Pourquoi l’agrégation de porteuses est-elle importante pour la 5G ?

Une personne sage a dit un jour que rien n’est impossible lorsque vous exploitez la puissance de Carrier Aggregation pour la 5G. Bien que cette personne puisse ou non être réelle, le message est vrai à 100 %. L’agrégation de transporteurs pour la 5G peut jouer un rôle important dans l’extension de la couverture et l’augmentation de la capacité du réseau.

Voyons d’abord ce qu’est un réseau 5G multicouche entièrement coordonné. Il comporte trois couches, chacune avec son propre ensemble de caractéristiques et d’avantages, comme le montre la figure 1 ci-dessous.

Figure 1 : Un réseau 5G complet avec agrégation d’opérateurs

La bande basse 5G (inférieure à 7 GHz duplex par répartition en fréquence, FDD) est la bande la plus couramment déployée. Il offre une large zone de couverture car il a une fréquence plus basse. Cependant, sa capacité est limitée.

Le milieu de bande 5G (inférieur à 7 GHz, duplex à répartition dans le temps, TDD) est le point idéal pour les déploiements 5G. Il a une bande passante et une capacité plus élevées par rapport à la bande basse. Cependant, sa couverture en liaison montante est plus limitée que la bande basse.

La bande haute ou onde millimétrique 5G (au-dessus de 24 GHz) offre des taux de pointe sans précédent et une faible latence, mais offre une couverture de liaison montante plus faible par rapport aux bandes moyenne et basse.

Pour prendre en charge le large éventail de scénarios de déploiement 5G, des grandes cellules avec une fréquence porteuse inférieure à 1 GHz jusqu’aux déploiements à ondes millimétriques (mmWave) avec des allocations de spectre très larges, la 5G prend en charge une numérologie flexible. Cette numérologie flexible permet une plage d’espacement des sous-porteuses (SCS) de 15 kHz à 240 kHz avec différentes longueurs d’intervalle, comme illustré dans les tableaux 1.1 et 1.2 ci-dessous. En comparaison, LTE ne prend en charge qu’un espacement de sous-porteuse fixe de 15 kHz et une longueur de créneau fixe de 1 milliseconde (ms).

Tableau 1.1 : Définition 3GPP des gammes de fréquences 5G

Tableau 1.2 : Bandes de fréquences 5G

Compte tenu de la diversité du spectre disponible dans le monde, il est essentiel que nous agrégions les différentes bandes de fréquences à l’aide de l’agrégation de porteuses 5G. Ceci est fait pour améliorer la couverture cellulaire et fournir des taux de pointe plus élevés.

Rafraîchissons-nous la mémoire : Les bases de Carrier Aggregation

L’agrégation de porteuses a été introduite pour la première fois dans l’évolution à long terme (LTE) par la version 10 du projet de partenariat de troisième génération (3GPP) pour combiner différents morceaux de spectre pour des taux de pointe plus élevés. Cela s’est avéré très réussi et Carrier Aggregation est devenu un standard de l’industrie (il a même des lettres majuscules !).

Lorsqu’un réseau regroupe deux ou plusieurs morceaux de spectre, l’un jouera un rôle plus important que l’autre ou les autres. Chaque bloc est appelé support de composant (CC), le plus important étant le support de composant principal (PCC). Les éléments suivants sont appelés support(s) secondaire(s) de composants (SCC). Une chose qui distingue le PCC du SCC est que toutes les données de liaison montante, ainsi que les données de contrôle et d’utilisateur, sont envoyées sur le PCC. La cellule desservant le PCC est appelée cellule primaire (PCell) et la cellule desservant le SCC est appelée cellule secondaire (SCell).

Dans la 5G, différentes bandes de fréquences avec diverses numérologies et longueurs de créneaux ajoutent de la complexité à l’agrégation de porteuses. Désormais, la conception de l’agrégation de porteuses doit être suffisamment intelligente pour combiner des PCells et des SCells qui pourraient différer en termes de longueurs de slot.

Optimisation de la couverture moyenne bande avec Carrier Aggregation

Examinons l’agrégation de porteuses en liaison descendante (DL) entre les bandes basse et moyenne : la bande basse a une longueur de créneau de 1 ms (1 ms), tandis que la bande médiane a une longueur de créneau de 500 microsecondes (us). Cela signifie qu’en 1 ms, il y a 1 slot DL pour la transmission de données pour la bande basse, mais 2 slots DL pour la transmission de données dans la bande médiane. La conception de la fonctionnalité Carrier Aggregation doit tenir compte de cette différence lors de la coordination entre les PCells et les SCells. De plus, il doit le faire tout en transmettant des données par voie hertzienne aux utilisateurs finaux du réseau. Ericsson a mis au point une conception innovante pour DL Carrier Aggregation qui surmonte cette complexité des différentes numérologies. Nous sommes devenus le premier fournisseur au monde à publier cette fonctionnalité lorsque nous l’avons lancée en décembre 2020.

Le TDD à fréquence plus élevée (bande moyenne ou bande haute) a une couverture beaucoup plus limitée par rapport à la bande basse, et les canaux limitant la couverture se trouvent dans la liaison montante (UL). Cela a un impact sur la couverture DL de la cellule TDD. La fonction d’agrégation de porteuses DL basse/moyenne bande d’Ericsson combine des porteuses appartenant à différentes numérologies. En utilisant la bande basse comme cellule primaire, les données UL limitant la couverture et les canaux de contrôle de la porteuse moyenne bande peuvent être déplacés vers la bande basse comme illustré sur la figure 2 et la figure 3. Cela augmente la DL moyenne bande globale couverture cellulaire, ce qui signifie que le spectre de la bande médiane est désormais accessible à un plus grand nombre d’utilisateurs du réseau, ce qui entraîne une augmentation de la capacité globale du réseau.

Figure 2 : Augmentation de la couverture de la liaison descendante à mi-bande avec Carrier Aggregation

Figure 3 : Agrégation de porteuses (CA) versus double connectivité (DC) : déplacement de la couverture limitant les canaux de contrôle à la bande basse

Coordination RAN avancée : catalyseur clé pour l’agrégation de transporteurs

La coordination avancée du réseau d’accès radio (RAN) est une innovation d’Ericsson qui fournit une interface de coordination à faible latence entre deux produits RAN Compute. Il permet une agrégation de porteuses 5G hautes performances, même lorsque les porteuses sont réparties sur différents produits RAN Compute.

Ce cadre de coordination offre aux fournisseurs de services la flexibilité de déployer des opérateurs sur le même site ou sur différents sites géographiques tout en agrégeant les bandes de fréquences pour des taux de pointe plus élevés et une extension de couverture. Cela signifie qu’ils peuvent configurer un ensemble de coordination dynamique de produits RAN Compute partenaires qui change au fur et à mesure que l’utilisateur se déplace dans le réseau – avec toutes les fonctionnalités de coordination telles que Carrier Aggregation et UL-coordinated multipoint (CoMP) possibles dans l’ensemble de coordination. Cette interface est communément appelée E5. En LTE, il s’appelle Elastic RAN.

Au cours du développement de la fonctionnalité d’agrégation de porteuses 5G, la conception de la fonctionnalité a été améliorée pour gérer la complexité de la prise en charge de l’agrégation de porteuses dans différentes numérologies, comme décrit ci-dessus. Cette nouvelle conception permet des exigences de temps d’aller-retour plus flexibles entre les deux stations de base 5G (gNB) par rapport au LTE. Le nouveau cadre de coordination 5G s’appelle Advanced RAN Coordination et il est un catalyseur des fonctionnalités d’agrégation de porteuses de calcul inter-numérologie et inter-RAN.

Advanced RAN Coordination (ARC) est une solution évolutive, prise en charge dans l’ensemble du portefeuille RAN Compute. Nous nous appuyons sur nos connaissances approfondies pour développer également de futures solutions Cloud RAN très performantes. Adoptant et faisant évoluer notre philosophie de conception, ARC sera utilisé pour prendre en charge l’agrégation de porteuses inter-plateformes entre les plates-formes Ericsson Radio System (ERS) et Cloud RAN, tout en démontrant le véritable potentiel, l’évolutivité et les avantages de notre cadre de coordination innovant.

Performances supérieures avec Carrier Aggregation

Ericsson a ouvert la voie en matière d’extension de couverture à mi-bande avec Carrier Aggregation. Les résultats sur le terrain des déploiements et des essais des clients montrent un gain d’extension de la couverture cellulaire TDD DL de plus de 60 % de portée moyenne bande par rapport à la double connectivité, permettant à un plus grand nombre d’utilisateurs finaux d’accéder au spectre TDD. Dans le cas de la bande médiane de 3,5 GHz, les capacités d’amplification de la couverture de l’agrégation de porteuses 5G d’Ericsson ont été confirmées lors de l’agrégation de porteuses d’Ericsson. essai avec Telia Norway.

Nous pensons que l’agrégation du spectre est l’un des moyens les plus efficaces pour permettre des taux de pointe plus élevés pour un seul utilisateur et accroître l’efficacité du spectre dans les réseaux des fournisseurs de services de communication. Nous avons élargi notre offre Carrier Aggregation en 2019 pour inclure les bandes de fréquences de la 5G. La première fonctionnalité d’agrégation de porteuses à être introduite était pour mmWave : 4CC DL Carrier Aggregation jusqu’à 4×100 MHz de spectre.

Aujourd’hui, dans mmWave, nous prenons en charge 8CC DL CA agrégeant jusqu’à 800 MHz de spectre avec un taux de pointe de 4,2 Gbps et 2CC UL Carrier Aggregation avec un taux de pointe de 216 Mbps.

À ce stade, vous vous demandez peut-être : comment ces taux de pointe plus élevés avec Carrier Aggregation me profitent-ils en tant que consommateur ? Pour répondre à cela, supposons que vous téléchargiez un épisode de votre série télévisée préférée à regarder pendant votre trajet. Un épisode de 45 à 60 minutes représente environ 1 gigaoctet (Go).

• Avec mmWave 8CC DL CA, il ne vous faudrait que 1,9 seconde pour télécharger l’épisode complet de 1 Go
• Avec le milieu de bande 2CC DL CA, il ne vous faudrait que 2,6 secondes pour télécharger l’épisode complet de 1 Go

Nous pensons que c’est assez rapide. Quelle que soit l’émission de télévision que vous regardez actuellement, en quelques secondes, vous aurez près d’une heure de divertissement pour votre voyage de retour !

L’histoire de l’évolution de Carrier Aggregation

La longue tradition d’Ericsson en matière de prise en charge de la fonctionnalité Carrier Aggregation remonte à 2010, lorsque la première combinaison dans LTE a été introduite. Au fil des ans, le nombre de bandes de fréquences et de porteuses composantes pouvant être prises en charge a considérablement augmenté.

La plus grande différence et aussi le plus grand défi par rapport aux technologies précédentes sont les nombreuses combinaisons différentes qui peuvent être prises en charge dans l’agrégation de porteuses 5G. Des aspects tels que autonome (SA) et non autonome (NSA), calcul intra-RAN et calcul inter-RAN, intra-numérologie et inter-numérologie, intra-bande et inter-bande, contribuent tous à des exigences de réseau très complexes.

La solution innovante d’Ericsson est conçue pour aider les fournisseurs de services à réaliser l’agrégation de porteuses pour de nombreuses combinaisons de bandes différentes. Aujourd’hui, Ericsson propose la prise en charge des fonctionnalités SA et NSA pour :

• Agrégation de porteuses mmWave downlink 8CC et uplink 2CC
• Agrégation de porteuses 2CC en liaison descendante à mi-bande
• Agrégation de porteuses 3CC en liaison descendante à bande basse
• Agrégation de porteuses 2CC en liaison descendante basse/moyenne bande avec FDD comme PCell

Un écosystème qui profite à tous

Nous sommes de fervents partisans de l’interopérabilité avec des tiers. C’est pourquoi Ericsson dispose du programme de test de conception d’interopérabilité le plus ambitieux du secteur. L’objectif est de sécuriser l’interopérabilité de la station de base et de l’équipement utilisateur (UE) avec la conformité 3GPP.

Ericsson influence fortement l’écosystème Carrier Aggregation – nous collaborons avec tous les principaux fournisseurs de chipsets au profit de l’ensemble de l’industrie. Nous avons franchi des étapes importantes avec clients clés et partenaires de l’écosystème.

Offrir une excellente expérience utilisateur 5G avec Carrier Aggregation

Nous concevons en permanence des solutions innovantes pour optimiser les réseaux 5G. Avec 5G Carrier Aggregation Coverage Boost entre la bande basse et la bande moyenne, nous augmentons la couverture cellulaire de la bande moyenne, ce qui lui permet d’avoir une capacité beaucoup plus élevée, ce qui en fait un investissement plus efficace en matière de spectre pour les fournisseurs de services.

Tout au long de ce parcours d’évolution des fonctionnalités d’agrégation de porteuses 5G, du concept à la réalité, nous nous sommes concentrés sur l’amélioration à la fois des performances et de l’efficacité spectrale des réseaux pour offrir une excellente expérience utilisateur 5G. Cette orientation et cette stratégie ont fait d’Ericsson un leader du secteur de l’agrégation de porteuses 5G, et nous ne faisons que commencer !

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