TD-MBMS终端设计方案介绍

　　手机电视被认为是3G时代有希望的多媒体业务之一，融合了多媒体、实时、交互等诸多媒体特征，终端轻巧可移动，用户可方便地获得服务。MBMS（Multimedia BroADCast Multicast Service）是3GPP R6开始定义的多媒体广播组播功能，可在移动通信系统中提供手机电视业务。

　　MBMS导致的主要改动是：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）。在物理层引入了单频网（Single Frequency Network，即SFN），若干基站同时在同一频率上发射相同的信号。使频谱效率提高，UE（用户设备）在SFN内移动时无需任何切换，大大减少了信令的开销。

　　TD-MBMS是TD-SCDMA的手机电视标准，并且已在CCSA和3GPP获得通过。TD-MBMS基于3GPP MBMS，并基于SFN，进一步引入了UTN（Union Time-slot Network，同时隙网）技术。

　　1 TD-MBMS简介

　　见图 1，在SFN环境中，来自于不同基站的信号可等价为多径信号。接收机无须区分信号是否来自于不同基站，复杂度大大降低。原本基站之间存在着同频干扰，而手机需要进行复杂计算消除干扰；但SFN中，由于多径信号丰富，反而使接收性能大大提高，进而提高了频谱利用率。

　　TD-SCDMA是时分双工（TDD）系统，上下行链路占用相同频率。TD-SCDMA中用单独频点组单频网并不合适，面临频谱资源问题；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。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中引入了同时隙网（UTN）。

　　图 1 SFN（单频网）示意图

　　图 2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；小区中不同频点间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。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。

　　图 2 TD-MBMS中N频点＋UTN组网

　　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。

　　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。

　　2 时延扩展对性能的影响

　　UTN网络提高了对手机接收机所容忍多径延迟的要求，参考文献[2]对此进行了研究。仿真显示，SFN情况下，接收机的接收窗宽度对接收性能影响显著。接收窗宽度越大，接收信干比越大。在相同接收机窗宽的情况下，小区半径越小，信干比大于给定门限的区域所占小区面积的比例就越大。

　　TD-SCMDA的帧结构和接收机均是针对16码片的时延扩展而设计的。参见参考文献[3]，仿真进一步显示，16码片（12.5微秒）的接收窗能够容忍SFN环境下的多径延迟扩展。尤其是在城区，小区半径小，基站密度大，障碍物密集，大大降低了落到16码片之外的延迟信号能量。

　　3 TD-MBMS终端设计方案

　　在TD-SCDMA建网初期的较长时间内，TD和GSM网络会互相覆盖、同时运行。因此TD-MBMS终端首先应该是一个TD-SCDMA/GSM双模终端，并进一步在其TD-SCDMA模式上支持TD-MBMS功能。

　　根据CCSA起草的规范，TD/GSM双模终端主要分为二种：双模单待自动和双模双待终端。前者任何时刻只工作在双模中的一种模式上，但能手动和自动在两个模式间转换；后者可以同时驻留在不同模式的小区上，在两种模式下同时收发。

　　图 3和图 4分别给出了支持TD-MBMS的两种双模终端的总体架构。在硬件上，TD-MBMS所带来的改变主要来自于对新引入的视频音频编码的支持。在TD-MBMS中，要求终端能够支持H.264视频编码格式。而3G的另一个主流业务－视频电话则可能采用H.263编解码。另外，为了在终端上实现多媒体功能，终端同时还要支持Mpeg4视频解码，Mp3以及其他音频编码格式。因此，T D-MBMS终端需要一个强大的移动多媒体平台，能够同时支持多种音视频进行编码和解码。目前，在市场上已经有这样的芯片可供选择。

　　另外，移动多媒体业务在广播时会采用更长的TTI（传输时间间隔），这对终端的设计内存也提出了更高的要求。

　　见图 3和图 4，CPU和负责TD-SCDMA模式的基带芯片，控制并接收TD-MBMS业务数据，并将其发送到移动多媒体平台芯片，对音视频数据进行解码，再通过媒体播放器进行播放。

　　图 3 TD/GSM双模单待自动终端实现架构

　　图 4 TD/GSM双模双待终端实现架构

　　接收TD-MBMS业务时，终端通常工作在空闲模式或FACH模式。规范中，对连接模式（DCH模式）下终端对手机电视业务的接收并没有强制要求。其原因不仅是在连接模式下接收MBMS业务对终端能力要求很高，也由于此应用场景并不及空闲模式下的场景广泛。

　　引入TD-MBMS，由于还是基于16码片的延迟窗设计，在物理层并未给UE带来很大改变。但在物理层的流程和状态控制方面、在协议栈方面和业务层方面，终端需要进行升级。

　　终端需支持接收MCCH、MTCH信道；能够根据MCCH上所广播的控制信息进一步获得业务的详细信息，并提供给用户，进而根据用户需求接收MTCH信道的数据。

　　在接收MTCH信道过程中，还要*PICH、PCH上的寻呼信息，正常进行小区选择、重选和更新，正常接收短信。

　　在业务层，终端须实现多媒体广播业务业务发现、订阅、取消功能；并支持多媒体广播业务安全功能，包括密钥的获取和更新，数据流的解密功能。

　　另外，终端还要为用户提供友善的用户界面和性能良好的多媒体播放器，使用户能顺利实现对业务的订阅、退订，以及控制业务的播放。尤其是播放器，因为移动多媒体数据接收的不稳定性，在实现时要考虑到更多的异常处理，就接收不可靠的前提下尽可能给用户呈现出流畅的主观感受，并要避免导致终端出现异常。

　　同时，随着业务推广的深入，终端还应在业务播放过程中，提供对交互电视业务的支持，例如在短信投票时，终端要提供良好的便利性。

　　在物理层的控制上，引入TD-MBMS后要对睡眠控制、状态控制的算法进行优化。另外，对下行同步的保持和自动增益控制（AGC）也需要改进设计。例如，由于多媒体数据流的波动性，可能出现在若干TTI内，MTCH信道上并没有数据，此时的下行同步保持则需要在设计时进行考虑。另一方面，BM-SC在数据分发时，也应该尽量避免这样的场景出现，以保证终端的接收性能。

　　4 TD-MBMS发展现状

　　TD-MBMS在2007年初开始进行标准化，到07年第3季度相关工作已经基本完成，并在第4季度全部完成，且已经引入到3GPP规范中。

　　相关的产业化进程在07年第3季度启动，目前以发展到系统厂家和终端厂家联合调试和测试的阶段。

　　在实现过程中，标准化时所未明确规范的细节技术问题，随着产业化的深入，被逐步发现提出，并在技术规范中得以澄清。

　　随着TD-SCDMA终端的稳定和成熟，必然能呈现给用户一个稳定的，受欢迎的手机电视业务，从而促进TD-SCDMA产业的发展。

　　4 结论

　　综上所述，可得以下结论：

　　(1) TD-MBMS是一种适合于现阶段TD-SCDMA通信系统的手机电视技术和标准。

　　(2) 终端可以在不进行较大设计改动，而只是算法优化和软件升级的前提下，实现对TD-MBMS的支持。

　　(3) 随着产业化的深入，TD-MBMS会逐渐完善并达到成熟，进而促进中国自主的移动通信产业的发展和壮大，同时为用户带来更引人入胜的3G业务。

  

参考文献:

[1]. SFN datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/SFN_2043395.html.
[2]. 12.5 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/12.5_2510485.html.