手機電視被認為是3G時代最有希望的多媒體業(yè)務之一,,融合了多媒體,、實時、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。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)中提供手機電視業(yè)務,。
MBMS導致的主要改動是:增加BM-SC網(wǎng)元;對現(xiàn)有分組域相關網(wǎng)元進行功能升級,,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(用戶設備)在SFN內(nèi)移動時無需任何切換,,大大減少了信令的開銷。
TD-MBMS是TD-SCDMA的手機電視標準,,并且已在CCSA和3GPP獲得通過,。TD-MBMS基于3GPP MBMS,并基于SFN,,進一步引入了UTN(Union Time-slot Network,,同時隙網(wǎng))技術。
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為多徑信號。接收機無須區(qū)分信號是否來自于不同基站,,復雜度大大降低,。原本基站之間存在著同頻干擾,而手機需要進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,,進而提高了頻譜利用率,。
TD-SCDMA是時分雙工(TDD)系統(tǒng),上下行鏈路占用相同頻率,。TD-SCDMA中用單獨頻點組單頻網(wǎng)并不合適,,面臨頻譜資源問題;可能造成MBMS頻點的時隙(下行)和非MBMS頻點的相同時隙(上行)間的較強干擾,。單獨頻點也不利于與N頻點系統(tǒng)進行資源規(guī)劃和共用接收機,。因此,在TD-MBMS中引入了同時隙網(wǎng)(UTN),。
圖 1 SFN(單頻網(wǎng))示意圖
圖 2給出了N頻點和UTN聯(lián)合組網(wǎng)示意圖,。下行時隙可被配置為UTN或N頻點時隙;小區(qū)中不同頻點間UTN占用時隙可以相同或不同,;但相鄰小區(qū)相同頻點的UTN時隙分配是相同的,。UTN時隙用來發(fā)送MBMS廣播業(yè)務,在該時隙上,,參與廣播的多個基站發(fā)送相同的信號,。事實上,可將UTN時隙視為一個與N頻點網(wǎng)絡時分復用的獨立的SFN無線網(wǎng)絡。[1]
圖 2 TD-MBMS中N頻點+UTN組網(wǎng)
UTN時隙使用公共的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頻點時隙,則采用本小區(qū)特定的Midamble碼和擾碼,。TS6(時隙6)通常不用作UTN時隙,,否則,當手機在輔頻點接收MBMS業(yè)務時,,由于射頻器件的限制,,可能沒有足夠的時間切換到主頻點的TS0。
可以對N頻點系統(tǒng)的 UTN頻點和時隙資源進行靈活的配置,,例如將更多的下行時隙分配給UTN,;各頻點上的UTN時隙數(shù)目不同,以適應不同速率的業(yè)務等,。
2 時延擴展對性能的影響
UTN網(wǎng)絡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。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(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)和接收機均是針對16碼片的時延擴展而設計的。參見參考文獻[3],,仿真進一步顯示,,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(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終端設計方案
在TD-SCDMA建網(wǎng)初期的較長時間內(nèi),TD和GSM網(wǎng)絡會互相覆蓋,、同時運行,。因此TD-MBMS終端首先應該是一個TD-SCDMA/GSM雙模終端,,并進一步在其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,。前者任何時刻只工作在雙模中的一種模式上,但能手動和自動在兩個模式間轉(zhuǎn)換,;后者可以同時駐留在不同模式的小區(qū)上,,在兩種模式下同時收發(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的另一個主流業(yè)務-視頻電話則可能采用H.263編解碼,。另外,,為了在終端上實現(xiàn)多媒體功能,終端同時還要支持Mpeg4視頻解碼,,Mp3以及其他音頻編碼格式,。因此,T D-MBMS終端需要一個強大的移動多媒體平臺,,能夠同時支持多種音視頻進行編碼和解碼,。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)務在廣播時會采用更長的TTI(傳輸時間間隔),這對終端的設計內(nèi)存也提出了更高的要求,。
見圖 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)進行解碼,再通過媒體播放器進行播放,。
圖 3 TD/GSM雙模單待自動終端實現(xiàn)架構(gòu)
圖 4 TD/GSM雙模雙待終端實現(xiàn)架構(gòu)
接收TD-MBMS業(yè)務時,,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)下終端對手機電視業(yè)務的接收并沒有強制要求,。其原因不僅是在連接模式下接收MBMS業(yè)務對終端能力要求很高,也由于此應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碼片的延遲窗設計,,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)務層方面,,終端需要進行升級。
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一步獲得業(yè)務的詳細信息,并提供給用戶,,進而根據(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,,正常進行小區(qū)選擇、重選和更新,,正常接收短信,。
在業(yè)務層,終端須實現(xiàn)多媒體廣播業(yè)務業(yè)務發(fā)現(xiàn),、訂閱,、取消功能;并支持多媒體廣播業(yè)務安全功能,,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,,使用戶能順利實現(xiàn)對業(yè)務的訂閱、退訂,,以及控制業(yè)務的播放,。尤其是播放器,因為移動多媒體數(shù)據(jù)接收的不穩(wěn)定性,,在實現(xiàn)時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,并要避免導致終端出現(xiàn)異常,。
同時,,隨著業(yè)務推廣的深入,終端還應在業(yè)務播放過程中,,提供對交互電視業(yè)務的支持,,例如在短信投票時,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)也需要改進設計,。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),此時的下行同步保持則需要在設計時進行考慮,。另一方面,,BM-SC在數(shù)據(jù)分發(fā)時,也應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年初開始進行標準化,到07年第3季度相關工作已經(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。
相關的產(chǎn)業(yè)化進程在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。
在實現(xiàn)過程中,,標準化時所未明確規(guī)范的細節(jié)技術問題,,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)給用戶一個穩(wěn)定的,,受歡迎的手機電視業(yè)務,,從而促進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:
(1) TD-MBMS是一種適合于現(xiàn)階段TD-SCDMA通信系統(tǒng)的手機電視技術和標準,。
(2) 終端可以在不進行較大設計改動,而只是算法優(yōu)化和軟件升級的前提下,,實現(xiàn)對TD-MBMS的支持,。
(3) 隨著產(chǎn)業(yè)化的深入,TD-MBMS會逐漸完善并達到成熟,,進而促進中國自主的移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大,,同時為用戶帶來更引人入勝的3G業(yè)務。