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1、 TD-MBMS的概念
我国自主创新的TD-SCDMA技术已经迈入了HSDPA时代，而在向TD-LTE演进的道路上，TD-SCDMA多媒体广播也是其中重要的里程碑之一。TD-SCDMA多媒体广播正渐行渐近。
随着社会的演变和科技的进步，手机除了满足基本通信的需要外，其多功能化和多媒体化的趋势越来越明显。从通话到短信，从上网到音乐，各类数据增值业务层出不穷，如今3G+时代的带来也让我们“掌”握电视成为了现实。但是，目前国内提供的手机电视是点对点单播模式的多媒体业务，这种方式的资源利用率低、成本高、资费昂贵，不利于业务的推广；而如小区广播这样点对多点的广播业务目前只能开展文本格式的短消息服务，不能满足音视频和数据等多样化服务的需求。
因此，全球第三代移动通信标准组织3GPP在R6版本中引入了多媒体广播和组播业务功能——MBMS，其目的是为了支持广播业务，在同一时间为了多用户提供高速数据业务。为了更有效的TD-SCDMA上开展多媒体广播业务(以下简称TD-MBMS)，在物理层引入了创新的增强技术，写入3GPP R7及其演进版本中。那么，TD-MBMS究竟能为移动用户提供那些服务呢？
2 、TD-MBMS的应用场景
TD-MBMS是基于移动通信网络的增强特性，它不仅能开展典型的手机电视业务，还可以提供其它丰富多彩的应用。总体上，TD-MBMS业务可以分为两类，一类是音频和视频内容的广播；另一类是数据或文件内容的广播。具体而言，TD-MBMS还存在如下的应用场景。
(1)无线电台：通过手机收听无线电台广播；
(2)多媒体杂志：含图片、海量音乐、体育报道的多媒体杂志下发；
(3)在线交互：观众可通过手机实时投票、参与评论，也可通过相关链接进行信息查询或手机购物；
(4)实时路况信息：实时广播路况信息，并且可附图片或视频等详细信息；
(5)区域信息广播：可基于特定区域下发商场促销、旅游景点等信息。
3、 实现TD-MBMS的应用
TD-MBMS的应用各异，但这些应用的实现可以归纳分为承载平面和业务平面。TD-MBMS承载平面基于3G分组网络提供广播业务的基础网络承载能力，其实现和终端(UE)、无线接入网(RAN)以及核心网(CN)相关；业务平面提供的是上层的业务应用功能，由UE应用层和网络业务平台(广播业务中心，BM-SC)端到端配合实现。TD-MBMS网络总体架构如图 1所示。内容提供商提供内容，经过BM-SC将多媒体内容传输给3G核心网，通过SGSN的Iu接口转发给接入网络，最后通过NodeB(基站)的Uu空中接口发送给UE，完成手机电视等多媒体内容的广播和展现。
相对于原有网络，TD-MBMS系统新的功能实体——BM-SC，对已有的分组域功能实体如SGSN、GGSN、RNC和UE等增加TD-MBMS功能，并定义了新的逻辑信道(MTCH/MCCH等)来实现空口资源的共享。
其中，SGSN提供对用户进行网络控制、支持TD-MBMS接收者在SGSN间的移动以及根据GGSN发送的通知建立或释放Iu、Gn承载等承载功能；GGSN作为TD-MBMS数据的IP组播业务节点，根据BM-SC的通知请求为广播建立或释放用户面承载；从BM-SC或其它数据源接收IP组播内容，并通过GTP隧道路由；以及消息通知、计费数据采集、业务QoS协商。
作为新增的网元，BM-SC的功能主要包括内容分发和业务管理两个方面。其中内容提供商通过互联网向BM-SC递交编码并加扰后的节目内容，在BM-SC进行存储和内容审核后通过核心网分组域节点GGSN以流媒体(音视频广播业务)或文件(数据广播业务)的方式进行广播。业务管理的主要功能如下。
(1)用户认证；
(2)业务和内容保护；
(3)密钥管理；
(4)业务指南管理；
(5)业务订购；
(6)业务计费。
另外，TD-MBMS的业务保护基于分层密钥体系(共享密钥、用户密钥、业务密钥和节目流密钥)，有效实现用户认证、业务定购和内容加密，有效保障了系统和业务运营的安全性。
4 、TD-MBMS的关键技术
相比于其它制式的多媒体广播，TD-MBMS采用一些独特的关键技术，具体包括如下。
4.1 宏分集技术
在TD-MBMS系统中支持两种宏分集方案。方案1是对于内容相同的MBMS业务，采用同频点、同时隙、同码道、同步发送相同内容，而且使用相同的Midamble码和扰码；方案2是对于内容相同的MBMS业务，采用同频点、同时隙、同码道、同步发送相同内容，但是采用各小区原有的扰码和Midamble码。
4.1.1 UTN宏分集
在传输广播业务的时隙采用单频网配置的情况下，多个相邻的小区采用统一的扰码(包括Midamble码)，就可以保证各个小区发射的信号完全相同，UE只需将多个小区发射的信号当成多径处理，可以非常简单地实现UTN宏分集。
在这种情况下，当在多个小区中传输广播业务时，RNC为多个小区统一分配广播业务资源，并指定该广播业务使用的扰码和Midamble码，通过信令告知各Node B和UE；各小区使用这些特定码来形成广播业务突发，并在相同的时频资源上进行传输；UE在相应资源位置接收到多个小区同时传输的相同突发，之后采用指定的Midamble码进行联合信道估计，以及指定的扰码对数据进行解扰，就可解调出所要的广播业务数据。
4.1.2 联合检测的宏分集
在传输广播业务的时隙采用现有的同频网配置的情况下，而扰码和Midamble码的配置仍旧基于现有的网络配置。TD-MBMS系统根据广播业务的特点：各小区发送的数据相同，而不是像其它干扰一样完全无用。联合检测的宏分集技术充分利用这一特点，通过RNC统一控制，保证相邻基站在相同的时间通过相同传输资源发送相同的广播数据，终端在接收信号的时候，可以采用宏分集的联合检测算法，将邻小区信号作为有用信号而不是干扰，通过物理层合并的方式，大大改善了接收可靠性。
宏分集的联合检测算法根据对各同频相邻小区的测量，选取进行宏分集合并的相邻小区；获取本小区及选取的相邻小区的广播/组播信号，并对其进行多小区联合信道估计，得到本小区及所述相邻小区的联合信道响应结果；根据各小区的信道响应结果分别计算各小区的传输矩阵并合并，利用合并后传输矩阵进行联合检测，获得检测数据。或者先对计算后得到的各小区的传输矩阵分别进行联合检测，然后对检测的结果进行分集合并，获得检测数据。利用这种算法，可以大大提高同频广播业务的接收性能。
4.2 随机相位偏转
由于现实网络中，UE从多个小区接收的信号进行叠加后可能产生深衰落现象，会使得功率叠加增益降低。
因此，为了提高小区的MBMS业务服务质量，考虑对多个小区的发送端分别引入不同的随机相位旋转，改善信道特性，使得产生深衰落的地理位置随机变化，避免了某些地理位置上的用户始终处于深衰落状态。
由于人为改变信道特性仅仅是针对基站设备的软件实现的更改，对终端设备无任何影响。
4.3 支持灵活的配置
4.3.1 支持灵活的广播区域配置
可以针对时隙配置不同大小的广播区域，比如足球赛开战之前在足球赛场及周边区域广播本次比赛双方队员的介绍、历史战绩等，运营商可以在这片区域内选取某个频点上的某个时隙组成一个UTN网络，来传输这个业务。
4.3.2 支持灵活的资源配置
系统支持灵活的资源分配，针对比较固定的业务如电视频道，可以采用静态的资源分配方式，在小区建立时配置好相应资源；对于随机性的业务可以在业务发起前分配资源，业务结束后进行释放，这样可以充分利用系统资源。
4.4 Iub口传输共享
传统的TD基站中的不同小区，即使传送相同的MBMS业务也需要建立和使用不同的传输承载，这对TD基站和基站控制器(RNC)之间的Iub接口资源造成很大的浪费。通过对现有系统的Iub接口进行升级，在同一个NodeB下的多个小区同时传输相同MBMS业务的情况下，可以实现FACH信道承载共享，这样可以大大节省Iub接口的传输资源。
采用以上关键技术，结合TD-SCDMA原有特点，使得TD-MBMS具备如下技术特点。
(1)作为同步系统可以方便地实现SFN宏分集；
(2)通过时分方式传输业务，更利于终端省电；
(3)采用简化的传输过程，降低了系统和终端的处理复杂性；
(4)灵活的资源配置能有效利用无线资源；
(5)支持Iub接口承载共享提高了传输效率。
5 、TD-MBMS频谱效率分析
众所周知，无线频谱资源和水电煤气等基础能源等一样都是稀缺的公用资源。单位频谱资源(每赫兹)可以传输的数据速率(比特率)，或者简称为频谱效率通常被认为是判断手机电视技术体制竞争力的关键指标。
纵观全球所有广播制式的手机电视标准和技术，业界公认频谱效率较高的是高通设计的MediaFLO。MediaFLO基于OFDM传输体制，并为手机电视业务量身定做的技术。在美国Verizon Wireless预商用的MediaFLO系统中，利用6M带宽运营20套电视节目，每个频道的速率约320kbit/s，其理论的频谱效率为1~1.2bit/s/Hz；欧洲主流的DVB-H在不同的信噪比环境下，采用16QAM调制下理论频谱效率可达0.8~2bit/s/Hz，更高阶的64QAM调制下可达1.5～3bit/s/Hz。
但是，实际上64QAM的调制方式对于多数手机电视系统来说是可望而不可及的。这不光是终端处理能力有限的问题，最关键的是受制于SFN单频网大区广播的各种信噪比(SNR)等级的瓶颈。因为在大区广播下，只有很少区域下的信噪比环境可以支持64QAM调制，更多的区域只能支持16QAM或QPSK调制。为了兼顾SNR等级和频谱效率业界提出了分层调制的技术，但是目前商用的MediaFLO和DVB-H仅仅是针对16QAM调制采用了分层调制技术，实际应用下对于64QAM的分层调制几乎是不可能的，用户的体验会非常差；日韩采用的T-DMB没有采用分层技术，因此频谱效率都低于1bit/s/Hz。相对而言，如果采用功率受限的卫星广播系统，理想的调制方式是最常见的QPSK调制，在频谱效率上存在明显的短板。
大区制式的手机电视系统只有在大范围覆盖的中间地带才具有进行高阶调制(16QAM及以上)的信噪比环境，而基于移动通信的MBMS 无论采用UTN(同时隙网)或SFN(专用载波)，即便在小区边缘都可以进行16QAM。而16QAM正是HSDPA的基础技术，目前从终端到网络都已经全面实现。经理论计算和仿真验证，TD-MBMS UTN的频谱效率达到1.2bit/s/Hz，而TD-MBMS SFN体制下可以达到1.7bit/s/Hz。
6、 TD-MBMS的标准和产业进展
2007年3月，中国公司联名在爱沙尼亚3GPP RAN35次全会上，提交了LCR TDD MBMS物理层增强的工作项目(WI)立项申请，立项通过；随后在马耳他RAN1＃48bis会议上和RAN1～RAN4小组日本会议上，中国公司一共提交了40多篇文稿，并全部通过；5月在韩国3GPP RAN36次全会上完成LCR MBMS增强WI项目并正式发布。至此，在TD-SCDMA国际标准的R7版本中，在混合载波和单独载波MBMS中正式引入了SFN宏分集、联合检测、相位偏转、接收分集和高阶调制等物理层增强技术，为LCR TDD MBMS的长期演进打下了良好的基础。
2007年2月，我国信息产业部召开TD-SCDMA手机电视启动会议，并成立TD-SCDMA多媒体广播业务方案起草组。4月在CCSA TC5第12次全会WG9会议上，递交了“2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统(TD-MBMS)总体技术要求(第一阶段)”制修订通信技术标准项目建议书。8月在TC5 WG9 15次会议上通过了TD-MBMS总体技术要求的送审稿。2008年2月，CCSA正式对外公示了两项TD-MBMS行标报批稿：“2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统(TD-MBMS)总体技术要求(第一阶段)”和“2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统(TD-MBMS) 无线接入子系统设备技术要求(第一阶段)”。这为TD多媒体广播业务后续试验和推广奠定了规范基础。
在后续的3GPP RAN35次全会上，中国公司联合提交了LCR TDD MBMS物理层增强的work item立项申请，主要是引入了SFN的传输方式、并提出专用载波的概念，同时推出了联合检测的应用场景。另外，为满足系统传输效率和大区覆盖的需求，提出采用专门的载波用于承载MBMS业务，终端使用双接收机进行接收，该专用载波采用全下行发射，并且对时隙结构进行优化，大大提高了传输效率，并且可以支持大区覆盖。
在标准化切实推进的同时，TD-MBMS的产业化工作也正在紧锣密鼓的推进当中。从2007年上半年开始，四大TD设备厂商(大唐、中兴、鼎桥、普天)相继投入了TD设备的开发，大唐、展讯、联想、中兴等终端和芯片厂商也同步开发TD-MBMS终端。2007年10月，在北京国际通信展上首次演示了TD-MBMS手机电视业务。
2008年年初，随着TD-MBMS行标的颁布，由信息产业部组织的TD-MBMS实验室测试工作也已经在深入开展，几乎所有的TD主流厂商都参与到了此次测试中。根据政府产业化推进的要求，后续还将在中国移动的TD-SCDMA外场开展真实网络的测试，以验证TD-MBMS商用化能力。衷心期待我国自主创造和自主制造的TD-MBMS能早日走进我们的生活。
