5G DL-SCH : Fonctionnement du canal partagé descendant

5G DL-SCH : Fonctionnement du canal partagé descendant

Aujourd’hui on va voir en détail le fonctionnement du DL-SCH (Downlink Shared Channel), un canal physique essentiel dans l’architecture 5G pour assurer le transport des données utilisateur en liaison descendante. Il s’agit d’un composant central dans la gestion de la bande passante partagée entre différents utilisateurs connectés à une cellule 5G.

Définition et rôle du DL-SCH

Le DL-SCH est le canal logique utilisé pour la transmission des données utilisateur sur le plan utilisateur (user plane) depuis la station de base (gNB) vers l’UE (User Equipment). Contrairement à d’autres canaux plus spécialisés, le DL-SCH est partagé entre plusieurs utilisateurs et peut transporter à la fois du trafic utilisateur et certaines informations de signalisation comme le RRC (Radio Resource Control).

Il s’appuie sur le canal physique PDSCH (Physical Downlink Shared Channel), qui constitue le support physique sur lequel les données du DL-SCH sont réellement transmises.

Caractéristiques principales du DL-SCH

• Partage dynamique des ressources : les ressources radio sont allouées dynamiquement à chaque TTI (Transmission Time Interval).
• Support de HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) : permet la retransmission rapide des blocs de transport en cas d’erreurs de transmission.
• Changement de modulation et de codage (AMC) : permet d’adapter le schéma de transmission en fonction des conditions radio.
• Segmentation de la couche MAC : pour gérer les grandes tailles de données à transmettre.
• Support du beamforming : les ressources peuvent être associées à des faisceaux spécifiques pour une meilleure efficacité spectrale.

Flux de traitement du DL-SCH

Le traitement des données dans le DL-SCH passe par plusieurs étapes avant d’être transmis à l’UE via le PDSCH :

1. Segmentation : les données à transmettre sont découpées en blocs de taille adaptée (TB – Transport Block).
2. Ajout du CRC : un code de détection d’erreur est ajouté à chaque TB.
3. Codage canal : le TB est codé en utilisant un schéma LDPC (Low-Density Parity-Check), optimisé pour les transmissions à haut débit.
4. Rate matching : adapte le débit codé aux ressources disponibles.
5. Scrambling : les bits sont mélangés pour réduire la corrélation et améliorer la robustesse de la transmission.
6. Modulation : les bits sont convertis en symboles modulés (QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM selon le cas).
7. Mapping sur ressources physiques : les symboles sont répartis sur les ressources temps-fréquence allouées.

Relation entre DL-SCH et PDSCH

Le DL-SCH est un canal logique, tandis que le PDSCH est un canal physique. Le contenu du DL-SCH est mappé dynamiquement sur le PDSCH. Ce mapping dépend des allocations définies dans le DCI (Downlink Control Information) transmis via le canal PDCCH. Le DCI contient l’information nécessaire pour que l’UE sache comment décoder les données reçues (position des ressources, modulation, schéma de codage, etc.).

Stratégies de multiplexage et de gestion des ressources

Le DL-SCH permet le multiplexage de plusieurs flux de données, ce qui signifie qu’il peut transporter à la fois des données d’application (ex. : streaming vidéo) et des messages de signalisation. L’allocation des ressources est définie par le planificateur MAC de la station de base, en fonction de critères comme la qualité de service (QoS), le type de service, le canal radio et la priorité des utilisateurs.

La gestion efficace de ces ressources est un enjeu clé en 5G, notamment dans les environnements denses, avec des utilisateurs aux profils très variés. L’utilisation d’algorithmes dynamiques de scheduling permet de garantir à la fois une équité entre utilisateurs et une optimisation du débit cellulaire global.

Utilisation du HARQ avec le DL-SCH

Le mécanisme HARQ améliore la fiabilité de la transmission sur le DL-SCH. À chaque transmission, un identifiant HARQ est associé au bloc. Si le CRC détecte une erreur côté UE, une demande de retransmission est émise. Le gNB peut alors retransmettre le même TB ou une version partiellement redondante, qui sera combinée au niveau du décodeur LDPC de l’UE pour améliorer les chances de décodage correct.

Impact de la configuration TDD et FDD sur le DL-SCH

Le DL-SCH fonctionne aussi bien en mode duplex fréquentiel (FDD) qu’en mode duplex temporel (TDD). En TDD, la planification du DL-SCH est plus complexe car elle dépend des slots alloués à la descente. Le nombre de slots disponibles pour la transmission DL influence directement la capacité maximale du DL-SCH dans une cellule donnée.

Aspects QoS et gestion des flux

En 5G, les flux de données transportés par le DL-SCH sont associés à des QFI (QoS Flow Identifiers), chacun ayant des caractéristiques spécifiques (latence, fiabilité, débit minimum). Le DL-SCH doit donc assurer une transmission conforme aux exigences QoS pour chaque UE, ce qui implique un mappage précis entre les flux QoS et les buffers MAC.

Les mécanismes de contrôle de congestion, de priorisation et de scheduling sont essentiels pour garantir que les performances du DL-SCH restent conformes aux attentes, même sous forte charge réseau.

Conclusion

Le DL-SCH constitue une brique essentielle dans la chaîne de transmission descendante de la 5G. Il permet un transport flexible, fiable et optimisé des données utilisateur, en s’appuyant sur des mécanismes avancés comme le codage LDPC, le HARQ, l’AMC et le scheduling dynamique. Sa conception permet de répondre aux exigences variées des services 5G, du haut débit mobile au URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications).

Pour approfondir la chaîne montante, découvrez comment fonctionne le canal UL-SCH dans le contexte 5G et son interaction avec le scheduler MAC.