Je remercie lMr e professeur Xavier Lagrange pour sa relecture et ses très bon conseils.

Introduction de M Lagrange :

• l’opérateur déploie plusieurs bandes de fréquence. Sur chaque bande, une voie balise. A même puissance de transmission, le signal reçu sera d’autant plus puissant  que la fréquence est basse.
• pour assurer une bonne couverture à l’intérieur des bâtiments, il y a recouvrement important entre les cellules surtout sur les fréquences basses et en extérieur.
• En état de veille, un terminal est positionné (campe) sur une voie baise d’un eNB (et donc sur une bande de fréquence). S’il fait un accès, les premiers échanges UE-réseau se sont font cet eNB sur cette bande. Le réseau peut demander à un UE de changer d’eNB ou de bande (handover) mais cela a un coût de signalisation.
• L’enjeu est donc de s’assurer que les terminaux sont harmonieusement répartis en veille sur les fréquences et dans les cellules. Il faut éviter que tous les terminaux sélectionnent le 700 MHz car cela créerait un engorgement sur cette bande.
• Par ailleurs, les terminaux sont mobiles et les signaux radios reçus sont fluctuants. Il faut éviter qu’un terminal change très fréquemment de cellules ou de bande (par exemple plusieurs fois par secondes).
• on définit donc
  • une règle de sélection ou non d’une cellule+bande qui vise à s’assurer que si le terminal l’utilise, le signal reçu de l’eNB est suffisant pour que l’UE décode correctement les messages ou données et le signal émis par l’UE est suffisant pour que l’eNB puisse le décoder. Il ne s’agit pas de sélectionner une cellule mais d’établir une liste (cf. articles précédents)
  • une règle de re-sélection. L’objectif est double : d’une part, établir une liste ordonnée en construisant un indicateur intégrant de nombreux paramètres pour déterminer la meilleure cellule, d’autre part, intégrer des mécanismes de stabilisation (via des hystérésis) pour éviter de trop rapides alternances. La cellule choisie n’est pas au final nécessairement la première dans la liste mais celle présentant le meilleur compromis

 

A la date d’écriture de l’article, le réseau 5G SA n’est pas encore déployé. L’article se concentre sur la sélection de cellule sur le réseau 4G [1].

La sélection ou re-sélection de cellule a lieu lorsque le mobile est à l’état RRC_IDLE. Lorsque le mobile est connecté avec le contrôleur, il est dans l’état RRC_CONNECTED et la re-sélection de cellule est réalisée par l’eNB : il s’agit du HandOver. Le HandOver est déclenché à partir des mesures reportées par le mobile vers l’eNB. Ces valeurs sont transmises lorsqu’un évènement (A1, A2, A3, A4, A5, B1 ; B2) a lieu. La configuration de ces évènements est transmise par l’eNB au mobile dans le message RRC_Reconfiguration. Ces évènements ne seront pas explicités dans cet article.

1. Sélection de cellule

Lorsque le mobile s’allume, il cherche la meilleure cellule parmi les cellules candidates (cf. article : Sélection de cellules – Principes Généraux). Cette sélection de cellule est également réalisée après une perte de couverture radio et périodiquement lorsque l’UE n’est pas sur son réseau home HPLMN.

On appelle la Serving Cell, la cellule sur laquelle le mobile campe. La cellule est un secteur géographique couvert par une bande radio. Si la station de base exploite plusieurs bandes de fréquence alors le mobile doit sélectionner le réseau opérateur, le type d’accès radio (RAT 2G/3G/4G) et la bande radio la plus prioritaire.

Nous avons vu que la carte UICC contient la liste des PLMN et RAT (4G/3G/2G) avec un ordre de priorité.

La sélection de cellule s’effectue en recherchant d’abord le RAT prioritaire du réseau à partir des informations contenues dans la SIM et par comparaison avec le signal de diffusion SIB1 de la cellule candidate.

Même si la puissance du signal SIB1 est suffisante pour être décodée, le mobile doit vérifier que la cellule n’est pas blacklistée et que les critères de réception Srxlev et de qualité du signal Squal de la cellule candidate sont positifs.

Le calcul du critère Srxlev dépend de la puissance de réception RSRP (cf. article) et des seuils de configuration Qrxlevmin, Qrwlevelminoffset et Pcompensation Ces informations sont transmises dans le SIB1. Si une information est absente, le terminal prend 0 dB comme valeur de référence.

Equation 1: S_rxlev= RSRP – (Q_rxlevmin+Q_{rwlevelminoffset})-P_compensation >0

Le terminal est définie par une puissance de transmission maximale (Ppowerclass). La puissance de compensation est le différence entre la puissance maximale de la cellule et la puissance maximale du mobile. Ainsi, sI la puissance de transmission du mobile (par exemple 17 dBm) est inférieure à la puissance maximale de la cellule (Pmax émis dans le SIB1 par exemple 23 dBm) alors la valeur de compensation est égale à 6 dB ce qui rend la sélection de la cellule plus difficile puisque  S_rxlev >0

Le calcul du critère Squal dépend de la qualité de réception et de seuil de configurations Qqualmin, Qqualminoffset

Equation 2 : S_qual= RSRQ – (Q_qualmin+Q_{qualminoffset})>0

Si l’une des deux valeurs est négative, le mobile ne pourra pas déclencher la procédure d’accès aléatoire, et il cherche donc à sélectionner une cellule ou un RAT apportant une meilleure réception.

Q_rxlevmin est le niveau de puissance minimal reçu au niveau du terminal qui lui permet d’accéder à la cellule.

Q_qualmin est le niveau de qualité minimal calculé au niveau du terminal qui lui permet d’accéder à la cellule.

Les offsets Q_{rwlevelminoffset} et Q_{qualminoffset} sont utilisés pour la recherche périodique du HPLMN lorsque le mobile campe sur une cellule du réseau visité VPLMN. Cela permet de réduire la valeur Q_rxlevmin/ Q_qualmin et favoriser le critère du réseau home.

La détection d’une cellule est réalisée à partir des signaux de synchronisation PSS et SSS. A partir du PSS/SSS, le mobile récupère la valeur PCI (Physical Cell Identifier) de la station de base pour un RAT donnée. Ainsi, on peut déterminer une station de base à partir de son PCI et les cellules sur chacune des bandes auront le même indicateur PCI.

Pour voir un exemple de mesure, Cf article  https://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/2024/03/06/les-identifiants-radios/

Note de M Lagrange : Utiliser le même PCI pour la même cellule et différentes bandes n’est pas obligatoire (Orange ne le faisait pas il y a encore quelques mois). Ce qui compte c’est le couple PCI-EARFNC