主頁（http://www.130131.com）：LTE eMBMS技術助力移動視頻業(yè)務發(fā)展

一．市場背景

近幾年，移動寬帶應用發(fā)展迅猛，移動視頻業(yè)務備受業(yè)界關注。根據(jù)GSA移動寬帶發(fā)展報告，YouTube每天有40多億用戶觀看視頻。同時，美國全球產業(yè)分析公司（Global Industry Analysts，GIA）預測，到2017年全球移動視頻市場將達到300億美元規(guī)模，市場價值巨大。

雖然移動視頻業(yè)務隨著移動互聯(lián)網的快速發(fā)展，業(yè)務量迅猛增長，移動運營商卻喜憂參半。一方面，快速增長的視頻業(yè)務帶來巨大的網絡壓力，帶寬的快速消耗和用戶的投訴使得運營商不得不投入大量資金進行網絡擴容，另一方面移動運營商又面臨成為管道的趨勢，缺少有效的針對數(shù)據(jù)業(yè)務特別是視頻業(yè)務的商業(yè)模式，單純依靠流量收費。在這樣的情況下，移動運營商雖然投入巨大，但仍然面臨 “網絡性能受限”和“增量不增收”的雙重考驗。

針對這一問題，業(yè)界主要設備廠家紛紛在協(xié)助運營商尋求解決之道�；�于LTE e-MBMS的移動視頻系統(tǒng)解決方案，最近日益受到業(yè)界的關注。如阿爾卡特朗訊提出的“LTE Video”方案，就是基于LTE eMBMS技術研發(fā)的。“LTE Video”利用LTE eMBMS提供的網絡能力和業(yè)務能力，在時間維度和業(yè)務維度上有效調配網絡資源，采取單播、組播和廣播等多種靈活方式，幫助運營商更加高效的提供移動視頻服務。

二．LTE eMBMS技術介紹

說到LTE eMBMS，不能不先介紹MBMS。MBSM全稱為Multimedia Broadcast Multicast Service，即多媒體廣播/多播業(yè)務，是3GPP定義的一種用于在移動蜂窩網絡中承載多媒體廣播業(yè)務和多播業(yè)務的技術方案，用于實現(xiàn)從數(shù)據(jù)業(yè)務源向特定范圍內多個用戶同時傳送某類內容的數(shù)據(jù)業(yè)務的一種點到多點業(yè)務，通過使用較少的網絡資源為大量具有相同需求的用戶同時提供業(yè)務（如：多媒體業(yè)務等），從而減少對網絡資源的占用。MBMS第一版完整的技術標準出現(xiàn)在3GPP R6版本中，后在R7中進一步完善，并形成了基于3G技術（TD-SCDMA和WCDMA）的MBMS技術標準。

LTE時代，終端用戶對移動視頻業(yè)務的需求與日俱增，基于LTE的演進型多媒體廣播/多播技術規(guī)范也在相應繼續(xù)完善。3GPP一方面進一步提高MBMS的業(yè)務性能，另一方面則需適應新的SAE/LTE的系統(tǒng)架構要求。3GPP在2010年開始完成了基于LTE的eMBMS（Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service）技術。eMBMS基于3GPP R9協(xié)議規(guī)定，在邏輯架構、業(yè)務模式、傳輸方式和信道結構等方面進行了重大改進，更加適應現(xiàn)階段移動視頻業(yè)務在LTE網絡上的傳送和使用。相比MBMS，eMBMS技術更加成熟，其所依賴的網絡和商用部署條件也更加完善，eMBMS技術所依托的網絡帶寬更寬，這意味著能提供更多的頻道和視頻內容，視頻畫面可以更加清晰，流暢，從而獲得更好的用戶體驗。

1、LTE eMBMS網絡架構

不同于3G時代的MBMS主要依附在既有的3G網絡架構之上，通過引入功能實體廣播多播業(yè)務中心（BM-SC）來提供和管理MBMS 業(yè)務。eMBMS提供了更加獨立的MBMS廣播/多播方式——MBMS單頻網（ Multimedia Broadcast multicast service Single Frequency Network, MBSFN）以及完整的邏輯結構，并基于IP多播協(xié)議實現(xiàn)業(yè)務的廣播和多播。

MBSFN的定義如圖1所示。單頻網技術是指屬于同一MBMS業(yè)務區(qū)的小區(qū)采用同一頻段同時發(fā)送MBMS 業(yè)務數(shù)據(jù)，終端可以在接收端進行軟合并，從而實現(xiàn)接收分集。這些屬于同一MBMS業(yè)務區(qū)的同步發(fā)送小區(qū)，被定義為MBSFN 同步區(qū)（MBSFN Synchronization Area）。在一個MBSFN同步區(qū)中，執(zhí)行相同MBMS業(yè)務內容的一組小區(qū)，被稱為MBSFN 區(qū)域（MBSFN Area）。一個小區(qū)只可能屬于一個MBSFN 同步區(qū)，但可以屬于多個MBSFN Area。

圖1 eMBMS單頻網

圖2 eMBMS 網絡架構

eMBMS的網絡架構如圖2所示，可以看到，eMBMS架構中，除了原EPC/LTE網絡既有的MME和eNB外，主要新增兩個網元：多小區(qū)/多播協(xié)調實體（Multi-cell/multicast Coordination Entity, MCE），MBMS 網關（MBMS Gate Way, MBMS GW）。實際上，原來3G時代引入的BM-SC仍在存在，它位于MBMS GW的上方，整體管理網絡的MBMS業(yè)務。

-  MCE是位于eMBMS架構中的一個邏輯實體，有可能在網絡中獨立出現(xiàn)，也有可能集成在其他網元。MCE主要用于進行接入控制和在MBSFN模式下多小區(qū)MBMS傳送時，在同一個MBSFN區(qū)域內所有eNB使用的無線資源分配。當無線資源不足以提供MBMS服務時，將由MCE決定不建立新MBMS業(yè)務的無線承載。除了時間、頻率等無線資源外，MCE還決定了諸如調制和編碼方式等的無線參數(shù)配置。MCE主要用于進行MBMS會話控制。

-  MBMS GW也是一個邏輯實體，既可能在網絡中獨立出現(xiàn)，也有可能集成在其他網元中。它位于BM-SC和eNB之間，主要功能是用于向執(zhí)行MBMS內容傳送的eNB發(fā)送或廣播MBMS數(shù)據(jù)。MBMS GW使用IP多播協(xié)議向eNB傳送MBMS的業(yè)務數(shù)據(jù)，并執(zhí)行MME發(fā)送的MBMS 會話控制信令（會話開始、停止），從而控制向eNB的數(shù)據(jù)發(fā)送。

2、LTE eMBMS的信道和業(yè)務流程

在LTE中，在E-MBMS中定義了兩個邏輯信道來支持多播傳送：MCCH和MTCH信道。這是由于E-MBMS中MBMS業(yè)務的調度信息和控制信息都可通過MCCH信道下發(fā)，因此不需要再保留MSCH信道了。

為了實現(xiàn)對MBSFN傳輸方式的支持，E-MBMS定義了新的傳輸信道MCH，這種信道不僅能夠實現(xiàn)對整個小區(qū)的廣播覆蓋，還支持在多個小區(qū)之間進行MBMS同步傳送。當對MBMS業(yè)務進行單小區(qū)傳輸時（非MBSFN傳輸方式），使用下行共享信道DL-SCH；當進行多小區(qū)傳輸（MBSFN傳輸方式）時，就使用MCH來進行傳送。當使用MBSFN傳輸方式時，MTCH和MCCH可映射到MCH上進行多播傳送。

eMBMS 的業(yè)務流程主要包括兩個流程：會話開始流程和會話結束流程。

2.1 會話開始流程

會話開始流程是MME請求E-UTRAN 通知UE接收MBMS 會話，并觸發(fā)EPC為這個會話建立MBMS 承載，如圖3 所示。具體流程為：

（1）當一個視頻業(yè)務的MBMS承載準備建立時，MME首先向控制目標MBMS 業(yè)務區(qū)的MCE 發(fā)送MBMS 會話開始請求消息，消息中包含IP 多播地址和會話屬性；

（2）MCE 向MME確認MBMS 會話開始請求的接收；

（3）MCE 向目標MBMS 業(yè)務區(qū)中的eNB發(fā)送MBMS 會話開始消息，除了會話屬性，消息還包括MBSFN 發(fā)送所需的無線配置承載；

（4）eNB 確認收到MCE的MBMS 會話開始請求消息；

（5）eNB 向UE發(fā)送MBMS 會話開始消息；至此，會話開始的信令流程走完；

（6）為了接收MBMS 用戶面的視頻流數(shù)據(jù)，eNB 加入IP 多播組；

（7）eNB 在預訂時間，在小區(qū)的MTCH信道上轉發(fā)MBMS 數(shù)據(jù)給UE。UE接收視頻流數(shù)據(jù)，在手機上播放。

圖3 eMBMS會話建立過程

2.2 會話結束流程

當承載視頻業(yè)務的MBMS會話結束時，MME將發(fā)起結束流程請求E-URAN 通知UE 結束MBMS 會話，并觸發(fā)EPC 釋放MBMS 承載，如圖4 所示。具體流程是：

（1）MME 向控制著MBMS 業(yè)務區(qū)的MCE 發(fā)送MBMS 會話停止請求；

（2）MCE 收到請求消息后，向MCE確認MBMS 會話停止請求已正確接收；

（3）MCE 在目標MBMS 業(yè)務區(qū)里向各個發(fā)送視頻流的eNB發(fā)送MBMS 會話停止請求消息；

（4）eNB 返回會話停止響應消息表示確認；

（5）eNB 繼續(xù)向UE 發(fā)送MBMS 會話停止消息，同時UE業(yè)務播放結束；

（6）eNB釋放MBMS承載和空中接口資源，并離開IP 多播組。

圖4 eMBMS會話結束過程

此外，LTE eMBMS還對基于MBMS的業(yè)務計費進行了進一步的研究，并提出了基于MBMS承載的計費和基于廣播/多播內容的計費方式，為運營商的MBMS商業(yè)模式提供了支持。篇幅所限，此處不再一一贅述，感興趣的讀者可以參考文獻[1]。

三．移動視頻中的LTE-eMBMS應用

上文提到，LTE eMBMS由于在邏輯架構、業(yè)務模式等方面進行了重大改進，更加適應現(xiàn)階段視頻業(yè)務在移動網絡上的傳送和使用。由于eMBMS技術所依托的LTE網絡帶寬（按20MHz）是3G（按5MHz）時的4倍，這意味著運營商能提供更多的頻道內容和更加清晰和低時延的畫面，特別適合很多精彩賽事、大型表演、重大活動的實時轉播，因此在現(xiàn)階段紛紛被運營商和設備廠家關注。阿爾卡特朗訊、華為等多家國際頂級設備廠家都紛紛提出了基于LTE eMBMS的移動視頻解決方案，并和運營商開始了深度的合作。

2014年2月初，在紐約超級碗賽事的實況轉播中，北美運營商Verizon使用阿爾卡特朗訊提供的LTE eMBMS技術方案，成功實現(xiàn)對超級碗賽事的實況轉播，用戶通過LTE終端欣賞了西雅圖海鷹隊完勝丹佛野馬隊并首度奪冠的精彩場面。同時，Verizon通過該技術方案，提供給用戶球隊信息查閱、視頻回放，比賽實況預告等多種信息服務，提升了用戶體驗，同時也驗證了LTE eMBMS技術實現(xiàn)移動視頻廣播的有效性。該技術方案，在今年2月的巴塞羅那世界移動通信大會（MWC）上也進行了展示。

2014年3月，阿爾卡特朗訊與阿聯(lián)酋電信運營商Etisalat UAE宣布，雙方將攜手擴展阿聯(lián)酋LTE覆蓋。Etisalat UAE在本次擴容中使用阿爾卡特朗訊的LTE解決方案為阿聯(lián)酋客戶提供LTE-FDD網絡和高速移動寬帶。這張網絡也將引入eMBMS技術來有效應對由視頻、游戲及其它高帶寬應用引發(fā)的對高速移動寬帶日益增長的需求，并為Etisalat UAE的“智慧城市”項目和2020年世博會項目奠定基礎。

四、結論

移動視頻業(yè)務的迅猛發(fā)展給移動運營商的網絡容量和性能帶來的巨大壓力，針對這一問題，業(yè)界主要設備廠家紛紛在協(xié)助運營商尋求解決之道�；�于LTE e-MBMS的移動視頻系統(tǒng)解決方案，充分利用LTE的帶寬和低時延、全IP優(yōu)勢，在時間維度和業(yè)務維度上有效調配網絡資源，采取組播和廣播等多種靈活方式，提供移動視頻業(yè)務，幫助運營商更加高效的提供移動視頻服務，有效的緩解運營商網絡擴容的壓力，改善了用戶體驗。我們有理由期待，LTE eMBMS的發(fā)展將迎來了一個新的時期。

參考文獻

[1] 3GPP TS 36.300 V9.a.0 LTE Overall Description Stage 2.

[2] 3GPP TS 36.442 V9.1.1 Signaling Transport for Interfaces Supporting Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) within E-UTRAN.

[3] 3GPP TS 23.246 V9.6.0 Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS) Architecture and Functional Description.

[4] 3GPP TS 22.246 Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS) User Services.

[5] 張高山, 劉海洋, 李楠, 許葉絲, LTE中eMBMS技術探討,電信工程技術與標準化，2011年01期

專家介紹：

李文宇，工業(yè)和信息化部電信研究院通信標準研究所主任工程師，工學博士。長期從事無線移動通信和網絡技術領域的研究、標準化和新技術試驗工作。在第三代移動通信技術、LTE/LTE-Advanced以及通信芯片領域有十多年的研究經歷，承擔了多項國家重大科技專項課題和國家高技術研發(fā)項目（863課題）。目前主要的研究方向包括無線網絡系統(tǒng)分析和性能評估、移動芯片和終端前沿技術研究，在國內外刊物上發(fā)表了30多篇學術論文，申請了10多項技術發(fā)明專利。