手機(jī)電視業(yè)務(wù)推動MBMS演進(jìn)

在傳統(tǒng)的3G系統(tǒng)中，MBMS的架構(gòu)、承載以及對無線資源的利用等方面仍然無法滿足用戶和運營商對手機(jī)電視業(yè)務(wù)的需求，因此MBMS在R8中進(jìn)行了重大演進(jìn)，包括對MBMS的架構(gòu)演進(jìn)、承載類型的演進(jìn)和傳輸方式的演進(jìn)。

MBMS架構(gòu)的演進(jìn)

傳統(tǒng)的MBMS是基于對3G網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)而實現(xiàn)的，它一方面通過增加新的功能實體BM-SC（廣播組播業(yè)務(wù)中心）來提供和管理MBMS業(yè)務(wù)，另一方面對已有功能實體（包括GGSN、SGSN、BSC/RNC和UE）進(jìn)行改進(jìn)來提供MBMS支持。雖然這是一種實現(xiàn)MBMS的快捷方式，但是由于要依附于已有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，因此會對MBMS的應(yīng)用有一定的局限。由于手機(jī)電視業(yè)務(wù)本身需要消耗較多的網(wǎng)絡(luò)資源（由于播放時間長、數(shù)據(jù)量大等因素），這就要求MBMS提供更簡單靈活、節(jié)約資源的架構(gòu)。

首先，由于傳統(tǒng)的MBMS架構(gòu)要涉及已有網(wǎng)絡(luò)中的每層結(jié)點，因此MBMS業(yè)務(wù)的層次較多（從BM-SC到UE），其后果是不僅增加了用戶與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信令交互的復(fù)雜性，而且造成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源浪費。其次，傳統(tǒng)架構(gòu)中的MBMS節(jié)點是綁定在已有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的，這使得MBMS業(yè)務(wù)必須要與一般的單播業(yè)務(wù)分享設(shè)備和資源，不利于運營商對MBMS業(yè)務(wù)的部署和拓展。

傳統(tǒng)的MBMS架構(gòu)

傳統(tǒng)的MBMS是通過對3G網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)而實現(xiàn)的，主要包括兩方面：新增功能實體BM-SC和在已有的功能實體上增加MBMS功能，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的MBMS架構(gòu)

BM-SC是MBMS的核心功能實體，負(fù)責(zé)提供和管理MBMS業(yè)務(wù)。對于內(nèi)容提供方，它是MBMS業(yè)務(wù)內(nèi)容的入口；對于承載網(wǎng)絡(luò)，它負(fù)責(zé)授權(quán)和發(fā)起MBMS業(yè)務(wù)，以及調(diào)度和傳輸MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。BM-SC通過兩個控制面接口（Gmb接口、Mz接口）實現(xiàn)對MBMS業(yè)務(wù)的控制。其中Gmb接口支持GGSN與BM-SC之間的信令交互，是MBMS承載業(yè)務(wù)的邊緣；Mz接口支持在不同的BM-SC之間進(jìn)行信令交互，為MBMS業(yè)務(wù)提供了在BM-SC之間漫游的能力。此外，BM-SC通過Gi接口傳送MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

GGSN、SGSN會按照BM-SC提供的業(yè)務(wù)要求建立或釋放MBMS承載，同時負(fù)責(zé)通過所建立的承載將來自BM-SC的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送到下游。在GGSN、SGSN中需要保存必要的業(yè)務(wù)信息，以及提供對應(yīng)的承載資源。對于組播，GGSN、SGSN會參與用戶與BM-SC的信令交互，并保存相關(guān)的用戶信息。UTRAN/GERAN會按照BM-SC的信令要求向UE發(fā)送來自上游的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并且在組播模式下根據(jù)用戶的數(shù)目來選擇合適的無線傳輸方式。UE是MBMS業(yè)務(wù)的接收端，對于組播，UE需要通過發(fā)起激活/去激活MBMS承載過程來加入/離開MBMS業(yè)務(wù)。

演進(jìn)的MBMS架構(gòu)

傳統(tǒng)的MBMS可以看作是對3G系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展，而演進(jìn)的MBMS則提供了一套獨立的扁平化架構(gòu)（如圖2所示），其中包括在核心網(wǎng)中定義的MBMS邏輯實體和在接入網(wǎng)中定義的MCE功能實體，以及相關(guān)的控制面、用戶面接口。這種完整的扁平化架構(gòu)，既便于運營商對MBMS各部分功能進(jìn)行靈活部署和業(yè)務(wù)拓展，也有利于MBMS的資源優(yōu)化和性能提升。

圖2 演進(jìn)的MBMS架構(gòu)

eBM-SC是演進(jìn)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(jìn)行選擇，這樣使得eBM-SC有能力針對業(yè)務(wù)特性和用戶數(shù)量來選擇合理的承載類型。由于在演進(jìn)的MBMS中提供了增強(qiáng)廣播承載類型，因此UE可能使用單播承載向eBM-SC進(jìn)行注冊/注銷。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(yè)務(wù)。

MBMS業(yè)務(wù)在核心網(wǎng)中由E-MBMS網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)處理，該網(wǎng)關(guān)由控制面和用戶面功能組成，這兩部分功能可能實現(xiàn)于不同的網(wǎng)絡(luò)實體。用戶面功能一方面負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)eBM-SC和控制面功能之間的信令（通過SGmb和Sm接口），另一方面負(fù)責(zé)接收來自eBM-SC的MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（通過SGimb接口），并通過M1接口向接入網(wǎng)傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。M1接口支持?jǐn)?shù)據(jù)幀的同步傳輸，以IP組播的方式下發(fā)數(shù)據(jù)�？刂泼婀δ苤饕�負(fù)責(zé)接收和處理來自于eBM-SC的MBMS承載業(yè)務(wù)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（如用于MBMS數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎P組播地址），并且通過M3接口與接入網(wǎng)進(jìn)行信令交互。

MBMS承載類型的演進(jìn)

傳統(tǒng)的MBMS提供廣播和組播兩種承載類型。廣播承載由于業(yè)務(wù)的發(fā)送與用戶的接收相對獨立，容易造成網(wǎng)絡(luò)資源浪費，也限制了用戶對特定業(yè)務(wù)的需求，同時令運營商無法對用戶收費。組播承載由于用戶在能夠真正收看電視節(jié)目之前需要同網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行復(fù)雜的信令交互，因此在實際操作時會有較長的響應(yīng)延時，嚴(yán)重影響到使用手機(jī)電視業(yè)務(wù)的用戶感受。

針對上述情況，MBMS提供了一種演進(jìn)的增強(qiáng)廣播承載類型，既可以簡化用戶與網(wǎng)絡(luò)的信令交互過程，改良用戶感受，也可以在保持較高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的情況下為運營商的業(yè)務(wù)拓展提供更多選擇。

MBMS廣播、組播承載

每項MBMS業(yè)務(wù)在BM-SC都保存了對應(yīng)的業(yè)務(wù)信息，通過業(yè)務(wù)聲明/發(fā)現(xiàn)過程（包括WAP、HTTP和MMS等方式）UE可以獲得這些業(yè)務(wù)信息。業(yè)務(wù)信息包括該MBMS業(yè)務(wù)所使用的承載類型，當(dāng)使用MBMS組播承載時，業(yè)務(wù)信息還會向UE提供加入組播承載的必要參數(shù)，如業(yè)務(wù)組播地址、業(yè)務(wù)開始時間等。

當(dāng)使用MBMS廣播承載時（圖3），由于不針對特定的用戶，因此不需要在BM-SC和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中保存用戶信息。同時由于廣播業(yè)務(wù)并非出自用戶的意愿，所以除非進(jìn)行本地激活，否則UE并不會真正的接收廣播數(shù)據(jù)。進(jìn)行本地激活時，UE只需要根據(jù)業(yè)務(wù)信息中的參數(shù)描述，調(diào)諧到相應(yīng)的信道就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)接收了。

圖3 MBMS廣播承載業(yè)務(wù)流程圖

在進(jìn)行MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸之前，由于在網(wǎng)絡(luò)中并沒有為該業(yè)務(wù)建立承載，因此必須由BM-SC通過會話開始消息來通知網(wǎng)絡(luò)取得必要的承載資源，在接入網(wǎng)中，會話開始消息還會觸發(fā)MBMS通知過程，通知UE即將進(jìn)行MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。之后，該MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)會通過所建立的廣播承載下發(fā)。傳輸結(jié)束后，BM-SC會通過會話停止消息通知網(wǎng)絡(luò)釋放所占用的資源。

當(dāng)使用MBMS組播承載時（如圖4所示），業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)只會向那些經(jīng)過授權(quán)并完成加入過程的用戶進(jìn)行傳輸，因此在組播承載業(yè)務(wù)流程中需要包括訂閱、加入和離開過程。用戶通過訂閱來取得MBMS組播業(yè)務(wù)的授權(quán)，對應(yīng)的用戶信息會保存在BM-SC中。用戶發(fā)起業(yè)務(wù)后，必須通過BM-SC的授權(quán)，才能夠完成在承載網(wǎng)絡(luò)中的加入過程，并將UE信息保存到相關(guān)節(jié)點的對應(yīng)組關(guān)系中，這樣UE才能夠接收到該MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。相反，用戶可以進(jìn)行業(yè)務(wù)終止，觸發(fā)承載網(wǎng)絡(luò)的離開過程而停止接收該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

圖4 MBMS組播承載業(yè)務(wù)流程圖

MBMS增強(qiáng)廣播承載

MBMS增強(qiáng)廣播承載類型介于廣播和組播之間，吸收了廣播中流程簡單和組播中資源優(yōu)化的優(yōu)點。從業(yè)務(wù)流程上看，增強(qiáng)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(yè)務(wù)實現(xiàn)從UE到BM-SC的注冊和注銷。不同的是，組播的加入和離開過程需要涉及承載網(wǎng)絡(luò)層（GTP層），需要將UE信息保存在承載網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)節(jié)點上（包括RNC、SGSN和GGSN），并使其成為承載網(wǎng)絡(luò)該業(yè)務(wù)組播樹的一部分。而增強(qiáng)廣播的加入和離開過程實現(xiàn)于應(yīng)用層，承載網(wǎng)絡(luò)對此是不可感知的。因此，對于承載網(wǎng)絡(luò)而言，增強(qiáng)廣播更接近于廣播。

使用MBMS組播承載時（圖5實線部分），用戶通過在單播承載上發(fā)送IGMP/MLD加入消息來發(fā)起業(yè)務(wù)，收到該消息的GGSN會向BM-SC請求授權(quán)，獲得授權(quán)后GGSN會發(fā)起承載網(wǎng)絡(luò)層的加入過程，將UE信息加入到承載網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)節(jié)點對應(yīng)的組成員關(guān)系中�？梢姡�組播的加入/離開過程發(fā)起于IP層而實現(xiàn)于承載網(wǎng)絡(luò)層，因此需要在承載網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間進(jìn)行復(fù)雜的信令交互。

圖5 MBMS協(xié)議簡圖

而使用MBMS增強(qiáng)廣播承載時，只需要通過在應(yīng)用層的加入/離開過程實現(xiàn)從UE到BM-SC的注冊/注銷（圖5虛線部分），無須在承載網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行信令交互和信息存儲。增強(qiáng)廣播是對廣播的一種優(yōu)化和擴(kuò)展，在接入網(wǎng)中，增強(qiáng)廣播不會向那些沒有接收用戶的小區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)。

MBMS傳輸方式的演進(jìn)

MBMS對于無線資源利用的不合理，以及在進(jìn)行MBMS業(yè)務(wù)接收時的不穩(wěn)定性，都嚴(yán)重地制約了手機(jī)電視業(yè)務(wù)的應(yīng)用，因此MBMS對接入網(wǎng)進(jìn)行了改進(jìn)，引入了單頻網(wǎng)（SFN）傳輸方式。單頻網(wǎng)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(qū)進(jìn)行同步傳輸。使用這種傳輸方式可以節(jié)約頻率資源，提高頻譜利用率。同時這種多小區(qū)同頻傳輸所帶來的分集效果可以解決盲區(qū)覆蓋等問題，增強(qiáng)接收的可靠性，提高覆蓋率。

MBSFN傳輸區(qū)域

由于MBSFN傳輸方式涉及的是多個小區(qū)間的同步傳輸，因此需要對MBSFN傳輸?shù)膮^(qū)域進(jìn)行定義。

（1）MBSFN同步區(qū)域是指有能力進(jìn)行MBSFN傳輸?shù)膮^(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的所有eNodeB能夠被同步并進(jìn)行MBSFN傳輸。

（2）MBSFN區(qū)域是指通過協(xié)調(diào)實現(xiàn)了MBSFN傳輸?shù)囊唤M小區(qū)。對于接收MBSFN傳輸?shù)腢E，整個MBSFN區(qū)域會被看作是一個MBSFN小區(qū)。

顯然，MBSFN區(qū)域必定不會超出MBSFN同步區(qū)域的范圍。一個MBSFN同步區(qū)域中可以包含多個MBSFN區(qū)域，而MBSFN同步區(qū)域的特定小區(qū)，也可以屬于多個不同的MBSFN區(qū)域。MBSFN同步區(qū)域一般通過配置實現(xiàn)，而MBSFN區(qū)域既可以通過配置，也可以通過動態(tài)管理（MCE）來實現(xiàn)。

即便是在同一個MBSFN區(qū)域內(nèi)，由于對MBSFN傳輸可能處于不同的接收狀況，因此可以進(jìn)一步將MBSFN區(qū)域內(nèi)的小區(qū)分為傳輸通告小區(qū)、傳輸小區(qū)和保留小區(qū)（如圖6所示）。傳輸通告小區(qū)是指那些可以同時接收傳輸內(nèi)容和業(yè)務(wù)信息的小區(qū)，在這種小區(qū)中，UE能夠有保障的進(jìn)行接收；傳輸小區(qū)是指那些只能接收傳輸內(nèi)容而無法接收業(yè)務(wù)信息的小區(qū)，這種小區(qū)一般位于MBSFN區(qū)域的邊緣，作用在于保障傳輸通告小區(qū)不會受到MBSFN區(qū)域外部的頻率干擾；保留小區(qū)是指那些不能接收該MBSFN傳輸?shù)男�區(qū)。

圖6 MBSFN區(qū)域

MBSFN傳輸內(nèi)容同步

MBSFN傳輸方式的特征是多小區(qū)的同步傳輸，首先需要解決的是內(nèi)容同步問題。為了保證無線幀的同步傳輸，E-MBMS在M1接口（eNodeB同MBMS網(wǎng)關(guān)用戶面之間）上使用了SYNC協(xié)議。E-MBMS網(wǎng)關(guān)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時會攜帶SYNC同步信息，eNodeB會根據(jù)這些SYNC同步信息來發(fā)送無線幀。此外，為了保障同步傳輸，eNodeB需要具備一定的緩存能力。

在MBSFN同步區(qū)域內(nèi)，所有eNodeB的SYNC同步信息是統(tǒng)一的，并且在進(jìn)行MBSFN傳輸之前，會由MCE為所有相關(guān)的eNodeB配置相同的RLC/MAC/PHY。對于特定的MBMS傳輸，會由特定的E-MBMS網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)向所有相關(guān)的eNodeB發(fā)送MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（通過M1接口），E-MBMS網(wǎng)關(guān)不需要知道準(zhǔn)確的無線資源分配的信息，包括精確的時間分配等（如無線幀傳輸?shù)木�確開始時間），只需要在MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中攜帶SYNC同步信息即可。

MCE邏輯實體

MCE（MBMS協(xié)調(diào)實體）是接入網(wǎng)為實現(xiàn)多小區(qū)傳輸（即使用MBSFN傳輸方式）而引入的邏輯實體（如圖7所示），專門負(fù)責(zé)當(dāng)進(jìn)行多小區(qū)傳輸時，對MBSFN區(qū)域內(nèi)所有eNodeB的無線資源進(jìn)行分配和管理。由于MCE是邏輯實體，它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。

圖7 MCE

MCE收到來自E-MBMS網(wǎng)關(guān)的MBMS會話控制信令（如會話開始）后，會判斷該MBMS業(yè)務(wù)在接入網(wǎng)中能否進(jìn)行多小區(qū)傳輸。當(dāng)進(jìn)行多小區(qū)傳輸時，MCE會對MBSFN區(qū)域內(nèi)所有eNodeB的無線資源進(jìn)行統(tǒng)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(diào)制和編碼），來保證多個小區(qū)間同步傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)。當(dāng)進(jìn)行單小區(qū)傳輸（即不使用MBSFN傳輸方式）時，MCE只是將MBMS會話控制信令轉(zhuǎn)發(fā)給eNodeB，由eNodeB自行決定無線資源配置。

M3接口是MCE同E-MBMS網(wǎng)關(guān)的控制面接口，負(fù)責(zé)傳遞MBMS會話控制信令，以及為進(jìn)行MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(jìn)行無線資源管理以及傳遞MBMS會話控制信令。

MCH傳輸信道

為了實現(xiàn)對MBSFN傳輸方式的支持，MBMS定義了新的傳輸信道MCH，這種信道不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對整個小區(qū)的廣播覆蓋，還支持在多個小區(qū)之間進(jìn)行MBMS同步傳輸。當(dāng)對MBMS業(yè)務(wù)進(jìn)行單小區(qū)傳輸時（非MBSFN傳輸方式），使用下行共享信道DL-SCH；當(dāng)進(jìn)行多小區(qū)傳輸（MBSFN傳輸方式）時，則需要使用多播傳輸信道MCH來進(jìn)行同步傳輸。這樣在傳輸MBMS業(yè)務(wù)時，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，并且兩種情況下都可以使用MBSFN傳輸方式。

那些使用MBMS專用頻率資源的小區(qū)（MBMS專用小區(qū)）可以使用MCH進(jìn)行多播傳輸。這種小區(qū)不提供上行鏈路，沒有計數(shù)機(jī)制，不支持單播傳輸。那些沒有使用MBMS專用頻率資源的小區(qū)（混合小區(qū)）可以使用MCH或DL-DCH信道進(jìn)行多播傳輸，小區(qū)中的單播和MBMS傳輸可以協(xié)調(diào)并行。