TD-MBMS物理層方案研究

張俊宇

（河北工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，天津 300401）

在第三代移動(dòng)通信領(lǐng)域，所謂MBMS則是“Multimedia Broadcast Multicast Service”的簡稱，中文名是“多媒體廣播多播業(yè)務(wù)”。MBMS是手機(jī)電視業(yè)務(wù)的技術(shù)基石。在終端方面，MBMS仍然最大限度地繼承了已有的3GPP標(biāo)準(zhǔn)，在終端耗電、存儲(chǔ)、多媒體處理、顯示等技術(shù)得到改善的同時(shí)，僅僅是原有基帶處理功能的增強(qiáng)。因此，承載寬帶多媒體業(yè)務(wù)的MBMS終端與現(xiàn)有終端保持了很好的統(tǒng)一性。在帶寬方面，MBMS可以最大使用256 kbps的速率進(jìn)行下載和流媒體的傳送，而只要128 kbps就可以支持15 fps QCIF 176×144圖像和12.2 kbps語音組合的體育類節(jié)目的收看需求。 在互動(dòng)方面，MBMS本身沒有定義特別的上行信道，但可以利用已有上行控制信道進(jìn)行業(yè)務(wù)訂閱、業(yè)務(wù)加入等業(yè)務(wù)控制流程，同時(shí)利用上行業(yè)務(wù)信道實(shí)現(xiàn)與下行廣播/組播配合的一些交互類業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)架構(gòu)基于R6 MBMS系統(tǒng)架構(gòu)，在目前CCSA完成的多載波HSDPA行標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，固定采用一或多個(gè)下行時(shí)隙用于多媒體廣播業(yè)務(wù)。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 物理層增強(qiáng)技術(shù)選用

此方案中，我們使用了單頻網(wǎng)SFN技術(shù)，聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，相位偏轉(zhuǎn)技術(shù)，人造多徑技術(shù)，增加信道估計(jì)窗長度，長TTI方案（40 msTTI），外碼方案（FFS）。采用聯(lián)合檢測(cè)宏分集技術(shù)，可以保證用戶接收廣播業(yè)務(wù)質(zhì)量的同時(shí)較好地避免SFN干擾。不影響終端的現(xiàn)有狀態(tài)，通過優(yōu)化配置廣播業(yè)務(wù)時(shí)隙資源，不影響終端正常接收公共信道 （如FACH、PCH）。 TDSCDMA系統(tǒng)是一個(gè)同步系統(tǒng)，與WCDMA MBMS相比可以非常容易實(shí)現(xiàn)SFN傳輸，同時(shí)TDD的時(shí)分特點(diǎn)比FDD方式將更加有利于終端的節(jié)電。

考慮到目前終端不支持雙接收機(jī)，因此不能保證UE都能支持并發(fā)業(yè)務(wù)，在某些資源分配條件下，終端是可以支持并發(fā)業(yè)務(wù)的。

1.2 物理資源配置

1）利用一個(gè)載波上的一個(gè)下行時(shí)隙TS5用于多媒體廣播；2）2個(gè)子幀做為廣播周期；

3）復(fù)接、編碼、調(diào)制、交織和打孔遵循現(xiàn)有協(xié)議；圖1為幀結(jié)構(gòu)。

圖1 TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)Fig.1 TD-SCDMA frame structure

1.3 宏分集

全網(wǎng)的系統(tǒng)同步可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的時(shí)間同步，為手機(jī)電視的宏分集實(shí)現(xiàn)提供了的基礎(chǔ)。

無線傳輸側(cè)：保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的無線同步傳輸（統(tǒng)一系統(tǒng)幀號(hào)）。

網(wǎng)絡(luò)側(cè) ：保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的同步分發(fā)（絕對(duì)時(shí)間標(biāo)簽方案）。宏分集實(shí)現(xiàn)方案:

1）聯(lián)合檢測(cè)的宏分集 同頻網(wǎng)絡(luò)下對(duì)同頻算法的改進(jìn)方案，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)配置 （所有小區(qū)分別配置各自的基本midamble碼和擾碼）；

2）SFN宏分集合并 同頻網(wǎng)絡(luò)下實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)宏分集合并方案，需要重新配置網(wǎng)絡(luò)資源（所有小區(qū)在廣播時(shí)隙配置上相同的基本midamble碼和擾碼）。

1.4 系統(tǒng)仿真方案

1）兩套速率為64 kbps節(jié)目源同時(shí)發(fā)送；

2）使用UDP協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)中所有全向小區(qū)單向廣播；

3）系統(tǒng)仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了兩層同步；

4）將 TS5的16個(gè)碼道都分配給 FACH （映射在 SCCPCH上），使用UM傳輸模式，使用固定發(fā)射功率發(fā)送手機(jī)電視業(yè)務(wù)；

5）模擬了終端省電模式，接收32個(gè)無線幀的信號(hào)，然后再休眠32個(gè)無線幀；

6）聯(lián)合檢測(cè)宏分集方案支持5個(gè)小區(qū)信號(hào)的宏分集（現(xiàn)有終端能力）；

7）SFN宏分集合并方案最多支持11個(gè)小區(qū)信號(hào)的直接合并。

1.5 系統(tǒng)仿真模型

1）單載波全向小區(qū)，網(wǎng)絡(luò)采用Wrap Around模型，用戶在小區(qū)范圍內(nèi)均勻隨機(jī)分布，小區(qū)半徑800 m，小區(qū)數(shù)目19個(gè)，UE數(shù)目800個(gè)；

2）模型:cost231_hata模型的市區(qū)環(huán)境路徑損耗模型，陰影衰落方差8 dB；

3）模型:使用OPNET系統(tǒng)仿真平臺(tái)中的FTP業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)模型；

4）指標(biāo):單載波最大發(fā)射功率 33 dBm，下行系統(tǒng)噪聲-106 dBm；

5）算法:不支持RRM算法，不執(zhí)行功率控制，考慮小區(qū)更新。

1.6 仿真結(jié)果

圖2中從左向右模擬曲線依次為：

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph單小區(qū)聯(lián)檢；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph 5個(gè)小區(qū)聯(lián)檢；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph 11個(gè)小區(qū)聯(lián)檢；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph 19個(gè)小區(qū)聯(lián)檢。

圖3中從左向右模擬曲線依次為：

TDBM UE移動(dòng)速率60 kmph單小區(qū)聯(lián)檢；

TDBM UE移動(dòng)速率60 kmph 5個(gè)小區(qū)聯(lián)檢；

圖2 聯(lián)合檢測(cè)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移動(dòng)速率60 kmph 11個(gè)小區(qū)聯(lián)檢；

TDBM UE移動(dòng)速率60 kmph19個(gè)小區(qū)聯(lián)檢。

圖3 聯(lián)合檢測(cè)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 聯(lián)合檢測(cè)和SFN的信噪比能力（三）

圖4中從上向下模擬曲線依次為：

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph理想信道估計(jì)；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph相同擾碼WL16使用滑動(dòng)窗；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph相同擾碼WL32；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph相同擾碼WL16；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph擾碼分組使用不出窗曲線；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph擾碼分組；

TDBM UE移動(dòng)速率3 kmph真實(shí)信道估計(jì)。

2 仿真結(jié)果

圖4 BLER CDFFig.4 BLER CDF

表2 各種物理層鏈路算法平均BLERTab.2 A ll kinds of the physical layer link algorithm BLER average

表3 不同方案對(duì)應(yīng)的覆蓋情況Tab.3 Different scheme of the corresponding overlay

表4 聯(lián)檢方案多種環(huán)境下仿真結(jié)果Tab.4 Joint inspection p lan various environment simulation resu lts

隨著UE移動(dòng)速率的加快，系統(tǒng)平均誤塊率BLER逐漸增大。隨著UE距離歸屬基站的距離增大，系統(tǒng)平均誤塊率逐漸增大，但由于采用了小區(qū)宏分集技術(shù)，上升緩慢。

隨著小區(qū)半徑變化，系統(tǒng)性能變化不大；郊區(qū)性能明顯優(yōu)于市區(qū)。

3 結(jié) 論

文中通過借用cost231_hata模型模擬市區(qū)環(huán)境，對(duì)小區(qū)的終端在不同的距離和不同的物理層物理算法上分別做了仿真驗(yàn)證，從以上結(jié)果看出SFN宏分集方案在性能上明顯優(yōu)于聯(lián)合檢測(cè)宏分集方案，但是聯(lián)合檢測(cè)完全基于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)部署，對(duì)協(xié)議沒有任何改動(dòng)，而且在區(qū)域廣播和組播上具有很大的優(yōu)勢(shì)（相對(duì)于SFN方案不需要設(shè)定保護(hù)帶）。

此外，終端的能力限制了參與聯(lián)檢的小區(qū)數(shù)目，終端的計(jì)算量大，對(duì)128K業(yè)務(wù)不能滿足1%BLER下95%覆蓋的性能指標(biāo)，多小區(qū)信道估計(jì)算法在干擾功率普遍較強(qiáng)的情況下抑制干擾的能力有限；也就是在小區(qū)邊緣，存在其他小區(qū)信號(hào)的強(qiáng)干擾，直接影響了信道估計(jì)的準(zhǔn)確性。

從實(shí)驗(yàn)看出聯(lián)合檢測(cè)和SFN方案具有很大的潛力提升信號(hào)接收信噪比，而且有潛力彌補(bǔ)廣播業(yè)務(wù)不能采用智能天線等單播技術(shù)所帶來的性能損失，很有可能大大提高小區(qū)邊緣性能。

為了進(jìn)一步提升MBMS系統(tǒng)的性能，可以從以下幾個(gè)方面做改進(jìn)：

1）使用聯(lián)合檢測(cè)＋部分SFN方案；

2）提升信道估計(jì)算法，使用長TTI；

3）改進(jìn)小區(qū)分組方案，分組策略以及組內(nèi)分配midamble shift的方案。

文中對(duì)MBMS物理層改進(jìn)提出方向性的改進(jìn)，對(duì)R6，R7進(jìn)一步商用化有很大的意義

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