Exigences de planification du PCI

La planification des PCI est cruciale pour éviter les conflits de voisinage. Deux types de collisions peuvent survenir :

• Collision PCI : Deux cellules voisines utilisent le même PCI, provoquant une confusion dans l’identification de la cellule par l’UE.
• Confusion PCI : Deux cellules non voisines mais couvertes simultanément par un UE partagent un PCI, générant des mesures de mobilité erronées.

Exemple concret : scénario en zone dense

Dans une ville dense où plusieurs petites cellules sont déployées (small cells), un opérateur attribue les PCI comme suit :

Dans cet exemple, la cellule C partage le même PCI que la macrocellule 1, ce qui peut entraîner une collision PCI si la couverture des deux se superpose. Pour résoudre ce problème, le planificateur devra réaffecter un PCI unique à la cellule C.

Différences entre PCI en 5G et en LTE

• Plage d’identifiants : En LTE comme en 5G, le PCI varie entre 0 et 1007.
• Structure des signaux : Les signaux de synchronisation sont différents (RS en LTE vs. SSB en 5G), ce qui modifie la manière dont le PCI est détecté.
• Flexibilité : Le découplage entre couverture et capacité en 5G via les small cells augmente la complexité du planning PCI par rapport à LTE.

Optimisation de l’utilisation du PCI

La répartition judicieuse des PCI passe par plusieurs stratégies :

1. Utiliser des groupes de PCI espacés : Séparer les PCI de cellules voisines par une différence significative (ex : >30).
2. Éviter les répétitions : Ne pas réutiliser un même PCI dans une même zone de coordination.
3. Automatiser le planning : Utilisation d’outils SON (Self-Organizing Network) pour détecter automatiquement les collisions et réassigner les PCI.

Impact sur la mobilité et le handover

Une mauvaise identification PCI peut dégrader les procédures de handover. Lorsqu’un UE effectue des mesures intercellulaires, l’indication de PCI est essentielle pour savoir à quelle cellule correspond un certain niveau de puissance reçu. Si plusieurs cellules partagent un même PCI, l’UE peut signaler des informations inexactes, entraînant des handovers ratés ou un ping-pong entre cellules.

Conclusion

Le PCI constitue un identifiant fondamental dans la couche physique des réseaux 5G. Il permet une synchronisation rapide, une gestion de la mobilité efficace et une bonne différenciation entre les cellules. Une planification rigoureuse et une détection proactive des conflits sont indispensables pour maintenir les performances radio dans des environnements complexes.

Pour approfondir la gestion des interférences liées à la densité des cellules, consultez l’analyse sur la coordination des interférences inter-cellules (ICIC) en 5G.