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)基本完成標準化工作，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)，信道的復接、編碼，調(diào)制、交織和打孔都遵循現(xiàn)有信號流程規(guī)范，目前TD-MBMS采用公共信道的方式來實現(xiàn)的，空中接口的無線資源應用基于公共信道的技術(shù)方式。
1、TD-MBMS技術(shù)特點
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點對多技術(shù)的優(yōu)勢，多個小區(qū)發(fā)送完全相同的業(yè)務是多媒體廣播業(yè)務的主要特點之一，如果能夠保證多個小區(qū)同時發(fā)送，并且終端能夠?qū)⑦@些無線信號都作為有用信號進行合并，則可以降低基站的發(fā)射功率，相對于FDD系統(tǒng)來說，由于基站之間是異步的，為了保證多小區(qū)信號能夠合并，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)基站之間的時延在一定范圍之內(nèi)，從而終端能夠進行有用信號合并。然而在TDD系統(tǒng)中，只要保證所有站點在相同的載頻、相同的時隙上承載相同業(yè)務，則終端就可以在同一時刻接收到多個相鄰小區(qū)的同一業(yè)務信號，進行宏分集，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]。一是對于內(nèi)容相同的MBMS業(yè)務，采用同頻點、同時隙、同步發(fā)送相同內(nèi)容，而且使用相同的Midamble碼和擾碼;二是對于內(nèi)容相同的MBMS業(yè)務，采用同頻點、同時隙、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)務的時隙采用現(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)絡配置。
1.2 信號干擾消除
在TD-SCDMA系統(tǒng)中，對于MBMS業(yè)務而言，將采用全向天線在小區(qū)內(nèi)進行全向覆蓋，而相對于一般的R4業(yè)務通過智能天線進行波束賦形來為特定的用戶提供業(yè)務，消除其它用戶的信號干擾，在非MBMS業(yè)務小區(qū)內(nèi)的用戶，將會受到相鄰提供MBMS業(yè)務的小區(qū)的干擾(這是因為在MBMS小區(qū)中MBMS業(yè)務時隙上無法進行波束成形，信號全向發(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 基站采用隨機相位偏轉(zhuǎn)技術(shù)
由于現(xiàn)實網(wǎng)絡中，UE從多個小區(qū)接收的信號進行疊加后，可能產(chǎn)生主波信號深衰落現(xiàn)象，會使得功率疊加增益降低。因此，為了提高小區(qū)的業(yè)務服務質(zhì)量，為了提高小區(qū)的MBMS業(yè)務服務質(zhì)量，考慮對多個小區(qū)的發(fā)送端引入不同的隨機相位旋轉(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，運營商可以針對時隙配置不同大小的廣播區(qū)域，選取某個頻點上的某個時隙組成一個網(wǎng)絡，來傳輸MBMS業(yè)務。另外，TDD系統(tǒng)支持靈活的資源分配，針對比較固定的業(yè)務如電視頻道，可以采用靜態(tài)的資源分配方式，在小區(qū)建立時配置好相應資源;對于隨機性的業(yè)務可以在業(yè)務發(fā)起前分配資源，業(yè)務結(jié)束后進行釋放，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TD-SCDMA分組網(wǎng)，增加了新的功能實體，MBMS網(wǎng)絡總體架構(gòu)[3]見圖1。為了支持MBMS服務，原UMTS網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡節(jié)點，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)過廣播業(yè)務中心BM-SC將傳輸流轉(zhuǎn)發(fā)給3G核心網(wǎng)，通過Iu轉(zhuǎn)發(fā)給UTRAN，通過Uu空中接口發(fā)送給UE。
GGSN是MBMS服務進入UMTS核心網(wǎng)絡的進入點，GGSN將MBMS內(nèi)容傳送到需要的MBMS服務的SGSN。SGSN執(zhí)行相關(guān)MBMS承載(MBMS Bearer Service)控制功能。它負責正確地傳送封包到使用者所在網(wǎng)絡，并且支持SGSN的移動性能管理，使RNC有效地利用了無線電資源將其傳送給終端，并支持RNC移動性管理。BM-SC廣播群播服務中心(Broadcast Multicast-Service Center;BM-SC)為新增網(wǎng)絡節(jié)點，作為群播服務的內(nèi)容提供者(Content Provider)，作為外界MBMS數(shù)據(jù)來源的網(wǎng)絡進入點。
3、MAC層的增加的MBMS功能模塊介紹
為實現(xiàn)MBMS，3GPP增加了一個功能實體MAC-m，用以實現(xiàn)MBMS的用戶平面和控制平面的傳輸。圖2說明了UTRAN在原有的MAC-c/sh基礎上增加了MAC-m的MAC-c/sh/m的架構(gòu)和功能模塊。從圖可以看出，為實現(xiàn)MBMS功能，增強的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P-t-m類型的邏輯信道，在MAC頭中加入MBMS-ID域以區(qū)分不同的MBMS業(yè)務;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UTRAN的結(jié)構(gòu)做相對修改，做相應的增加。圖3是UE側(cè)MAC層相對應的功能結(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讀取：識別特定的MBMS服務。
對于MBMS應用，UTRAN側(cè)通知指示信道(MICH)，針對每個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中會加入邏輯信道(MCCH)的配置信息，UE可以通過讀取該配置信息，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
目前，在TD-MBMS是采用公共信道的方式來實現(xiàn)的，空中接口的無線資源應用還是基于傳統(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)的演進及R6/R7的MBMS改進，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、快速鏈路自適應編碼和快速混合自動重傳請求，系統(tǒng)容量幾乎是通常采用DCH和DPCH承載的數(shù)據(jù)業(yè)務的兩倍，極大地提高了無線資源的利用率，用它來承載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MAC-hs進行配置。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。在實現(xiàn)HSDPA的基礎上，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)度方式實現(xiàn)對MBMS業(yè)務的控制平面的配置和用戶平面的承載。根據(jù)這個結(jié)構(gòu)，可以分別對UTRAN和UE修改MAC架構(gòu)就可以實現(xiàn)基于HSDPA承載的MBMS的功能支持。MAC-hs中，HS-SCCH用于MBMS的業(yè)務信息和MTCH相關(guān)的時間定義等信息傳送，MBMS的業(yè)務數(shù)據(jù)則由HS-PDSCH負責，信道的改進映射關(guān)系如下圖4，詳細的功能模塊改進和信息調(diào)度及傳送過程本文不再給出。
圖4 基于HSDPA的MBMS信道映射關(guān)系
5、向LTE演進的E-MBMS
TD-MBMS系統(tǒng)最大程度上沿用了3GPP的標準技術(shù)，為向LTE系統(tǒng)中MBMS的演進打下了良好的基礎。LTE(Long Term Evolvement)是3GPP制定3G網(wǎng)絡的演進標準，在LTE中MBMS被稱為增強型MBMS(E-MBMS)，E-MBMS是實現(xiàn)從Release 6的低成本演進，支持增強型的廣播多播業(yè)務。在單獨的下行載波部署移動電視(Mobile TV)系統(tǒng)，支持增強的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質(zhì)量，由于LTE大大提高了物理層的傳輸能力，同時為了降低系統(tǒng)的復雜度，所以E-MBMS技術(shù)在現(xiàn)有的廣播多播技術(shù)的基礎上進行了一些改進。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)點被取消，取而代之的是被稱為Anchor的節(jié)點，在Anchor節(jié)點中取消了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，Gmb、Gi接口終止于E-Node B，BM-SC直接與Anchor進行交互。
廣播多播(MBMS)系統(tǒng)可以和單播系統(tǒng)復用在一起，也可以部署在單獨載波，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，單小區(qū)MBMS需要小區(qū)專用參考信號，專門對MBMS參數(shù)優(yōu)化，由于MBMS小區(qū)半徑遠大于普通小區(qū)，且需要多小區(qū)合并，因此需要加大CP長度，因此可以將子載波寬度減小，避免頻譜效率降低。同時，由于MBMS主要用于低速移動，可以采用較小子載波間隔，MBMS子載波間隔為7.5kHz，同時CP長度增大到33.33us。
由于在LTE中，與UTRAN相比，E-UTRAN在信道結(jié)構(gòu)上做了很大的簡化，傳輸信道將從原來的9個減為5個，邏輯信道從原來的10個減為7個。E-MBMS中，MCH只給多小區(qū)廣播/多播業(yè)務提供數(shù)據(jù)承載，而單小區(qū)的廣播/多播業(yè)務數(shù)據(jù)則在SCH信道上承載。MBMS通過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，而E-MBMS通過高速物理下行共享信道來發(fā)送MBMS業(yè)務，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的無線承載方式。同時在E-MBMS中采用了分層調(diào)制的技術(shù)，即對MBMS業(yè)務的不同部分采用不同的調(diào)制方式。
6、結(jié)束語
本文對基于TD-MBMS技術(shù)和發(fā)展進行介紹分析，TD-MBMS是基于原TD-SCDMA網(wǎng)絡的進行改動和升級，特別是終端方面，最大限度的繼承了已有的3GPP標準。特別是基于LTE的E-MBMS，將滿足日益增長的移動數(shù)據(jù)業(yè)務的需求，也必將是Wimax等下一代移動通信技術(shù)相抗衡的關(guān)鍵技術(shù)。
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