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TD-SCDMA系统中的手机电视技术

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2024年4月2日发(作者:段干华)

维普资讯

T D-S C D M A系统中的 

手机电视技术 

师延山 张爱民 林敬东 展讯通信(上海)有限公司 

【摘要】文章介绍了手机电视标准的现状,基于3GPP MBMS的SFN(单频网)技术,研究了 

用于TD SCDMA MBMS(TD MBMS)的UTN(同时隙网)技术,得出UTN比SFN组网方式 

更灵活的结论。最后通过仿真显示,提高手机接收窗宽度会显著提高UTN的接收性能。 

【关键词】TD SCDMA 手机电视TD--MBMS UTN SFN 

手机电视被认为是3G时代最有希望的多媒体业务之 

而MBMS在物理层的显著改进,是引入了单频网 

(SFN,Single Frequency Network)。所谓单频网是指若 

融合了多媒体、实时、交互等诸多媒体特征,终端轻巧 

可移动,用户可方便地获得服务。 

干基站同时在同一频率上发射相同的信号。SFN带来的最 

大好处是频谱效率的提高,同时,UE(用户设备)在SFN 

内移动时无需任何切换,大大减少了信令的开销。 

在SFN环境下,来自于不同基站的信号,可被终端认 

目前该业务的研究非常活跃,相关传输标准已有十余 

种,可分为三类,分别基于地面广播、卫星广播和移动通信 

技术…。 

基于地面广播的技术包括欧洲的DVB—H、美国的 

MediaFLO、韩国的T—DMB、日本的ISDB—T等。我国清 

为是多径信号,进而进行分集处理。但在一定程度上, 

CDMA单频网要求接收机能够容忍更长的时延扩展。 

为迎接奥运,推动TD—SCDMA手机电视业务的发展, 

TD—MBMS应运而生。TD—MBMS是3GPP MBMS的TD— 

SCDMA版本,并已在3GPP获得通过。TD—MBMS在接入 

技术上最主要的演进,是基于SFN,并进一步引入了同时 

隙网(UTN,Union Time—Slot Network)技术。 

华大学和上海交大也分别在其数字电视标准DMB—T和 

ADTB—T基础上研究国内的技术。 

基于卫星的技术主要包括欧洲的S—DVB和日韩的 

S—DMB等。 

基于移动网络的技术最初是采用移动流媒体的方式实 

现的,虽在一定程度上满足了需求,但在带宽、效果、用户 

教、费用等方面,还不尽如人意,因此MBMS应运而生。 

MBMS f Multimedia BroadcaSt Multicas L 

l 单频网(SFN)技术 

单频网中,相邻基站在同时同频,发送相同的信号。这 

Service)是3GPP R6开始定义的多媒体广播组播功能。对 

原有网络主要改动是:增加BM—SC网元,对现有分组域相 

关网元进行功能升级,以支持MBMS特有接口功能(如 

些信号是由相同的业务数据经过相同的信道编码、信道映 

射、扩频、打孔、交织、调制等过程的处理,最终形成。 

如图1所示,此时对手机接收机而言,来自于不同基站 

Gmb)、特有信道(如MICII、MTCH/MCCH/MSCtj)、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)[21。 

的信号可等价为多径信号。因接收机无须区分信号是否来 

自于不同基站,复杂度大大降低。原本基站之间存在着同频 

干扰,而手机需要进行复杂计算消除干扰;但SFN中,由 

于多径信号丰富,反而使接收性能大大提高,进而提高了频 

收稿日期:2 0 0 7年9月9日 

谱利用率。 

责任编辑:周霞zhouxia2006@gmaiI com 

2007.1—1

_ 四 

维普资讯

TD—SCDMA系统中的手机电视技术 

隙上,参与广播的多个基站发送相同的信号,因此,UTN实 

际上是一种SFN网络。 

UTN时隙使用公共的Midamble码、扰码,亦即本小区 

和邻小区的这些参数是相同的;在邻区之间,该时隙所发射 

的数据也是由相同数据经过相同的处理而形成。而其他的 

N频点时隙,则采用本小区特定的Midamble码和扰码。TS6 

图1 SFN(单频网)示意图 

(时隙6)通常不用作UTN时隙,否则,当手机在辅频点接 

收MBMS业务时,由于射频器件的限制,可能没有足够的 

2 TD—SCDMA的N频点组网方式 

时间切换到主频点的TS0。 

目前TD系统采用N频点组网方式,一个小区有1个主 

事实上,可将UTN时隙视为~个与N频点网络时分复 

频点和(N一1)个辅频点资源。通常N=3,即5MIIz同频 

用的独立的SFN无线网络。 

组网,如图2所示: 

UTN可以进行区域化组网。相同的UTN时隙在不同的 

地域可以组成不同的UTN网络,但不同UTN 

主频点 

网络之间应该是地域隔离的。典型的场景是 

辅频点 

不同城市使用不同的UTN网络播放各自的 

辅频点 

电视频道。 

图2 TD—SCDMA N频点组网 

可以对N频点系统的UTN频点和时隙资 

源进行灵活的配置,例如将更多的下行时隙 

N频点系统,每帧中只有主频点以广播方式发送TS0 

分配给UTN;各频点上的UrrN时隙数目不同,以适应不同 

(时隙0),而辅频点则不发送该时隙。主频点通常要在相邻 

速率的业务等。 

小区间进行频率规划,尽量避免邻区间的主频点相同。 

——一 

N频点组网—————— uTN组网 _N频点组网… -H 叶 辱譬 

主频点[工s Q土l生] 】 [TS_1牛1 2▲l丁s TS 4 T [Ts UTN l网络提高了对手机接收机所容忍 

~——一=N频喜I- 多径延迟的要求,本节研究接收机这一能 

辅频点

GL

_ 

 

:: ___== N颦毒组网 =二:=_ __=: T 

 f

s一 ±_I TS3 s4— Ts 力对接收性能的影响

。 

辅频点 

N频点组网

Ts_ _Ts_

一一一—_

2~十_I—T

_— 一UTN组I

s ~_▲_ TS 4;Ys

N—一N频点 

 ,=f 干 _l _

…一……~一 

仿真场景为,各小区半径是R,均匀分 

布,发射功率相同,中心小区为被研究小 

图3 TD—MBMS中N频点+UTN组网 

区。中心小区处UE收到的信号为各基站信 

号叠加。实际上,UE接收机能够处理的时延扩展是有一定 

3 TD—MBMS同时隙网(UTN)技术 

范围的,设此接收窗宽度为Tw,位于接收窗宽度范围内的 

TD~SCDMA是时分双工(rrDD)系统,上下行链路占 

接收信号可等效为有效信号,否则为干扰信号。因此, 

用相同频率。而MBMS典型业务是下行广播,显然在TD— 

S胁 的计算方法为: 

SCDMA中用一个单独频点组一个单频网并不合适,会面临 

s 一 董 堡鉴宣 兰堡 垩兰 

频谱资源和基站成本的问题;可能造成MBMS频点的时隙 

落入接收窗外的多径功率之和+噪声之和 

(下行)和非MBMS频点的相同时隙(上行)间的较强干扰。 

设基站天线高35米,UE高2米,工作载频为2010MHz, 

另外,单独频点也不利于与N频点系统进行资源规划和共用 

考虑一般城区,采用大尺度衰落COST一231一Hata传播模 

接收机。因此,在TD—MBMS中引入了同时隙网(UTN)[31。 

型,PL(X)=135.36+34.79Log (X)。 

图3给出了N频点和UTN联合组网示意图。下行时隙可 其中, 为信号收发端之间的水平距离,尸£为路径损 

被配置为UTN或N频点时隙;小区中不同频点问UTN占用 

耗。快衰落模型采用3GPP TS25.102所规定的Case 3l4。 

时隙可以相同或不同;但相邻1J、区相同频点的UTN时隙分 

图4给出了信干比(SINR)的累积分布函数(CDF)曲 

配是相同的。UrrN时隙用来发送MBMS广播业务,在该时 

线,其中,阴影衰落为5dB。横坐标为SIA;R,纵坐标为小 

臣20秒0-77] ̄  

责任编辑:周霞zhouxia2006@gmai Icorn 

维普资讯

TD—SCDMA系统中的手机电视技术 

区中SINR小于横坐标的区域面积占整个小区面积的比例。 

根据3GPP TS25.102中给出的性能要求,对于 

144kb/S的数据业务,在Case 3的信道条件下,若采用8 

个码道进行传输,当BLER需求为l0 时,需要的信干比为 

l 1.8dB。 

如图4所示,对于典型的TD—SCDMA小区半径 

尺=1000米,Tw=16码片时,S[NR大于1 1.8dB的区域约为 

80%:而当Tw=32码片时,大于l1.8dB的区域接近100%。 

仿真显示,在SFN组网的情况下,接收机的接收窗宽 

度对接收性能影响显著。在各基站发射功率相同的情况下, 

接收窗宽度越大,接收信-TI:I: ̄大。在相同接收机窗宽的情 

况下,小区半径越小,信干比大于给定门限的区域所占小区 

面积的比例就越大。 

CDF of SIR(TW=16码片) 

a 

 

SINR(dB) 

CDF of SIR(Tw=(32码片) 

SINR(dB) 

图4 阴影衰落为5dB, 分别为l6和32码片时 

S 獬的CDF曲线 

责任编辑:周霞zhouxia2006@gmai}com 

5结论 

综上所述,可得以下结论: 

(1)N频点系统与UTN联合组网的方式,提高了网络资 

源规划的灵活度,且能最大限度重用现有网络和手机终端。 

(2)加大接收机接收窗宽度会显著提高接收性能,极大 

地发挥UTN网络的优势,进而提高频谱利用率。 

参考文献 

【1】朱志实.手机电视标准及其技术分析【J】.声像与电脑 

23.246.MUlt iiTIedia Broadcast/ 

Service(MBMS)Architecture and 

description,V7.2.0[S].2007:8— 

131 CCSA.TC5一WG9—2007—066.TD—MBMS总体技 

术方案,V0.1【S].2007:1—25. 

【41 3GPP TS 25.102.User Equipment(UE)radiO 

transmiSSion and reception(TDD),V5.10.0 

【S】.2007:84—85. ★ 

【作者摘介】 

师延山:毕业于北京航空航天大学. 

X-学博士,现任职于展讯通信有限毯 

司,长期从事于TD—SCDMA移动通信枥 

《酲  准工作

。 

张爱民:毕业于中国科学院声学研究 

所信号与信息处理专业,工学博士,目 

前就职于展讯通信(上海)有限公司, 

从事TD—scDMA物理层算法研究X-作。 

林敬东:毕业于美国波士顿东北大学 

电子工程系,工学博士,现任展讯通 

信(上海)有限公司首席科学家兼研 

究中心副总裁。对GSM/GPRs、cDMA等 

无线通信系统、数字信号处理等领域 

有深入研究,发表国际论文2 0余篇,美 

国专利8项,待授权专利4 0余项。 

秒 通信 

~一? 

2024年4月2日发(作者:段干华)

维普资讯

T D-S C D M A系统中的 

手机电视技术 

师延山 张爱民 林敬东 展讯通信(上海)有限公司 

【摘要】文章介绍了手机电视标准的现状,基于3GPP MBMS的SFN(单频网)技术,研究了 

用于TD SCDMA MBMS(TD MBMS)的UTN(同时隙网)技术,得出UTN比SFN组网方式 

更灵活的结论。最后通过仿真显示,提高手机接收窗宽度会显著提高UTN的接收性能。 

【关键词】TD SCDMA 手机电视TD--MBMS UTN SFN 

手机电视被认为是3G时代最有希望的多媒体业务之 

而MBMS在物理层的显著改进,是引入了单频网 

(SFN,Single Frequency Network)。所谓单频网是指若 

融合了多媒体、实时、交互等诸多媒体特征,终端轻巧 

可移动,用户可方便地获得服务。 

干基站同时在同一频率上发射相同的信号。SFN带来的最 

大好处是频谱效率的提高,同时,UE(用户设备)在SFN 

内移动时无需任何切换,大大减少了信令的开销。 

在SFN环境下,来自于不同基站的信号,可被终端认 

目前该业务的研究非常活跃,相关传输标准已有十余 

种,可分为三类,分别基于地面广播、卫星广播和移动通信 

技术…。 

基于地面广播的技术包括欧洲的DVB—H、美国的 

MediaFLO、韩国的T—DMB、日本的ISDB—T等。我国清 

为是多径信号,进而进行分集处理。但在一定程度上, 

CDMA单频网要求接收机能够容忍更长的时延扩展。 

为迎接奥运,推动TD—SCDMA手机电视业务的发展, 

TD—MBMS应运而生。TD—MBMS是3GPP MBMS的TD— 

SCDMA版本,并已在3GPP获得通过。TD—MBMS在接入 

技术上最主要的演进,是基于SFN,并进一步引入了同时 

隙网(UTN,Union Time—Slot Network)技术。 

华大学和上海交大也分别在其数字电视标准DMB—T和 

ADTB—T基础上研究国内的技术。 

基于卫星的技术主要包括欧洲的S—DVB和日韩的 

S—DMB等。 

基于移动网络的技术最初是采用移动流媒体的方式实 

现的,虽在一定程度上满足了需求,但在带宽、效果、用户 

教、费用等方面,还不尽如人意,因此MBMS应运而生。 

MBMS f Multimedia BroadcaSt Multicas L 

l 单频网(SFN)技术 

单频网中,相邻基站在同时同频,发送相同的信号。这 

Service)是3GPP R6开始定义的多媒体广播组播功能。对 

原有网络主要改动是:增加BM—SC网元,对现有分组域相 

关网元进行功能升级,以支持MBMS特有接口功能(如 

些信号是由相同的业务数据经过相同的信道编码、信道映 

射、扩频、打孔、交织、调制等过程的处理,最终形成。 

如图1所示,此时对手机接收机而言,来自于不同基站 

Gmb)、特有信道(如MICII、MTCH/MCCH/MSCtj)、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)[21。 

的信号可等价为多径信号。因接收机无须区分信号是否来 

自于不同基站,复杂度大大降低。原本基站之间存在着同频 

干扰,而手机需要进行复杂计算消除干扰;但SFN中,由 

于多径信号丰富,反而使接收性能大大提高,进而提高了频 

收稿日期:2 0 0 7年9月9日 

谱利用率。 

责任编辑:周霞zhouxia2006@gmaiI com 

2007.1—1

_ 四 

维普资讯

TD—SCDMA系统中的手机电视技术 

隙上,参与广播的多个基站发送相同的信号,因此,UTN实 

际上是一种SFN网络。 

UTN时隙使用公共的Midamble码、扰码,亦即本小区 

和邻小区的这些参数是相同的;在邻区之间,该时隙所发射 

的数据也是由相同数据经过相同的处理而形成。而其他的 

N频点时隙,则采用本小区特定的Midamble码和扰码。TS6 

图1 SFN(单频网)示意图 

(时隙6)通常不用作UTN时隙,否则,当手机在辅频点接 

收MBMS业务时,由于射频器件的限制,可能没有足够的 

2 TD—SCDMA的N频点组网方式 

时间切换到主频点的TS0。 

目前TD系统采用N频点组网方式,一个小区有1个主 

事实上,可将UTN时隙视为~个与N频点网络时分复 

频点和(N一1)个辅频点资源。通常N=3,即5MIIz同频 

用的独立的SFN无线网络。 

组网,如图2所示: 

UTN可以进行区域化组网。相同的UTN时隙在不同的 

地域可以组成不同的UTN网络,但不同UTN 

主频点 

网络之间应该是地域隔离的。典型的场景是 

辅频点 

不同城市使用不同的UTN网络播放各自的 

辅频点 

电视频道。 

图2 TD—SCDMA N频点组网 

可以对N频点系统的UTN频点和时隙资 

源进行灵活的配置,例如将更多的下行时隙 

N频点系统,每帧中只有主频点以广播方式发送TS0 

分配给UTN;各频点上的UrrN时隙数目不同,以适应不同 

(时隙0),而辅频点则不发送该时隙。主频点通常要在相邻 

速率的业务等。 

小区间进行频率规划,尽量避免邻区间的主频点相同。 

——一 

N频点组网—————— uTN组网 _N频点组网… -H 叶 辱譬 

主频点[工s Q土l生] 】 [TS_1牛1 2▲l丁s TS 4 T [Ts UTN l网络提高了对手机接收机所容忍 

~——一=N频喜I- 多径延迟的要求,本节研究接收机这一能 

辅频点

GL

_ 

 

:: ___== N颦毒组网 =二:=_ __=: T 

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s一 ±_I TS3 s4— Ts 力对接收性能的影响

。 

辅频点 

N频点组网

Ts_ _Ts_

一一一—_

2~十_I—T

_— 一UTN组I

s ~_▲_ TS 4;Ys

N—一N频点 

 ,=f 干 _l _

…一……~一 

仿真场景为,各小区半径是R,均匀分 

布,发射功率相同,中心小区为被研究小 

图3 TD—MBMS中N频点+UTN组网 

区。中心小区处UE收到的信号为各基站信 

号叠加。实际上,UE接收机能够处理的时延扩展是有一定 

3 TD—MBMS同时隙网(UTN)技术 

范围的,设此接收窗宽度为Tw,位于接收窗宽度范围内的 

TD~SCDMA是时分双工(rrDD)系统,上下行链路占 

接收信号可等效为有效信号,否则为干扰信号。因此, 

用相同频率。而MBMS典型业务是下行广播,显然在TD— 

S胁 的计算方法为: 

SCDMA中用一个单独频点组一个单频网并不合适,会面临 

s 一 董 堡鉴宣 兰堡 垩兰 

频谱资源和基站成本的问题;可能造成MBMS频点的时隙 

落入接收窗外的多径功率之和+噪声之和 

(下行)和非MBMS频点的相同时隙(上行)间的较强干扰。 

设基站天线高35米,UE高2米,工作载频为2010MHz, 

另外,单独频点也不利于与N频点系统进行资源规划和共用 

考虑一般城区,采用大尺度衰落COST一231一Hata传播模 

接收机。因此,在TD—MBMS中引入了同时隙网(UTN)[31。 

型,PL(X)=135.36+34.79Log (X)。 

图3给出了N频点和UTN联合组网示意图。下行时隙可 其中, 为信号收发端之间的水平距离,尸£为路径损 

被配置为UTN或N频点时隙;小区中不同频点问UTN占用 

耗。快衰落模型采用3GPP TS25.102所规定的Case 3l4。 

时隙可以相同或不同;但相邻1J、区相同频点的UTN时隙分 

图4给出了信干比(SINR)的累积分布函数(CDF)曲 

配是相同的。UrrN时隙用来发送MBMS广播业务,在该时 

线,其中,阴影衰落为5dB。横坐标为SIA;R,纵坐标为小 

臣20秒0-77] ̄  

责任编辑:周霞zhouxia2006@gmai Icorn 

维普资讯

TD—SCDMA系统中的手机电视技术 

区中SINR小于横坐标的区域面积占整个小区面积的比例。 

根据3GPP TS25.102中给出的性能要求,对于 

144kb/S的数据业务,在Case 3的信道条件下,若采用8 

个码道进行传输,当BLER需求为l0 时,需要的信干比为 

l 1.8dB。 

如图4所示,对于典型的TD—SCDMA小区半径 

尺=1000米,Tw=16码片时,S[NR大于1 1.8dB的区域约为 

80%:而当Tw=32码片时,大于l1.8dB的区域接近100%。 

仿真显示,在SFN组网的情况下,接收机的接收窗宽 

度对接收性能影响显著。在各基站发射功率相同的情况下, 

接收窗宽度越大,接收信-TI:I: ̄大。在相同接收机窗宽的情 

况下,小区半径越小,信干比大于给定门限的区域所占小区 

面积的比例就越大。 

CDF of SIR(TW=16码片) 

a 

 

SINR(dB) 

CDF of SIR(Tw=(32码片) 

SINR(dB) 

图4 阴影衰落为5dB, 分别为l6和32码片时 

S 獬的CDF曲线 

责任编辑:周霞zhouxia2006@gmai}com 

5结论 

综上所述,可得以下结论: 

(1)N频点系统与UTN联合组网的方式,提高了网络资 

源规划的灵活度,且能最大限度重用现有网络和手机终端。 

(2)加大接收机接收窗宽度会显著提高接收性能,极大 

地发挥UTN网络的优势,进而提高频谱利用率。 

参考文献 

【1】朱志实.手机电视标准及其技术分析【J】.声像与电脑 

23.246.MUlt iiTIedia Broadcast/ 

Service(MBMS)Architecture and 

description,V7.2.0[S].2007:8— 

131 CCSA.TC5一WG9—2007—066.TD—MBMS总体技 

术方案,V0.1【S].2007:1—25. 

【41 3GPP TS 25.102.User Equipment(UE)radiO 

transmiSSion and reception(TDD),V5.10.0 

【S】.2007:84—85. ★ 

【作者摘介】 

师延山:毕业于北京航空航天大学. 

X-学博士,现任职于展讯通信有限毯 

司,长期从事于TD—SCDMA移动通信枥 

《酲  准工作

。 

张爱民:毕业于中国科学院声学研究 

所信号与信息处理专业,工学博士,目 

前就职于展讯通信(上海)有限公司, 

从事TD—scDMA物理层算法研究X-作。 

林敬东:毕业于美国波士顿东北大学 

电子工程系,工学博士,现任展讯通 

信(上海)有限公司首席科学家兼研 

究中心副总裁。对GSM/GPRs、cDMA等 

无线通信系统、数字信号处理等领域 

有深入研究,发表国际论文2 0余篇,美 

国专利8项,待授权专利4 0余项。 

秒 通信 

~一? 

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