UL-SCH je hlavní transportní kanál v LTE a NR pro přenos dat a řídicích informací z UE do síťové infrastruktury, který umožňuje dynamické sdílení radiofrekvenčních zdrojů pro přenos paketových dat.

Popis

Uplink Shared Channel (UL-SCH) je základní transportní kanál definovaný ve standardech LTE (E-UTRA) i NR (New Radio). Je hlavním prostředkem pro přenos uživatelských dat, řídicích informací vyšších vrstev (např. RRC zpráv, NAS zpráv) a některých řídicích informací fyzické vrstvy z UE do gNB (v NR) nebo eNB (v LTE). Kanál je charakteristický svým sdíleným charakterem – jeho fyzické zdroje jsou dynamicky přidělovány různým UE prostřednictvím síťového plánovače na základě každého podrámce nebo slotu. Tato dynamická plánování, signalizovaná přes Physical Downlink Control Channel (PDCCH), umožňuje vysokou efektivitu statistického multiplexování uplinkového provozu a adaptaci na nárazový charakter datových aplikací.

Z procesního hlediska zpracování transportního bloku UL-SCH zahrnuje několik klíčových kroků fyzické vrstvy. Pro plánovaný přenos vrstva MAC předá transportní blok fyzické vrstvě. Tento blok podstupuje procesy, které zahrnují přidání CRC transportního bloku, segmentaci kódových bloků a přidání CRC, kanálové kódování (typicky LDPC v NR, Turbo kódování v LTE), rate matching a spojení kódových bloků. Výsledné kódové slovo je pak namapováno na Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) pro přenos. Kritickou vlastností UL-SCH je podpora Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ). Každý přenos je asociován s HARQ procesem, což umožňuje rychlé retransmise při dekódování selhání na přijímací straně, což je klíčové pro dosažení vysoké spolehlivosti a nízké latence.

Role UL-SCH přesahuje pouhé doručení dat. Je pevně integrován s řídicím signalizováním uplinku. Například Uplink Control Information (UCI), jako HARQ potvrzení pro downlinková data (ACK/NACK) a reporty Channel State Information (CSI), může být multiplexováno s uplinkovými datami na PUSCH, když UE má platný UL-SCH grant. Toto přibalení zvyšuje efektivitu využití zdrojů. Dále UL-SCH podporuje adaptivní modulaci a kódování (AMC), kde modulační schéma (např. QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM) a kódovací rychlost jsou upraveny na základě aktuální kvality uplinkového kanálu reportované UE nebo odhadované prostřednictvím sounding reference signals (SRS). Toto zajišťuje optimální spektrální efektivitu při různých radiofrekvenčních podmínkách.

K čemu slouží

UL-SCH byl vytvořen k řešení potřeb flexibilního, efektivního a vysokokapacitního uplinkového transportního mechanismu pro paketově-switched služby v 3GPP systémech 4G LTE a 5G NR. Předchozí 3G systémy jako UMTS závisely na dedikovaných kanálech (DCH) pro uživatelská data, které byly neefektivní pro nárazový internetový provoz, protože rezervovaly zdroje pro uživatele i během idle period. Paradigma sdíleného kanálu, představené s High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA) Enhanced Dedicated Channel (E-DCH), bylo plně realizované a optimalizované v LTE s UL-SCH.

Primární motivací bylo maximalizovat spektrální efektivitu a kapacitu systému v uplinkovém směru, který je často limitujícím faktorem kvůli omezenému výkonu UE a potřebě ortogonálního multiple accessu. Díky možnosti plánovače základové stanice dynamicky přidělovat čas-frekvenční zdroje UE přesně, když mají data k odeslání, UL-SCH eliminuje ztráty spojené s permanentně přidělenými okruhy. Tato dynamická alokace také umožňuje pokročilé techniky jako frekvenčně-selektivní plánování, kde plánovač může přidělit zdroje ve frekvenčních pásmech, kde konkrétní UE má dobré kanálové podmínky, což zvyšuje robustnost linky a datové rychlosti.

Dále, design UL-SCH s podporou rychlého HARQ a AMC byl klíčový pro splnění nízké latence a vysoké spolehlivosti požadavků real-time služeb plánovaných pro LTE a následně vylepšených pro NR. Poskytuje základní transportní vrstvu, na které jsou vybudované všechny uplink-centrické služby – od webového browsingu a uploadu souborů až po VoIP a ultra-reliable low-latency communications (URLLC) – což ho staví jako základní pilíř moderní uplinkové architektury mobilních sítí.

Klíčové vlastnosti

• Dynamická alokace zdrojů prostřednictvím síťového plánování (grant-based přístup)
• Podpora Hybrid ARQ (HARQ) s více paralelními procesy pro retransmise s nízkou latencí
• Adaptivní modulace a kódování (AMC) na základě kanálových podmínek
• Multiplexování uživatelských dat a Uplink Control Information (UCI) na stejný fyzický zdroj
• Podpora contention-free přenosu a, v NR, configured grant (grant-free) přenosu pro nízkou latenci
• Zpracování transportního bloku zahrnující kanálové kódování (LDPC v NR, Turbo v LTE), scrambling a modulaci

Související pojmy

• PUSCH – Physical Uplink Shared Channel
• PDCCH – Physical Downlink Control Channel
• HARQ – Hybrid Automatic Repeat Request
• UCI – Uplink Control Information
• SRS – Space Radiocommunication Stations

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TS 36.212 (Rel-19) — LTE Multiplexing and Channel Coding
• TS 36.213 (Rel-19) — LTE Physical Layer Procedures
• TS 36.306 (Rel-19) — E-UTRA UE Radio Access Capability Parameters
• TS 36.331 (Rel-19) — LTE RRC Protocol Specification
• TS 38.212 (Rel-19) — NR Multiplexing and Channel Coding
• TS 38.213 (Rel-19) — NR Physical Layer Control Procedures
• TS 38.300 (Rel-19) — NG-RAN Overall Description
• TS 38.523 (Rel-19) — 5G NR UE Conformance Testing: Idle/Inactive
• TR 38.889 (Rel-16) — NR-based access to unlicensed spectrum study

📖 Anglický originál a plná specifikace: UL-SCH na 3GPP Explorer