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實(shí)現(xiàn)的，空中接口的無線資源應(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，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)來說，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)通過智能天線進(jìn)行波束賦形來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Iu轉(zhuǎn)發(fā)給UTRAN，通過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(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。