TD-MBMS技術及演進

0、概述

3GPP中定義的MBMS技術分為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)議以及相關業(yè)務流程完全一致，只在物理層上稍有區(qū)別。FDD MBMS技術在3GPP R6版本中已經(jīng)基本完成標準化工作，TDD MBMS技術在3GPP R7版本繼續(xù)研究。TD-MBMS采用現(xiàn)TD-SCDMA系統(tǒng)幀結構，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方式。

1、TD-MBMS技術特點

1.1　宏分集技術

TDD系統(tǒng)中，基站要求完全同步，這恰恰是MBMS點對多技術的優(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，并且終端能夠將這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技術

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)務服務質量，為了提高小區(qū)的MBMS業(yè)務服務質量，考慮對多個小區(qū)的發(fā)送端引入不同的隨機相位旋轉，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[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將傳輸流轉發(fā)給3G核心網(wǎng)，通過Iu轉發(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MAC-c/sh/m的架構和功能模塊

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，針對UTRAN的結構做相對修改，做相應的增加。圖3是UE側MAC層相對應的功能結構。

圖3　UE側的MAC-c/sh/m架構功能模塊

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。