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MOOC 5G – Professeur Xavier Lagrange

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Dans le cadre du projet IMTFor5G+ (https://imtfor5g.wp.imt.fr/), M Le professeur Xavier Lagrange propose une nouvelle formation sur l’accès radio 5G
Ce cours a été développé dans le cadre du projet CMA France2030 IMTFor5G+ https://lnkd.in/dMCX7F7U

Ouverture du cours : mardi 18 février. : https://www.fun-mooc.fr/fr/cours/explorer-la-5g/

Les inscriptions ont démarré

5G : Principes de l’interface radio et du réseau d’accès

Apprentissage visées

  • Lister les raisons de l’augmentation de débit en 5G par rapport aux générations précédentes
  • Calculer l’ordre de grandeur du débit atteignable en 5G pour une configuration simple en FDD et en TDD
  • Estimer une borne minimale de la latence en 5G sur des configurations et des architectures simples
  • Démontrer à l’aide d’un exemple la différence fondamentale de consommation énergétique entre 4G et 5G
  • Justifier en quoi la technique « massive MIMO » représente un saut technologique de la 5G et lister les contreparties à l’augmentation de débit
  • Analyser un scénario simple de connexion et de déconnexion sur la voie radio

Le programme

  • Semaine 1 : Introduction et principe de l’OFDM
  • Semaine 2 : Chaîne de transmission et architecture du réseau d’accès
  • Semaine 3 : Principe du MIMO
  • Semaine 4 : Protocole de l’interface radio
  • Semaine 5 : Etablissement et maintien de la connexion radio

Pour compléter cette formation par des articles du blog, contactez moi : frederic.launay@univ-poitiers.fr

 

L’accès aléatoire dans le contexte NTN

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Procédure d’accès aléatoire dans un scénario non terrestre – NTN

Lorsque le mobile est à l’état de veille, il sélectionne la station de base et écoute les informations émises par celle-ci. Pour pouvoir émettre des données vers la station de base, l’UE doit être connecté à celle-ci.  La procédure d’accès aléatoire est déclenchée par l’UE pour demander cette connexion radio à la station de base que l’UE a sélectionnée. Si la station de base accepte la connexion radio, l’UE pourra échanger du trafic ou de la signalisation avec le cœur de réseau.

Suite à la procédure d’accès aléatoire, le mobile passe de l’état RRC_IDLE (4G/5G)-  ou éventuellement de l’état RRC_INACTIVE (5G) – à l’état RRC_CONNECTED. Au cours de cette procédure, la station de base estime la distance la séparant de l’UE et transmet à l’UE la valeur de Timing Advance (TA) estimée. Le TA est nécessaire pour synchroniser en temps le lien montant (Uplink Time Synchronization) reçue par la station de base avec le début de trame émise par la station de base.

Figure 1 : Synchronisation en temps du lien UL/DL au niveau du gNB [1]

Si le mobile est déjà à l’état RRC_CONNECTED, la procédure RACH est déclenchée lors de la demande de HandOver ce qui permet d’informer la station de base cible de la demande d’accès radio de l’UE.

Dans le cas d’un lien radio coupé (RLF : Radio Link Failure) ou d’un échec de HO, l’UE déclenche la procédure d’accès aléatoire dans le but de créer une nouvelle connexion radio avec la cellule (Cell Recovery).

Pour résumer les différents cas possibles, la figure 2 liste les situations pour lesquelles l’UE déclenche la procédure d’accès aléatoire.

Figure 2 : Situation ou la procédure de RA est déclenchée [2]

Concernant la procédure d’accès aléatoire, il existe deux méthodes d’accès:

  • CBRA : Contention Free Random Access. La procédure s’effectue soit en 4 messages, soit en 2 messages (exemple SDT : cf …). Dans le 1er message, l’UE choisi aléatoirement un préambule dans une liste d’au plus 64 préambules avec une probabilité non nulle qu’un autre UE choisi le même préambule, créant ainsi une collision au niveau de la station de base qui doit gérer la contention.
  • CFRA : Contention Free Random Access mise en oeuvre dans le cas du Handover. La demande s’effectue en 2 messages et le préambule utilisé par l’UE dans le 1er message appartient à une liste diffusée par la station de base cible dont les valeurs sont uniquement dédiées à l’UE. Ainsi, il n’y a pas de collision.

La demande d’accès aléatoire est émise par le mobile sur la fréquence commune et sur des sous-trames correspondant aux occasions de RA (RAO). La périodicité des occasions de RA est définie par les informations de broadcast SIB1 en 5G ou SIB2 en 4G. Ainsi, lorsque l’UE envoie sa demande dans la sous-trame correspondante, la station de base écoute les messages RA à cet instant et non en permanence. Cela suppose que la transmission UL du mobile soit synchronisée avec la transmission DL de la gNB et que le délai de propagation soit compensé par le TA.

Le mobile UE étant distant d’une distance d, il détecte le signal de synchronisation SSB avec un retard de d/c. Pour une cellule terrestre de 10 kms, le délai aller/retour (RTT : Round Trip Time) pour un UE à 10 kms de distance est de 67 µs (2*10 /300 000).

Dans le scénario NTN (figure 3), la distance entre l’UE et le satellite est de plusieurs 100aines ou milliers de kms, le délai (élevé) entre l’UE et la station de base provoque un décalage temporel entre le lien DL et UL (figure 2) et lorsque la station de base reçoit le préambule celui-ci est hors délai par rapport à la fenêtre d’écoute.

Figure 3 : Transmission Non Terrestre

On appelle interface Service Link ou SLI, l’interface du lien entre le satellite et l’utilisateur (UE/MES : Mobile Earth Station). L’interface SLI gère l’établissement des gestions de communication.

L’interface Feeder Link est l’interface entre le satellite et la passerelle terrestre (LES : Land Earth Station).

Dans la cas d’une communication satellitaire (figure 4 a), l’UE communique avec le satellite (délai UE – Satellite sur le lien de service) et le satellite transmet le signal vers la passerelle (délai Satellite – Passerelle). Dans le mode transparent, la passerelle est connectée à une station de base gNB.

Dans le mode regénérative payload (figure 4 b), le satellite héberge la station de base ou l’entité DU de la station de base. Ainsi, la passerelle est soit connectée au cœur de réseau (dans ce cas, le gNB est soit intégré dans le satellite), soit au gNB-CU.

Figure 4 : les modes de scénarios

Quel que soit le scénario choisi (transparente ou regénérative payload), la transmission a une latence élevée et supérieure à la durée d’un slot (cf. figure 5)

 

Figure 5 : Scénario de HO : a) Terrestre, b) Non Terrestre

Pour compenser le décalage, il est nécessaire de prendre en compte un TA étendu. Généralement, le TA est calculé par la station de base à partir de la demande d’accès aléatoire. Or la connaissance du  TA étendu est nécessaire pour la demande d’accès aléatoire. Le TA étendu est composé de deux valeurs :

  • Calcul du TA en boucle ouverte afin d’avoir une information du délai entre le satellite et fu point de référence (figure 6).
  • Calcul du TA en boucle fermés pour compenser l’erreur de TA qui est calculée en boucle ouverte

Figure 6 : Calcul du TA en boucle ouverte

Le calcul en boucle ouverte est réalisé au niveau de l’UE. Cela prend en compte le délai de l’interface du lien de service (UE/Satellite) et le délai sur l’interface du feeder (satellite vers la passerelle).

Concernant le lien du feeder, la station de base transmet le délai entre le satellite et un point de référence (RP : Reference Point). L’UE ne connait pas la localisation du RP. Le réseau transmet au mobile la valeur Tta_commun dans le message de diffusion SIB19 et qui correspond au temps du lien Feeder (entre le satellite et la passerelle).

Figure 7 : Exemple de RP

A partir de l’éphéméride du satellite (position et vitesse) émis dans le SIB19 et de la connaissance de la position de l’UE (issu de la mesure du GNSS), l’UE calcule la distance qui le sépare du satellite et donc estime le délai sur le lien de service (User Specific TA).

Le standard 5G a introduit un nouveau concept, demand SI Delivery, permettant à l’UE de déclencher la procédure d’accès aléatoire afin de demander à celle-ci la diffusion d’un message SIB

La nouveauté est la suivante (figures 8 et 9) :

  • En 4G, quand un UE souhaite acquérir une information diffusée par un SIB, il écoute le canal de diffusion à l’instant où le SIB est transmis (après avoir extrait les informations portées par le MIB et le SIB1)
  • En 5G, l’UE envoie une requête à la station de base en lui demandant d’émettre le SIB souhaité puis écoute la prochaine échéance (SI Window) du canal de diffusion.

Figure 8 : Demande de diffusion d’un SI

 

Figure 9 : Procédure On-Demand SI

Une fois l’offset de TA mesurée (d’une durée de plusieurs slots), le mobile pourra quasiment se synchroniser. Toutefois, une erreur en boucle fermée existe encore.

La procédure d’accès aléatoire permet de mesurer cette erreur.

La figure 10 présente ainsi le calcul du TA.

Figure 10 : La procédure de calcul du TA en boule ouverte

 

Références

[1] https://www.techplayon.com/5g-nr-timing-advance-rar-ta-and-mac-ce-ta/

[2] Oltjon Kodheli, Random Access Procedure Over Non-Terrestrial Networks: From Theory to Practice

 

 

La fonction BSF

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Introduction

Le réseau 5G est un réseau natif Cloud. L’avantage est de permettre un déploiement rapide des fonctions réseaux et une mise à l’échelle pour des services dédiés (Network Slicing). La mise à l’échelle automatique (Horizontal Scaling) autorise la multiplication d’instances d’une fonction réseau pour répondre à la charge demandée.

La fonction BSF (Binding Support Function)  a été introduite dans l’architecture du réseau 5G (23.501 R.15) afin de maintenir l’association entre l’UE et une fonction PCF. Ainsi, si plusieurs fonctions PCF sont déployées par l’opérateur, la fonction BSF permet d’associer la fonction PCF qui gère la QoS d’une session PDU d’un UE. Dans le cas de la VoNR, pour un appel entrant, le réseau IMS (fonction AF) contacte le PCF, via l’interface N5/Rx, pour l’établissement d’un flux RTP pour le transport de la session. L’association au niveau du BSF permettra à l’AF de contacter le PCF correspondant à l’UE.

La fonction BSF va stocker l’identifiant du PCF et des informations concernant l’UE afin de pouvoir faire la correspondance entre l’UE et la fonction PCF.

Les informations stockées au niveau du BSF peuvent être :

  • @IP ou @MAC de l’UE
  • L’identifiant S-NSSAI
  • L’identifiant DNN
  • L’@ du PCF choisi (instance PCF)

Figure 1 : Contexte de la fonction BSF et interrogation de l’AF

 Chaque flux d’une session PDU est identifié par une valeur de flux QFI. Le flux est défini par le type de QoS (5QI), le type de bearer (GBR ou non GBR) et le débit (AMBR) qui sont gérés entièrement par la fonction SMF pour une session PDU traditionnelle (Accès Internet, une session SIP,…) ou négociés avec la fonction PCF.

SMF (Session Management Function) : Lorsque le SMF reçoit une demande de session PDU, il peut consulter une fonction PCF pour définir la politique de QoS. La fonction PCF interagit avec la fonction BSF car la fonction SMF ne communique pas directement avec la fonction BSF.

PCF (Policy Control Function) : Les fonctions BSF et PCF s’échangent des informations pour appliquer des politiques spécifiques à chaque session, telles que les règles de QoS et les autorisations d’accès.

La session demandée par la fonction AF doit être liée (Session Binding) à une seule session PDU. Ces informations d’association sont donc transmises à la fonction AF.

II) Les services de la fonction BSF

II-1) Gestion des informations de liaison (binding information)

Le BSF maintient et gère les informations de liaison entre les différentes entités de réseau et les sessions utilisateurs. Cela inclut l’association entre les identifiants des utilisateurs, les sessions actives, et les adresses IP utilisées.

Le BSF maintient une base de données des identifiants d’utilisateur et des contextes de session correspondants. Cela inclut des informations telles que :

  • L’identifiant unique de l’utilisateur (IMSI – International Mobile Subscriber Identity).
  • Les identifiants des sessions PDU actives.
  • Les adresses IP attribuées pour chaque session.
  • Les paramètres de qualité de service (QoS) pour chaque session.

II2) Support de la mobilité et proxy

La fonction BSF a un rôle comparable aux routeurs DIAMETER DRA (Diameter Routing Agent) utilisés en 4G. La fonction BSF est mis en œuvre lorsque les réseaux 4G et 5G doivent coexister.

Le rôle de la fonction BSF est alors de définir le prochain nœud de destination du paquet à transporter.

III) Les services de la fonction BSF (TS 29.521)

La fonction BSF assure l’association entre une session PDU et une fonction PCF. La fonction BSF propose des services de gestion pour enregistrer les associations entre l’UE, la session PDU et le PCF et les fournir aux fonctions concernées.

La fonction BSF peut jouer le rôle de proxy DIAMETER ou de serveur de redirection. Dans le cas du Proxy BSF, il transmet une requête DIAMETER d’une entité source vers une entité cible.

Dans le cas d’un serveur de redirection, la fonction BSF traduit une requête DIAMETER en un message http2 et inversement.

La fonction BSF dialogue avec les entités suivantes :

  • PCF
  • NEF
  • AF

III-1) Service de Gestion

Le service de Gestion Service Management permet :

  • D’enregistrer/de désenregistrer ou de mettre à jour les informations d’associations pour un UE ou une session PDU
  • De faire une découverte de la fonction PCF pour une session PDU ou un UE
  • De souscrire, se désinscrire à des évènements et de transmettre des notifications

 

Le service Nbsf Management Register permet au PCF d’enregistrer les informations de liaison de session pour un UE au niveau de la fonction BSF. La fonction BSF conserve et fournit l’identité de l’utilisateur, le nom du réseau de données (DNN), les adresses UE et l’adresse PCF pour la session PDU. Ainsi, la fonction SMF déclenche un enregistrement du PCF vers le BSF lorsque le SMF demande le service de création d’un profil de QoS au PCF.

La fonction SMF envoie la requête d’enregistrement au BSF à la réception du message Npcf_SMFPolicyControl_Create requets émis par la fonction SMF.

Le déclencheur est donc le message Npcf_SMFPolicyControm_Create requet, émis par le SMF vers le PCF et ce dernier répond au SMF Npcf_SMFPolicyControl_Create Answer avec la valeur transmise par la fonction BSF au PCF.

Figure 2 : Procédure d’enregistrement

Lorsqu’une fonction AF ou NEF a besoin de communiquer avec une fonction PCF, alors cette fonction invoque le service de découverte pour obtenir l’adresse du PCF concerné

Figure 3: Procédure de découverte

 

III-2) Proxy BSF

Lorsque le BSF reçoit une requête d’un AF, il doit vérifier s’il a déjà sélectionné un PCF pour la session Rx ; s’il dispose d’un PCF déjà sélectionné pour la session Rx, il transmettra la demande au PCF correspondant. Si le BSF n’a pas de PCF déjà sélectionné, il doit sélectionner un PCF pour gérer la session Rx, puis envoyer la demande par proxy au PCF sélectionné.

La création de la liaison est réalisée lorsque la fonction AF démarre une procédure d’enregistrement.

Figure 4 : BSF en tant que proxy

  1. La requête DIAMETER Authorization Authentication Request (AAR) est transmise par la fonction AF vers la fonction BSF. Cette requête à pour objectif d’autoriser et d’authentifier une demande d’établissement d’une session entrante vers le terminal. En 4G, cette demande était transmise à la fonction PCRF via l’interface Rx.
  2. La fonction BSF sélectionne le PCF s’il est déjà défini, sinon la fonction BSF sélectionne un PCF et fait l’association du PCF avec l’AF (liaison ou Binding).
  3. La fonction BSF transmet la requête AAR au PCF cible avec la même valeur d’AVP Session-Id.
  4. Le PCF renvoie la réponse DIAMETER AAA au BSF.
  5. BSF transmet la réponse DIAMETER AAA à l’AF avec la même valeur d’AVP Session-Id.

 

III-2) Serveur de redirection BSF

La fonction BSF peut jouer le rôle d’un agent de redirection DIAMETER. Il doit être en mesure de récupérer les informations AVP pour récupérer l’identité de la fonction PCF.

L’AF contacte la fonction BSF lors de l’établissement de la session Rx pour récupérer l’adresse PCF. La fonction de redirection du BSF n’a pas besoin de maintenir des sessions DIAMETER pour transmettre les messages DIAMETER vers le PCF sous le format http2

Ce rôle de redirection permet la coexistence de la fonction BSF et des agents de routage DIAMETER (DRA).

Figure 5: BSF en tant que serveur de redirection

  1. La fonction applicative AF envoie un message DIAMETER AAR au DRA pour établir une nouvelle session de diamètre Rx.
  2. Lors de la réception de la demande à l’étape 1, si le DRA n’a aucune information de liaison stockée dérivée d’une session Gx en cours pour l’abonné, le DRA invoque l’opération de service Nbsf_Management_Discovery au BSF pour obtenir l’ID PCF sélectionné pour une certaine session PDU.
  3. Le BSF répond au DRA avec l’ID PCF.

REMARQUE 2 : Si le DRA n’a stocké aucune information de liaison dérivée d’une session Gx en cours pour un abonné, le DRA doit demander de nouvelles informations de liaison pour chaque établissement de session Rx, car les informations du BSF pourraient avoir changé par rapport à toute information de liaison précédente. » a demandé la DRA.

IV) Exemple avec la VoNR

Lorsqu’un utilisateur se connecte au réseau 5G et initie une session de données, le BSF enregistre les informations de liaison, telles que l’adresse IP assignée et les identifiants de session. Si l’utilisateur se déplace et se connecte à une nouvelle cellule, le BSF met à jour les informations de liaison et assure que la session de données est maintenue sans interruption, en coordonnant les actions avec le SMF et le UPF.

Voici un exemple pour la VoNR ou l’UE contacte le Proxy P-CSCF du réseau IMS pour une demande d’appel. Le PCF concerné doit être connu du P-CSCF. Si le réseau IMS est déployé comme une architecture SBA et peut demander des services en utilisant le protocole HTTP2 alors voici la procédure attendue (Figure : ).

Dans le cas d’une coexistence DIAMETER/Http2, on imagine les rôles de la fonction BSF.

Figure 6 : Exemple de la VoNR

Réferences

23.501 : System architecture for the 5G System (5GS) – (3GPP TS 23.501 version 17.5.0 Release 17)

23.503 : Policy and charging control framework for the 5G System (5GS);
Stage 2 (3GPP TS 23.503 version 16.5.0 Release 16)

29.513 : 5G System; Policy and Charging Control signalling flows and QoS parameter mapping; Stage 3, R.16 – V16.6

 

Réservation de cellules et restrictions d’accès

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Introduction 

Pour réduire l’activité d’une cellule, il existe deux mécanismes :

  1. Le mécanisme de contrôle de sélection et de re-sélection de cellule qui vise à interdire des UE à camper sur une cellule. L’état de la cellule est barré ou réservé.
  2. Le mécanisme de contrôle d’accès qui a pour objectif de contrôler la charge d’une cellule afin de réduire la congestion. Le mécanisme s’applique à des classes d’UE. La classe d’UE est définie au moment de l’inscription sur l’application USIM [25.304]. L’accès à la cellule est dit restreint.

Reprenons les définitions de la 3GPP sur les états de la cellule [TS 36.300]

  • Barred Cell: Un UE ne peut pas camper sur une cellule barrée
  • Reserved Cell: Un UE ne peut camper sur une cellule réservée que s’il satisfait à la condition d’autorisation.
  • Restricted Cell: Un UE peut camper sur une cellule restreinte, mais la demande d’accès est conditionnée à la classe de l’UE et au service demandé.

Le standard définit 2 mécanismes différents :

  • Réservations de cellules
    • Barred Cell ou cellule barrée
    • Reserved call ou cellule réservée
  • Restriction d’accès
    • Restricted cell ou cellule restreinte.

Afin d’informer l’état de la cellule, la station de base diffuse des informations systèmes :

  • Le SIB1 transmet les informations de réservation de cellules : une interdiction de camper sur la cellule
  • Le SIB2 transmet les informations relatives à la restriction d’accès selon la catégorie d’UE, selon le type d’information (signalisation ou Data) ou selon certains services (Session Data, CS ou VoLTE)
  • Le SIB14 transmet des informations de restriction d’accès pour des terminaux de type IoT. La restriction d’accès ne concerne les souscriptions LAPI (Low Access Priority Indicator) pour lesquelles la durée de restriction d’accès est étendue par rapport aux timers du SIB2.

I) La sélection de cellule et la demande d’accès radio

Les mécanismes de sélection de cellule et de re-sélection de cellules sont expliqués dans les articles suivants

La sélection et la re-sélection de cellules sont basées sur les informations de diffusion du SIB1 (cf. section III). Un UE ne peut camper que dans une cellule non interdite. L’interdiction de la cellule est diffusée dans le SIB1 à savoir si elle est barrée ou non ou si elle est réservée à l’opérateur (à titre d’exemple, en septembre 2021 Bouygues déployait son réseau NB_IoT et lors de la phase de test, le SIB1 n’autorisait que des accès aux terminaux de l’opérateur sur la cellule concernée).

L’UE doit sélectionner une cellule pour écouter les informations émises par cette cellule et pour pouvoir faire des demandes de connexion radio.

Le mécanisme d’accès à la cellule, nommé procédure d’accès aléatoire, permet à un UE de passer de l’état de veille (RRC IDLE) à l’état connecté (RRC CONNECTED). L’UE fait une demande de connexion radio auprès de la cellule sélectionnée (sur laquelle il campe). En 4G, les paramètres d’accès aléatoires RACH sont diffusés dans le SIB2. Cette demande peut être soit à l’initiative du mobile (Mobile Originated) pour transmettre de la signalisation ou des données, soit provoquée par le réseau suite à une notification, nommée procédure de paging (Mobile Terminated).

II) Contrôle d’accès radio : Restriction de cellule

 Le contrôleur de la station de base [TS22.011] met en œuvre un mécanisme d’admission radio nommé Contrôle d’accès pour :

  • Eviter la congestion de la station de base (celle-ci peut provenir d’un réveil de dispositifs, d’un mauvais dimensionnement lors d’un évènementiel, …). Sur quels critères la station de base émet une restriction ? 70% de la charge, 80% ??
  • Eviter la congestion d’une entité du cœur de réseau (congestion). La station de base reçoit une information « Start Overload » de la part du cœur de réseau

La demande de connexion radio est mise en œuvre par la procédure d’accès aléatoire (RACH). Cette demande s’effectue sur le canal radio commun CCCH. Si plusieurs UE démarrent la procédure au même moment, alors les demandes s’interfèrent au niveau de l’eNB. La station de base peut traiter les demandes dont les valeurs de préambule sont différentes mais cette interférence limite déjà le nombre de connexion radio à l’insu de la station de base. Chaque UE qui n’a pas pu établir sa demande de connexion radio, recommence la procédure RACH.

Après avoir atteint le nombre maximum de tentatives d’accès RACH, l’UE abandonne la procédure RACH avec cette cellule et sélectionne une station de base voisine et redémarre la procédure RACH. Ainsi, en cas de congestion radio de la station de base, le risque est de reporter les UE qui n’ont pas pu réaliser leur connexion radio vers les stations de base voisines Cela aura pour effet de reporter la congestion radio vers les voisins.

La demande de connexion radio peut aussi être consécutive à la réception d’une notification de paging de la part de la station de base. On peut trouver surprenant que la station de base émette une notification de paging alors qu’elle est saturée.

Plusieurs raisons peuvent être avancées :

  • La station de base n’a pas connaissance des UE qui sont sous sa couverture radio.
    • Si on prend par exemple la restriction par classe d’UE, la procédure de paging s’adresse à un UE identifié par son IMSI/SUPI et non par sa catégorie.
    • SI on prend la restriction d’appel sur un pourcentage, on pourrait supposer que la station de base limite la procédure de paging au pourcentage souhaité, soit p ce pourcentage. Mais le terminal qui reçoit le paging se voit de nouveau affecté par la restriction de connexion radio, il serait donc affecté au pourcentage p².
  • SI l’UE ne reçoit pas de notification, alors il ne peut pas informer le cœur de réseau qu’il est toujours allumé. Dans ce cas, le cœur de réseau va détacher l’UE. Il est donc nécessaire que l’UE puisse au minima envoyer une réponse au cœur de réseau (message NAS) portée par une requête RRC.

Cela signifie alors que si la station de base est saturée, elle peut refuser l’établissement d’un bearer radio data DRB, mais il est nécessaire néanmoins de traiter les messages de signalisation RRC.

A partir de cette problématique, nous allons donc étudier la fonction de contrôle d’accès.

  • Par catégorie : Restreindre l’accès radio (Access Class) à certaines classes d’UE (y compris les classes d’appels d’urgence)
  • Par seuil (Access Baring Rate) pour réduire les tentatives de connexion radio en fonction de ce seuil

Le mobile doit  vérifier les restrictions de la classe d’accès avant d’émettre une demande de connexion RRC CONNECTION REQUEST.

L’UE est informé de la congestion :

  • soit par un message de refus d’accès radio suite à la procédure d’accès aléatoire (RRC Reject, se référer à l’article « Les Supports de Signalisation »)
  • soit par un message de diffusion SIB2.
  • Soit par un message de diffusion SIB14 qui empêche le mobile d’émettre une demande d’accès (procédure RACH) tant que la congestion n’est pas résolue.

Le mécanisme de restriction de cellule s’appuie sur deux concepts complémentaires :

  • La classe d’accès des terminaux
  • Le facteur de barrage

La classe d’accès ACB : Access Class Barring

La carte UICC (SIM/USIM) de chaque UE contient un numéro de classe d’accès compris entre 0 et 9. Ce numéro est défini lors de la souscription ou correspond au dernier numéro IMSI.

Certains terminaux peuvent être membres d’une classe d’accès comprise entre 11 et 15 mais ces valeurs sont réservées en général aux UE particuliers (autorités ou services d’urgence).

Afin de différencier les abonnés, les classes d’accès 0 à 9 peuvent avoir un accès restreint en cas de congestion. Les classes de classes 11 à 15 sont prioritaires et bien souvent non restreints. La restriction peut porter sur la donnée à émettre/recevoir ou sur un service.

On définit 3 mécanismes supplémentaires pour la restriction d’accès :

  • Service-Specific Access Control (SSAC) o
  • Network Slicing
  • NAS Signaling

Le SSAC permet de contrôler l’accès pour des services spécifiques (comme la VoLTE et le service MMTEL) séparément des autres services.

La 5G introduit des fonctionnalités supplémentaires pour gérer l’accès à des slices de réseau spécifiques, ce qui permet une gestion plus fine de la qualité de service et des priorités.

Avec le Network Slicing, les différents slices du réseau 5G peuvent avoir des règles d’accès différentes. Par exemple, un slice pour les services critiques peut avoir une priorité d’accès plus élevée qu’un slice pour des applications de divertissement.

Non-Access Stratum (NAS) Signaling : Les messages de signalisation NAS sont utilisés pour gérer l’authentification, l’inscription et le contrôle d’accès des utilisateurs dans le réseau 5G.

Le facteur de barrage : Barring Factor

Même si l’UE n’est pas concerné par les messages de restriction sur les classes d’accès, la station de base peut néanmoins refuser l’accès radio lors de la tentative d’accès radio : l’UE choisit aléatoirement un numéro entre 0 et 1, nommé RAND (uniformément réparti), et compare la valeur tirée avec la valeur de restriction Barring Factor diffusée par l’eNB. Si la valeur tirée est inférieure à l’indicateur de restriction d’accès alors le mobile peut faire une tentative de connexion radio.

Par exemple, si le barring factor est de 0.3, il y a 70% de chances que l’UE ne puisse pas demander un accès radio.

Le durée de barrage : Barring Time

La durée de la restriction est calculée selon la formule suivante, avec ac-BarringTime qui à pour valeur possible (en s) : 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256. Cette valeur est diffusée dans le SIB2 (cf. section IV)

T303= (0.7+ 0.6 * rand) * ac-BarringTime)

III) Les informations SIB 4G

III-1) Cell Baring (SIB1)

Les informations SIB1 défini l’état de la cellule,

 

III.2) ACB (SIB2)

L’Access Control and Barring (ACB) (contrôle d’accès et interdiction) est une fonction essentielle dans les réseaux 4G et 5G. Cette fonction est utilisée pour réguler l’accès des utilisateurs au réseau, lors de congestion du réseau (radio ou cœur de réseau).

Lorsque cette fonction est mise en œuvre, les UE concernés auront un accès réduit aux services, ce qui se traduit par une augmentation de la latence. Afin de respecter certains services, le blocage de l’accès radio peut être conditionné à une tranche d’utilisateurs ou à des services (ex LAPI : Low Access Priority Indicator). La station de base doit aussi être capable de discriminer les demandes de sessions Data de la signalisation (mobile originating and mobile terminating, mobile originating, or location registration) ainsi que pour les SMS.

Les UE prennent connaissance de la restriction d’accès à partir d’un message de diffusion SIB2 (ou SIB14 pour l’IoT).

< LTE SIB2 R.8 à R.11>

sib2

    ac-BarringInfo
        ...1 .... ac-BarringForEmergency: True
        ac-BarringForMO-Signalling
            ac-BarringFactor: p00 (0)
            ac-BarringTime: s4 (0)
            ac-BarringForSpecialAC: 10000 (bitmap)
        ac-BarringForMO-Data
            ac-BarringFactor: p00 (0)
            ac-BarringTime: s4 (0)
            ac-BarringForSpecialAC: 00000 (bitmap)
    ....
    ssac-BarringForMMTEL-Voice-r9
        ac-BarringFactor: p00 (0)
        ac-BarringTime: s4 (0)
        ac-BarringForSpecialAC: 00000 (bitmap)
    ssac-BarringForMMTEL-Video-r9
        ac-BarringFactor: p00 (0)
        ac-BarringTime: s4 (0)
        ac-BarringForSpecialAC: 00000 (bitmap)

Le standard propose de restreindre l’accès radio pour les bearers suivants :

  • envoyer de la signalisation : ac-BarringForMO-Signalling
  • envoyer des données : ac-BarringForMO-Data
  • accéder à des services téléphoniques : ssac-BarringForMMTEL-Voice-r9

Dans chacun des cas, on indique :

  • le pourcentage de réduction à appliquer : ac-BarringFactor
  • La durée ac-BarringTime: ac-BarringTime
  • La classe affectée (Activation ou désactivation en fonction de la valeur du bit respectivement 1/0 selon la position du bit représentant les classes de 11 à 15 -bitmap) : ac-BarringForSpecialAC (ex : 10000)

A partir de la R.12, le mécanisme se complexifie en fonction de l’élément d’information IE du mobile. Se reporter à l’annexe 1.

IV) Conclusion

La congestion peut être réduite par le mécanisme ACB, avec un backoff radio pour demander à l’UE de différer sa demande d’accès. La congestion peut également provenir du cœur de réseau, l’entité concernée envoie un message START OVERLOAD aux stations de base concernée.

Concernant le paging, même si l’eNB met en œuvre le mécanisme ACB et si l’UE est concerné par la restriction, la station de base indique que l’UE est néanmoins autorisé à répondre à un Paging ou de réaliser la procédure de mise à jour de sa localisation.

Le mécanisme ACDC Application specific Congestion control for Data Communication est similaire au mécanisme ACB car il permet d’accepter ou de refuser des nouvelles demandes de connexions radio. Toutefois le mécanisme ACDC ne s’applique pas aux services voix MMTEL, et SMS over IMS

Dans le cas où la station de base est partagée (cf article RAN Sharing), si la congestion a lieu au niveau du cœur de réseau d’un opérateur, la station de base doit être capable de mettre en œuvre une restriction d’accès pour le cœur de réseau concerné.

 

Références

TS22.011 : 3GPP TS22.011Service accessibility (Release 19) – V19.3.0 (2024-03)

TS25.304 : 3GPP TS25.304: « User Equipment (UE) procedures in idle mode and procedures for cell reselection in connected mode ».

36.304 : 3GPP TS 36.304: « User Equipment (UE) procedures in idle mode »

 

ANNEXES SIB2 après la release 12

-EXTENSION ::= SEQUENCE [011111]
   +-lateNonCriticalExtension ::= OCTET STRING OPTIONAL:Omit
    +-VERSION-BRACKETS1 ::= SEQUENCE [11] OPTIONAL:Exist
    | +-ssac-BarringForMMTEL-Voice-r9 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
    | | +-ac-BarringFactor ::= ENUMERATED [p00]
    | | +-ac-BarringTime ::= ENUMERATED [s4]
    | | +-ac-BarringForSpecialAC ::= BIT STRING SIZE(5) [00000]
    | +-ssac-BarringForMMTEL-Video-r9 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
    |   +-ac-BarringFactor ::= ENUMERATED [p00]
    |   +-ac-BarringTime ::= ENUMERATED [s4]
    |   +-ac-BarringForSpecialAC ::= BIT STRING SIZE(5) [00000]
    +-VERSION-BRACKETS2 ::= SEQUENCE [1] OPTIONAL:Exist
    | +-ac-BarringForCSFB-r10 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
    |   +-ac-BarringFactor ::= ENUMERATED [p00]
    |   +-ac-BarringTime ::= ENUMERATED [s4]
    |   +-ac-BarringForSpecialAC ::= BIT STRING SIZE(5) [00000]
    +-VERSION-BRACKETS3 ::= SEQUENCE [1111] OPTIONAL:Exist
    | +-ac-BarringSkipForMMTELVoice-r12 ::= ENUMERATED [true] OPTIONAL:Exist
    | +-ac-BarringSkipForMMTELVideo-r12 ::= ENUMERATED [true] OPTIONAL:Exist
    | +-ac-BarringSkipForSMS-r12 ::= ENUMERATED [true] OPTIONAL:Exist
    | +-ac-BarringPerPLMN-List-r12 ::= SEQUENCE OF SIZE(1..maxPLMN-r11[6]) [1] OPTIONAL:Exist
    |   +-AC-BarringPerPLMN-r12 ::= SEQUENCE [1111111]
    |     +-plmn-IdentityIndex-r12 ::= INTEGER (1..maxPLMN-r11[6]) [1]
    |     +-ac-BarringInfo-r12 ::= SEQUENCE [11] OPTIONAL:Exist
    |     | +-ac-BarringForEmergency-r12 ::= BOOLEAN [FALSE]
    |     | +-ac-BarringForMO-Signalling-r12 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
    |     | | +-ac-BarringFactor ::= ENUMERATED [p00]
    |     | | +-ac-BarringTime ::= ENUMERATED [s512]
    |     | | +-ac-BarringForSpecialAC ::= BIT STRING SIZE(5) [10000]
    |     | +-ac-BarringForMO-Data-r12 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
    |     |   +-ac-BarringFactor ::= ENUMERATED [p00]
    |     |   +-ac-BarringTime ::= ENUMERATED [s512]
    |     |   +-ac-BarringForSpecialAC ::= BIT STRING SIZE(5) [00000]
    |     +-ac-BarringSkipForMMTELVoice-r12 ::= ENUMERATED [true] OPTIONAL:Exist
    |     +-ac-BarringSkipForMMTELVideo-r12 ::= ENUMERATED [true] OPTIONAL:Exist
    |     +-ac-BarringSkipForSMS-r12 ::= ENUMERATED [true] OPTIONAL:Exist
   |     +-ac-BarringForCSFB-r12 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
    |     | +-ac-BarringFactor ::= ENUMERATED [p00]
    |     | +-ac-BarringTime ::= ENUMERATED [s4]
    |     | +-ac-BarringForSpecialAC ::= BIT STRING SIZE(5) [00000]
    |     +-ssac-BarringForMMTEL-Voice-r12 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
    |     | +-ac-BarringFactor ::= ENUMERATED [p00]
    |     | +-ac-BarringTime ::= ENUMERATED [s4]
    |     | +-ac-BarringForSpecialAC ::= BIT STRING SIZE(5) [00000    |     +-ssac-BarringForMMTEL-Video-r12 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
    |       +-ac-BarringFactor ::= ENUMERATED [p00]
    |       +-ac-BarringTime ::= ENUMERATED [s4]
    |       +-ac-BarringForSpecialAC ::= BIT STRING SIZE(5) [00000]
    +-VERSION-BRACKETS4 ::= SEQUENCE [0] OPTIONAL:Exist
    | +-voiceServiceCauseIndication-r12 ::= ENUMERATED OPTIONAL:Omit
    +-VERSION-BRACKETS5 ::= SEQUENCE [11] OPTIONAL:Exist
      +-acdc-BarringForCommon-r13 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
      | +-acdc-HPLMNonly-r13 ::= BOOLEAN [FALSE]
      | +-barringPerACDC-CategoryList-r13 ::= SEQUENCE OF SIZE(1..maxACDC-Cat-r13[16]) [1]
      |   +-BarringPerACDC-Category-r13 ::= SEQUENCE [1]
      |     +-acdc-CatValue-r13 ::= INTEGER (1..maxACDC-Cat-r13[16]) [1]
      |     +-acdc-BarringConfig-r13 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
      |       +-ac-BarringFactor-r13 ::= ENUMERATED [p00]
      |       +-ac-BarringTime-r13 ::= ENUMERATED [s4]
      +-acdc-BarringPerPLMN-List-r13 ::= SEQUENCE OF SIZE(1..maxPLMN-r11[6]) [1] OPTIONAL:Exist
        +-ACDC-BarringPerPLMN-r13 ::= SEQUENCE
          +-plmn-IdentityIndex-r13 ::= INTEGER (1..maxPLMN-r11[6]) [1]
          +-acdc-HPLMNonly-r13 ::= BOOLEAN [FALSE]
          +-barringPerACDC-CategoryList-r13 ::= SEQUENCE OF SIZE(1..maxACDC-Cat-r13[16]) [1]
            +-BarringPerACDC-Category-r13 ::= SEQUENCE [1]
              +-acdc-CatValue-r13 ::= INTEGER (1..maxACDC-Cat-r13[16]) [1]
              +-acdc-BarringConfig-r13 ::= SEQUENCE OPTIONAL:Exist
               +-ac-BarringFactor-r13 ::= ENUMERATED [p00]
                +-ac-BarringTime-r13 ::= ENUMERATED [s4]

 

Les identifiants radios

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Les articles précédents traitaient de la procédure de sélection et de re-sélection et le dernier article a permis de présenter les SIBs.

Nous allons maintenant nous intéresser aux identifiants de la cellule et de la station de base

  1. Cellules radioélectriques et identifiants

On appelle cellule radio ou secteur, la zone de couverture radio d’une station de base sur une bande de fréquences (carrier).

Une station de base 4G, nommée eNB, qui supportent plusieurs porteuses couvrent plusieurs cellules (au moins une cellule par porteuses et dans la limite de 256 cellules). Dans le cas général, une station de base 4G propose 5 bandes (bandes B1, B3, B7, B20 et B28) et 3 secteurs par bandes, aura donc 15 cellules.

Une station de base eNB est composée de deux unités : L’unité de bande de base BBU et une tête radio dépotée RRU ou RRH. Par conséquent, il est théoriquement possible que la station de base propose des points d’accès radioélectrique (Multi Transmission Point) et couvrent ainsi plus que 3 secteurs.

Une station de base gNB est décomposée de 3 unités : L’unité centralisée CU, l’unité distribuée DU et une tête radio déportée. Si les unités CU et DU sont centralisées, le nombre de cellules sera limités à 16 mais dans le cas ou le CU et DU sont délocalisées, et qu’un CU contrôle plusieurs DU, 14 bits sont réservés pour l’identification des cellules. Un CU peut contrôler jusqu’à 250 DU et un DU peut avoir 12 cellules, soit 3000 cellules En réservant 14 bits pour l’allocation des cellules, on peut ainsi identifier 16384 cellules.

  1. Les identifiants radio

II-1) PCI

En mode de veille, le mobile est sous la couverture d’une cellule : le mobile est sous un secteur de la station de base et est accroché sur une bande de la station de base. En étant synchronisé sur cette bande, le terminal récupère l’identifiant PCI de la cellule partir du signal de synchronisation primaire et secondaire (1 à 504). L’identifiant PCI est l’identifiant physique de la cellule, et dans la planification des cellules, il faut éviter la collision des PCI [2] entre les secteurs de même bande, de deux stations de base voisines.

On parle de collision quand deux cellules voisines avec le même PCI et de confusion pour le mobile pour lequel deux cellules de la même bande ont le même PCI.

La station de base qui dispose de plusieurs bandes émet le même PCI par bande.

L’identifiant PCI permet donc d’identifier une station de base

Figure 2 : Capture NEMO sur Paris

Note de M Lagrange : L’identifiant PCI permet donc d’identifier une station de base dans une zone géographique donnée. S’il y a une zone où un terminal peut détecter 2 stations de bases différentes, les PCI doivent être différents. En revanche, il n’y aucun problème pour qu’une cellule à Rennes et une cellule à Châtellerault utilisent le même PCI (ex PCI = 218 chez SFR)

Figure 3 : Les cellules dont la valeur PCI = 218 (SFR) [4]

II-2) Identifiant de la station de base et des cellules 4G (5G NSA) : eNB ID (en-gNB ID) , GeNBID, ECGI

Un petit rappel sur le réseau d’accès radio 2G/3G

L’identifiant CGI (Cell Global Identification) est utilisé sur les réseaux d’accès 2G/3G pour identifier de manière unique la cellule. Une cellule est identifié par l’identifiant CI, celui-ci doit être unique dans un LAC donné. Ainsi le CGI est obtenu par le LAI (MCC|MNC|LAC) | CI

Figure 3 : L’identifiant CGI [2]

L’identifiant eNB ID (eNB Identifier) permet d’identifier l’eNB d’un réseau PLMN.

L’identifiant en-gNB ID (en-gNB Identifier) permet d’identifier la station de base en-gNB dans le cas du déploiement 5G NSA

L’identifiant GeNB ID (Global eNB ID) permet d’identifier de manière unique une station de base. Il s’obtient en concaténant l’identifiant réseau PLMN (MCC|MNC) avec l’identifiant eNB ID

L’identifiant eCGI (E-UTRAN CGI) est utilisé sur les réseaux d’accès 2G/3G pour identifier de manière unique la cellule.

Figure 3 : L’identifiant eCGI [2]

Dans le cas des réseaux privés SNPN ( Standalone Non-Public Networks) l’identifiant du réseau NID (Network Identifier) est inclus dans l’identifiant ECGI.

 

Application

L’identifiant ECGI (E-UTRAN CGI) permet d’identifier la cellule de manière unique. L’ECGI est construit en concaténant le MCC|MNC avec l’identifiant ECI.

L’identifiant ECI est construit par l’identifiant de l’eNB nomme eNB-ID et l’identifiant CI de la cellule.  Nous savons qu’un eNB peut avoir au plus 256 cellules. L’identiant de la cellule CI est codé sur 8 bits, donc l’identifiant ECI est égale à 256*l’identifiant eNB + l’identifiant de la cellule CI

Figure 3 : Exemple de trace avec l’application Network Cell Info Lite

Dans l’exemple de la figure 3 (extrait Internet), nous avons les valeurs suivantes :

eNB ID = 87 541

CI (LCID : Long Cell ID) 4

  • eNB ID | CI = 87541*256+4 = 22 410 500

eCGI = 310 -260 – 22 410 500

 

II-3) Identifiant de la station de base et des cellules 5G : gNB ID et NCGI

L’identifiant NCGI (NR Cell Global Identifier) est similaire à l’identifiant ECGI en concaténant l’identifiant PLMN du réseau 5G avec l’identifiant de la cellule 5G NCI.

L’identifiant NCI est constitué de 36 bits correspond à la concaténation de l’identifiant gNB ID et de la cellule CI.

  • L’identifiant gNB est de taille variable entre 22 bits et 32 bits
  • L’identifiant NCI est donc aussi variable entre 14 bits et 4 bits

Figure 4 : Les identifiants gNB Id et NCGI [3]

 

A partir de l’identifiant du gNB et de l’identité de la cellule, on peut donc calculer le NCI [3][4]

Références

[1] TS 23.003 Numbering, addressing and identification  https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/123000_123099/123003/16.04.00_60/ts_123003v160400p.pdf

[2] Les images sont extraites du site : https://telecommunications4dummies.com/2021/01/31/pci_rules/

[3] https://www.techplayon.com/5g-nr-cell-global-identity-planning/

[4] https://enb-analytics.fr/page_recherche_analyse.html

La re-sélection de cellule : Part 4 (Les SIBs)

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Cet article termine la série de sélection et re-sélection de cellules

Nous allons dans cet article reprendre le contenu des informations transportées par les messages RRC SIB1, SIB3, SIB4 et SIB5

SIB1 contient

SIB3 contient

SIB4 contient

SIB5 contient

SIB6 contient

Annexe 1 : SIB1

Exemple de mesure sur Paris – Porte de Versailles (SFR)

RRC SIGNALING MESSAGE
Time: 14:07:44.168

SystemInformationBlockType1    (3GPP TS 36.331 ver 16.6.0 Rel 16)

 

BCCH-DL-SCH-Message

message

c1

systemInformationBlockType1

cellAccessRelatedInfo

plmn-IdentityList

plmn-IdentityList value 1

plmn-Identity

mcc

mcc value    : 2, 0, 8

mnc

mnc value    : 1, 0

cellReservedForOperatorUse  : notReserved

trackingAreaCode

Bin      : ‘B5AA’H (= 46506)

cellIdentity

Bin      : ‘976AA07’H (= 158771719)

cellBarred : notBarred

intraFreqReselection : allowed

csg-Indication       : false

cellSelectionInfo

q-RxLevMin : -63  (= -126 dBm)

p-Max        : 23

freqBandIndicator      : 20

schedulingInfoList

schedulingInfoList value 1

si-Periodicity     : rf16

sib-MappingInfo

schedulingInfoList value 2

si-Periodicity     : rf16

sib-MappingInfo

sib-MappingInfo value      : sibType3

schedulingInfoList value 3

si-Periodicity     : rf16

sib-MappingInfo

sib-MappingInfo value      : sibType4

schedulingInfoList value 4

si-Periodicity     : rf32

sib-MappingInfo

sib-MappingInfo value      : sibType5

schedulingInfoList value 5

si-Periodicity     : rf16

sib-MappingInfo

sib-MappingInfo value      : sibType6

si-WindowLength        : ms20

systemInfoValueTag     : 25

nonCriticalExtension

nonCriticalExtension

ims-EmergencySupport-r9      : true

nonCriticalExtension

nonCriticalExtension

cellAccessRelatedInfo-v1250

nonCriticalExtension

hyperSFN-r13

Bin        : ’20D’H (10 bits)

eDRX-Allowed-r13       : true

 

Data (hex):

68 48 20 21 B5 AA 97 6A A0 78

1F 54 C8 40 42 02 10 A0 88 84

77 2D 25 88 34 00

Exemple de mesure sur Paris – Parc de Versailles (SFR) :

RRC SIGNALING MESSAGE
Time: 14:07:44.168

SystemInformation        (3GPP TS 36.331 ver 16.6.0 Rel 16)

 

BCCH-DL-SCH-Message

message

c1

systemInformation

criticalExtensions

systemInformation-r8

sib-TypeAndInfo

sib-TypeAndInfo value 1

sib3

cellReselectionInfoCommon

q-Hyst       : dB4

speedStateReselectionPars

mobilityStateParameters

t-Evaluation      : s60

t-HystNormal      : s60

n-CellChangeMedium        : 2

n-CellChangeHigh  : 4

q-HystSF

sf-Medium : dB0

sf-High  : dB0

cellReselectionServingFreqInfo

threshServingLow      : 2  (= 4 dB)

cellReselectionPriority       : 4

intraFreqCellReselectionInfo

q-RxLevMin   : -63  (= -126 dBm)

p-Max        : 23

s-IntraSearch : 31  (= 62 dB)

presenceAntennaPort1  : true

neighCellConfig

Bin        : ‘0’H (2 bits)

t-ReselectionEUTRA    : 2

t-ReselectionEUTRA-SF

sf-Medium  : oDot5

sf-High    : oDot5

 

Data (hex):

00 05 42 44 FC 29 A3 EB F8 94

00

SIB4 :

RRC SIGNALING MESSAGE
Time: 14:07:44.263

SystemInformation        (3GPP TS 36.331 ver 16.6.0 Rel 16)

 

BCCH-DL-SCH-Message

message

c1

systemInformation

criticalExtensions

systemInformation-r8

sib-TypeAndInfo

sib-TypeAndInfo value 1

sib4

intraFreqNeighCellList

intraFreqNeighCellList value 1

physCellId : 483

q-OffsetCell        : dB0

 

Data (hex):

00 09 01 E3 78 00 00

 

SIB 5 :

RRC SIGNALING MESSAGE
Time: 14:07:44.379

SystemInformation        (3GPP TS 36.331 ver 16.6.0 Rel 16)

 

BCCH-DL-SCH-Message

message

c1

systemInformation

criticalExtensions

systemInformation-r8

sib-TypeAndInfo

sib-TypeAndInfo value 1

sib5

interFreqCarrierFreqList

interFreqCarrierFreqList value 1

dl-CarrierFreq      : 2825

q-RxLevMin : -65  (= -130 dBm)

p-Max      : 23

t-ReselectionEUTRA  : 2

t-ReselectionEUTRA-SF

sf-Medium : oDot5

sf-High  : oDot5

threshX-High        : 10  (= 20 dB)

threshX-Low : 7  (= 14 dB)

allowedMeasBandwidth        : mbw75

presenceAntennaPort1        : true

cellReselectionPriority     : 7

neighCellConfig

Bin      : ‘0’H (2 bits)

q-OffsetFreq        : dB-12

interFreqCarrierFreqList value 2

dl-CarrierFreq      : 1501

q-RxLevMin : -65  (= -130 dBm)

p-Max      : 23

t-ReselectionEUTRA  : 2

t-ReselectionEUTRA-SF

sf-Medium : oDot5

sf-High  : oDot5

threshX-High        : 7  (= 14 dB)

threshX-Low : 7  (= 14 dB)

allowedMeasBandwidth        : mbw50

presenceAntennaPort1        : true

cellReselectionPriority     : 6

neighCellConfig

Bin      : ‘0’H (2 bits)

q-OffsetFreq        : dB-4

 

Data (hex):

00 0C 5E 05 84 8B AA 55 1E 78

67 80 BB A2 EA 94 E7 7C 2C 00

00 00

 

SIB 6 :

RRC SIGNALING MESSAGE
Time: 14:07:44.265

SystemInformation        (3GPP TS 36.331 ver 16.6.0 Rel 16)

 

BCCH-DL-SCH-Message

message

c1

systemInformation

criticalExtensions

systemInformation-r8

sib-TypeAndInfo

sib-TypeAndInfo value 1

sib6

carrierFreqListUTRA-FDD

carrierFreqListUTRA-FDD value 1

carrierFreq : 10564

cellReselectionPriority     : 3

threshX-High        : 16  (= 32 dB)

threshX-Low : 3  (= 6 dB)

q-RxLevMin : -58  (= -115 dBm)

p-MaxUTRA  : 24

q-QualMin  : -16 (dB)

carrierFreqListUTRA-FDD value 2

carrierFreq : 3075

cellReselectionPriority     : 2

threshX-High        : 16  (= 32 dB)

threshX-Low : 3  (= 6 dB)

q-RxLevMin : -58  (= -115 dBm)

p-MaxUTRA  : 24

q-QualMin  : -16 (dB)

t-ReselectionUTRA       : 3

 

Data (hex):

00 11 05 A5 11 C0 61 4A 42 60

1A 80 C2 94 86

 

La re-sélection de cellule : Part 3

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Cet article est la suite de : La re-sélection de cellule : Part 2

II-2-3) Mécanisme de re-sélection

Après avoir étudié les conditions, nous allons maintenant résumer la procédure à partir des critères évoqués précédemment :

Priorité plus haute

La re-sélection vers une cellule de priorité supérieure est réalisée si les 2 conditions suivantes sont remplies :

  • La puissance du signal Srxlev> Threshx,highP pendant la durée de re-sélection Treselection
  • Plus d’une seconde s’est écoulé depuis le temps ou le mobile campe sur la Serving Cell.

Dans le cas ou l’information ThresServingLowQ est transmis dans le SIB3 alors une 3ème condition se rajoute :

  • La qualité du signal Squal > Threshx,highQ pendant la durée de re-sélection Treselection

Priorité plus basse

La re-sélection vers une cellule de priorité inférieure est réalisée si les 2 conditions suivantes sont remplies :

  • La puissance du signal Srxlev> ThreshServing_LowP pendant la durée de re-sélection Treselection
  • Plus d’une seconde s’est écoulé depuis le temps ou le mobile campe sur la Serving Cell.

Dans le cas ou l’information ThresServingLowQ est transmis dans le SIB3 alors une 3ème condition se rajoute :

  • La qualité du signal Squal > Threshx,highQ pendant la durée de re-sélection Treselection

Priorité identique

La re-sélection vers une cellule de même priorité est choisie à partir du classement de la priorité des cellules candidates (équations 5 et 6).

 

III) Les informations SIB et exemple

Le mobile doit récupérer ces valeurs de priorités qui sont diffusées dans les messages RRC SIB (SIB1, SIB3, SIB4, SIB5, SIB6) ou transmises au mobile lorsqu’il passe de l’état RRC_CONNECTED à l’état RRC_IDLE via la requête RRC Connection Release. On parle alors de priorité dédiée au terminal puisque celles-ci sont définies par l’eNB à partir du profil de l’abonné SPID (Subscriber Profile ID, par exemple, pour un IoT qui ne doit écouter que la bande à 800 MHz en mode de veille).

Lorsque le mobile récupère des priorités dédiées, il ignore les informations portées par le SIB. Les priorités dédiées seront supprimées lorsqu’il passe à l’état RRC_CONNECTED (à l’état connecté, c’est le contrôleur qui gère la mobilité) ou lorsque le temporisateur T320 expire (T320 en 4G, T.322 en 3G et T3230 en 2G).

Concernant les critères de mobilités transmis dans les SIB, les annexes sont des captures réalisées à partir de l’outil NEMO du site de Paris (Porte de Versailles). Nous allons noter les valeurs transmises et détailler ci-dessous les informations des SIBs.

Si on prend l’exemple de la figure 1, et en extrayant des valeurs mesurées par une capture NEMO (cf. annexe), nous avons

RSRP=-94 dBm

Srxlev = Qrxlevmeas – qRxLevMin (SIB1) = -94+126 = 32 dB

S-IntraSearch    : 31  (= 62 dB)

SnonIntraSearch n’est pas transmis, la valeur de 0 est donc appliquée.

Srxlev < s-IntraSearch => Il peut y avoir une re-sélection de cellules intrabandes, le mobile doit classer les cellules pour connaitre la cellule candidate.

 

SIB1

  • q-RxLev Min = -63 => -126 dBm
  • q-RxLev Min Offset (Absent)
  • p-Max = 23 dBm
  • Freq Band Indicator: B20 (800 MHz)

Les informations SIB suivantes configurent le terminal :

SIB3

  • Q-hyst : 4 dB
  • T-evaluation = 60 s
  • T-Hyst=60 s
  • n-cell Change Medium : 2
  • n-cell Change Medium : 4
  • threshServingLow : 2  (= 4 dB)
  • cellReselectionPriority : 4
  • intraFreqCellReselectionInfo
  • q-RxLevMin : -63  (= -126 dBm)
  • p-Max           : 23 dBl
  • s-IntraSearch         : 31  (= 62 dB)
  • t-ReselectionEUTRA : 2
  • t-ReselectionEUTRA-SF
    • sf-Medium : oDot5
    • sf-High : oDot5

SIB4

  • PCI Voisine dans la bande : 483
  • Qoffset = 0 dB

SIB5

  • dl-Carrier Freq : 2825 => Bande 7 à 2,6 GHz
    • q-RxLev Min = -65 => -130 dBm
    • p-Max = 23 dBm
    • t-ReselectionEUTRA : 2
    • t-ReselectionEUTRA-SF
      • sf-Medium : oDot5
      • sf-High : oDot5
    • threshX-High             : 10  (= 20 dB)
    • threshX-Low              : 7  (= 14 dB)
    • allowedMeasBandwidth         : mbw75
    • presenceAntennaPort1          : true
    • cellReselectionPriority           : 7
    • q-OffsetFreq            : dB-12
  • dl-Carrier Freq : 1501 => Bande 3 à 1800 MHz
    • q-RxLev Min = -65 => -130 dBm
    • p-Max = 23 dBm
    • t-ReselectionEUTRA : 2
    • t-ReselectionEUTRA-SF
      • sf-Medium : oDot5
      • sf-High : oDot5
    • threshX-High             : 7  (= 14 dB)
    • threshX-Low              : 7  (= 14 dB)
    • allowedMeasBandwidth         : mbw75
    • presenceAntennaPort1          : true
    • cellReselectionPriority           : 6
    • q-OffsetFreq            : dB-12

SIB6 transmet les informations pour une resélection du RAT 3G. Nous ne reprendrons pas les valeurs.

 

La re-sélection de cellule : Part 2

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Cet article est la suite de l’article  La re-sélection de cellule : Part 1 

Merci à M Le professeur Xavier Lagrange pour la relecture de l’article et ses bons conseils.

2. La re-sélection de cellule

Le terminal continue à rechercher les cellules candidates pour une meilleure qualité radio selon les critères de re-sélection (en excluant les cellules blacklistées). Toutefois,pour réduire les mesures, l’UE ne déclenchera pas de re-sélection si la puissance de réception de la Serving Cell est suffisante (comparativement aux seuils SintraSearch et SnonintraSearch).

Lorsque la puissance de réception du mobile RSRP est inférieur à l’un des deux seuils (ou au deux), la re-sélection de cellule est guidée par 3 critères :

  • La priorité de la cellule
  • La qualité du lien radio
  • L’accessibilité de la cellule (non blacklistée)

II-1) Le déclenchement de la mesure

La re-sélection de cellule est une procédure permettant au mobile en veille (RRC_IDLE) de sélectionner une nouvelle cellule lorsque le niveau de puissance reçue par la cellule actuelle est inférieur à la condition de re-sélection.

Le mobile connait les valeurs de seuils SintraSearch et SnonintraSearch, il compare sa puissance de réception au seuil.

La procédure de re-sélection est donc déclenchée lorsque la puissance de réception RSRP de la cellule de service (Serving Cell) est inférieure à un seuil de référence.

On calcule dans un premier temps Srxlev de la Serving Cell (cf. Equation 1 dans le cas du HPLMN)

Srxlev = Qrxlevmeas – qRxLevMin (SIB1)

On sait que si la puissance reçue au niveau du mobile (RSRP nommée Qrxlevmeas) est inférieure à qRxLevMin alors Srxlev<0 et le mobile ne peut plus faire de demande d’accès radio (procédure d’accès aléatoire).

Il est donc nécessaire de faire une re-sélection de cellule avant que le RSRP atteigne la valeur minimale qRxLevMin.

Ainsi, le niveau de déclenchement de re-sélection est défini par l’un des valeurs suivantes contenues dans le SIB3. Il s’agit la marge de puissance avant d’atteindre qRxLevMin :

  • Sintrasearch pour une re-sélection vers une cellule cible qui utilise la même fréquence
  • Snonintrasearch pour une cellule cible sur une autre fréquence ou un autre accès radio.

Figure 2 : Seuil de déclenchement de la re-sélection

 Une priorité d’accès est associé au type de réseau d’accès radio (RAT). La priorité d’accès 4G est en général supérieure au réseau 3G, lui-même supérieure au réseau 2G (Les types de réseaux d’accès radio RAT ont obligatoirement des priorités différentes).

L’accès radio 4G dispose de plusieurs bandes de fréquences. Une priorité est également associée à chaque bande de fréquences.

Le seuil de déclenchement de la re-sélection (intra bande ou inter-bande/RAT) permet de réduire la consommation du mobile en veille uniquement si nécessaire :

  • Re-sélection dans la même bande (Intrafréquences) est réalisée lorsque :

Equation 3 : Srxlev < SIntraSearch

Note de M Lagrange : Ce seuil est en général très élevé 62 dB. Cela signifie que seulement dans le cas où un signal est très fort, le terminal ne fait aucune mesure sur les cellules voisines. C’est très rare en pratique.

  • Re-sélection d’une autre bande (Interfréquences) ou Inter RAT est réalisée lorsque

2a) Mesures en permanence sur un RAT ou une fréquence de priorité plus élevée

2b) Mesures vers un RAT ou une fréquence de priorité plus faible si la puissance reçue par la Serving Cell est inférieure à un seuil :

Equation 4 : Srxlev < SnonIntraSearch

La cellule cible candidate sera celle de priorité la plus haute parmi toutes les cellules éligibles. Pour être éligible, la puissance mesurée par le mobile doit être supérieure à un seuil d’éligibilité pendant une durée T_reselection.

La re-sélection est donc conditionnée par les deux règles suivantes :

  • Après l’expiration d’un Timer qui démarre lorsque le mobile re-sélectionne une cellule ce qui empèche la re-sélection immédiate d’une autre cellule.
  • La puissance mesurée de la cellule candidate est supérieure à un seuil sur une durée de timer

Par conséquent, un terminal qui se déplace très rapidement va parcourir une distance plus importante qu’un terminal à faible vitesse et donc s’éloignera davantage de la Serving Cell. L’atténuation étant au minimum proportionnelle au carrée de la distance le risque de la perte de la couverture radio est importante si la durée de T_reselection est fixe. Le SIB 3 apporte une valeur de timer T_reselection qui dépend de l’état de mobilité du terminal (normal, moyen élevé).

Autre exemple proposé par M Lagrange : imaginons un micro-cellule qui couvre un quai de gare et un train qui la traverse. Le signal reçu par un terminal à bord du train peut être élevé mais pendant un temps très court. Le terminal ne va pas la sélectionner.

Pour connaitre l’état de mobilité, le mobile compte le nombre de re-sélection sur une durée T_evaluation et

  • si ce nombre est inférieur à un seuil n-cell Change Medium la mobilité est dite normale,
  • si ce nombre est supérieur à un seuil seuil n-cell Change High la mobilité est dite élevée,
  • si ce nombre entre les deux, la mobilité est dite moyenne,

II-2) La re-sélection de la cellule

Lorsque la procédure de re-sélection est déclenchée, le mobile fait des mesures de la Serving Cell et des Cellules voisines (Neighbour Cell).

Trois cas sont à étudier :

  • La cellule candidate est de priorité supérieure
  • La cellule candidate est de même priorité
  • La cellule candidate est de priorité plus faible

Si plusieurs cellules candidates sont éligibles, un classement permet de sélectionner la cellule qui a la meilleure qualité radio.

Pour résumer, la re-sélection de cellule est définie par 2 critères (on suppose l’accessibilité de la cellule c’est-à-dire qu’elle n’est pas blacklistée) :

  • La priorité de la cellule
  • La qualité du lien radio

II-2-1) La choix de la cellule par priorité

Les opérateurs définissent un niveau de priorité (différents RAT et sur les différentes fréquences), diffusé par les messages SIB (SIB3, SIB4, SIB5, SIB6).

Priorité plus haute : critère Threshx,high

L’UE va camper sur la cellule de priorité la plus haute si les conditions radios et la qualité du signal sont suffisantes sur une durée suffisante.

L’opérateur défini un seuil Threshhigh qui permet au mobile de sélectionner la cellule tant que le critère de seuil est atteint sur la durée Treselection.

Priorité plus basse

L’UE va camper sur la cellule de priorité plus basses si les conditions radios et la qualité du signal sont suffisantes sur une durée suffisante.

L’opérateur défini un seuil ThreshLow qui permet au mobile de sélectionner la cellule tant que le critère est atteint sur la durée Treselection

Une valeur faible pour le seuil Thresh favorisera la re-sélection

II-2-2) Le classement des cellules de même priorité

Un classement de cellules de même priorité est basé sur le critère de rang R (Ranking). On compare ainsi Rs la valeur mesurée de la Serving Cell aux valeurs de rang Rn mesurées sur les cellules voisines

Equation 5 : Rs=Qmeas,s+Qhyst

Equation 6 : Rn= Qmeas,n-Qoffset

Avec Qmeas,s la puissance RSRP de la Serving Cell, Qmeas,n la puissance RSRP de la Neighbour Cell. La valeur Qhyst est un décalage pour éviter l’effet ping pong. La valeur Qoffset permet d’apporter un décalage pour une mesure intra-bande et un décalage inter-bande pour prendre en compte un affaiblissement plus faible lorsque la bande candidate est de plus basse fréquence (la mesure du RSRP de cette bande est donc meilleure).

Si une cellule voisine (Neihbourg Cell) est mieux classée que la Serving Cell (Rn>Rs) pendant la durée Treslection, alors la ré-selection de cellule s’opère.

La re-sélection de cellule : Part 1

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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: Srxlev= RSRP – (Qrxlevmin+Qrwlevelminoffset)-Pcompensation >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  Srxlev >0

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

Equation 2 : Squal= RSRQ – (Qqualmin+Qqualminoffset)>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.

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

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

Les offsets Qrwlevelminoffset et Qqualminoffset 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 Qrxlevmin/ Qqualmin 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

 

Sélection de cellules – Principes Généraux (Partie II)

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Cet article est la suite de l’article précédent

2. Sélection du PLMN en mode automatique

L’information PLMN est transmise par la station de base aux UE via un message RRC (SIB1). La sélection du PLMN est réalisée au niveau de la couche 3 de l’UE en mode automatique à partir des données fournies par l’UICC à l’UE ou par l’utilisateur en mode manuelle (cf. mobile => Paramétrage => Réseaux Mobiles => Sélection réseaux)

La sélection d’un réseau de mobile PLMN (Public Land Mobile Network) est initiée par l’UE lorsque l’UE s’allume et la sélection se fait en deux étapes :

  • Classification des cellules les plus fortes reçue à partir du signal de synchronisation PSS/SSS par la couche physique dite procédure AS (Access Stratum). Cette classification de meilleure cellule est imposée par la norme 3GPP. D’autres études (non standardisées actuellement) explorent des sélections différentes basées par exemple sur la charge de la cellule [lien Thèse R.Pujol 9].
  • Lecture du PLMN au niveau de la couche 3 (information NAS) et sélection automatique de la cellule. La partie NAS de l’UE sélectionne la cellule et peut donc aussi refuser un type d’accès radioélectrique (RAT : Radio Access Type) si la cellule est considérée comme interdite (barrée ou barred).

Pour résumer, la sélection du PLMN est réalisée par la couche NAS de l’UE, et fournit une liste de PLMN à la couche AS sur lesquelles la couche AS pourra faire une sélection/re-sélection de cellules et le mobile campe sur cette cellule.

Une fois la cellule sélectionnée, l’UE conserve le PLMN et la fréquence de la cellule afin de sélectionner la même cellule lors de la prochaine mise sous tension du mobile ou après la perte de la couverture radioélectrique.

(En mode de veille), si le réseau PLMN correspondant n’est pas le réseau prioritaire indiqué par l’USIM, alors l’UE va régulièrement rechercher un PLMN prioritaire. La périodicité de la recherche est définie par l’opérateur dans la configuration de l’USIM. La valeur maximale est de 300 secondes.

Si l’UE perd la connexion radioélectrique, il peut sélectionner un PLMN équivalent ou choisir un RAT moins prioritaire.

La sélection de la cellule au niveau physique s’appuie sur la mesure en dBm de la puissance du signal RSRP (Reference Signal Received Power) de la cellule candidate. La cellule est éligible si le niveau de puissance est supérieur à un seuil de sélection compensé. Les informations sont transmises dans les messages RRC portant les informations systèmes SIB.

Dans le cas d’un accès radio NG-RAN, la station de base 4G (ng-eNB) est associée à un cœur de réseau 5GC. Ainsi la sélection d’une cellule eNB permet au mobile d’être potentiellement enregistré sur un cœur de réseau 4G ou 5G. C’est au niveau de la couche NAS que s’effectue le choix du cœur de réseau associée à la cellule sur laquelle l’UE campe.

Si l’UE ne trouve pas de cellule appropriée (ou si la carte SIM n’est pas insérée) alors le mobile entre dans l’état « service limité ».

La commande AT +CSRM permet récupérer le nom du réseau préféré, les réseaux interdits et de récupérer la valeur de temporisateur (périodicité de recherche d’un réseau plus prioritaire, …)

 

  1. Description des processus en mode de veille

Lorsque le mobile est en mode de veille, le standard 3GPP présente la liste de 4 processus suivants [TS36.304]

  • Sélection de PLMN
  • Sélection et re-sélection de cellule
  • Mise à jour de sa localisation TAI
  • Support pour une sélection manuelle d’un groupe d’abonnés pouvant s’attacher sur une femto CSG (Closed Subscriber Group).

La sélection du PLMN se fait en mode manuelle ou automatique à partir des mesures radioélectriques PSS/SSS effectuées par le mobile et après lecture du SIB1 pour chaque réseau détecté (PLMN disponible).

A partir des informations NAS, l’UE sélectionne une cellule (ou re-sélectionne une cellule) en fonction de la puissance de la plus forte cellule (mesures) appartenant à l’opérateur préféré (information NAS). La sélection de la cellule fournie au mobile l’identité de la zone de tracking TAI (Tracking Area Identity).

Si l’utilisateur dispose d’une femto-cell, il déclare la liste des UE pouvant se connecter à la femto. L’identité de la celllule CSG-ID est diffusé dans le SIB2 et seuls les UE qui appartiennent au groupe CSG peuvent sélectionner la cellule.

Figure 2 : Les processus dans le mode de veille

Le document [2] fournit la liste des fonctions supportées par la couche AS ou la couche NAS.

 

Références

[1] TS 23.122 V17.7.1 (2022-06) Non-Access-Stratum (NAS) functions related to Mobile Station (MS) in idle mode

[2] TS 36.304 v17.1.0 (Juin 2022), Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) procedures in idle mode

[3] TS 31.121 version 16.0.0 Release 16, UICC-terminal interface; Universal Subscriber Identity Module (USIM) https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/131100_131199/131121/16.00.00_60/ts_131121v160000p.pdf

[4] 3GPP TS 31.111, Universal Subscriber Identity Module (USIM) Application Toolkit (USAT)

[5] https://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_USIM_Parameters.html

[6] ETSI TS 102 221 : Smart cards; UICC-Terminal interface; Physical and logical characteristics

[7] https://www.gsma.com/newsroom/wp-content/uploads/SGP.02-v4.0.pdf

[8] https://www.gsma.com/newsroom/wp-content/uploads//IR.73-v5.0.pdf

[9] Romain Pujol, Association des utilisateurs dans les réseaux mobiles flexibles et agiles https://theses.hal.science/tel-03859479/file/these.pdf