解析TD-MBMS系统架构与关键技术

 

　　MBMS 是3GPP R6中定义的多媒体广播组播功能。MBMS标准工作于2002年启动，并预计在2005年9月冻结，实际网络实施预计在2007年。2008年前3G网络可以推广MBMS业务。MBMS对原有WCDMA网络主要的改动是：增加BM-SC网元，对现有PS域相关网元进行MBMS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）。

　　TD-MBMS的系统构架

　　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<SUP>[1]</SUP>.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。

　　TD-MBMS的实现方式如图1所示，主要是在原有TD-SCDMA/WCDMA分组域的基础上，增加新的功能实体（BM-SC,广播组播业务中心），通过这些新的功能实体，添加TD-MBMS的功能，并且定义新的逻辑共享信道来实现空口资源的共享。从图1的TD-MBMS的网络构架中，我们可以看到基本的业务流程：内容提供商提供广播电视内容，经过BM-SC将传输流转发给3G网，并进一步转发给UTRAN,通过Uu口发送给UE.

 

图1 MBMS系统网络架构示意图

 

　　图2显示的是TD-MBMS的网络参考模型和接口概况，其中需要注意的是，MBMS承载业务的边缘为Gmb、Gi参考点，即广播组播业务中心BM-SC与GGSN之间的接口（Gmb和Gi），Gmb接口提供控制面功能，Gi接口为用户面承载功能。

　　GGSN与BM-SC之间的信令交换在Gmb参考点进行，实现MBMS的控制面包括以下信令。

 

图2 MBMS网络参考模型及接口

 

　　MBMS承载业务相关的信令

　　●GGSN建立MBMS的承载上下文并在BM-SC注册。

　　●GGSN或者BM-SC释放MBMS承载上下文，GGSN在BM-SC注销。

　　●BM-SC向GGSN通知会话开始和结束。

　　用户相关的信令

　　●BM-SC批准用户在GGSN的入组业务激活请求。

　　●GGSN向BM-SC用户的入组激活，允许BM-SC与SGSN和GGSN中的MBMSUE上下文同步。

　　●GGSN向BM-SC用户的释放和去附着，保证BM-SC中的上下文同步。

　　当用户业务结束时，BM-SC发起承载业务去激活流程。

　　BM-SC功能描述

　　TD-MBMS的系统构架和以往构架不同的是多出了一个功能实体BM-SC,所以有必要对BM-SC的功能加以特别的描述。

　　BM-SC作为内容提供商进行MBMS传送的接入点，用来在PLMN范围内批准和发起MBMS承载业务。BM-SC作为一个功能实体，所有的MBMS业务都必须通过该实体来实现。如图3所示，BM-SC包括了5个子功能模块：成员功能、会话和传送功能、代理和传输功能、业务发布功能和安全功能。各子模块所实现的主要功能描述如下。

 

图3 BM-SC 功能结构

　　成员功能

　　BM-SC成员功能能提供对UE发出请求激活MBMS业务的授权，成员功能可拥有MBMS业务用户的签约信息。成员功能可以为MBMS业务用户生成计费记录。成员功能是MBMS承载业务层的一项功能，同时也可提供用户业务层的功能，如成员管理、密钥管理等。在这种情况下，它具有Gi接口。

　　会话和传送功能

　　BM-SC的会话和传送功能使得BM-SC能够调度MBMS的会话传送，此功能为每MBMS会话标注会话标识，该会话标识通常为2~3个字节，既可以通过内容的应用层传输，也可以通过短格式（比如位字节）的MBMS会话开始请求消息传送到RNC/BSC.UE在进行点到点内容修补时，可利用完整的MBMS会话标识来区分MBMS会话。

　　BM-SC会话和传送功能还能够向GGSN提供传输相关的参数，如服务质量和MBMS服务区等；能够在MBMS数据传送之前和之后发起和终止MBMS承载资源；BM-SC会话和传送功能也能够使用恰当的差错控制机制来进行编码纠错。

　　代理和传输功能

　　BM-SC代理和传输功能是一项MBMS承载业务功能，它能够基于内容提供商传送的数据生成计费记录，并将内容提供商的名字在会话开始阶段通过Gmb接口提供给BM-SC代理和传输功能。同时，从MBMS会话和传送功能向GGSN发送MBMS数据时，BM-SC代理和传输功能作为中间件使用。代理和传输功能可进一步细分为管理控制平面（Gmb）的代理功能和管理组播负载的传输功能。

　　业务发布功能

　　BM-SC业务发布功能是用户业务层功能，它能为组播和广播用户提供业务的发布能力，并能向UE提供媒体描述信息（如视频类型、音频编码等）。

　　安全功能

　　MBMS用户业务可使用安全功能进行用户数据完整性和私密性保护。MBMS安全功能用于向已授权用户分发MBMS密钥（密钥分发功能）。

　　TD-MBMS关键技术

　　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<SUP>[2]</SUP>。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。

　　随机相位偏转

　　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。

　　支持灵活的配置

　　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。

  　Iub口传输共享

　　传统的TD-SCDMA基站中的不同小区，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TD-SCDMA基站和基站控制器（RNC）之间的Iub接口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。

　　采用以上关键技术，结合TD-SCDMA原有特点，使得TD-MBMS具备如下技术特点。

　　（1）作为同步系统可以方便地实现SFN宏分集；

　　（2）通过时分方式传输业务，更利于终端省电；

　　（3）采用简化的传输过程，降低了系统和终端的处理复杂性；

　　（4）灵活的资源配置能有效利用无线资源；

　　（5）支持Iub接口承载共享，提高了传输效率。