TD-MBMS物理层方案研究

张俊宇

（河北工业大学 信息工程学院，天津 300401）

在第三代移动通信领域，所谓MBMS则是“Multimedia Broadcast Multicast Service”的简称，中文名是“多媒体广播多播业务”。MBMS是手机电视业务的技术基石。在终端方面，MBMS仍然最大限度地继承了已有的3GPP标准，在终端耗电、存储、多媒体处理、显示等技术得到改善的同时，仅仅是原有基带处理功能的增强。因此，承载宽带多媒体业务的MBMS终端与现有终端保持了很好的统一性。在带宽方面，MBMS可以最大使用256 kbps的速率进行下载和流媒体的传送，而只要128 kbps就可以支持15 fps QCIF 176×144图像和12.2 kbps语音组合的体育类节目的收看需求。 在互动方面，MBMS本身没有定义特别的上行信道，但可以利用已有上行控制信道进行业务订阅、业务加入等业务控制流程，同时利用上行业务信道实现与下行广播/组播配合的一些交互类业务的实现。

本系统架构基于R6 MBMS系统架构，在目前CCSA完成的多载波HSDPA行标基础上进行修改，固定采用一或多个下行时隙用于多媒体广播业务。

1 方案设计

1.1 物理层增强技术选用

此方案中，我们使用了单频网SFN技术，联合检测技术，相位偏转技术，人造多径技术，增加信道估计窗长度，长TTI方案（40 msTTI），外码方案（FFS）。采用联合检测宏分集技术，可以保证用户接收广播业务质量的同时较好地避免SFN干扰。不影响终端的现有状态，通过优化配置广播业务时隙资源，不影响终端正常接收公共信道 （如FACH、PCH）。 TDSCDMA系统是一个同步系统，与WCDMA MBMS相比可以非常容易实现SFN传输，同时TDD的时分特点比FDD方式将更加有利于终端的节电。

考虑到目前终端不支持双接收机，因此不能保证UE都能支持并发业务，在某些资源分配条件下，终端是可以支持并发业务的。

1.2 物理资源配置

1）利用一个载波上的一个下行时隙TS5用于多媒体广播；2）2个子帧做为广播周期；

3）复接、编码、调制、交织和打孔遵循现有协议；图1为帧结构。

图1 TD-SCDMA帧结构Fig.1 TD-SCDMA frame structure

1.3 宏分集

全网的系统同步可实现绝对的时间同步，为手机电视的宏分集实现提供了的基础。

无线传输侧：保证业务数据的无线同步传输（统一系统帧号）。

网络侧 ：保证业务数据的同步分发（绝对时间标签方案）。宏分集实现方案:

1）联合检测的宏分集 同频网络下对同频算法的改进方案，现有网络配置 （所有小区分别配置各自的基本midamble码和扰码）；

2）SFN宏分集合并 同频网络下实现单频网宏分集合并方案，需要重新配置网络资源（所有小区在广播时隙配置上相同的基本midamble码和扰码）。

1.4 系统仿真方案

1）两套速率为64 kbps节目源同时发送；

2）使用UDP协议向网络中所有全向小区单向广播；

3）系统仿真平台实现了两层同步；

4）将 TS5的16个码道都分配给 FACH （映射在 SCCPCH上），使用UM传输模式，使用固定发射功率发送手机电视业务；

5）模拟了终端省电模式，接收32个无线帧的信号，然后再休眠32个无线帧；

6）联合检测宏分集方案支持5个小区信号的宏分集（现有终端能力）；

7）SFN宏分集合并方案最多支持11个小区信号的直接合并。

1.5 系统仿真模型

1）单载波全向小区，网络采用Wrap Around模型，用户在小区范围内均匀随机分布，小区半径800 m，小区数目19个，UE数目800个；

2）模型:cost231_hata模型的市区环境路径损耗模型，阴影衰落方差8 dB；

3）模型:使用OPNET系统仿真平台中的FTP业务的业务模型；

4）指标:单载波最大发射功率 33 dBm，下行系统噪声-106 dBm；

5）算法:不支持RRM算法，不执行功率控制，考虑小区更新。

1.6 仿真结果

图2中从左向右模拟曲线依次为：

TDBM UE移动速率3 kmph单小区联检；

TDBM UE移动速率3 kmph 5个小区联检；

TDBM UE移动速率3 kmph 11个小区联检；

TDBM UE移动速率3 kmph 19个小区联检。

图3中从左向右模拟曲线依次为：

TDBM UE移动速率60 kmph单小区联检；

TDBM UE移动速率60 kmph 5个小区联检；

图2 联合检测和SFN的信噪比能力（一）Fig.2 United detection SFN and the the ability of signal-to-noise ratio（1）

TDBM UE移动速率60 kmph 11个小区联检；

TDBM UE移动速率60 kmph19个小区联检。

图3 联合检测和SFN的信噪比能力（二）Fig.3 United detection SFN and the the ability of signal-to-noise ratio（2）

表1 联合检测和SFN的信噪比能力（三）

图4中从上向下模拟曲线依次为：

TDBM UE移动速率3 kmph理想信道估计；

TDBM UE移动速率3 kmph相同扰码WL16使用滑动窗；

TDBM UE移动速率3 kmph相同扰码WL32；

TDBM UE移动速率3 kmph相同扰码WL16；

TDBM UE移动速率3 kmph扰码分组使用不出窗曲线；

TDBM UE移动速率3 kmph扰码分组；

TDBM UE移动速率3 kmph真实信道估计。

2 仿真结果

图4 BLER CDFFig.4 BLER CDF

表2 各种物理层链路算法平均BLERTab.2 A ll kinds of the physical layer link algorithm BLER average

表3 不同方案对应的覆盖情况Tab.3 Different scheme of the corresponding overlay

表4 联检方案多种环境下仿真结果Tab.4 Joint inspection p lan various environment simulation resu lts

随着UE移动速率的加快，系统平均误块率BLER逐渐增大。随着UE距离归属基站的距离增大，系统平均误块率逐渐增大，但由于采用了小区宏分集技术，上升缓慢。

随着小区半径变化，系统性能变化不大；郊区性能明显优于市区。

3 结 论

文中通过借用cost231_hata模型模拟市区环境，对小区的终端在不同的距离和不同的物理层物理算法上分别做了仿真验证，从以上结果看出SFN宏分集方案在性能上明显优于联合检测宏分集方案，但是联合检测完全基于现有的网络部署，对协议没有任何改动，而且在区域广播和组播上具有很大的优势（相对于SFN方案不需要设定保护带）。

此外，终端的能力限制了参与联检的小区数目，终端的计算量大，对128K业务不能满足1%BLER下95%覆盖的性能指标，多小区信道估计算法在干扰功率普遍较强的情况下抑制干扰的能力有限；也就是在小区边缘，存在其他小区信号的强干扰，直接影响了信道估计的准确性。

从实验看出联合检测和SFN方案具有很大的潜力提升信号接收信噪比，而且有潜力弥补广播业务不能采用智能天线等单播技术所带来的性能损失，很有可能大大提高小区边缘性能。

为了进一步提升MBMS系统的性能，可以从以下几个方面做改进：

1）使用联合检测＋部分SFN方案；

2）提升信道估计算法，使用长TTI；

3）改进小区分组方案，分组策略以及组内分配midamble shift的方案。

文中对MBMS物理层改进提出方向性的改进，对R6，R7进一步商用化有很大的意义

[1]3GPP.TS 22.146.Multimedia Broadcast/Multicast Service（MBMS）userservices[S].TechnicalSpecificationGroup Services and System Aspects:3GPP，2008.

[2]3GPP.TS 23.246.Multimedia Broadcast/Multicast Service（MBMS）Architecture and functional description[S].Technical Specification Group Services and System Aspects:3GPP，2010.

[3]3GPP.TS 25.402.Synchronisation in UTRAN Stage2[S].Technical Specification Group Services and System Aspects:3GPP，2009.

[4]3GPP.TS 25.224.Physcal Layer Procedures（TDD）[S].Technical Specification Group Services and System Aspects:3GPP，2008.

[5]3GPP.TS 25.223.Spreading and modulation（TDD）[S].Technical Specification Group Services and System Aspects:3GPP，2008.

[6]3GPP.TR 25.868.NodeB Synchronisation for1.28 McPs TDD[S].Technical Specification Group Services and System Aspects:3GPP，2008.

[7]3GPP.TR 25.856.Study Report for Uplink Synchronous Transmission Scheme（USTS）[S].TechnicalSpecification Group Services and System Aspects:3GPP，2008.

[8]李小文.TD-ACDMA第三代移动通信系统信令与实现[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[9]李世鹤.TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M].北京：人民邮电出版社，2003.