TD-MBMS移动多媒体广播解决方案
2007-11-21
作者：赛迪网
一、背景
随着社会的进步和技术的发展，用户希望通过移动网络随时随地使用多媒体业务的需求日益明显。目前的移动蜂窝网络通常提供的是点对点单播模式的多媒体业务，这种方式的资源利用率低、成本高、资费昂贵，不利于业务的推广；而点对多点的多播业务目前只能开展文本格式的短消息服务，不能满足音视频和数据等多样化服务的需求。
3GPP在R6版本中引入了多媒体广播组播业务功能——MBMS，其目的是为了支持广播业务" title="广播业务">广播业务，在同一时间为了多用户提供高速数据业务。MBMS是FDD和TDD共有的特性，在高层协议和业务流程方面是统一的。为了更有效的TD-SCDMA" title="TD-SCDMA">TD-SCDMA上开展多媒体广播业务（简称TD-MBMS" title="TD-MBMS">TD-MBMS），在物理层引入了创新的增强技术，并体现在R7及其演进版本中。大唐电信科技产业集团旗下核心企业之一的大唐移动积极推动TD-MBMS技术研究和标准化，鼎力提供TD-MBMS全面解决方案。
二、TD-MBMS标准化情况
1、国际标准化进展
2007年3月，中国公司联名在爱沙尼亚3GPPRAN35次全会上，提交了LCRTDDMBMS物理层增强的WI立项申请，立项通过；随后在马耳他RAN1＃48 bis会议上和RAN1～RAN4小组日本会议上，中国公司一共提交了40多篇LCRMBMS增强WI相关文稿，全部通过；5月在韩国 3GPPRAN36次全会上完成LCRMBMS增强WI项目并正式发布。
至此，在TD-SCDMA的R7版本中，成功地在混合载波和单独载波MBMS中引入SFN宏分集、联合检测" title="联合检测">联合检测、相位偏转、接收分集和高阶调制等物理层增强技术，为LCRTDDMBMS的长期演进打下了良好的基础。
2、国内标准化进展
在国内标准化进程上，2007年2月，信息产业部召开TD-SCDMA手机电视启动会议，并成立TD-SCDMA多媒体广播业务方案起草组。4月在CCSATC5第12次全会WG9会议上，递交了“TD-SCDMAMBMS总体技术要求”制修订通信技术标准项目建议书。6月在TC5WG913次会议上，TD-MBMS总体方案讨论稿通过，转为送审稿。8月在TC5WG915次会议上通过了TD-MBMS总体技术要求的送审稿。
目前，面向奥运需求的第一版本TD-MBMS已经基本完成，在这个版本中引入了UTN同时隙" title="时隙">时隙网技术。为了推动TD-MBMS的后续发展CCSA正积极推进TD-MBMS的第二版前期准备工作。
三、TD-MBMS总体方案
TD-MBMS的实现方式是基于TD-SCDMA分组网，通过增加一些新的功能实体，如广播组播业务中心BM-SC，对已有的分组域功能实体如SGSN、GGSN、RNC和UE等增加TD-MBMS功能，并定义了新的逻辑信道(MTCH/MCCH等)来实现空口资源共享。
TD-MBMS网络总体架构见图1。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。
图1：TD-MBMS系统架构
其中，BM-SC作为新增的网元提供了内容管理、用户管理、计费、安全以及内容下发等业务功能；SGSN提供对用户进行网络控制、支持TD- MBMS接收者在SGSN间的移动以及根据GGSN发送的通知建立或释放Iu、Gn承载等承载功能；GGSN作为TD-MBMS数据的IP组播业务节点，根据BM-SC的通知请求为广播建立或释放用户面承载；从BM-SC或其它数据源接收IP组播内容，并通过GTP隧道路由；以及消息通知、计费数据采集、业务QoS协商。
四、TD-MBMS关键技术
1、宏分集技术
在TD-MBMS系统中支持两种宏分集方案。方案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；方案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。
UTN宏分集
在传输广播业务的时隙采用单频网配置的情况下，多个相邻的小区采用统一的扰码（包括Midamble码），就可以保证各个小区发射的信号完全相同，UE只需将多个小区发射的信号当成多径处理，可以非常简单地实现UTN宏分集。
在这种情况下，当在多个小区中传输广播业务时，RNC为多个小区统一分配广播业务资源，并指定该广播业务使用的扰码和midamble码，通过信令告知各NodeB和UE；各小区使用这些特定码来形成广播业务突发，并在相同的时频资源上进行传输；UE在相应资源位置接收到多个小区同时传输的相同突发，之后采用指定的midamble码进行信道估计，以及指定的扰码对数据进行解扰，就可解出所要的广播业务数据。
联合检测的宏分集
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。TD-MBMS系统根据广播业务的特点：各小区发送的数据相同，而不是像其他干扰一样完全无用。联合检测的宏分集技术充分利用这一特点，通过RNC统一控制，保证相邻基站在相同的时间发送相同的广播数据，终端在接收信号的时候，可以采用宏分集的联合检测算法，将邻小区信号作为有用信号而不是干扰，通过物理层合并的方式，大大改善了接收可靠性。
宏分集的联合检测算法根据对各同频相邻小区的测量，选取进行宏分集合并的相邻小区；获取本小区及选取的相邻小区的广播/组播信号，并对其进行多小区信道估计，得到本小区及所述相邻小区的信道响应结果；根据各小区的信道响应结果分别计算各小区的传输矩阵并合并，利用合并后传输矩阵进行联合检测，获得检测数据。或者先对计算后得到的各小区的传输矩阵分别进行联合检测，然后对检测的结果进行分集合并，获得检测数据。利用这种算法，可以大大提高同频广播业务的接收性能。
2、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深衰落现象，会使得功率叠加增益降低。
图2.微小区同步MBMS无线信号的接收效果
因此，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分别引入不同的随机相位旋转，改善信道特性，使得产生深衰落的地理位置随机变化，避免了某些地理位置上的用户始终出于深衰落状态。（图3）。
图3.微小区人为改变信道特性后无线信号接收效果
由于人为改变信道特性仅仅是针对基站设备的更改，对终端设备无任何影响。
3、支持灵活的配置
支持灵活的广播区域配置
可以针对时隙配置不同大小的广播区域，比如足球赛开战之前在足球赛场及周边区域广播本次比赛双方队员的介绍、历史战绩等，运营商可以在这片区域内选取某个频点上的某个时隙组成一个UTN网络，来传输这个业务。
支持灵活的资源配置
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。
4、Iub口传输共享
在以前的产品中，同一个NodeB中的不同小区，即使传送相同的MBMS业务也需要建立和使用不同的传输承载，这对Iub的资源造成很大的浪费。通过对现有系统的Iub接口进行升级，在同一个NodeB下的多个小区同时传输相同MBMS业务的情况下，可以实现FACH信道承载共享，这样可以大大节省 Iub接口的传输资源。
五、TD-MBMS业务组网方案
TD-MBMS基于现有系统进行平滑升级，对现有系统的网络覆盖不产生影响。
根据MBMS业务的特性，由运营商确定业务的广播区域，通过配置系统资源，可以全网采用UTN进行组网，见图4；也可以在区域地区采用UTN组网，见图5。6所示为同一频率的UTN网络，在不同地域（非相邻地域），此频率可以进行重用，组成另外一个区域化的UTN网络。
图4：全网UTN组网
图5：区域化UTN组网
图6：区域化UTN组网的频率资源重用
六、展望
在3GPPRAN35次全会上，中国公司联合提交了LCRTDDMBMS物理层增强的workitem立项申请，主要是引入了SFN的传输方式、并提出专用载波的概念，同时推出了联合检测的应用场景。
该WorkItem主要包含两种模式：混合载波模式和专用载波模式。混合载波模式和本文介绍的TD-MBMS系统基本相同，采用现有载波中的一个或多个时隙实现SFN传输（多个小区在该时隙上使用相同的扰码和midamble码）。
为满足系统传输效率和大区覆盖的需求，提出采用专门的载波用于承载MBMS业务，终端使用双接收机进行接收，该专用载波采用全下行发射，并且对时隙结构进行优化，大大提高了传输效率，并且可以支持大区覆盖。目前该方案设计已经基本完成，并以大唐移动为主正在3GPP进行标准化推动工作。