MBMS 技术介绍

MBMS技术与应用分析

为了有效地利用移动网络资源，全球标准化组织3GPP提出两种广播服务的方法：一种是利用小区广播服务，这种方法是在GSM系统上发展出来的，因此只能提供文字模式的广播服务；另外一种是多媒体广播组播服务（MBMS：MultimediaBroadcastMulticastService），由一个数据源向多个用户发送数据的点到多点业务，实现网络资源共享，包括移动核心网和接入网资源共享，尤其是空口资源共享。3GPP定义的MBMS不仅能实现纯文本低速率的消息类组播和广播，而且能实现高速率的多媒体业务组播和广播，这无疑顺应了未来移动数据发展的趋势。

    技术特点

 
    MBMS对原有WCDMA网络主要的改动是：增加广播组播业务中心（BM-SC：Broadcast-MulticastServiceCentre）网元，对现有PS域相关网元进行MBMS功能升级，以支持MBMS特有接口功能（如Gmb）、特有信道（如MICH、MTCH/MCCH/MSCH）、特有物理层过程（FACH信道选择性合并、PTM与PTP切换）和特有业务流程（如订阅）。

    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，原有基带处理功能也有所增强。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256kbit/s的速率进行下载和流媒体的传送。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。

    在容量方面，MBMS提供点到多点传送多媒体的发送机制，提供所谓“SendOnce，ChargeManytimes”的业务模式，资源消耗与用户数的增长无关，从而为节省3G网络紧张的空口资源和Iub口传输资源，规避移动网络容量劣势寻找到了根本解决途径。

    MBMS技术原理与网络结构

    1．网络结构

    MBMS基于WCDMA/GSM分组网，通过增加一些新的功能实体—广播组播业务中心BM-SC，对已有的分组域功能实体如SGSN（ServingGSN）、GGSN（GatewayGSN）、RNC（RadioNerwork Controller）和UE（User Equipment）等增加MBMS功能，来实现广播组播业务，并定义了新的逻辑共享信道以实现空口资源共享。

    MBMS的业务实现主要通过用户侧的UE和网络侧的BM-SC来实现：

    ●在用户面，MBMS使用特定的Qos通过Gi口向UE分发组播数据包。

    ●在控制面，业务提供机制包括：管理UE的MBMS服务承载业务的激活状态（组播模式下）、业务的外购版权确定（组播模式下）、提供会话的触发和中止控制并管理数据分发的承载资源（组播和广播模式下）。

图 1 MBMS网络架构

2．功能实现

    MBMS新增功能实体广播组播业务中心（BM－SC），是内容提供者的入口，用来授权和在移动网中发起MBMS承载业务，并按预定时间计划传送MBMS内容。其功能包括：

    ●对第三方内容提供商的鉴权、授权和计费；

    ●提供MBMS传输相关参数，如QoS、组播广播区域；

    ●发起和终止MBMS传输资源；

    ●从外部数据源接收并传送MBMS内容、安排MBMS会话传送并告知用户、会话重传等；

    ●业务声明，包括媒体描述、会话描述，如组播业务标识、地址、传送时间等。

    对已有的WCDMA/GSM分组网功能实体GGSN、SGSN、RNC/BSC和UE，也需要增加MBMS相关功能和过程。其针对MBMS新增功能有以下四部分。

    ●GGSN作为MBMS数据的IP组播业务节点，根据BM-SC的通知请求为广播或组播传送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、计费数据手机、业务（QoS）协商。

    ●SGSN对用户进行网络控制；支持MBMS接收者在SGSN间的移动；组播业务计费,包括后付费和预付费用户；根据GGSN发送的通知建立或释放Iu、Gn承载。

    ●RAN在预定的组播或广播业务区域传送MBMS数据，组播模式下RAN根据小区中当前服务用户数目和可用无线资源选择合适的无线承载，即选择共享信道或专有信道；支持核心网发起和终止MBMS传送；支持MBMS接收者在RNC间的移动，这可能会引起一些数据的丢失；支持传输MBMS业务声明、寻呼信息、MBMS并行业务，如接收MBMS视频内容，同时进行语音呼叫和消息业务。

    ●UE支持激活/去激活MBMS业务；MBMS安全相关功能，如对内容进行加密和一致性保护；接收MBMS业务声明、寻呼信息或支持同步业务；根据MBMS会话标识决定是否忽略MBMS会话。

    3．链路层主要技术

    引入MBMS时，需要对物理层所做的修改主要有以下几点：

    ●增加一个新的类似PICH的MBMS通知指示信道（MICH）；

    ●在小区中增加S-CCPCH操作，尽可能与邻小区保持同步。

    MBMS数据通过Uu接口发送给UE，既可以使用点到点传输，例如使用现有的PDCH功能，也可以使用点到多点的传输。

    点对点传输用来传送MBMS特有的控制/用户面信息，以及专用的控制/用户面信息。这些信息在RRC连接模式下，在UE和网络之间传送。这种模式只适于MBMS组播模式，对于一个UE，如果在CELL_FACH、CELL_DCH、DCCH或DTCH信道上，则允许使用现有的映射关系，映射到传输信道。点到多点传输用来传送MBMS特有的控制/用户面信息。这些信息是在RRC连接或空闲模式下，在网络和处于空闲或者RRC连接模式下的几个UE之间传送。这种模式适用于MBMS的广播和组播模式。

    UE端有两种组合方式提高接收性能：

    ●选择性合并：UE将TTIs组合在L2重排序缓冲区中，这样就能够允许不同无线链路之间更长的时移。选择性合并所允许的时移能够达到几个TTI。选择性合并能够获得3.7～4.8dB的增益；

    ●软合并：当前小区和邻近小区的发送时间保持在1TTI＋一个时隙之内,UE在物理层可以对接收的信息进行软合并。使用软合并能够在选择性合并的基础上进一步获得2～3dB的增益。

    为了支持MBMS用户平面和控制平面的传输，在MAC层的MAC-c/sh实体加入了一个新的功能实体MAC-m，该实体主要是用于完成点到多点传输模式中逻辑信道MTCH、MCCH、MSCH到传输信道FACH的映射，在点到点模式中，采用逻辑信道DTCH和DCCH。

    组播模式和广播模式的业务流程

    1．组播模式业务流程

    MBMS组播业务的提供有以下几个特定的过程，签约、用户加入、用户退出为用户的个人行为，由用户发起，其他流程则由系统完成。

    签约：建立用户和业务提供者之间的关系，签约信息由BM－SC记录。

    业务声明：MBMS业务声明机制可使用户得到MBMS业务的相关信息，如地理范围、IP组播地址、业务开始时间等。运营商可考虑采用多种方式来实现业务声明，如通过小区广播、MBMS广播模式、MBMS组播模式、PUSH机制（WAP、SMS、MMS）、URL（HTTP、FTP）。

    用户加入和用户退出：用户加入或退出某个组播组，可通过IGMP（InternetGroupManagementProtocol）协议或MLD（Multicast Listener Discovery）协议来实现。

    会话开始和会话结束：由广播组播业务中心BM-SC发起，触发由MBMS数据传送建立或释放相应的网络资源，包括GTP用户面、Iu接口和空中承载。该过程与用户加入或退出某个组播组过程完全独立。

    MBMS通知：指网络侧通知UE将传送MBMS数据。

    数据传送：MBMS数据传送给UE。

    2．广播模式业务流程

    与组播业务不同，在广播模式下，用户无需加入组播组。用户在接收广播业务和退出时，需要在本地进行业务激活和去激活的过程，而无需进行网络和UE间的交互。

    3．组播业务的实现

    基于MBMS技术的业务与应用

    MBMS提供了一套完全由WCDMA移动运营商运营和控制的广播/多播传输通道，并可以利用蜂窝网已有的双向信道实现交互。因此，运营商在MBMS之上可以提供多种多样的移动多媒体业务。

    从实现方式来看，除了广播业务，MBMS还可以提供更丰富的组播业务，由于采用了点对点修复机制，还可以实现高可靠的下载业务。MBMS不仅可用于承载用户主动订阅的业务，还可以为用户提供多种丰富的“PUSH”业务，比如移动广告、公告信息等。

    不同的媒体类型所需要的速率也各不相同，在3GPP用户业务规范中，给出了一个各类业务的速率信息。

    由表1可以看出，MBMS典型应用的速率要求与所使用的媒体类型有关，其传送视频类业务时所需要的带宽最高。

业务组合可能存在以下几种形式：

    ●视频直播节目：约10～15个频道，如新闻、娱乐、电视剧、动漫、财经等；

    ●音频直播节目：约8～10个频道；

    ●点播业务：短片、卡通动漫，为手机终端及用户喜好制定特别的点播节目；

    ●数据业务。

    业务组合的基本方法：通过用户需求市场调查结果，把用户分为若干类型，根据用户类型的不同，对上述提供的各种节目进行组合，形成多个节目包，再与数据业务、点播业务进行搭配同时提供给用户，供用户选择，从而简化节目定制过程和用户管理。

    ●把用户普遍感兴趣的2～3个视频频道（如新闻频道、综合娱乐频道、财经频道等）和数个音频节目作为基础节目包，以优惠的价格提供给用户使用，其余视频节目和音频节目按频道收费；

    ●点播业务可按次收费，也可包月；

    ●数据业务与视频业务、点播业务同时提供，用户也可以单独选择数据业务。

    MBMS与其他多媒体广播组播技术的比较

    移动多媒体广播组播的实现技术主要分为三类：一是基于移动网络的技术，MBMS属于这类技术；二是基于地面数字广播网的技术，如欧洲的DVB-H，三是基于卫星广播的技术，如韩国S-DMB。这三类技术各有其特点，下面对MBMS、基于卫星的实现技术和基于地面数字广播网的实现技术进行简单比较。

    根据表2中的对比和分析可以看出，基于移动网络的实现技术虽然能够较好地实现移动视频广播业务，并且在用户个性化操作及互动方面也有一定的优势，但频率使用的经济性相对较差。而基于地面数字广播网络的实现技术只需在数字广播电视网络的基础上进行较简单的升级即可提供移动视频广播，由于其完善的广播式下行传输及在网络建设成本和运营成本上的巨大优势，基于地面数字广播网络的实现技术是开展移动视频广播业务较好的下行传输技术。但从业务整体考虑，此类技术必须与移动网络的上行技术相结合才能够实现网络与用户之间的双向通信。