Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La 5G a été spécifiée pour offrir des débits de l’ordre du Gbit/s et des latences de quelques ms. Pour remplir cet objectif, une nouvelle interface radio 5G appelée New Radio (NR) a été définie. Celle-ci s’appuie sur l’interface radio 4G qui a prouvé son efficacité et la pertinence de son architecture en couches. Cet article expose les principes généraux de l’interface 5G-NR, calquée sur la 4G mais étendant considérablement les possibilités ouvertes par les réseaux d’antennes (technologies MIMO). Il souligne les différences liées aux organisations fréquentielles (numérologies) et temporelles (structure de trame) et justifie en quoi ces organisations permettent d’envisager des débits élevés et des latences réduites. Il aborde enfin les fonctions de contrôle : voie balise, mécanisme d’accès initial et signaux de référence sur une liaison établie.
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5G has been specified to offer high data rates in the Gbit/s range and latency of a few ms. To achieve this goal, a new 5G radio interface called New Radio (NR) has been defined. It is based on the 4G radio interface which has proven its efficiency and the relevance of its protocol stack. This paper presents the general principles of the 5G-NR interface, which is based on 4G but considerably extends the possibilities opened by Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) technologies. It underlines the differences both in the frequency (numerology) and time domains (slot) and justifies how the new structures allow high throughput and low latency. Finally, it discusses the control functions: beacon channel, initial access mechanism and reference signals on an established link.
Auteur(s)
-
Xavier LAGRANGE : Professeur - IMT Atlantique / IRISA, Rennes, France
INTRODUCTION
Les réseaux 5G visent un débit de quelques Gbit/s et des latences de l’ordre de la milliseconde ainsi qu’une forte capacité en Gbit/s par cellule, tout en limitant la consommation énergétique. Ces objectifs nécessitent de modifier l’interface radio des réseaux 5G par rapport à celle des réseaux 4G. Le choix a été fait de reprendre les mêmes principes d’architecture du réseau d’accès radio et de garder la transmission sur des sous-porteuses orthogonales ou Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) pour faciliter la transition de la 4G vers la 5G. En revanche, les paramétrages possibles sont beaucoup plus nombreux tant dans le domaine fréquentiel que dans le domaine temporel. Une caractéristique importante de l’interface radio 5G-NR est qu’elle est conçue pour permettre l’utilisation des réseaux d’antennes qui peuvent être utilisés à la fois pour concentrer le rayonnement dans la direction d’intérêt (formation de faisceaux) et pour permettre des transmissions de différents flux sur la même ressource temps-fréquence, principe des techniques Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO).
L’objectif de cet article est d’exposer les principes essentiels de l’interface radio 5G, appelée New Radio (NR) et de montrer en quoi les choix faits permettent d’atteindre les objectifs visés. Après une présentation de l’architecture physique et protocolaire, il passe en revue les principes généraux de transmission et d’allocation et introduit les technologies multi-antennes. Il aborde l’organisation fréquentielle, ce qui permet de déduire l’ordre de grandeur des débits atteignables suivant les différentes gammes de fréquence, puis l’organisation temporelle pour souligner l’influence sur la latence. Il explique comment la voie balise est organisée pour réduire la consommation énergétique et autoriser la formation de faisceaux, puis en quoi les mécanismes d’accès sont cohérents avec cette organisation. Il se conclut avec une présentation des fonctions de contrôle sur une liaison radio établie et notamment sur les principaux signaux de références insérés dans la transmission qui sont indispensables à ce contrôle.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
5G New Radio | numerology | MIMO
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Voie balise
En anglais
4. Découpage temporel sur l’interface radio
4.1 Slots, sous-trames et trames
Sur l'interface NR, 14 symboles OFDM successifs forment un slot. Le slot correspond donc à 1 ms en numérologie 0 et à 1/2n ms en numérologie n (tableau 1). Pour disposer d'une durée de référence indépendante de la numérologie, est définie la notion de sous-trame ou sub-frame, qui dure 1 ms. Une sous-trame contient 1 slot en numérologie 0, 2 en numérologie 1, etc. Une trame ou frame contient 10 sous-trames et dure par conséquent toujours 10 ms. La structure de trame est utilisée pour définir des patrons de répétition de certains signaux et certains messages de contrôle.
HAUT DE PAGE4.2 Modes FDD et TDD
Les deux modes de duplexage TDD (Time Division Duplex) et FDD (Frequency Division Duplex) sont possibles en 5G-NR (figure 21) mais, contrairement à la 4G-LTE qui spécifiait, d’une part, un mode TDD et, d’autre part, un mode FDD (Frequency Division Duplex), une seule interface radio supportant les deux modes est définie en 5G. Le principe général est que le réseau diffuse régulièrement ou transmet à la demande une carte d’utilisation des intervalles de temps sur une fréquence donnée. Un intervalle peut être réservé à la transmission descendante (réseau vers terminal ou Downlink), à la transmission montante (terminal vers réseau ou Uplink) ou bien mixte. Dans ce dernier cas, il peut s’agir d’une durée de garde pour garantir la propagation du signal sans collision ou bien d’un intervalle dont le sens d'utilisation est choisi dynamiquement.
Comme dans les systèmes 2G, 3G et 4G-LTE FDD, un mécanisme d'avance en temps ou Time Advance (TA) est mis en place pour assurer que le signal émis par un terminal, quelle que soit sa distance à la station de base, est reçu par la station de base selon sa propre synchronisation de trame. Ce mécanisme peut être également activé en TDD pour l’interface 5G-NR. L’avance en temps peut empêcher un terminal de décoder les...
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Découpage temporel sur l’interface radio
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DAHLMAN (E.), STEFAN (P.), JOHAN (S.) - 5G-NR : The next generation wireless access technology. - Academic Press (2018).
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(2) - MEIK (K.) et al - 5G New radio, Fundamentals, procedures, testing aspects. - Published by Rohde&Schwartz.
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(3) - BERNSTEIN (D.S.) - Matrix Mathematics – Theory, Facts, and Formulas. - Princeton University Press.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Technical Specification 3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Radio Access Network ; NR ; User Equipment (UE) radio transmission and reception ; Part 1 : Range 1 Standalone (Release 15), http://3gpp.org/dynareport/38101.html. - 3GPP TS 38.101 -
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Technical Specification 3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Radio Access Network ; NR ; Physical layer ; General description (Release 15), http://3gpp.org/dynareport/38201.html. - 3GPP TS 38.201 -
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Technical Specification 3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Radio Access Network ; NR ; NR and NG-RAN Overall Description ; (Release 15), http://3gpp.org/dynareport/38300.html. - 3GPP TS 38.300 -
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Technical Specification 3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Radio Access Network ; NG-RAN ; Architecture description (Release 15), http://3gpp.org/dynareport/38401.html. - 3GPP TS 38.401 -
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Common Public Radio Interface : eCPRI Interface Spec. V2.0, [online] Available : http://www.cpri.info/downloads/eCPRI_v_2.0_2019_05_10c.pdf. - eCPRI -
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“IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond”, M.2083-0, sept 2015. - ...
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