TD-MBMS終端設(shè)計(jì)方案介紹 - 全文

　　手機(jī)電視被認(rèn)為是3G時(shí)代最有希望的多媒體業(yè)務(wù)之一，融合了多媒體、實(shí)時(shí)、交互等諸多媒體特征，終端輕巧可移動，用戶可方便地獲得服務(wù)。MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）是3GPP R6開始定義的多媒體廣播組播功能，可在移動通信系統(tǒng)中提供手機(jī)電視業(yè)務(wù)。

　　MBMS導(dǎo)致的主要改動是：增加BM-SC網(wǎng)元；對現(xiàn)有分組域相關(guān)網(wǎng)元進(jìn)行功能升級，以支持MBMS特有接口功能（如Gmb）、特有信道（如MICH、 MTCH / MCCH / MSCH）、特有物理層過程（FACH信道選擇性合并、PTM與PTP切換）和特有業(yè)務(wù)流程（如訂閱）。在物理層引入了單頻網(wǎng)（Single Frequency Network，即SFN），若干基站同時(shí)在同一頻率上發(fā)射相同的信號。使頻譜效率提高，UE（用戶設(shè)備）在SFN內(nèi)移動時(shí)無需任何切換，大大減少了信令的開銷。

　　TD-MBMS是TD-SCDMA的手機(jī)電視標(biāo)準(zhǔn)，并且已在CCSA和3GPP獲得通過。TD-MBMS基于3GPP MBMS，并基于SFN，進(jìn)一步引入了UTN（Union Time-slot Network，同時(shí)隙網(wǎng)）技術(shù)。

　　1 TD-MBMS簡介

　　見圖 1，在SFN環(huán)境中，來自于不同基站的信號可等價(jià)為多徑信號。接收機(jī)無須區(qū)分信號是否來自于不同基站，復(fù)雜度大大降低。原本基站之間存在著同頻干擾，而手機(jī)需要進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算消除干擾；但SFN中，由于多徑信號豐富，反而使接收性能大大提高，進(jìn)而提高了頻譜利用率。

　　TD- SCDMA是時(shí)分雙工（TDD）系統(tǒng)，上下行鏈路占用相同頻率。TD-SCDMA中用單獨(dú)頻點(diǎn)組單頻網(wǎng)并不合適，面臨頻譜資源問題；可能造成MBMS頻點(diǎn)的時(shí)隙（下行）和非MBMS頻點(diǎn)的相同時(shí)隙（上行）間的較強(qiáng)干擾。單獨(dú)頻點(diǎn)也不利于與N頻點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行資源規(guī)劃和共用接收機(jī)。因此，在TD-MBMS中引入了同時(shí)隙網(wǎng)（UTN）。

　　圖 1 SFN（單頻網(wǎng)）示意圖

　　圖 2給出了N頻點(diǎn)和UTN聯(lián)合組網(wǎng)示意圖。下行時(shí)隙可被配置為UTN或N頻點(diǎn)時(shí)隙；小區(qū)中不同頻點(diǎn)間UTN占用時(shí)隙可以相同或不同；但相鄰小區(qū)相同頻點(diǎn)的 UTN時(shí)隙分配是相同的。UTN時(shí)隙用來發(fā)送MBMS廣播業(yè)務(wù)，在該時(shí)隙上，參與廣播的多個(gè)基站發(fā)送相同的信號。事實(shí)上，可將UTN時(shí)隙視為一個(gè)與N頻點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)分復(fù)用的獨(dú)立的SFN無線網(wǎng)絡(luò)。［1］

　　圖 2 TD-MBMS中N頻點(diǎn)＋UTN組網(wǎng)

　　UTN時(shí)隙使用公共的Midamble碼、擾碼，亦即本小區(qū)和鄰小區(qū)的這些參數(shù)是相同的；在鄰區(qū)之間，該時(shí)隙所發(fā)射的數(shù)據(jù)也是由相同數(shù)據(jù)經(jīng)過相同的處理而形成。而其他的N頻點(diǎn)時(shí)隙，則采用本小區(qū)特定的Midamble碼和擾碼。TS6（時(shí)隙6）通常不用作UTN時(shí)隙，否則，當(dāng)手機(jī)在輔頻點(diǎn)接收MBMS業(yè)務(wù)時(shí)，由于射頻器件的限制，可能沒有足夠的時(shí)間切換到主頻點(diǎn)的TS0。

　　可以對N頻點(diǎn)系統(tǒng)的 UTN頻點(diǎn)和時(shí)隙資源進(jìn)行靈活的配置，例如將更多的下行時(shí)隙分配給UTN；各頻點(diǎn)上的UTN時(shí)隙數(shù)目不同，以適應(yīng)不同速率的業(yè)務(wù)等。

　　2 時(shí)延擴(kuò)展對性能的影響

　　UTN網(wǎng)絡(luò)提高了對手機(jī)接收機(jī)所容忍多徑延遲的要求，參考文獻(xiàn)［2］對此進(jìn)行了研究。仿真顯示，SFN情況下，接收機(jī)的接收窗寬度對接收性能影響顯著。接收窗寬度越大，接收信干比越大。在相同接收機(jī)窗寬的情況下，小區(qū)半徑越小，信干比大于給定門限的區(qū)域所占小區(qū)面積的比例就越大。

　　TD-SCMDA的幀結(jié)構(gòu)和接收機(jī)均是針對16碼片的時(shí)延擴(kuò)展而設(shè)計(jì)的。參見參考文獻(xiàn)［3］，仿真進(jìn)一步顯示，16碼片（12.5微秒）的接收窗能夠容忍SFN環(huán)境下的多徑延遲擴(kuò)展。尤其是在城區(qū)，小區(qū)半徑小，基站密度大，障礙物密集，大大降低了落到16碼片之外的延遲信號能量。

　　3 TD-MBMS終端設(shè)計(jì)方案

　　在TD-SCDMA建網(wǎng)初期的較長時(shí)間內(nèi)，TD和GSM網(wǎng)絡(luò)會互相覆蓋、同時(shí)運(yùn)行。因此TD-MBMS終端首先應(yīng)該是一個(gè)TD-SCDMA/GSM雙模終端，并進(jìn)一步在其TD-SCDMA模式上支持TD-MBMS功能。

　　根據(jù)CCSA起草的規(guī)范，TD/GSM雙模終端主要分為二種：雙模單待自動和雙模雙待終端。前者任何時(shí)刻只工作在雙模中的一種模式上，但能手動和自動在兩個(gè)模式間轉(zhuǎn)換；后者可以同時(shí)駐留在不同模式的小區(qū)上，在兩種模式下同時(shí)收發(fā)。

　　圖 3和圖 4分別給出了支持TD-MBMS的兩種雙模終端的總體架構(gòu)。在硬件上，TD-MBMS所帶來的改變主要來自于對新引入的視頻音頻編碼的支持。在TD- MBMS中，要求終端能夠支持H.264視頻編碼格式。而3G的另一個(gè)主流業(yè)務(wù)－視頻電話則可能采用H.263編解碼。另外，為了在終端上實(shí)現(xiàn)多媒體功能，終端同時(shí)還要支持Mpeg4視頻解碼，Mp3以及其他音頻編碼格式。因此，T D-MBMS終端需要一個(gè)強(qiáng)大的移動多媒體平臺，能夠同時(shí)支持多種音視頻進(jìn)行編碼和解碼。目前，在市場上已經(jīng)有這樣的芯片可供選擇。

　　另外，移動多媒體業(yè)務(wù)在廣播時(shí)會采用更長的TTI（傳輸時(shí)間間隔），這對終端的設(shè)計(jì)內(nèi)存也提出了更高的要求。

　　見圖 3和圖 4，CPU和負(fù)責(zé)TD-SCDMA模式的基帶芯片，控制并接收TD-MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到移動多媒體平臺芯片，對音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，再通過媒體播放器進(jìn)行播放。

　　圖 3 TD/GSM雙模單待自動終端實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

　　圖 4 TD/GSM雙模雙待終端實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

　　接收TD-MBMS業(yè)務(wù)時(shí)，終端通常工作在空閑模式或FACH模式。規(guī)范中，對連接模式（DCH模式）下終端對手機(jī)電視業(yè)務(wù)的接收并沒有強(qiáng)制要求。其原因不僅是在連接模式下接收MBMS業(yè)務(wù)對終端能力要求很高，也由于此應(yīng)用場景并不及空閑模式下的場景廣泛。

　　引入TD-MBMS，由于還是基于16碼片的延遲窗設(shè)計(jì)，在物理層并未給UE帶來很大改變。但在物理層的流程和狀態(tài)控制方面、在協(xié)議棧方面和業(yè)務(wù)層方面，終端需要進(jìn)行升級。

　　終端需支持接收MCCH、MTCH信道；能夠根據(jù)MCCH上所廣播的控制信息進(jìn)一步獲得業(yè)務(wù)的詳細(xì)信息，并提供給用戶，進(jìn)而根據(jù)用戶需求接收MTCH信道的數(shù)據(jù)。

　　在接收MTCH信道過程中，還要監(jiān)聽PICH、PCH上的尋呼信息，正常進(jìn)行小區(qū)選擇、重選和更新，正常接收短信。

　　在業(yè)務(wù)層，終端須實(shí)現(xiàn)多媒體廣播業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、訂閱、取消功能；并支持多媒體廣播業(yè)務(wù)安全功能，包括密鑰的獲取和更新，數(shù)據(jù)流的解密功能。

　　另外，終端還要為用戶提供友善的用戶界面和性能良好的多媒體播放器，使用戶能順利實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)的訂閱、退訂，以及控制業(yè)務(wù)的播放。尤其是播放器，因?yàn)橐苿佣嗝襟w數(shù)據(jù)接收的不穩(wěn)定性，在實(shí)現(xiàn)時(shí)要考慮到更多的異常處理，就接收不可靠的前提下盡可能給用戶呈現(xiàn)出流暢的主觀感受，并要避免導(dǎo)致終端出現(xiàn)異常。

　　同時(shí)，隨著業(yè)務(wù)推廣的深入，終端還應(yīng)在業(yè)務(wù)播放過程中，提供對交互電視業(yè)務(wù)的支持，例如在短信投票時(shí)，終端要提供良好的便利性。

　　在物理層的控制上，引入TD-MBMS后要對睡眠控制、狀態(tài)控制的算法進(jìn)行優(yōu)化。另外，對下行同步的保持和自動增益控制（AGC）也需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。例如，由于多媒體數(shù)據(jù)流的波動性，可能出現(xiàn)在若干TTI內(nèi)，MTCH信道上并沒有數(shù)據(jù)，此時(shí)的下行同步保持則需要在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行考慮。另一方面，BM-SC在數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)，也應(yīng)該盡量避免這樣的場景出現(xiàn)，以保證終端的接收性能。

　　4 TD-MBMS發(fā)展現(xiàn)狀

　　TD-MBMS在2007年初開始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，到07年第3季度相關(guān)工作已經(jīng)基本完成，并在第4季度全部完成，且已經(jīng)引入到3GPP規(guī)范中。

　　相關(guān)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程在07年第3季度啟動，目前以發(fā)展到系統(tǒng)廠家和終端廠家聯(lián)合調(diào)試和測試的階段。

　　在實(shí)現(xiàn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)所未明確規(guī)范的細(xì)節(jié)技術(shù)問題，隨著產(chǎn)業(yè)化的深入，被逐步發(fā)現(xiàn)提出，并在技術(shù)規(guī)范中得以澄清。

　　隨著TD-SCDMA終端的穩(wěn)定和成熟，必然能呈現(xiàn)給用戶一個(gè)穩(wěn)定的，受歡迎的手機(jī)電視業(yè)務(wù)，從而促進(jìn)TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　4 結(jié)論

　　綜上所述，可得以下結(jié)論：

　?。?） TD-MBMS是一種適合于現(xiàn)階段TD-SCDMA通信系統(tǒng)的手機(jī)電視技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。

　?。?） 終端可以在不進(jìn)行較大設(shè)計(jì)改動，而只是算法優(yōu)化和軟件升級的前提下，實(shí)現(xiàn)對TD-MBMS的支持。

　?。?） 隨著產(chǎn)業(yè)化的深入，TD-MBMS會逐漸完善并達(dá)到成熟，進(jìn)而促進(jìn)中國自主的移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大，同時(shí)為用戶帶來更引人入勝的3G業(yè)務(wù)。