TD-SCDMA無線接入網(wǎng)MBMS關(guān)鍵技術(shù)的研究

1、TD-SCDMA無線接入網(wǎng)MBMS關(guān)鍵技術(shù)的研究張晶，李平安武漢理工大學信息工程學院，武漢 (430070)E-mail：摘 要：多媒體廣播業(yè)務是3G上極有發(fā)展?jié)摿Φ囊豁椥聵I(yè)務。本文主要介紹了第三代移動 通信系統(tǒng)TD-SCDMA的MBMS技術(shù)，描述了TD-MBMS系統(tǒng)的架構(gòu)和基本業(yè)務能力，說明了TD-MBMS系統(tǒng)不同的組網(wǎng)方式，具體分析了TD-MBMS系統(tǒng)無線接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的原理和特點， 最后展望了TD-MBMS技術(shù)的發(fā)展趨勢和演進模式。關(guān)鍵詞：TD-SCDMA，多媒體廣播業(yè)務，系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)，無線接入網(wǎng)，MBMS關(guān)鍵技術(shù) 中圖分類號：TN929.51引言MBMS (Multimedia Bro

2、adcast Multicast Services) 多媒體廣播業(yè)務目前被業(yè)界看作是在3G上非常有應用前景的一項業(yè)務。MBMS的實現(xiàn)是指移動終端用戶在具有操作系統(tǒng)和視頻功能的智能移動終端上以頻道或信道的形式接收廣播形式的數(shù)字音視頻內(nèi)容（例如電視等）。這種業(yè)務作為一種新興的多媒體業(yè)務引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，其主要的實現(xiàn)方式有以下兩種：(1) 利用廣播網(wǎng)絡的廣播方式。在國際上主要有DVB-H、T-DMB、MEDIA-FLOW、在國內(nèi)有TMMB及CMMB。利用廣播方式的主要缺點是缺少頻率資源，難以提供室內(nèi)覆蓋，與手機的結(jié)合不夠緊密，缺少提供增值服務的技術(shù)手段等。(2) 利用移動網(wǎng)絡的廣播方式。目前主要

3、有基于移動通信系統(tǒng)蜂窩網(wǎng)的MBMS（多媒體廣播和組播技術(shù)）標準。由于基于Rel6 MBMS頻譜效率較低，以及業(yè)務流程和接入網(wǎng)的實現(xiàn)復雜度都較高，已經(jīng)不能滿足市場的需求1。為了在基于現(xiàn)有的TD-SCDMA系統(tǒng)上快速高效地實現(xiàn)多媒體廣播業(yè)務，3G標準之一的TD-SCDMA制定和采用了TD-MBMS系統(tǒng)，它是一種建立在TD-SCDMA系統(tǒng)平臺之上，實現(xiàn)多媒體廣播業(yè)務端到端的解決方案。主要思想就是基于現(xiàn)有的TD-SCDMA系統(tǒng)，在不影響原有系統(tǒng)的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的前提下，為多媒體廣播提供一個較高速率的傳輸通道。系統(tǒng)的初期定位是開發(fā)一種低成本、低風險、并能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署的多媒體廣播平臺，同時便于實現(xiàn)TD-

4、MBMS系統(tǒng)擴容、業(yè)務的擴展和以及向3GPP LTE MBMS演進。本文主要對TD-SCDMA的無線接入網(wǎng)MBMS關(guān)鍵技術(shù)做了具體分析，并簡要提出TD-SCDMA無線接入網(wǎng)MBMS技術(shù)未來的演進趨勢,希望給相關(guān)研究人員提供參考。2TD-MBMS系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)2.1 MBMS系統(tǒng)架構(gòu)和基本業(yè)務功能TD-MBMS不僅能實現(xiàn)純文本低速率的消息類組播和廣播，而且還能實現(xiàn)高速多媒體業(yè)務的廣播和區(qū)域廣播，其實現(xiàn)方式是基于TD-SCDMA/WCDMA分組網(wǎng)，通過增加一些新的功能實體，如廣播組播業(yè)務中心BM-SC，對已有的分組域功能實體如SGSN、GGSN、RNC和UE等增加TD-MBMS功能，并定義了新的邏輯

5、共享信道來實現(xiàn)空口資源共享。TD多媒體廣播業(yè)務的網(wǎng)絡模型見圖1，與UMTS的MBMS模型一致。內(nèi)容提供商提供廣播電視內(nèi)容，經(jīng)過BM-SC將傳輸流轉(zhuǎn)發(fā)給3G核心網(wǎng)CN，并進一步轉(zhuǎn)發(fā)給UTRAN，通過Uu口發(fā)送給UE2。其中廣播組播業(yè)務中心BM-SC為新增的移動網(wǎng)功能實體，它是內(nèi)容提供者的入口，用- 1 - 于授權(quán)和在移動網(wǎng)中發(fā)起MBMS承載業(yè)務，并按照預定時間調(diào)度傳送MBMS內(nèi)容。其功能包括：(1) 對第三方內(nèi)容提供商鑒權(quán)、授權(quán)和計費。(2) 提供MBMS傳輸相關(guān)參數(shù)，如QoS、組播廣播區(qū)域，發(fā)起和終止MBMS傳輸資源。(3) 從外部數(shù)據(jù)源接收并傳送MBMS內(nèi)容，安排MBMS會話傳送并告知用戶，

6、會話重傳等。(4) 業(yè)務聲明，包括媒體描述、會話描述如組播業(yè)務標識、地址、傳送時間等。對已有的分組網(wǎng)功能實體GGSN、SGSN、RNC/BSC和UE，也需要增加TD-MBMS相關(guān)功能和過程。圖 1 TD-MBMS系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)示意圖2.2 TD-MBMS系統(tǒng)組網(wǎng)方式TD-SCDMA中MBMS組網(wǎng)方式采用的是UTN（同時隙網(wǎng)）技術(shù)，要所有相鄰基站同步發(fā)射相同的無線信號。參見圖2，在UTN模式下，UE可以將來自于不同基站的信號視為多徑信號。UTN大大提高了頻譜利用率。這里主要討論同一頻率下的同時隙組網(wǎng)方式。圖 2 UTN示意圖一般可以全網(wǎng)采用UTN進行組網(wǎng)，也可以在區(qū)域地區(qū)采用UTN組網(wǎng)，若采用同一

7、頻率的UTN網(wǎng)絡，在不同地域（非相鄰地域），此頻率可以進行重用，組成另外一個區(qū)域化的UTN網(wǎng)絡。在TS-SCDMA現(xiàn)有的N頻點系統(tǒng)中，UTN模式可以與N頻點模式進行時分復用或頻分復用3。通常采用N頻點+UTN時分復用組網(wǎng)方式，圖3為“N頻點（5MHz同頻）UTN時分復用”聯(lián)合組網(wǎng)方式的示意圖。- 2 -圖 3 UTN與N頻點網(wǎng)時分復用1個頻點的1個UTN時隙可提供128192kbps數(shù)據(jù)率。UTN模式占用的時隙和頻點可靈活分配，可以配置更多的頻點或時隙。如果某個頻點的某個時隙分配給TD-MBMS業(yè)務，則該時隙資源不再分配給其它業(yè)務。對原有系統(tǒng)的語音業(yè)務和HSDPA業(yè)務的資源配置會有所影響。網(wǎng)絡

8、配置要求上，MBMS點對多點控制信道(MCCH)的周期建議配成尋呼周期的整數(shù)倍，以減少UE被喚醒的次數(shù)，RACH信道所在的時隙與MBMS時隙在異頻情況需隔一個時隙，并且非映射MBMS點對多點業(yè)務信道(MTCH)的SCCPCH建議配置在主載波TS0時隙。3TD-MBMS系統(tǒng)無線接入網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)分析3.1 物理層技術(shù)3.1.1 宏分集合并TD-MBMS采用現(xiàn)有的TD-SCDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)，信道的復接、編碼、調(diào)制、交織和打孔遵循原有的規(guī)范。MBMS時隙采用QPSK調(diào)制、Turbo編碼，MBMS時隙的物理層速率在128192kbps。在TD-MBMS系統(tǒng)組網(wǎng)方式中，TD-SCDMA提出兩種方案。方案

9、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；方案二是對于內(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4。這兩種不同的組網(wǎng)方式，將要求UE支持兩種不同的分集合并技術(shù)：(1)方案一采用UTN宏分集在傳輸廣播業(yè)務的時隙采用單頻網(wǎng)配置的情況下，多個相鄰的小區(qū)采用統(tǒng)一的擾碼（包括Midamble碼），就可以保證各個小區(qū)發(fā)射的信號完全相同，UE只需將多個小區(qū)發(fā)射的信號當成多徑處理，可以非常簡單地實現(xiàn)UTN宏分集。(2)方案二采用聯(lián)合檢測的宏分集在傳輸廣播業(yè)務的時隙采用現(xiàn)有的同頻網(wǎng)

10、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。TD-MBMS系統(tǒng)根據(jù)廣播業(yè)務的特點：各小區(qū)發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，而不是像其他干擾一樣完全無用。聯(lián)合檢測的宏分集技術(shù)充分利用這一特點，通過RNC統(tǒng)一控制，保證相鄰基站在相同的時間發(fā)送相同的廣播數(shù)據(jù)，終端在接收信號的時候，可以采用宏分集的聯(lián)合檢測算法，將鄰小區(qū)信號作為有用信號而不是干擾，通過物理層合并的方式，大大改善了接收可靠性。3.1.2 UE移動性的支持當UE由于移動或從業(yè)務范圍外返回到業(yè)務范圍內(nèi)而重選小區(qū)時，如果UE感興趣的MBMS業(yè)務在選定的小區(qū)內(nèi)可用，為了接收該業(yè)務，UE應獲取MCCH信息。無論何時UE在MBMS小區(qū)間移動

11、，同時不間斷的接收業(yè)務，UE應在新小區(qū)中接收MCCH信息，并且其中要包括一個MBMS小區(qū)組標識。- 3 -3.1.3 UE業(yè)務并發(fā)的支持接收多媒體業(yè)務時，UE應正常監(jiān)聽PICH信道和PCH信道、接收廣播消息、按網(wǎng)絡配置進行測量、小區(qū)重選、位置更新和注冊。系統(tǒng)要保證在進行MBMS業(yè)務傳輸?shù)耐瑫r，把信令過程盡量與MBMS時隙在異頻情況下隔一個時隙或配置在同一載頻上。如果系統(tǒng)難以做到，則應把信令過程配置在FACH信道上，以保證與MBMS業(yè)務的并發(fā)。3.2 三種信道的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系3.2.1 邏輯信道TD-MBMS系統(tǒng)中對于引入的MBMS點對多點控制信道(MCCH)和MBMS點對多點業(yè)務信道(MTCH)是

12、必須支持的，對于引入的MICH和MSCH為可選信道，并且針對目前的TD-MBMS技術(shù)方案中，空中接口上只考慮p-t-m的發(fā)送方式。對于MBMS點對多點控制信道MCCH，在RRC連接模式或空閑模式下，MCCH用于在網(wǎng)絡和UE 之間傳送p-t-m下行的控制面信息5。MCCH上的控制面信息是MBMS特有的，發(fā)送到存在激活的（或用戶加入的）MBMS業(yè)務的小區(qū)的UE中。在CELL_FACH狀態(tài)下，MCCH可以在UEs 的承載DCCH的S-CCPCH上傳送，或在單獨的S-CCPCH，或與MTCH相同的S-CCPCH上傳送。MCCH映射到系統(tǒng)消息SIB5所指示的S-CCPCH承載的一個特定的FACH上。如果

13、MCCH是僅有的一個映射在FACH上的邏輯信道，缺省的TCTF域需要明確告知，此時需要明確告知“TCTF不存在”。否則，TCTF域用于MAC頭來區(qū)分MCCH邏輯信道類型。在TD無線接入網(wǎng)中，一般對于空閑模式和URA_PCH/CELL_PCH狀態(tài)下的UE來說，接收尋呼的優(yōu)先級比接收MCCH的優(yōu)先級高。對于MBMS點對多點業(yè)務信道MTCH，在RRC連接或空閑模式下，MTCH邏輯信道是用來在網(wǎng)絡和UEs之間傳輸用戶面p-t-m的下行信息5。在MTCH上的用戶面信息是MBMS業(yè)務特有的，發(fā)送到存在激活MBMS業(yè)務的小區(qū)的UE。MTCH總是映射在MCCH上指示的S-CCPCH的一個特定的FACH上并且在

14、MCCH上標示。通常由信道映射關(guān)系可知，MTCH映射到FACH上。TD-MBMS系統(tǒng)中每個小區(qū)利用一個下行時隙用于MBMS業(yè)務的傳輸，包括多個MBMS業(yè)務，通過時分方式復用在一個時隙的物理資源上。具體的傳輸周期也可以通過配置改變。3.2.2 傳輸信道和物理信道在TD-MBMS無線接入網(wǎng)中對于MTCH和MCCH，對應的傳輸信道是FACH。對于承載MTCH和MCCH的FACH，對應的物理信道是SCCPCH。3.2.3 信道間映射關(guān)系對于邏輯信道和傳輸信道的映射關(guān)系，MCCH可以映射在FACH上，MTCH可以映射在FACH上，但這里的映射只在下行適用，具體在UTRAN端的映射關(guān)系分別示于圖4。實際中

15、TD-MBMS系統(tǒng)為了實現(xiàn)上的簡單，MCCH和MTCH不復用到一個FACH傳輸信道上。- 4 -MCCH-MTCH-SAP SAPMAC SAPsFACHTransportChannel圖 4 UTRAN端，邏輯信道和傳輸信道的映射3.3 無線資源控制RRCTD-MBMS系統(tǒng)信息配置過程具體為RNC首先通過系統(tǒng)消息廣播SIB5，把MBMS業(yè)務相關(guān)的信道的配置信息廣播給UE。一個小區(qū)只能最多有一條MCCH，同MTCH一樣，MCCH也映射到FACH上，并最終由S-CCPCH承載。承載的S-CCPCH可以是一個僅用于MBMS業(yè)務的獨立SCCPCH，也可以是一個既用于MBMS業(yè)務又用于非MBMS業(yè)務的

16、傳統(tǒng)SCCPCH。其中廣播信息包括：(1)承載MBMS的SCCPCH配置信息。(2) 承載MBMS的FACH配置信息，包括MCCH、MTCH、MSCH。(3) MCCH配置信息，包括修改周期、重復周期、接入信息周期、RLC配置信息。(4) MICH配置信息。對上述內(nèi)容UE根據(jù)廣播信息，獲取MBMS業(yè)務的相關(guān)配置信息，接收MCCH信道信息，并且MCCH信道配置為必選配置，對于MTCH、MSCH、MICH的配置信息可選。RNC這邊需要根據(jù)CN核心網(wǎng)下發(fā)的MBMS RAB指派，為MBMS業(yè)務分配建立無線資源承載，MBMS業(yè)務采用點對多點的傳輸模式，無線承載包括用戶面RLC、PDCP、MAC-m實體的

17、創(chuàng)建，傳輸信道FACH的傳輸格式配置、物理信道SCCPCH資源的分配，并把相關(guān)配置信息通過MCCH通知UE。UE根據(jù)MCCH信道指示的公共RB配置、當前小區(qū)的RB配置、鄰接小區(qū)的RB配置，建立RB，接收MBMS業(yè)務內(nèi)容。當會話結(jié)束時，RNC需要進行p-t-m RB資源的釋放，并更新MCCH信道信息。3.4 TD-SCDMA無線接入網(wǎng)UTRAN信令流程會話開始的信令流程中，從核心網(wǎng)CN接收到會話開始指令后，UTRAN發(fā)起會話開始過程給UE分配無線資源以接收MBMS業(yè)務。UTRAN選擇p-t-m RB建立過程時，其基本步驟為：(1) UTRAN配置MTCH和更新MCCH的以下信息：業(yè)務標識、會話標

18、識(如果從核心網(wǎng)CN收到)以及有關(guān)MBMS業(yè)務的p-t-m RB信息。(2)UE通過監(jiān)聽MCCH上傳輸?shù)腗BMS Modified Services Information 獲得將要傳輸?shù)臉I(yè)務的標識，并決定是否接收MCCH。(3) 如果因存在同時進行的其他行為而導致UE而不能接收會話的MTCH，UE將通知用戶，這可以讓用戶兩者之間進行選擇。(4) 一旦收到包括相關(guān)MBMS業(yè)務的p-t-m RB 信息的MBMS SERVICE INFORMATION和MBMS RB INFORMATION，UE開始接收p-t-m RB。而對于會話結(jié)束的信令流程，UTRAN利用會話結(jié)束過程通知UE有關(guān)MTCH的結(jié)

19、束是會話的終止，而不只是一個空閑期。該過程的作用是減少UE的功率消耗。UTRAN提供p-t-m- 5 - 業(yè)務時，其基本步驟為：(1) UTRAN發(fā)送包括業(yè)務標識和無線承載釋放指令信息在內(nèi)的MBMS CHANGE INFORMATION和MBMS RADIO BEARER INFORMATION。UTRAN更新MCCH 以通知隨后加入或進入本小區(qū)的UE。(2) 在空閑模式的UE和URA_PCH、CELL_PCH、CELL_FACH狀態(tài)下接收p-t-m模式傳輸?shù)腗BMS業(yè)務的UE在每個修改周期的開始讀取MBMS CHANGE INFORMATION。如果在MBMS CHANGE INFORMAT

20、ION中指明了激活MBMS業(yè)務的業(yè)務標識，UE繼續(xù)讀取MCCH信息的其余部分。(3) 收到上述信息后，UE停止接收MTCH。4. 總結(jié)及展望本文在介紹TD-SCDMA MBMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)和基本業(yè)務能力的基礎上，重點分析了TD無線接入網(wǎng)中MBMS關(guān)鍵技術(shù)?？梢钥吹組BMS技術(shù)能夠提高TD系統(tǒng)的性能，一般下行傳輸速率可達到128kbps以上，頻譜利用率可以達到0.6bit/s/HZ以上。同時TD-MBMS業(yè)務的使用不會影響對原有業(yè)務的接收和發(fā)起，能夠?qū)崿F(xiàn)面向廣播和區(qū)域廣播業(yè)務，并具有較好的可擴展性、繼承性和可移值性。TD-MBMS技術(shù)未來的發(fā)展趨勢和演進模式可以從兩個方面考慮。一是標準路線方面

21、，二是系統(tǒng)擴容方面。標準路線的演進上，TD-MBMS系統(tǒng)最大程度上沿用3GPP已有的標準和技術(shù)，在不額外增加系統(tǒng)設計的復雜性的前提下，盡量采納R7 MBMS和E-MBMS的思想。在這種思路下設計的TD-MBMS系統(tǒng)為將來向R7 MBMS或是E-MBMS的平滑演進打下了良好的基礎。簡單的演進路線可以為演進成R7 MBMS即如果CN支持MBMS組播功能，RNC和終端只需進行軟件升級，系統(tǒng)即可支持MBMS組播業(yè)務6。系統(tǒng)擴容的演進上，考慮到降低研發(fā)成本和運營風險，TD-MBMS系統(tǒng)在初期的開發(fā)和實現(xiàn)只考慮采用一個時隙資源用于MBMS業(yè)務。將來隨著系統(tǒng)的成功商用，運營商或是用戶對MBMS業(yè)務在數(shù)量和質(zhì)

22、量上需求的提高，TD-MBMS系統(tǒng)未來可以向多時隙和單獨載波的方向擴容，從而更大的MBMS技術(shù)必將在未來的移動通信系統(tǒng)中得到更加靈活地應提升TD-SCMA系統(tǒng)的性能4。用，并在第三代移動通信系統(tǒng)實用化領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。參考文獻1 王小旭手機電視技術(shù)發(fā)展及基于3G的應用討論J通信世界 2005第12期：41-42中國無線電，2007年第1期：45-48 2 陳鋒,彭木根,王文博，等基于MBMS的手機電視技術(shù)研究J3 彭木根,王文博TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)的增強和演進M北京：機械工業(yè)出版社, 20084 楊光TD-SCDMA網(wǎng)路的多媒體廣播技術(shù)MBMS淺談OLhttp:/www. tc/mgad.php?sublnk=currissue&inpissue=413, 2007電信網(wǎng)技術(shù)，2006年第10期：7-11 5 趙紹剛,董曉荔3G移動網(wǎng)絡中的組播與廣播J6 3GPP TR 25.813 v7.0.0: E-UTRA and