Une structure de trame radio avantageuse
En 4G et en 5G, les transmissions et les réceptions dans le spectre radio sont coordonnées par unité de temps. Appelée trame radio, cette unité de temps a une durée de 10ms et est sous-divisée en 10 sous-trames de 1ms comme montré sur la figure ci-dessous.
En 4G, comme vu dans l'épisode sur l’efficacité spectrale, ces sous-trames constituent l’unité temporelle fondamentale d’allocation de ressources dans le sens montant et descendant.
En 5G, les choses sont moins figées. En effet, l’espacement fréquentiel entre les sous-porteuses (SCS) est variable, sa valeur est donnée par 2µ.15 kHz, où µ est appelé « numérologie ». Cette flexibilité permet une meilleure adaptation aux bandes de fréquence plus larges et implique des débits plus importants sur les sous-canaux et donc la capacité de transmettre plus d’information par unité de temps comme illustré sur la figure suivante :
Dans ce cas, l’unité temporelle fondamentale à considérer pour l’allocation de ressources est le slot, et sa durée varie de 1ms à 62µs selon la numérologie utilisée.
Puisque le temps de traversée d’une information sur l’interface radio est directement dépendant de la capacité à allouer une ressource radio pour la transmettre et du temps de transmission lui-même, la latence dans une direction est réduite en 5G par un multiple de 2µ où µ est la numérologie utilisée.
Le concept de mini-slot
Pour améliorer encore la latence, la 5G a introduit le concept de mini-slot. Comme indiqué sur la figure ci-dessous, un slot 5G standard comprend 14 symboles OFDM ; un mini-slot est une unité temporelle de ressource comprenant un nombre variable de symboles OFDM (2, 4, 7) et pouvant commencer à n’importe quelle position à l’intérieur d’un slot standard.
Ce mécanisme, contrôlé par les paramètres K, S et L comme illustré ci-dessus, augmente les opportunités de transmission (elles sont plus courtes et plusieurs transmissions peuvent être planifiées dans un même slot), et permet à celles-ci de démarrer instantanément sans attendre le prochain slot. Il est particulièrement adapté aux cas d’usage avec peu d’informations à transmettre comme, par exemple, le contrôle d’automates industriels.
Flexibilité des formats de slot
La latence perçue par l’usager final (latence au niveau des applications) dépend également de l’efficacité des interactions entre l’émetteur et le récepteur. Ainsi la manière dont les trames radio vont être organisées entre le sens montant (terminal vers réseau) et descendant (réseau vers terminal) est un facteur très important à prendre en compte.
En 4G, l’organisation des trames TDD est régie par 7 formats différents comme illustré dans la figure suivante :
Ainsi la capacité allouée dans le sens montant (terminal vers réseau) ou descendant (réseau vers terminal) varie selon le format de trame utilisé.
Les formats 0, 1 et 2 sont les formats réservés pour les réseaux privés en France. Le format 2 est imposé par l’autorité de régulation des communications électroniques, des postes et de la distribution de la presse (ARCEP) sur les réseaux publics.
En 5G, les choses sont encore une fois beaucoup plus flexibles, l’organisation de la trame TDD n’est pas fixée par un format rigide comme en 4G mais par un ensemble de paramètres de configuration communiqués par le réseau au terminal :
Ainsi, en 5G, il est beaucoup plus aisé d’adapter la trame radio aux cas d’usage, afin de répartir harmonieusement les opportunités de réception et de transmission avec une périodicité courte pour garantir des interactions fluides entre les terminaux et le réseau. À noter que les réseaux 5G publics ne peuvent cependant pas exploiter cette flexibilité, car ils sont assujettis aux mêmes contraintes réglementaires que les réseaux 4G, et doivent donc adopter un ensemble de paramètres leur permettant de reproduire le format de trame 4G n°2.
Conclusion
La plupart des déploiements étant réalisés dans le spectre FR1 en Europe avec une numérologie µ=1, on peut donc s’attendre en pratique à des latences réduites d’un facteur 2 entre la 5G et la 4G. Cependant, il est intéressant de noter qu’en 5G, une marge de progression supplémentaire significative (réduction de la latence d’un facteur 8 ou 16) est atteignable notamment dans le spectre millimétrique où les numérologies 3 et 4 sont utilisables. De plus, des mécanismes supplémentaires comme les mini-slots permettent des réductions de latence supplémentaires dans certains cas d’usage.
Enfin, dans le cas des réseaux 5G privés, il est possible de garantir des interactions efficaces entre les terminaux et le réseau, et donc une latence applicative réduite, par un réglage adapté des paramètres de configuration.
