5G SCell – Secondary Cell nelle comunicazioni multi-carrier
Nel mondo del 5G, il concetto di SCell (Secondary Cell) gioca un ruolo fondamentale nelle tecniche di aggregazione delle portanti. Quando un singolo collegamento radio non è più sufficiente a garantire le prestazioni richieste – ad esempio per streaming ad alta velocità o download massivi – entra in gioco l’utilizzo simultaneo di più celle. La SCell, in particolare, viene affiancata alla PCell (Primary Cell) per aumentare la larghezza di banda e ottimizzare la qualità del servizio. Oggi ti spiego come funziona questa architettura, dove viene applicata e perché è fondamentale nel 5G.
Cos’è una Secondary Cell (SCell)
La Secondary Cell è una cella radio aggiuntiva utilizzata insieme alla Primary Cell all’interno della configurazione chiamata Carrier Aggregation (CA). La PCell gestisce il controllo principale del collegamento, mentre una o più SCell forniscono risorse radio aggiuntive per aumentare il throughput dati.
Le SCell non gestiscono funzioni come il RRC (Radio Resource Control) o la mobilità, che restano sotto il controllo della PCell. Tuttavia, forniscono risorse fisiche come PRB (Physical Resource Block) e banda extra per trasmettere e ricevere dati in parallelo alla cella primaria.
Funzionamento in Carrier Aggregation
Nel 5G, l’aggregazione delle portanti consente a un dispositivo di connettersi simultaneamente a più bande di frequenza. Questo migliora drasticamente la capacità e la velocità della rete. Ecco come funziona:
- PCell (Primary Cell): gestisce la segnalazione, il controllo e la mobilità del terminale.
- SCell (Secondary Cell): fornisce risorse radio aggiuntive per aumentare il throughput.
- Component Carrier: ogni cella aggregata (PCell o SCell) è una carrier distinta che opera su una banda specifica.
Un terminale può essere configurato con più SCell in base al supporto del dispositivo e alla rete, fino a un massimo definito dal 3GPP. Le configurazioni più complesse possono includere 1 PCell e fino a 4 o più SCell, raggiungendo velocità multi-gigabit.
Struttura architetturale nel 5G NR
Nel contesto del 5G NR (New Radio), la gestione delle SCell avviene a livello di gNB (next-generation NodeB). Le SCell possono essere fornite dallo stesso gNB o da un nodo diverso, soprattutto nei casi di inter-site carrier aggregation.
La struttura tipica include:
- Un gNB Master (MgNB) che gestisce la PCell.
- Un gNB Secondario (SgNB) che può offrire una o più SCell.
Questa configurazione è particolarmente utile nelle architetture Dual Connectivity, dove il terminale si collega contemporaneamente a una rete 5G NR e a una 4G LTE.
Benefici dell’utilizzo della SCell
- Maggiore capacità: aggregare più portanti aumenta la larghezza di banda complessiva disponibile per l’utente.
- Bilanciamento del carico: distribuzione del traffico dati su più celle per evitare congestione.
- Maggiore flessibilità: possibilità di combinare bande FDD e TDD, anche da diversi siti.
- Continuità del servizio: miglior gestione della QoS durante picchi di traffico o variazioni di segnale.
Condizioni di attivazione della SCell
La SCell non è sempre attiva: viene attivata e disattivata dinamicamente in base alla richiesta di dati e alla disponibilità della rete. Questo processo è chiamato SCell activation/deactivation ed è gestito tramite segnalazione RRC, ma senza trasferire il controllo principale dal PCell.
Implementazione reale e sfide
La configurazione e il mantenimento delle SCell comportano alcune sfide operative, come:
- Sincronizzazione tra celle: fondamentale per evitare interferenze o perdita di pacchetti.
- Supporto lato terminale: non tutti i dispositivi 5G supportano la stessa quantità di SCell.
- Risorse del gNB: ogni carrier aggregato richiede gestione separata delle risorse radio e della pianificazione.
Relazione tra SCell, PCell e altri elementi 5G
La distinzione tra SCell e PCell diventa ancora più importante nel 5G in modalità NSA (Non-Standalone), dove LTE serve come ancoraggio principale e il 5G NR viene usato come estensione. In questo caso, l’LTE PCell gestisce la connessione e la NR SCell fornisce prestazioni aumentate.
Anche in SA (Standalone), la filosofia rimane simile: una cella primaria gestisce il controllo, mentre le secondarie rafforzano le prestazioni dati. Questo approccio modulare consente di adattare la rete alle esigenze reali di traffico, ambiente e copertura.
Evoluzione futura e standardizzazione
La funzione delle SCell è in continua evoluzione nelle specifiche 3GPP. Con ogni release, aumenta il numero massimo di celle aggregabili e la flessibilità delle configurazioni. Già nelle Release 16 e 17, sono state introdotte funzionalità avanzate come la gestione dinamica del traffico, il beam management esteso e una migliore efficienza spettrale.
Domani potremo approfondire come il meccanismo di Dual Connectivity si integra con le SCell per offrire continuità e velocità anche in presenza di reti miste 4G e 5G. Questo ci aiuterà a completare il quadro tecnico su come le diverse tecnologie collaborano per fornire prestazioni di rete superiori.