-
-
手机阅读
MBMS技术的设计目标是：占用的无线接入网和核心网的资源最小；在终端移动的条件下，流媒体业务接收顺畅；广播多播业务的发射功率最小化，以免影响其它无线链路的正常通信；系统分层设计，便于移动通信系统添加区域的广播或多播业务等。本文将介绍基于WCDMA的多媒体广播多播服务MBMS及其关键技术。
一、手机电视实现的三种方法比较
手机电视业务又称为手机的移动视频业务，是通过手机等移动终端，使用户可以享受电视节目的无穷乐趣。人们可以从手机获得较高质量的音视频收视体验，最终实现能打电话就能收看电视节目的目标。从手机电视的实现方式来看，目前，主要有以下三种：
1.利用数字地面广播实现
目前，采用这种方式的有欧洲的DVB-H（Digital Video Broadcasting-Handled）和日本的单频段转播标准。这种方法主要是在手机终端上安装微波数字电视接收模块，使用户可以不经过移动通信网络直接获得数字电视信号，将低成本的广播网络和移动网络相结合。
2.基于卫星网络实现
目前，采用这种方式的有韩国的S-DMB（Satellite-Digital Multimedia Broadcasting）以及欧洲的SDMB。它将数字视频或音频信号通过DMB卫星进行广播，有移动电视或其他专门的终端实现移动接收。这在很宽广的地区可以充分满足用户在移动环境下，接收广播电视信号的要求。但是它也存在一些不足，如投资很大，很难收回成本。
3.利用移动网络现实
美国和中国采用该方式，即MBMS。它是依靠现有网络来实现的，可以弥补IP组播技术不能使多个移动用户共享移动网络资源的不足。与前面的两种方式相比，MBMS具有很多优点：它是利用现有移动网络，来实现良好的深度覆盖；增加新功能模块，使网络投资少，建设周期短；它的最小覆盖单元是蜂窝小区，可以为不同位置用户提供丰富的业务；此外，它还与现有终端保持很好的一致性。
二、MBMS简介
广播多播技术是指通过共享一条传输链路，把多媒体数据广播或多播到移动终端。它可以在移动网络中，提供一个数据源向多个用户发送数据的点到多点的业务，实现网络资源共享，提高网络资源利用率，尤其是十分有限的空中接口资源。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，而且还能实现高速多媒体业务的组播和广播。
基于WCDMA/GSM分组网的组播和广播业务即MBMS，是通过增加一些新的功能实体，如广播组播业务中心（BM-SC）；对已有的分组域功能实体，如SGSN、GGSN（GPRS、RNC和UE等增加MBMS功能；并定义了新的逻辑共享信道来实现空口资源共享。MBMS体系结构的简化模型如图1所示。
图1 MBMS体系结构的简化模型
在图1中，MBMS的承载业务的边缘为Gmb、Gi参考点，即广播组播业务中心BM-SC与GGSN之间的接口。其中，Gmb接口是唯一新增的接口，提供控制面功能，用于GGSN与BM-SC之间的信令交换，如MBMS承载业务相关的信令和用户相关的信令。Gi接口提供用户面功能。
广播组播业务中心（BM-SC）是MBMS业务提供者的入口，为新增的移动网功能实体。该实体功能有：
（1）业务管理功能主要包括：添加、删除、修改、查询用户信息等功能；业务信息配置功能；业务订阅、退订功能，业务统计等功能。
（2）内容管理功能主要包括：频道制作和实时频道制作功能；广告管理功能；频道广播功能；业务指南生成和广播功能；业务启动和停止等功能。
（3）内容保护功能主要包括：密钥生成和保护功能；密钥PUSH和PULL发布功能；媒体加密功能和密钥生效通知等功能。
（4）计费功能主要是支持频道免费、包月和按天计费的功能。
（5）操作维护功能主要包括：数据配置功能；告警管理功能；性能管理功能和安全管理等功能。
由于MBMS标准没有定义BM-SC的功能如何实现，因此，厂家可以将它们部署到不同的节点，还可以将它们集成 到现有的核心和服务网络节点，从而提高MBMS技术的灵活性。
新增的MBMS相关功能和过程有：UE支持激活和撤销MBMS业务，支持与MBMS安全相关的功能，支持并行处理MBMS业务和非MBMS业务。UTRAN中包含RNC和NodeB节点，根据当前小区中订阅MBMS业务的UE数目和可用的无线资源，选择合适的无线承载方式，即PTP （Point-to-Point）和PTM（Point-to-Multipoint）两种方式；UTRAN支持核心网发起和终止MBMS业务的传输，支持接收MBMS业务的UE在RNC之间的移动，同时支持传输与MBMS业务并行的其他业务。SGSN对接收MBMS业务的UE进行网络控制，将MBMS业务发送给UTRAN，完成MBMS业务的计费功能。GGSN根据BM-SC的通知，为MBMS业务建立或释放用户面和控制面的承载。
MBMS有广播和多播两种工作模式。组播模式需要与用户签约相应组播组，进行业务激活，并产生相应的计费信息。广播模式是指多媒体数据从一个业务源被单向发送给广播服务区域内的所有UE，该模式UE无需注册就可接收广播数据，可有效节约无线资源；但无法保证UE接收数据的完整性。多播模式与广播模式类似，但它可接收多播数据的UE只限于已注册的UE。当小区中接收多播数据的UE过少时，可选择PTP的无线承载方式发送多播数据，以减少对其他无线链路的干扰。
三、MBMS的工作流程
MBMS的工作流程主要分为以下几个阶段：
1.注册阶段
建立UE和MBMS业务提供者之间的联系。注册完成后，UE可以接收多播数据，MBMS业务提供者就可以对提供的MBMS业务进行收费。
2.业务声明阶段
告知用户获取业务的范围。包括运营商定义的业务和内容；提供商定义的业务、内容（包括业务的内容，业务激活需要的参数）等。
3.UE加入阶段
基于业务声明阶段提供的业务信息，使UE成为MBMS业务的多播组成员。UE加入后，UE需要为接收到的MBMS业务付费，同时需要在UE和MBMS业务提供者之间进行身份认证。
4.会话开始阶段
该过程代表BM-SC已经就绪，准备发送数据。它与用户业务激活过程相互独立，即用户可以在会话开始之前或者其后进行业务激活。会话开始过程可以触发数据传输的承载资源的建立。如果一个MBMS用户业务由多条MBMS承载业务来传输，那么会话开始过程就要发给该用户业务的每个承载业务；此时， UE可能需要触发多条相关承载业务才可以完整接收该用户业务。
5.MBMS通知阶段
通知UE准备接收MBMS业务。
6.数据传送阶段
给UE发送MBMS业务。在多播模式下，MBMS业务的数据是加密的。
7.会话结束阶段
BM-SC决定在一段时间内停止数据传送，同时释放传送MBMS业务所分配的资源。
8.UE离开阶段
UE取消多播业务的注册，不再接收该多播业务。
由于组播和广播模式在业务需求上存在不同，导致其业务流程也不同。因此，对于广播无线承载方式，没有上述的注册阶段、UE加入阶段以及UE离开阶段。
业务密钥分发有两种方式。第一种，终端请求获取方式；终端向移动多媒体广播业务平台发送业务密钥请求，业务平台对终端认证通过后向终端发送业务密钥。第二种，网络主动推送方式；业务密钥生成后，移动多媒体广播业务平台主动向已经订阅相应业务的用户终端推送业务密钥。广播模式不需要进行业务密钥分发。
在业务质量方面，移动网络需要对MBMS QoS进行控制。与其它点到点数据业务不同，MBMS仅仅支持Background、Streaming两种业务类型，Background适于消息和下载类应用，Streaming用于广播连续的媒体数据流；同时MBMS还需要支持较高的SDU错误率。
四、无线承载方式的切换
为降低系统实现的复杂度，WCDMA网络的物理层使用专用物理下行信道（PTP无线承载方式下）和次公共控制物理信道（PTM无线承载方式下）传输MBMS业务。WCDMA网络的数据链路层分为PDCP、RLC和MAC三个子层。为了实现MBMS，只需在原有信道基础上新增三条逻辑信道和一条物理信道。新的三条逻辑信道为：MTCH、MCCH和MSCH。
MBMS点到多点的控制信道（MCCH）包含正在进行通信或者即将进行通信的MBMS会话信息；其调度信道（MSCH）为MTCH信道上的数据调度提供相应的信道；它的业务信道（MTCH）用于承载实际的MBMS业务数据；新增的物理信道是MBMS通知指示信道（MICH），网络通过此信道通知终端MCCH上有有效MBMS信息。
订阅某一MBMS业务的UE，通过寻呼信道或者广播信道向UTRAN发送回复信息，UTR AN根据统计出的订阅该MBMS业务的UE数目，决定采用PTP或者PTM。重计数的目的是：通过在MBMS业务的传输过程中对订阅该MBMS业务的UE数目的重新统计，来确认当前是否采用了最佳的无线承载方式；如果当前采用的不是最佳的无线承载方式，则UTRAN对该业务进行无线承载方式的切换。
RNC节点触发一次计数过程后，UE将给RNC返回一个计数响应。多个UE返回的计数响应可能会导致上行随机接入信道的拥塞；因此，RNC在计数过程中采用了基于接入概率因子的控制过程。RNC先设定一个接入概率因子值，UE根据该值以一定的概率回复RNC的计数信令，根据正确回复的UE的数目，RNC估算出剩余的UE数目，并对接入概率因子进行调整。如果RNC统计出订阅该MBMS业务的UE数目达到一个门限值，则结束计数过程。
根据小区中订阅某一MBMS业务的UE数目，来决定采用何种无线承载方式承载该MBMS业务，这种方式也存在其不合理性。例如，给若干个靠近小区中心的UE采用PTP无线承载方式所产生的干扰可能要小于在整个网络中使用PTM的无线承载方式多播该业务所带来的干扰。在考虑MBMS业务的服务质量方面，对于使用较高带宽的MBMS业务，无线承载方式切换的门限，即订阅该业务的UE数目，要小于使用较少无线资源的MBMS业务所对应的切换门限。
无线承载方式发生变化时，接收该业务的UE在RLC子层和MAC子层对应的实体将进行重建。如果UE接收的是后台业务，则当该业务的无线承载方式从PTP切换到PTM时，UE在RLC子层对应的实体将从AM模式切换到UM模式，在MAC子层对应的实体从MAC-d切换到MAC-m，逻辑信道从 DTCH切换到MTCH，传输信道从DPCH切换到FACH；反之亦然。如果UE接收的是流媒体业务，则当该业务的无线承载方式从PTP切换到PTM 时，UE在MAC子层对应的实体从MAC-d切换到MAC-m，逻辑信道从DTCH切换到MTCH，传输信道从DPCH切换到FACH；反之亦然。
五、结束语
移动通信系统中的广播多播技术是近几年来研究的热点技术之一，与WCDMA网络相对应，在CDMA2000网络中的广播多播技术被称BCMCS （BroADCast and Multicast Service）技术。BCMCS的广播多播机制和工作模式与MBMS十分相似，尽管其终端用户比特速率与MBMS相当，但是它也存在着一些不足，如：为弥补多播通信中缺少无线链路重传协议所引入的纠错编码的复杂性，其有效速率在下行达到2.4 Mbit/s，不能覆盖小区边缘。MBMS更有其优越性：如它利用现有网络实现良好的深度覆盖，建设周期短，网络投资少，支持的业务丰富，并提供一套完全由WCDMA/GSM移动运营商运营和控制的MBMS传输渠道，从而方便移动运营商对手机电视业务的运营。因此，国内一些通信巨头纷纷看好这一技术，如华为、中兴，都加大了对这一技术的投入。可见，不久的将来，手机电视将得到全面推广。