TD-MBMS技術(shù)及演進(jìn)

0、概述

3GPP中定義的MBMS技術(shù)分為FDD(適用于WCDMA系統(tǒng))和TDD(適用于TD-SCDMA系統(tǒng))兩種方式。在3GPP R6版本中，TDD MBMS和FDD MBMS的高層協(xié)議以及相關(guān)業(yè)務(wù)流程完全一致，只在物理層上稍有區(qū)別。FDD MBMS技術(shù)在3GPP R6版本中已經(jīng)基本完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，TDD MBMS技術(shù)在3GPP R7版本繼續(xù)研究。TD-MBMS采用現(xiàn)TD-SCDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)，信道的復(fù)接、編碼，調(diào)制、交織和打孔都遵循現(xiàn)有信號(hào)流程規(guī)范，目前TD-MBMS采用公共信道的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，空中接口的無(wú)線資源應(yīng)用基于公共信道的技術(shù)方式。

1、TD-MBMS技術(shù)特點(diǎn)

1.1　宏分集技術(shù)

TDD系統(tǒng)中，基站要求完全同步，這恰恰是MBMS點(diǎn)對(duì)多技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，多個(gè)小區(qū)發(fā)送完全相同的業(yè)務(wù)是多媒體廣播業(yè)務(wù)的主要特點(diǎn)之一，如果能夠保證多個(gè)小區(qū)同時(shí)發(fā)送，并且終端能夠?qū)⑦@些無(wú)線信號(hào)都作為有用信號(hào)進(jìn)行合并，則可以降低基站的發(fā)射功率，相對(duì)于FDD系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于基站之間是異步的，為了保證多小區(qū)信號(hào)能夠合并，在基站控制器中需要定義小區(qū)組(cell group)，保證小區(qū)組內(nèi)基站之間的時(shí)延在一定范圍之內(nèi)，從而終端能夠進(jìn)行有用信號(hào)合并。然而在TDD系統(tǒng)中，只要保證所有站點(diǎn)在相同的載頻、相同的時(shí)隙上承載相同業(yè)務(wù)，則終端就可以在同一時(shí)刻接收到多個(gè)相鄰小區(qū)的同一業(yè)務(wù)信號(hào)，進(jìn)行宏分集，從而提高接收性能，以降低基站發(fā)射功率。在TD-MBMS系統(tǒng)中支持兩種宏分集方案[2]。一是對(duì)于內(nèi)容相同的MBMS業(yè)務(wù)，采用同頻點(diǎn)、同時(shí)隙、同步發(fā)送相同內(nèi)容，而且使用相同的Midamble碼和擾碼;二是對(duì)于內(nèi)容相同的MBMS業(yè)務(wù)，采用同頻點(diǎn)、同時(shí)隙、同步發(fā)送相同內(nèi)容，但是采用各小區(qū)原有的擾碼和Midamble碼。在傳輸廣播業(yè)務(wù)的時(shí)隙采用現(xiàn)有的同頻網(wǎng)配置的情況下，即擾碼和Midamble碼的配置仍舊基于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)配置。

1.2　信號(hào)干擾消除

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，對(duì)于MBMS業(yè)務(wù)而言，將采用全向天線在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行全向覆蓋，而相對(duì)于一般的R4業(yè)務(wù)通過(guò)智能天線進(jìn)行波束賦形來(lái)為特定的用戶提供業(yè)務(wù)，消除其它用戶的信號(hào)干擾，在非MBMS業(yè)務(wù)小區(qū)內(nèi)的用戶，將會(huì)受到相鄰提供MBMS業(yè)務(wù)的小區(qū)的干擾(這是因?yàn)樵贛BMS小區(qū)中MBMS業(yè)務(wù)時(shí)隙上無(wú)法進(jìn)行波束成形，信號(hào)全向發(fā)射)。因此，在非MBMS小區(qū)和MBMS小區(qū)之間需要一定的空間隔離，以減小或消除干擾。

1.3　基站采用隨機(jī)相位偏轉(zhuǎn)技術(shù)

由于現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中，UE從多個(gè)小區(qū)接收的信號(hào)進(jìn)行疊加后，可能產(chǎn)生主波信號(hào)深衰落現(xiàn)象，會(huì)使得功率疊加增益降低。因此，為了提高小區(qū)的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，為了提高小區(qū)的MBMS業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，考慮對(duì)多個(gè)小區(qū)的發(fā)送端引入不同的隨機(jī)相位旋轉(zhuǎn)，改善信道特性，使得功率疊加增益提升，且可獲得分集及交織增益。

1.4　靈活的廣播區(qū)域配置和資源配置

在TD-MBMS系統(tǒng)中，支持靈活的廣播區(qū)域配置，運(yùn)營(yíng)商可以針對(duì)時(shí)隙配置不同大小的廣播區(qū)域，選取某個(gè)頻點(diǎn)上的某個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，來(lái)傳輸MBMS業(yè)務(wù)。另外，TDD系統(tǒng)支持靈活的資源分配，針對(duì)比較固定的業(yè)務(wù)如電視頻道，可以采用靜態(tài)的資源分配方式，在小區(qū)建立時(shí)配置好相應(yīng)資源;對(duì)于隨機(jī)性的業(yè)務(wù)可以在業(yè)務(wù)發(fā)起前分配資源，業(yè)務(wù)結(jié)束后進(jìn)行釋放，這樣可以充分利用系統(tǒng)資源。

2、MBMS總體架構(gòu)方案

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，MBMS基于是3GPP基于以GSM/GPRS核心網(wǎng)演進(jìn)TD-SCDMA分組網(wǎng)，增加了新的功能實(shí)體，MBMS網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)[3]見(jiàn)圖1。為了支持MBMS服務(wù)，原UMTS網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括Gateway GPRS Support Node(GGSN)、Serving GPRS Support Node(SGSN)、Radio Network Controller (RNC)和User Equipment(UE)做了更新。內(nèi)容提供商提供內(nèi)容，經(jīng)過(guò)廣播業(yè)務(wù)中心BM-SC將傳輸流轉(zhuǎn)發(fā)給3G核心網(wǎng)，通過(guò)Iu轉(zhuǎn)發(fā)給UTRAN，通過(guò)Uu空中接口發(fā)送給UE。

GGSN是MBMS服務(wù)進(jìn)入U(xiǎn)MTS核心網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)入點(diǎn)，GGSN將MBMS內(nèi)容傳送到需要的MBMS服務(wù)的SGSN。SGSN執(zhí)行相關(guān)MBMS承載(MBMS Bearer Service)控制功能。它負(fù)責(zé)正確地傳送封包到使用者所在網(wǎng)絡(luò)，并且支持SGSN的移動(dòng)性能管理，使RNC有效地利用了無(wú)線電資源將其傳送給終端，并支持RNC移動(dòng)性管理。BM-SC廣播群播服務(wù)中心(Broadcast Multicast-Service Center;BM-SC)為新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，作為群播服務(wù)的內(nèi)容提供者(Content Provider)，作為外界MBMS數(shù)據(jù)來(lái)源的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入點(diǎn)。

3、MAC層的增加的MBMS功能模塊介紹

為實(shí)現(xiàn)MBMS，3GPP增加了一個(gè)功能實(shí)體MAC-m，用以實(shí)現(xiàn)MBMS的用戶平面和控制平面的傳輸。圖2說(shuō)明了UTRAN在原有的MAC-c/sh基礎(chǔ)上增加了MAC-m的MAC-c/sh/m的架構(gòu)和功能模塊。從圖可以看出，為實(shí)現(xiàn)MBMS功能，增強(qiáng)的MAC-c/sh/m中包含下面的模塊。

圖2　UTRAN側(cè)MAC-c/sh/m的架構(gòu)和功能模塊

調(diào)度/緩沖/優(yōu)先級(jí)處理：用于根據(jù)高層的需求，管理MBMS和non-MBMS的公共傳輸資源;TCTF MUX：在MAC頭中插入TCTF域，處理邏輯信道和傳輸信道之間的映射;附加MBMS-ID：對(duì)P-t-m類(lèi)型的邏輯信道，在MAC頭中加入MBMS-ID域以區(qū)分不同的MBMS業(yè)務(wù);TFC選擇：為公共傳輸信道(FACH)選擇傳輸格式組合(TFC)。

而UE側(cè)，針對(duì)UTRAN的結(jié)構(gòu)做相對(duì)修改，做相應(yīng)的增加。圖3是UE側(cè)MAC層相對(duì)應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)。

圖3　UE側(cè)的MAC-c/sh/m架構(gòu)功能模塊

TCTF DEMUX：檢測(cè)和刪除MAC頭中的TCTF域，處理邏輯信道和傳輸信道之間的映射;MBMS-ID讀?。鹤R(shí)別特定的MBMS服務(wù)。

對(duì)于MBMS應(yīng)用，UTRAN側(cè)通知指示信道(MICH)，針對(duì)每個(gè)MBMS的UE發(fā)送廣播尋呼指示，通知UE接收UTRAN發(fā)送的MBMS數(shù)據(jù)。根據(jù)這些信息，UE就可以從SCCPCH中獲取MTCH承載的MBMS信息。BCCH的SIB5/Sbis中會(huì)加入邏輯信道(MCCH)的配置信息，UE可以通過(guò)讀取該配置信息，獲取MBMS的相關(guān)信息;MSCH用于發(fā)送MTCH的調(diào)度信息;MCCH和MSCH映射到FACH和SCCPCH中;MTCH用于傳送MBMS信息，MAC頭加入MBMS-ID可以區(qū)分不同的MBMS并映射到特定的FACH中，F(xiàn)ACH再映射到SCCPCH上中發(fā)送到空中接口。

4、“HSDPA+TD-MBMS”技術(shù)演進(jìn)

目前，在TD-MBMS是采用公共信道的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，空中接口的無(wú)線資源應(yīng)用還是基于傳統(tǒng)公共信道的技術(shù)方式，資源利用率低。根據(jù)TD-SCDMA系統(tǒng)的演進(jìn)及R6/R7的MBMS改進(jìn)，可以考慮基于HSDPA/MC-HSDPA/HSPA+的MBMS技術(shù)。由于HSDPA技術(shù)采用快速調(diào)度、高階調(diào)制、快速鏈路自適應(yīng)編碼和快速混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求，系統(tǒng)容量幾乎是通常采用DCH和DPCH承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的兩倍，極大地提高了無(wú)線資源的利用率，用它來(lái)承載MBMS，可以使MBMS所需的碼道資源降低，大大提高了空中接口的利用率。

3GPP中，UTRAN和終端側(cè)支持MBMS和HSDPA的部分MAC層部分中，MAC-hs實(shí)體用于完成HSDPA的功能，HS-PDSCH和HS-DSCH被定義用于承載用戶數(shù)據(jù)，由MAC-c/sh對(duì)MAC-hs進(jìn)行配置。在小區(qū)建立以后，NBAP信令物理共享鏈路重配置，HSDPA資源配置完成后，UE就可以使用HSDPA業(yè)務(wù)。在實(shí)現(xiàn)HSDPA的基礎(chǔ)上，可以分別在UTRAN側(cè)和UE側(cè)，修改MAC-m和MAC-hs之間的接口，用于傳送MBMS的配置信息、控制信息和數(shù)據(jù)信息，把MBMS的配置通知MAC-hs;MSCH和MTCH中的內(nèi)容通過(guò)MAC-m和MAC-hs之間的接口發(fā)送到MAC-hs中，并在MAC-hs中增加MSCH和MTCH的處理功能的模塊，完成MAC-hs采用HSDPA的調(diào)度方式實(shí)現(xiàn)對(duì)MBMS業(yè)務(wù)的控制平面的配置和用戶平面的承載。根據(jù)這個(gè)結(jié)構(gòu)，可以分別對(duì)UTRAN和UE修改MAC架構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)基于HSDPA承載的MBMS的功能支持。MAC-hs中，HS-SCCH用于MBMS的業(yè)務(wù)信息和MTCH相關(guān)的時(shí)間定義等信息傳送，MBMS的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則由HS-PDSCH負(fù)責(zé)，信道的改進(jìn)映射關(guān)系如下圖4，詳細(xì)的功能模塊改進(jìn)和信息調(diào)度及傳送過(guò)程本文不再給出。

圖4　基于HSDPA的MBMS信道映射關(guān)系

5、向LTE演進(jìn)的E-MBMS

TD-MBMS系統(tǒng)最大程度上沿用了3GPP的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，為向LTE系統(tǒng)中MBMS的演進(jìn)打下了良好的基礎(chǔ)。LTE(Long Term Evolvement)是3GPP制定3G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，在LTE中MBMS被稱為增強(qiáng)型MBMS(E-MBMS)，E-MBMS是實(shí)現(xiàn)從Release 6的低成本演進(jìn)，支持增強(qiáng)型的廣播多播業(yè)務(wù)。在單獨(dú)的下行載波部署移動(dòng)電視(Mobile TV)系統(tǒng)，支持增強(qiáng)的IMS(IP多媒體子系統(tǒng))和核心網(wǎng)。E-MBMS能夠支持更高速率的多媒體數(shù)據(jù)的傳輸提供更好的服務(wù)質(zhì)量，由于LTE大大提高了物理層的傳輸能力，同時(shí)為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，所以E-MBMS技術(shù)在現(xiàn)有的廣播多播技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)。其體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5　E-MBMS的體系結(jié)構(gòu)

E-UTRAN舍棄了UTRAN的RNC-Node B結(jié)構(gòu)，RNC節(jié)點(diǎn)被取消，取而代之的是被稱為Anchor的節(jié)點(diǎn)，在Anchor節(jié)點(diǎn)中取消了RLC子層，RLC子層的重傳功能被放入MAC子層，該功能被稱為Oute-ARQ以區(qū)別HARQ。其次，E-MBMS技術(shù)取消了SGSN和GGSN節(jié)點(diǎn)，Gmb、Gi接口終止于E-Node B，BM-SC直接與Anchor進(jìn)行交互。

廣播多播(MBMS)系統(tǒng)可以和單播系統(tǒng)復(fù)用在一起，也可以部署在單獨(dú)載波，分為單小區(qū)MBMS和多小區(qū)MBMS兩種部署情況，多小區(qū)合并需要小區(qū)間同步和公共參考信號(hào)，單小區(qū)MBMS需要小區(qū)專用參考信號(hào)，專門(mén)對(duì)MBMS參數(shù)優(yōu)化，由于MBMS小區(qū)半徑遠(yuǎn)大于普通小區(qū)，且需要多小區(qū)合并，因此需要加大CP長(zhǎng)度，因此可以將子載波寬度減小，避免頻譜效率降低。同時(shí)，由于MBMS主要用于低速移動(dòng)，可以采用較小子載波間隔，MBMS子載波間隔為7.5kHz，同時(shí)CP長(zhǎng)度增大到33.33us。

由于在LTE中，與UTRAN相比，E-UTRAN在信道結(jié)構(gòu)上做了很大的簡(jiǎn)化，傳輸信道將從原來(lái)的9個(gè)減為5個(gè)，邏輯信道從原來(lái)的10個(gè)減為7個(gè)。E-MBMS中，MCH只給多小區(qū)廣播/多播業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)承載，而單小區(qū)的廣播/多播業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則在SCH信道上承載。MBMS通過(guò)次公共控制物理信道或?qū)Ｓ梦锢硐滦行诺腊l(fā)送MBMS業(yè)務(wù)，而E-MBMS通過(guò)高速物理下行共享信道來(lái)發(fā)送MBMS業(yè)務(wù)，由于高速物理下行共享信道支持全小區(qū)的廣播功能，因此在E-MBMS中不存在PTP的無(wú)線承載方式。同時(shí)在E-MBMS中采用了分層調(diào)制的技術(shù)，即對(duì)MBMS業(yè)務(wù)的不同部分采用不同的調(diào)制方式。

6、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)基于TD-MBMS技術(shù)和發(fā)展進(jìn)行介紹分析，TD-MBMS是基于原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行改動(dòng)和升級(jí)，特別是終端方面，最大限度的繼承了已有的3GPP標(biāo)準(zhǔn)。特別是基于LTE的E-MBMS，將滿足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，也必將是Wimax等下一代移動(dòng)通信技術(shù)相抗衡的關(guān)鍵技術(shù)。