TD-MBMS技术及演进

0、概述

3GPP中定义的MBMS技术分为FDD(适用于WCDMA系统)和TDD(适用于TD-SCDMA系统)两种方式。在3GPP R6版本中，TDD MBMS和FDD MBMS的高层协议以及相关业务流程完全一致，只在物理层上稍有区别。FDD MBMS技术在3GPP R6版本中已经基本完成标准化工作，TDD MBMS技术在3GPP R7版本继续研究。TD-MBMS采用现TD-SCDMA系统帧结构，信道的复接、编码，调制、交织和打孔都遵循现有信号流程规范，目前TD-MBMS采用公共信道的方式来实现的，空中接口的无线资源应用基于公共信道的技术方式。

1、TD-MBMS技术特点

1.1　宏分集技术

TDD系统中，基站要求完全同步，这恰恰是MBMS点对多技术的优势，多个小区发送完全相同的业务是多媒体广播业务的主要特点之一，如果能够保证多个小区同时发送，并且终端能够将这些无线信号都作为有用信号进行合并，则可以降低基站的发射功率，相对于FDD系统来说，由于基站之间是异步的，为了保证多小区信号能够合并，在基站控制器中需要定义小区组(cell group)，保证小区组内基站之间的时延在一定范围之内，从而终端能够进行有用信号合并。然而在TDD系统中，只要保证所有站点在相同的载频、相同的时隙上承载相同业务，则终端就可以在同一时刻接收到多个相邻小区的同一业务信号，进行宏分集，从而提高接收性能，以降低基站发射功率。在TD-MBMS系统中支持两种宏分集方案[2]。一是对于内容相同的MBMS业务，采用同频点、同时隙、同步发送相同内容，而且使用相同的Midamble码和扰码;二是对于内容相同的MBMS业务，采用同频点、同时隙、同步发送相同内容，但是采用各小区原有的扰码和Midamble码。在传输广播业务的时隙采用现有的同频网配置的情况下，即扰码和Midamble码的配置仍旧基于现有的网络配置。

1.2　信号干扰消除

在TD-SCDMA系统中，对于MBMS业务而言，将采用全向天线在小区内进行全向覆盖，而相对于一般的R4业务通过智能天线进行波束赋形来为特定的用户提供业务，消除其它用户的信号干扰，在非MBMS业务小区内的用户，将会受到相邻提供MBMS业务的小区的干扰(这是因为在MBMS小区中MBMS业务时隙上无法进行波束成形，信号全向发射)。因此，在非MBMS小区和MBMS小区之间需要一定的空间隔离，以减小或消除干扰。

1.3　基站采用随机相位偏转技术

由于现实网络中，UE从多个小区接收的信号进行叠加后，可能产生主波信号深衰落现象，会使得功率叠加增益降低。因此，为了提高小区的业务服务质量，为了提高小区的MBMS业务服务质量，考虑对多个小区的发送端引入不同的随机相位旋转，改善信道特性，使得功率叠加增益提升，且可获得分集及交织增益。

1.4　灵活的广播区域配置和资源配置

在TD-MBMS系统中，支持灵活的广播区域配置，运营商可以针对时隙配置不同大小的广播区域，选取某个频点上的某个时隙组成一个网络，来传输MBMS业务。另外，TDD系统支持灵活的资源分配，针对比较固定的业务如电视频道，可以采用静态的资源分配方式，在小区建立时配置好相应资源;对于随机性的业务可以在业务发起前分配资源，业务结束后进行释放，这样可以充分利用系统资源。

2、MBMS总体架构方案

在TD-SCDMA系统中，MBMS基于是3GPP基于以GSM/GPRS核心网演进TD-SCDMA分组网，增加了新的功能实体，MBMS网络总体架构[3]见图1。为了支持MBMS服务，原UMTS网络中的网络节点，包括Gateway GPRS Support Node(GGSN)、Serving GPRS Support Node(SGSN)、Radio Network Controller (RNC)和User Equipment(UE)做了更新。内容提供商提供内容，经过广播业务中心BM-SC将传输流转发给3G核心网，通过Iu转发给UTRAN，通过Uu空中接口发送给UE。

GGSN是MBMS服务进入UMTS核心网络的进入点，GGSN将MBMS内容传送到需要的MBMS服务的SGSN。SGSN执行相关MBMS承载(MBMS Bearer Service)控制功能。它负责正确地传送封包到使用者所在网络，并且支持SGSN的移动性能管理，使RNC有效地利用了无线电资源将其传送给终端，并支持RNC移动性管理。BM-SC广播群播服务中心(Broadcast Multicast-Service Center;BM-SC)为新增网络节点，作为群播服务的内容提供者(Content Provider)，作为外界MBMS数据来源的网络进入点。

3、MAC层的增加的MBMS功能模块介绍

为实现MBMS，3GPP增加了一个功能实体MAC-m，用以实现MBMS的用户平面和控制平面的传输。图2说明了UTRAN在原有的MAC-c/sh基础上增加了MAC-m的MAC-c/sh/m的架构和功能模块。从图可以看出，为实现MBMS功能，增强的MAC-c/sh/m中包含下面的模块。

图2　UTRAN侧MAC-c/sh/m的架构和功能模块

调度/缓冲/优先级处理：用于根据高层的需求，管理MBMS和non-MBMS的公共传输资源;TCTF MUX：在MAC头中插入TCTF域，处理逻辑信道和传输信道之间的映射;附加MBMS-ID：对P-t-m类型的逻辑信道，在MAC头中加入MBMS-ID域以区分不同的MBMS业务;TFC选择：为公共传输信道(FACH)选择传输格式组合(TFC)。

而UE侧，针对UTRAN的结构做相对修改，做相应的增加。图3是UE侧MAC层相对应的功能结构。

图3　UE侧的MAC-c/sh/m架构功能模块

TCTF DEMUX：检测和删除MAC头中的TCTF域，处理逻辑信道和传输信道之间的映射;MBMS-ID读取：识别特定的MBMS服务。

对于MBMS应用，UTRAN侧通知指示信道(MICH)，针对每个MBMS的UE发送广播寻呼指示，通知UE接收UTRAN发送的MBMS数据。根据这些信息，UE就可以从SCCPCH中获取MTCH承载的MBMS信息。BCCH的SIB5/Sbis中会加入逻辑信道(MCCH)的配置信息，UE可以通过读取该配置信息，获取MBMS的相关信息;MSCH用于发送MTCH的调度信息;MCCH和MSCH映射到FACH和SCCPCH中;MTCH用于传送MBMS信息，MAC头加入MBMS-ID可以区分不同的MBMS并映射到特定的FACH中，FACH再映射到SCCPCH上中发送到空中接口。

4、“HSDPA+TD-MBMS”技术演进

目前，在TD-MBMS是采用公共信道的方式来实现的，空中接口的无线资源应用还是基于传统公共信道的技术方式，资源利用率低。根据TD-SCDMA系统的演进及R6/R7的MBMS改进，可以考虑基于HSDPA/MC-HSDPA/HSPA+的MBMS技术。由于HSDPA技术采用快速调度、高阶调制、快速链路自适应编码和快速混合自动重传请求，系统容量几乎是通常采用DCH和DPCH承载的数据业务的两倍，极大地提高了无线资源的利用率，用它来承载MBMS，可以使MBMS所需的码道资源降低，大大提高了空中接口的利用率。

3GPP中，UTRAN和终端侧支持MBMS和HSDPA的部分MAC层部分中，MAC-hs实体用于完成HSDPA的功能，HS-PDSCH和HS-DSCH被定义用于承载用户数据，由MAC-c/sh对MAC-hs进行配置。在小区建立以后，NBAP信令物理共享链路重配置，HSDPA资源配置完成后，UE就可以使用HSDPA业务。在实现HSDPA的基础上，可以分别在UTRAN侧和UE侧，修改MAC-m和MAC-hs之间的接口，用于传送MBMS的配置信息、控制信息和数据信息，把MBMS的配置通知MAC-hs;MSCH和MTCH中的内容通过MAC-m和MAC-hs之间的接口发送到MAC-hs中，并在MAC-hs中增加MSCH和MTCH的处理功能的模块，完成MAC-hs采用HSDPA的调度方式实现对MBMS业务的控制平面的配置和用户平面的承载。根据这个结构，可以分别对UTRAN和UE修改MAC架构就可以实现基于HSDPA承载的MBMS的功能支持。MAC-hs中，HS-SCCH用于MBMS的业务信息和MTCH相关的时间定义等信息传送，MBMS的业务数据则由HS-PDSCH负责，信道的改进映射关系如下图4，详细的功能模块改进和信息调度及传送过程本文不再给出。

图4　基于HSDPA的MBMS信道映射关系

5、向LTE演进的E-MBMS

TD-MBMS系统最大程度上沿用了3GPP的标准技术，为向LTE系统中MBMS的演进打下了良好的基础。LTE(Long Term Evolvement)是3GPP制定3G网络的演进标准，在LTE中MBMS被称为增强型MBMS(E-MBMS)，E-MBMS是实现从Release 6的低成本演进，支持增强型的广播多播业务。在单独的下行载波部署移动电视(Mobile TV)系统，支持增强的IMS(IP多媒体子系统)和核心网。E-MBMS能够支持更高速率的多媒体数据的传输提供更好的服务质量，由于LTE大大提高了物理层的传输能力，同时为了降低系统的复杂度，所以E-MBMS技术在现有的广播多播技术的基础上进行了一些改进。其体系结构如图5所示。

图5　E-MBMS的体系结构

E-UTRAN舍弃了UTRAN的RNC-Node B结构，RNC节点被取消，取而代之的是被称为Anchor的节点，在Anchor节点中取消了RLC子层，RLC子层的重传功能被放入MAC子层，该功能被称为Oute-ARQ以区别HARQ。其次，E-MBMS技术取消了SGSN和GGSN节点，Gmb、Gi接口终止于E-Node B，BM-SC直接与Anchor进行交互。

广播多播(MBMS)系统可以和单播系统复用在一起，也可以部署在单独载波，分为单小区MBMS和多小区MBMS两种部署情况，多小区合并需要小区间同步和公共参考信号，单小区MBMS需要小区专用参考信号，专门对MBMS参数优化，由于MBMS小区半径远大于普通小区，且需要多小区合并，因此需要加大CP长度，因此可以将子载波宽度减小，避免频谱效率降低。同时，由于MBMS主要用于低速移动，可以采用较小子载波间隔，MBMS子载波间隔为7.5kHz，同时CP长度增大到33.33us。

由于在LTE中，与UTRAN相比，E-UTRAN在信道结构上做了很大的简化，传输信道将从原来的9个减为5个，逻辑信道从原来的10个减为7个。E-MBMS中，MCH只给多小区广播/多播业务提供数据承载，而单小区的广播/多播业务数据则在SCH信道上承载。MBMS通过次公共控制物理信道或专用物理下行信道发送MBMS业务，而E-MBMS通过高速物理下行共享信道来发送MBMS业务，由于高速物理下行共享信道支持全小区的广播功能，因此在E-MBMS中不存在PTP的无线承载方式。同时在E-MBMS中采用了分层调制的技术，即对MBMS业务的不同部分采用不同的调制方式。

6、结束语

本文对基于TD-MBMS技术和发展进行介绍分析，TD-MBMS是基于原TD-SCDMA网络的进行改动和升级，特别是终端方面，最大限度的继承了已有的3GPP标准。特别是基于LTE的E-MBMS，将满足日益增长的移动数据业务的需求，也必将是Wimax等下一代移动通信技术相抗衡的关键技术。