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基于TD-SCDMA的MBMS技术的研究

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0引言

多媒体广播业务(MBMS)是3GPP组织提出的基于UMTS(通过移动通信系统)的手机电视技术方案,目的是为WCDMA和TD-SCDMA网络提供更有效的方式,以便将多媒体信息以组播或广播方式传送到各个UMTS终端。从2004年来许多运营商都推出了这种业务,随着时间的推移和2008年北京奥运会的临近,国内的TD-SCDMA手机研发公司(如重邮信科)从2006年开始制定基于现有的TD-SCDMA系统的多媒体广播业务(TD-MBMS)的总体技术方案。

手持电视技术主要分为3类:分别源于地面数字广播技术、卫星传输技术和移动网络技术。第一类技术以欧洲的DVB-H、韩国的T-DMB、日本的ISDB-T、美国的MediaFlo和中国的CMMB为代表,实现上以地面广播网络为基础,与移动网络松耦合或相对独立组网;第二类技术以韩国、日本以及欧洲一些国家采用的S-DMB为代表,实现上以卫星传送为基础,辅以地面广播网络,与移动网络结合或相对独立组网;第三类技术以3GPP的MBMS和3GPP2的BCMCS为代表,实现上以移动网络为基础,不能相对于移动网络独立组网。

手机电视业务的高带宽、突发多用户的需求,与移动网本身带宽和容量资源严重不足形成难以解决的矛盾。因此,点对点方式提供手机电视的大规模商用服务并不可行,而采用广播方式的手机电视技术将是该业务发展的必然趋势。 1基于TD-SCDMA的MBMS技术的介绍

1.1 MBMS总体架构

MBMS(multimedia broadcast multicast serv-ice)是3GPP R6开始定义的多媒体广播组播功能。MBMS提供2种方式:广播方式和组播方式。MBMS不仅能实现纯文本低速率的消息类组播和广播,而且还能实现高速多媒体业务的组播和广播。

组播和广播业务MBMS基于WCDMA/GSM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SG-SN、GGSN、RNC和UE等增加MBMS功能,并定义了新的逻辑共享信道来实现空口资源共享。如图1所示,对原有网络主要改动是:增加BM-SC网元,对现有分组域相关网元进行功能升级,以支持MBMS特有接口功能(如Gmb)、特有信道(如MICH、MTCH/MCCH/MSCH)、特有物理层过程(FACH信道选择性合并、PTM与PTP切换)和特有业务流程(如订阅),这里唯一新增的接口是Gmb接口。


 

1.2 MBMS的技术优势

3GPP在R6版本中定义的MBMS是指无线网络中一个数据源向多个用户发送数据的点到多点(p-t-m)业务,在不改变网络结构的基础上实现网络资源共享。除了移动核心网和接入网资源,MBMS还可以共享更为紧张的空中接口资源,以提高无线资源的利用率。MBMS的优势在于不仅能实现纯文本低速率的消患类组播和广播,还能实现高速率多媒体数据业务的组播和广播,从而弥补IP组播技术不能使多个移动用户共享移动司络资源的不足。

在终端方面,MBMS仍然最大限度地继承了已有的3GPP标准,在终端耗电、存储、多媒体处理、显示等技术得到改善的同时,仅仅是原有基带处理功能的增强。因此,承载宽带多媒体业务的MBMS终端与现有终端保持了很好的统一性。

在带宽方面,MBMS最大可以使用256 Kbit/s的速率进行下载和流媒体的传送。在互动方面,MBMS本身没有定义特别的上行信道,但可以利用已有上行控制信道进行业务订阅、业务加入等业务控制流程,同时利用上行业务信道实现与下行广播/组播配合的一些交互类业务。

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动态SFN方法是对原来的静态SFN方法的一种进步,因为原来的静态SFN是将提供MBMS业务区域范同内的所有小区固定为SFN区域,虽然方法简单但是对于紧张的无线网络资源来说是一个很大的弊端。动态SFN先以当前时刻提供MBMS业务的小区以及与他们相邻近的小区定为初始小区,然后根据用户终端移动过程的需求来向上级发出请求,动态的改变SFN区域范围,虽然流程更加复杂,但是空闲出来的那些小区的无线网络就被闲置出来,可以用于其他业务,这是非常可取的方法。在动态SFN方法中有一种基于简单选择方案的方法,是将所有与有MBMSUE接入的小区相邻的小区全部归入final area中,而现在出于提高网络资源利用率的目的,根据网络拓扑结构和MCE的能力和可靠性,又有一种动态SFN的改进方法,就是只将与两个有MBMSUE接入的小区都相毗邻的小区划分到final area中去,而那些只与一个有MBMSUE接入的小区都相毗邻的小区排除在外。

2.2.2单频网(SFN)技术的发展和改进

单频网的优势之处是显而易见的,但是也有一定的局限性,TD-SCDMA是时分双工(TDD)系统,上下行链路占用相同频率,而MBMS典型业务是下行广播,显然在TD-SCDMA中用一个单独频点组一个单频网并不合适,会面临频谱资源和基站成本的问题;可能造成MBMS频点的时隙(下行)和非MBMS频点的相同时隙(上行)间的较强干扰。另外,单独频点也不利于与N频点系统进行资源规划和共用接收机。因此,在TD-MBMS中引入了基于SFN的同时隙网(union time-slot net-work,UTN)技术,UTN网络提高了对手机接收机所容忍多径延迟的要求。

TD-SCDMA是3G标准越来越重要的组成部分。目前TD系统采用N频点组网方式,一个小区有1个主频点和(N-1)个辅频点资源。通常N=3,即5 MHz同频组网,见图3。
 

N频点系统,每帧中只有主频点以广播方式发送TS0(时隙0),而辅频点则不发送该时隙。主频点通常要在相邻小区间进行频率规划,尽量避免邻区间的主频点相同。

图4给出了N频点和UTN联合组网示意图。下行时隙可被配置为UTN或N频点时隙;小区中不同频点问UTN占用时隙可以相同或不同;但相邻小区相同频点的UTN时隙分配是相同的。UTN时隙用来发送MBMS广播业务,在该时隙上,参与广播的多个基站发送相同的信号,因此,UTN实际上是一种SFN网络。


UTN时隙使用公共的Midamble码、扰码,亦即本小区和邻小区的这些参数是相同的;在邻区之间,该时隙所发射的数据也是由相同数据经过相同的处理而形成。而其他的N频点时隙,则采用本小区特定的Midamble码和扰码。TS6(时隙6)通常不用作UTN时隙,否则,当手机在辅频点接收MBMS业务时,由于射频器件的限制,可能没有足够的时间切换到主频点的TS0。

事实上,可将UTN时隙视为一个与N频点网络时分复用的独立的SFN无线网络。UTN可以进行区域化组网。相同的UTN时隙在不同的地域可以组成不同的UTN网络,但不同UTN网络之间应该是地域隔离的。典型的场景是不同城市使用不同的UTN网络播放各自的电视频道。可以对N频点系统的UTN频点和时隙资源进行灵活的配置,例如将更多的下行时隙分配给UTN;各频点上的UTN时隙数目不同,以适应不同速率的业务等。

3结论

在未来移动通信中,MBMS仍然是增加运营收的主要应用业务之一。LTE着重考虑的方面主要包括降低时延、提高用户的数据率、增大系统容量和覆盖范围以及降低运营成本等。SFN和UTN组网相结合的方式的灵活性和高效性是显而易见的。MBMS技术可极大地提高网络资源利用率,尤其是宝贵的空口资源,可实现多种丰富的视频、音频和多媒体应用业务,为3G的发展提供更为广阔的空间。

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在容最方面,MBMS提供点到多点传送多媒体的发送机制,资源消耗与用户数的增长无关,从而为节省3G网络非常紧张的空口资源和Iub口传输资源、规避移动网络容量劣势寻找到了根本解决途径。用户数越多,MBMS在容量和成本方面的优势发挥就越明显;在组播用户数少或者没有组播业务用户的时候,网络可以灵活地为用户分配专用信道或者关闭组播业务信道,这些移动网络特有的高效资源管理技术更让MBMS在容量方面锦上添花。

2 基于TD-SCDMA的MBMS技术在物理层上的最主要发展

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