TD-MBMS終端設計方案介紹

手視電視被認為是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(dòng)，用戶(hù)可方便地獲得服務(wù)。MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）是3GPP R6開(kāi)始定義的多媒體廣播組播功能，可在移動(dòng)通信系統中提供手機電視業(yè)務(wù)。

　　MBMS導致的主要改動(dòng)是：增加BM-SC網(wǎng)元；對現有分組域相關(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(guò)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(hù)設備）在SFN內移動(dòng)時(shí)無(wú)需任何切換，大大減少了信令 的開(kāi)銷(xiāo)。

　　TD-MBMS是TD-SCDMA的手機電視標準，并且已在CCSA和3GPP獲得通過(guò)。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(jiǎn)介

　　見(jiàn)圖 1，在SFN環(huán)境中，來(lái)自于不同基站的信號可等價(jià)為多徑信號。接收機無(wú)須區分信號是否來(lái)自于不同基站，復雜度大大降低。原本基站之間存在著(zhù)同頻干擾，而手 機需要進(jìn)行復雜計算消除干擾；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，上下行鏈路占用相同頻率。TD-SCDMA中用單獨頻點(diǎn)組單頻網(wǎng)并不合適，面臨頻譜資源問(wèn)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）間的較強干擾。單獨頻點(diǎn)也不利于與N頻點(diǎn)系統進(jìn)行資源規劃和共用接收機。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；但相鄰小區相同頻點(diǎn)的 UTN時(shí)隙分配是相同的。UTN時(shí)隙用來(lái)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)分復用的獨立的SFN無(wú)線(xiàn)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，亦即本小區和鄰小區的這些參數是相同的；在鄰區之間，該時(shí)隙所發(fā)射的數據也是由相同數據經(jīng)過(guò)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，當手機在輔頻點(diǎn)接收MBMS 業(yè)務(wù)時(shí)，由于射頻器件的限制，可能沒(méi)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)隙數目不同，以適應不同速率的業(yè)務(wù)等。

　　2 時(shí)延擴展對性能的影響

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

　　TD-SCMDA的幀結構和接收機均是針對16碼片的時(shí)延擴展而設計的。參見(jiàn)參考文獻[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)境下的多徑延遲擴展。尤其是在城區，小區半徑小，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終端設計方案

　　在TD-SCDMA建網(wǎng)初期的較長(cháng)時(shí)間內，TD和GSM網(wǎng)絡(luò )會(huì )互相覆蓋、同時(shí)運行。因此TD-MBMS終端首先應該是一個(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CCSA起草的規范，TD/GSM雙模終端主要分為二種：雙模單待自動(dòng)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(dòng)和自動(dòng)在兩個(gè)模式間轉換；后者可以同時(shí)駐留在不同模式的小區上，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。在硬件上，TD-MBMS所帶來(lái)的改變主要來(lái)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(huà)則可能采用H.263編解碼。另外，為了在終端上實(shí)現多媒體功 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)強大的移動(dòng)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(chǎng)上已經(jīng)有這樣的芯片可供選擇。

　　另外，移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)在廣播時(shí)會(huì )采用更長(cháng)的TTI（傳輸時(shí)間間隔），這對終端的設計內存也提出了更高的要求。

　　見(jiàn)圖 3和圖 4，CPU和負責TD-SCDMA模式的基帶芯片，控制并接收TD-MBMS業(yè)務(wù)數據，并將其發(fā)送到移動(dòng)多媒體平臺芯片，對音視頻數據進(jìn)行解碼，再通過(guò)媒體播放器進(jìn)行播放。

圖 3 TD/GSM雙模單待自動(dòng)終端實(shí)現架構

圖 4 TD/GSM雙模雙待終端實(shí)現架構

　　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。規范中，對連接模式（DCH模式）下終端對手機電視業(yè)務(wù)的接收并沒(méi)有強制要求。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，也由于此應用場(chǎng)景并不及空閑模式下的場(chǎng)景廣泛。

　　引入TD-MBMS，由于還是基于16碼片的延遲窗設計，在物理層并未給UE帶來(lái)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MCCH上所廣播的控制信息進(jìn)一步獲得業(yè)務(wù)的詳細信息，并提供給用戶(hù)，進(jìn)而根據用戶(hù)需求接收MTCH信道的數據。

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

　　在業(yè)務(wù)層，終端須實(shí)現多媒體廣播業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)發(fā)現、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，數據流的解密功能。

　　另外，終端還要為用戶(hù)提供友善的用戶(hù)界面和性能良好的多媒體播放器，使用戶(hù)能順利實(shí)現對業(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，因為移 動(dòng)多媒體數據接收的不穩定性，在實(shí)現時(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(hù)呈現出流暢的主觀(guān)感受，并要避免導致終端出現異常。

　　同時(shí)，隨著(zhù)業(yè)務(wù)推廣的深入，終端還應在業(yè)務(wù)播放過(guò)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(dòng)增益控制（AGC）也需要改進(jìn)設計。例 如，由于多媒體數據流的波動(dòng)性，可能出現在若干TTI內，MTCH信道上并沒(méi)有數據，此時(shí)的下行同步保持則需要在設計時(shí)進(jìn)行考慮。另一方面，BM-SC在 數據分發(fā)時(shí)，也應該盡量避免這樣的場(chǎng)景出現，以保證終端的接收性能。

　　4 TD-MBMS發(fā)展現狀

　　TD-MBMS在2007年初開(kāi)始進(jìn)行標準化，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規范中。

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

　　在實(shí)現過(guò)程中，標準化時(shí)所未明確規范的細節技術(shù)問(wèn)題，隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)化的深入，被逐步發(fā)現提出，并在技術(shù)規范中得以澄清。

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

　　4 結論

　　綜上所述，可得以下結論：
(1) TD-MBMS是一種適合于現階段TD-SCDMA通信系統的手機電視技術(shù)和標準。
(2) 終端可以在不進(jìn)行較大設計改動(dòng)，而只是算法優(yōu)化和軟件升級的前提下，實(shí)現對TD-MBMS的支持。
(3) 隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)化的深入，TD-MBMS會(huì )逐漸完善并達到成熟，進(jìn)而促進(jìn)中國自主的移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大，同時(shí)為用戶(hù)帶來(lái)更引人入勝的3G業(yè)務(wù)。