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TD-MBMS终端设计方案介绍
摘要:介绍了TD-MBMS技术,讨论了TD-MBMS双模终端的总体设计方案,对现有终端带来的改动以及技术要点和难点,同时简介了TD-MBMS产业现状。
Abstract:
Key words :

手机电视被认为是3G时代最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)。

SFN

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。[1]

TD-MBMS中N频点

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。

TD/GSM双模单待自动终端实现架构

图 3 TD/GSM双模单待自动终端实现架构

TD/GSM双模双待终端实现架构

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,还要监听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。

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