基本介紹
概念,特點,發展和技術分析,從MBMS向E-MBMS的演進,TD-MBMS標準趨於完善,技術優勢,網路投資較少,支持的業務豐富,無線資源調度靈活,
概念
MBMS是手機電視業務的技術基石。
MBMS對原有WCDMA網路主要的改動是：增加BM-SC網元，對現有PS域相關網元進行MBMS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信道選擇性合併、PTM與PTP切換）和特有業務流程（如訂閱）。
特點
在終端方面，MBMS仍然最大限度地繼承了已有的3GPP標準，在終端耗電、存儲、多媒體處理、顯示等技術得到改善的同時，僅僅是原有基帶處理功能的增強。因此，承載寬頻多媒體業務的MBMS終端與現有終端保持了很好的統一性。
在頻寬方面，MBMS可以最大使用256kbps的速率進行下載和流媒體的傳送，而只要128kbps就可以支持15fps QCIF 176*144圖像和12.2Kbps語音組合的體育類節目的收看需求。
在容量方面，MBMS提供點到多點傳送多媒體的傳送機制，提供所謂“Send Once ，Charge Many times”的業務模式，資源消耗與用戶數的增長無關，從而為節省3G網路非常緊張的空口資源和Iub口傳輸資源、規避行動網路容量劣勢尋找到了根本解決途徑。用戶數越多，MBMS在容量和成本方面的優勢發揮就越明顯；在組播用戶數少或者沒有組播業務用戶的時候，網路可以靈活地為用戶分配專用信道或者關閉組播業務信道，這些行動網路特有的高效資源管理技術更讓MBMS技術在容量方面錦上添花。
發展和技術分析
MBMS支持多媒體廣播業務和組播業務兩種模式，既可以將多媒體視頻信息直接向所有用戶廣播，也可以傳送給一組收費的簽約用戶收看，可以幫助運營商開展多媒體廣告、免費和收費電視頻道、彩信群發等多種商業套用。運營商以較低的網路部署成本就可開展手機電視業務。
在第三代移動通信領域，所謂MBMS是“MultimediaBroadcastMulticastService”的簡稱，中文名是多媒體廣播多播業務。MBMS是手機電視業務的技術基石。MBMS是3GPPR6中定義的多媒體廣播組播功能。MBMS標準工作於2002年啟動，並預計在2005年9月凍結，實際網路實施預計在2007年。2008年前3G網路可以推廣MBMS業務。
從MBMS向E-MBMS的演進
多媒體廣播/組播業務（MBMS）是3GPP組織在R6版本中引入的重要特性，是為了實現從數據源向特定範圍內多個用戶同時傳送數據的一種點到多點的業務，從而令網路（包括核心網和接入網）資源得到共享，以較少的資源實現為大量具有相同需求的用戶同時提供業務（如：多媒體業務等）。
雖然經過長期的研究和發展，MBMS在R6、R7版本的3G系統中已經取得了完整的實現，但是仍然無法滿足日益增長的業務需求，尤其是用戶和運營商對手機電視業務的強烈需求。隨著R8規範的開始制定，一方面為了進一步提高MBMS的業務性能，另一方面需要適應新的系統架構演進/長期演進（SAE/LTE）系統，MBMS在邏輯架構、業務模式、傳輸方式和信道結構等方面進行了重大改進。通過分析研究，本文就這幾個方面詳細地闡述了從現有的MBMS（即R6/R7 MBMS）到E-MBMS（即演進版MBMS，包括SAE MBMS和LTE MBMS）的演進過程。
1.0、MBMS邏輯架構的演進
1.1 MBMS架構
在R6/R7中，MBMS功能是通過對3G網路的改進而實現的，因此MBMS架構要依附於已有的3G網路架構。主要的改進包括兩方面：一方面通過增加新的功能實體廣播組播業務中心（BM-SC）來提供與管理MBMS業務；另一方面是在已有的功能實體上（包括：GGSN、SGSN、BSC/RNC和UE）增加對MBMS業務的支持。
BM-SC可實現對MBMS業務的提供與管理。對於內容提供方，BM-SC是MBMS業務內容的入口；對於承載網路，BM-SC負責授權、發起MBMS業務，以及調度、傳輸MBMS業務內容。作為MBMS的核心功能實體，BM-SC包括5部分功能：
1）成員關係功能：負責保存用戶的訂閱信息，對UE加入MBMS業務進行授權處理，以及產生計費記錄。
2）會話與傳輸功能：負責發起和終止MBMS會話，對外部內容提供方進行授權認證，並負責接收和傳送MBMS業務數據。
3）代理與轉發功能：在控制面上BM-SC是內部各個功能與網關GSN（GGSN）之間進行信令互動的代理，在用戶面上是會話與傳輸功能向GGSN傳送MBMS業務數據的橋樑。
4）業務聲明功能：負責向UE提供MBMS業務信息，包括媒體說明（如：視頻類型、聲音編碼）和會話說明（如：業務標識、地址、播放時間）。
5）安全功能：為MBMS業務數據提供完整性和私密性保護，向已獲MBMS授權的UE提供密鑰。
BM-SC通過兩個控制面接口（Gmb接口、Mz接口）實現對MBMS業務的控制。其中Gmb接口支持GGSN與BM-SC之間的信令互動，是MBMS承載業務的邊緣；Mz接口支持在不同的BM-SC之間進行信令互動，為MBMS業務提供跨BM-SC漫遊的能力。這兩個接口上所互動的信令包括：MBMS承載相關（如：MBMS會話開始、停止）和MBMS用戶相關（如：授權、MBMS業務激活）兩類。此外BM-SC通過Gi接口傳送MBMS業務數據。
1.2 E-MBMS邏輯架構
在R6/R7中，通過在3G系統中增加BM-SC（包括定義Gmb、Mz接口），並向已有的網路實體增加MBMS功能來提供MBMS業務。因此R6/R7 MBMS可以看作是對3G系統的一種功能擴展。而在E-MBMS中提供了完整的邏輯架構（圖1），包括在核心網中定義的MBMS邏輯實體和在接入網中定義的動態管理（MCE）功能實體（詳見本文第3部分），以及相關的控制面、用戶面接口。E-MBMS這種完整、獨立的邏輯架構，便於對MBMS各部分功能進行靈活部署，有利於MBMS的資源最佳化和性能提升。
E-MBMS邏輯架構
E-MBMS邏輯架構E-MBMS邏輯架構
eBM-SC是演進版的BM-SC，它不但具有BM-SC的功能，還能夠在使用MBMS承載（通過SGmb、SGimb接口）或者使用單播承載（通過SGi接口）之間進行選擇，這樣使得eBM-SC有能力針對業務特性和用戶數量來選擇合理的承載類型。由於在E-MBMS中提供了增強廣播承載類型（詳見本文第2部分），因此UE可能使用單播承載向eBM-SC進行註冊/註銷。此外eBM-SC還能夠通過單播承載向特定用戶提供高級別的MBMS業務。
MBMS業務在核心網中由E-MBMS網關負責處理，它由控制面和用戶面功能組成，這兩部分功能可能實現於不同的網路實體。用戶面功能一方面負責中轉eBM-SC與控制面功能之問的信令（通過SGmb和Sm接口），另一方面負責接收來自eBM-SC的MBMS業務數據（通過SGimb接口），並通過M1接口向接入網傳輸業務數據。M1接口支持數據幀的同步傳輸，以IP組播的方式下發數據。控制面功能主要負責接收和處理來自於eBM-SC的MBMS承載業務的會話控制信令（如：會話開始、停止）、以及用戶面功能所提供的必要信息（如：用於MBMS數據傳輸的IP組播地址），並且通過M3接口與接入網進行信令互動。
2.0、MBMS承載類型的演進
MBMS提供廣播和組播兩種承載類型。使用廣播承載時，業務數據會向業務區域內的所有用戶傳送，用戶無需向網路進行註冊便可以接收數據；而使用組播承載時，業務數據只向特定用戶進行傳輸，為了接收業務數據，用戶必須向網路進行註冊，並將用戶信息保存在網路的相關節點之中。MBMS廣播和組播是針對不同的業務需求提供的不同承載類型，具有不同的業務流程。
每項MBMS業務在BM-SC都保存了對應的業務信息，通過業務聲明/發現過程（包括WAP、http和MMS等方式），UE可以獲得這些業務信息。業務信息中會包括該MBMS業務所使用的承載類型。當使用MBMS組播承載時，業務信息還會向UE提供加入組播承載的必要參數，如業務組播地址、業務開始時間等。
2.1 MBMS廣播
當使用MBMS廣播承載時，由於不針對特定的用戶，因此不需要在BM-SC和網路節點中保存用戶信息。同時由於廣播業務並非出自用戶的意願，所以除非進行本地激活，否則UE並不會真正地接收廣播數據。進行本地激活，UE只需要根據業務信息中的參數描述，調諧到相應的信道就可以進行數據接收了。
在進行MBMS業務數據傳輸之前，由於在網路中並沒有為該業務建立承載，因此必須由BM-SC通過會話開始訊息來通知網路取得必要的承載資源。在接入網中，會話開始訊息還會觸發MBMS通知過程，通知UE即將進行MBMS業務數據傳輸。之後，該MBMS業務數據會通過所建立的廣播承載下發。傳輸結束後，BM-SC會通過會話停止訊息通知網路釋放所占用的資源。
2.2 MBMS組播
2.3 E-MBMS增強廣播
E-MBMS定義了增強廣播承載類型，這種承載類型介於廣播和組播之間，吸收了廣播中流程簡單和組播中資源最佳化的優點。從業務流程上看，增強廣播也包括組播中的訂閱、加入和離開過程，都需要針對特定的MBMS承載業務實現從UE到BM-SC的註冊和註銷。不同的是，組播的加入和離開過程需要涉及承載網路層（GTP層），需要將UE信息保存在承載網路的相關節點上（包括：RNC、SGSN和GGSN），並使其成為承載網路該業務組播樹的一部分。而增強廣播的加入和離開過程實現於套用層，承載網路對此是不可感知的。因此，對於承載網路而言，增強廣播更接近於廣播。
使用MBMS組播承載時，用戶通過在單播承載上傳送網際網路組管理協定/多點傳輸聽眾發現（IGMP/MLD）加入訊息來發起業務，收到該訊息的GGSN會向BM-SC請求授權，獲得授權後GGSN會發起承載網路層的加入過程，將UE信息加入到承載網路中相關節點對應的組成員關係中。可見，組播的加入/離開過程發起於IP層而實現於承載網路層，因此需要在承載網路層的相關網路節點之間進行複雜的信令互動。
使用E-MBMS增強廣播承載時，只需要在套用層上通過加入/離開過程就可實現從UE到BM-SC的註冊/註銷，無需在承載網路層進行信令互動和信息存儲。增強廣播是對廣播的一種最佳化和擴展，如：在接入網，增強廣播不會向那些沒有接收用戶的小區傳送數據。
3.0、MBMS傳輸方式的演進
E-MBMS在接入網中引入了單頻網（SFN）傳輸方式，即MBSFN傳輸方式，就是在同一時間以相同頻率在多個小區進行同步傳輸。使用這種傳輸方式可以節約頻率資源，提高頻譜利用率。同時這種多小區同頻傳輸所帶來的分集效果可以解決盲區覆蓋等問題，增強接收的可靠性，提高覆蓋率。
3.1 MBSFN傳輸區域
由於MBSFN傳輸方式涉及的是多個小區間的同步傳輸，因此需對MBSFN傳輸的區域進行定義：
1）MBSFN同步區域：是指有能力進行MBSFN傳輸的區域，該區域內的所有eNodeB能夠被同步並進行MBSFN傳輸。
2）MBSFN區域：是指通過協調實現了MBSFN傳輸的一組小區。對於接收MBSFN傳輸的UE，整個MBSFN區域會被看作是一個MBSFN小區。
顯然，MBSFN區域必定不會超出MBSFN同步區域的範圍。一個MBSFN同步區域中可以包含多個MBSFN區域，而MBSFN同步區域的特定小區也可以屬於多個不同的MBSFN區域。MBSFN同步區域一般通過配置實現，而MBSFN區域既可以通過配置，也可以通過MCE來實現。
即便在同一個MBSFN區域內，由於對MBSFN傳輸可能處於不同的接收狀況，因此可以進一步將MBSFN區域內的小區分為傳輸通告小區、傳輸小區和保留小區。傳輸通告小區是指那些可同時接收傳輸內容和業務信息的小區，在這種小區中，UE能夠有保障地進行接收；傳輸小區是指那些只能接收傳輸內容而無法接收業務信息的小區，這種小區一般位於MBSFN區域的邊緣，作用在於保障傳輸通告小區不會受到MBSFN區域外部的頻率干擾；保留小區是指那些不能接收該MBSFN傳輸的小區。
3.2 MBSFN傳輸內容同步
在MBSFN同步區域內，所有eNodeB的SYNC信息是統一的，並且在進行MBSFN傳輸之前，會由MCE為所有相關的eNodeB配置相同的無線鏈路控制/媒體接入控制/物理層（RLC/MAC/PHY）。對於特定的MBMS傳輸，會由特定的E-MBMS網關負責向所有相關的eNodeB傳送MBMS業務數據（通過M1接口），E-MBMS網關不需要知道準確的無線資源分配的信息，包括精確的時間分配（如：無線幀傳輸的精確開始時間），只需要在MBMS業務數據中攜帶SYNC信息即可。
3.3 MCE邏輯實體
MCE（MBMS協調實體）是接入網為實現多小區傳輸（即使用MBSFN傳輸方式）而引入的邏輯實體（圖2），當進行多小區傳輸時，專門負責對MBSFN區域內所有eNodeB的無線資源進行分配和管理。由於是邏輯實體，MCE既可以作為某些功能實體（如：eNodeB）的一部分，也可以是一個獨立的實體。
MCE邏輯實體
MCE邏輯實體MCE收到來自E-MBMS網關的MBMS會話控制信令（如：會話開始）後，會判斷該MBMS業務在接入網中能否進行多小區傳輸。當進行多小區傳輸時，MCE會對MBSFN區域內所有eNodeB的無線資源進行統一管理，包括對時間、頻率資源的分配，以及具體的無線配置（如：調製和編碼），來保證多個小區間同步傳輸的協調。當進行單小區傳輸（即不使用MBSFN傳輸方式）時，MCE只是將MBMS會話控制信令轉發給eNodeB，由eNodeB自行決定無線資源配置。
M3接口是MCE同E-MBMS網關的控制面接口，負責傳遞MBMS會話控制信令，以及為進行MBMS業務數據傳輸所需要的信息（如：IP組播地址）。M2接口是MCE同eNodeB之間的控制面接口，MCE通過該接口對eNodeB進行無線資源管理、以及傳遞MBMS會話控制信令。
4、MBMS信道結構的演進
4.1 MBMS信道結構
MBMS可以使用兩種模式進行業務下發：p-t-p或者p-t-m。一方面，使用p-t-m模式可以讓所有定製相同MBMS業務的用戶在同一個傳輸信道FACH（前向接入信道）上接收同一份數據。相對於p-t-p模式而言，這種模式能夠很大程度地提高無線信道的使用效率。但是另一方面，使用FACH信道時的發射功率要大於專用傳輸信道（DCH），當接收該MBMS業務的用戶很少時，使用FACH信道會造成功率浪費。因此綜合考慮傳送功率的限制和無線信道的使用效率等因素，MBMS支持兩種模式下發業務，其中使用FACH作為p-t-m模式下的傳輸信道，使用DCH作為p-t-p模式下的傳輸信道。
下發模式的選擇，取決於接收該MBMS業務的用戶數量，MBMS通過計數過程來統計接收該業務的用戶數量，只有達到一定的用戶數量，才會使用p-t-m模式。對於MBMS廣播而言，業務的下發與用戶的接收情況無關，因此不存在使用p-t-p模式的情況，完全使用p-t-m模式來下發MBMS廣播業務。
4.2 E-MBMS信道結構
為了實現對MBSFN傳輸方式的支持，E-MBMS定義了新的傳輸信道MCH（多播信道），這種信道不僅能夠實現對整個小區的廣播覆蓋，還支持在多個小區之間進行MBMS同步傳輸。當對MBMS業務進行單小區傳輸時（非MBSFN傳輸方式），使用下行共享信道DL-SCH；當進行多小區傳輸（MBSFN傳輸方式）時，則需要使用MCH來進行同步傳輸。
在演進通用陸地無線接入（E-UTRAN）中傳輸MBMS業務，既可以使用MBMS專用頻率資源，也可以使用非MBMS專用的、共享的頻率資源，兩種情況下都可以使用MBSFN傳輸方式。
對於那些使用MBMS專用頻率資源的小區（MBMS專用小區），MTCH和MCCH可以映射到MCH上進行p-t-m傳輸。這種小區不提供上行鏈路，沒有計數機制，不支持單播傳輸。小區中的UE不需要從其他小區接收任何信息，就可以接收MBMS業務，並且在能力允許的情況下，還能同時接收鄰小區的單播業務。
圖3展示了E-MBMS所支持的p-t-m傳輸模式，其中a和b為兩種在混合小區的傳輸模式，c和d為兩種在MBMS專有小區的傳輸模式。當需要對某個單獨的MBMS專用小區進行MBMS業務傳輸時（圖3d），由於沒有DL-DCH信道而無法進行單小區傳輸，因而仍然可以使用MCH信道、針對單個小區進行多小區傳輸（MBSFN傳輸方式）。這表明，使用MBSFN方式的多小區傳輸，是可以在單個小區中進行的。
E-MBMS的p-t-m傳輸
E-MBMS的p-t-m傳輸TD-MBMS標準趨於完善
根據TD-SCDMA產業化推進的要求，中國移動將開展TD-SCDMA外場真實網路的測試，以驗證TD-MBMS商用化能力，這些測試和試商用也將推動TD-MBMS標準化的進一步完善。目前，面向奧運需求的第一版本TD-MBMS已經基本完成。
隨著TD-MBMS行標的頒布，由原信息產業部組織的TD-MBMS實驗室測試工作進一步深入，幾乎所有的TD主流廠商都參與到了此次測試中。根據TD-SCDMA產業化推進的要求，中國移動將開展TD-SCDMA外場真實網路的測試，以驗證TD-MBMS商用化能力，這些測試和試商用也將推動TD-MBMS標準化的進一步完善。
在TD-MBMS國際標準化進程方面，我國在2007年3月的3GPPRAN35次全會上提交了LCRTDD MBMS物理層增強的WI立項申請並獲通過；隨後在RAN1#48bis會議和RAN1～RAN4小組會議上，我國共提交了40多篇LCR MBMS增強WI相關文稿，並全部通過。這些文稿主要是引入了SFN的傳輸方式，並提出專用載波的概念，同時推出了聯合檢測的套用場景。
2007年5月，3GPPRAN36次全會完成LCRMBMS增強WI項目並正式發布。至此，TD-SCDMA的R7版本在混合載波和單獨載波MBMS中引入SFN宏分集、聯合檢測、相位偏轉、接收分集和高階調製等物理層增強技術，為LCR TDD MBMS的長期演進打下了良好的基礎。
在國內標準化進程上，2007年2月，原信息產業部召開了TD-SCDMA手機電視啟動會議，並成立了由原信息產業部電信研究院和中國移動擔任組長的TD-SCDMA多媒體廣播業務方案起草組；4月，在CCSATC5第12次全會WG9會議上，該起草組遞交了“TD-SCDMAMBMS總體技術要求”及修訂通信技術標準項目建議書；6月，在TC5 WG9 13次會議上，TD-MBMS總體方案討論稿通過，並轉為送審稿；8月的TC5 WG9 15次會議通過了TD-MBMS總體技術要求的送審稿。
2008年2月，CCSA正式對外公示了兩項TD-MBMS行標報批稿：“2GHzTD-SCDMA數字蜂窩移動通信網多媒體廣播系統(TD-MBMS)總體技術要求(第一階段)”和“2GHzTD-SCDMA數字蜂窩移動通信網多媒體廣播系統(TD-MBMS)無線接入子系統設備技術要求(第一階段)”。這為TD多媒體廣播業務後續試驗和推廣奠定了規範基礎。
目前，面向奧運需求的第一版本TD-MBMS已經基本完成，在該版本中引入了UTN（同時隙網）技術，由於採用了UTN技術，在網路部署初期業務需求量不大時可以將MBMS與現有的3G網路放在統一載波上，TD-MBMS可以在不改變硬體平台的情況下，僅通過升級軟體實現手機電視功能。為了推動TD-MBMS的後續發展，CCSA正積極推進TD-MBMS第二版的前期準備工作。為了進一步提高系統的性能，從系統架構到業務都需要進一步研究，如全下行的單獨載波MBMS系統設計、RNC間的同步、SFN邊緣的干擾消除以及IMS等。
技術優勢
3GPP 在R6版本中定義的MBMS是指無線網路中一個數據源向多個用戶傳送數據的點到多點（p-t-m）業務，在不改變網路結構的基礎上實現網路資源共享。除了移動核心網和接入網資源，MBMS還可以共享更為緊張的空中接口資源，以提高無線資源的利用率。MBMS的優勢在於不僅能實現純文本低速率的訊息類組播和廣播，還能實現高速率多媒體數據業務的組播和廣播，從而彌補IP組播技術不能使多個移動用戶共享行動網路資源的不足。
網路投資較少
基於現有WCDMA/GSM行動網路的MBMS，可以充分利用現有行動網路實現良好的深度覆蓋，只是在已有的WCDMA/GSM移動網中增加一些新的功能模組，網路投資較少，建設周期也更短。
MBMS技術與其他數位電視廣播技術具有完全不同的商業模式，MBMS提供了一套完全由WCDMA/GSM移動運營商運營和控制的廣播/組播傳輸通道，方便移動運營商對手機電視業務的運營。
支持的業務豐富
MBMS的最小覆蓋單元是蜂窩小區，可以為不同位置用戶提供豐富的業務，由於蜂窩網的每個小區覆蓋範圍較小並有更精確的網路規劃，可以在網路的不同區域分別廣播不同的內容。
在互動性方面，雖然MBMS沒有設定專門的上行信道，但可以利用蜂窩網已有的上行信道實現互動，如進行業務訂閱。除了廣播業務，MBMS還可以提供更豐富的組播業務；通過點對點修復機制，實現高可靠的下載業務，通過互動信道實現靈活的計費。MBMS還可以為用戶提供多種豐富的“PUSH”業務。
無線資源調度靈活
MBMS可以實現更靈活的無線資源調度，提高網路資源利用率。p-t-m方式使得資源的消耗同用戶數目的增長不再相關，大大節省了日益緊張的空口資源以及Iub傳輸資源，從根本上解決行動網路容量方面的劣勢。
