TD-MBMS技术及演进
时间：07-03
来源：中电网
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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[1]。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[2]
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]。
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[4]。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。
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[1]。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[2]
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]。
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[4]。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。