L’augmentation en débit entre le déploiement de la 4G et le déploiement de la 4G+/4G++ (UHD) a été rendue en partie possible par la technique d’agrégation de porteuses radioélectriques supplémentaires 4G. La technique d’agrégation de porteuses (ou CA : Carrier Agregation) à 2/3/4 ou 5 bandes 4G (LTE Advanced/LTE Advanced Pro) permet ainsi au mobile de disposer théoriquement jusqu’à 100 MHz de bande radioélectrique (ce qui correspond à 5 bandes de 20 MHz) [1].
La technique d’agrégation de porteuses est supportée par la couche MAC et la couche physique. On différencie la porteuse composante primaire (PCC : Primary Component Carrier) et la porteuse composante secondaire (SCC : Secondary Component Carrier). La PCC correspond à la porteuse principale LTE et les SCC correspondent aux porteuses agrégées.
On définit la cellule principale (PCell) la cellule sur la porteuse PCC. La PCell correspond à la cellule choisie par le mobile pour demander l’établissement ou le ré-établissement du lien radioélectrique. La Pcell est modifiée lors d’un handover ou libérée en fin de session. Les porteuses secondaires SCC permettent au mobile d’augmenter sa bande passante sur les cellules correspondantes aux fréquences secondaires. Les cellules secondaires (SCell) sont configurées lors d’un message RRC (RRC connection) et sont ensuite activées ou désactivées par la couche MAC via un message DCI.
Le message DCI est porté par le canal physique PDCCH. Le canal PDCCH ne porte l’allocation que d’une seule porteuse.
L’allocation de ressource via le canal PDCCH peut être transmise [2] :
- soit sur la porteuse correspondante aux ressources désirées, on parle de self-scheduling car chaque porteuse agrégée alloue ses ressources sur le canal PDCCH de la porteuse agrégée ;
- soit sur la porteuse principales et chaque canal PDCCH porte l’allocation de ressources de la porteuse principale ou d’une porteuse agrégée. On parle alors de cross-scheduling.
Lorsque le mobile est en mode connecté, la cellule serveuse (Serving Cell) correspond à une porteuse composante (CC : Component Carrier) c’est à dire la cellule primaire ou une cellule secondaire. La station de base gère la cellule principale ainsi que les cellules secondaires via les messages DCI de la couche MAC.
Le déploiement de la 5G-NSA met en œuvre un mécanisme de double connectivité multi-radio (MR-DC), mécanisme pour lequel on différencie le nœud maître (MN : Master Node) du nœud secondaire (SN : Secondary Node).
Le nœud maître établie la connexion de signalisation entre le mobile UE et le cœur de réseau. Dans le cas de la 5G NSA option 3, le nœud maitre est une station de base 4G. Le nœud maître correspond toujours au nœud sélectionné par l’UE en mode de veille et sur lequel l’UE fait sa demande initiale d’accès aléatoire.
Le nœud secondaire quant à lui a pour rôle de fournir des ressources radioélectriques supplémentaire et contrairement au nœud maître, il ne permet pas l’établissement d’un plan de contrôle avec le cœur de réseau. Dans le cas de la 5G-NSA, le nœud secondaire est une station de base 5G nommée en-gNB.
La technique d’agrégation de porteuses peut être mise en œuvre sur le nœud maître et/ou sur le nœud secondaire. On différencie l’agrégation de porteuses sur le nœud maître par un groupement de cellules MCG (Master Cell Group) et l’agrégation de porteuses sur le nœud secondaire par un groupement de cellules SCG (Secondary Cell Group).
Lorsque le nœud maître initie la demande d’établissement avec le nœud secondaire, le mobile recevra l’ordre via un message RRC (RRC reconfiguration) d’établir une demande d’accès aléatoire RACH avec la cellule secondaire SN et de faire des mesures radioélectriques sur le nœud secondaire et plus particulièrement sur la cellule sur laquelle le mobile aura établi sa demande d’accès aléatoire. Il s’agit donc de la cellule principale du groupe de cellules secondaires PSCell (Primary SCG Cell soit Primary Secondary Cell Group Cell).
Ainsi, lors de la double connectivité, l’UE réalise des mesures radioélectriques sur la cellule principale de la cellule serveuse maîtresse (PCell du MCG) et sur la cellule principale de la cellule serveuse secondaire PSCell ainsi que des mesures sur les cellules agrégées.
On appelle PCell la cellule principale de la station de base maîtresse et en cas d’agrégation de porteuse sur cette cellule, on appelle SCell, les cellules secondaires du MCG.
On appelle PSCell, la cellule principale de la station de base secondaire et on appelle également Scell les cellules secondaires du SCG.
La signalisation RRC n’étant émise que sur les cellules principales PCell et PSCell, le concept de Special Cell détermine la signalisation vers les cellules Maîtres et Secondaires : SpCELL = PCell + PSCELL
Reférences
[1] : ETSI TS 138 133 V15.2.0 (2018-07)
[2] https://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/101-carrier-aggregation-explained#:~:text=Carrier%20Aggregation%3B%20Primary%20and%20Secondary,coverage%2C%20i.e.%20different%20cell%20size.