主頁（http://www.130131.com）：LTE eMBMS技術(shù)助力移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)發(fā)展

一．市場(chǎng)背景

近幾年，移動(dòng)寬帶應(yīng)用發(fā)展迅猛，移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)備受業(yè)界關(guān)注。根據(jù)GSA移動(dòng)寬帶發(fā)展報(bào)告，YouTube每天有40多億用戶觀看視頻。同時(shí)，美國全球產(chǎn)業(yè)分析公司（Global Industry Analysts，GIA）預(yù)測(cè)，到2017年全球移動(dòng)視頻市場(chǎng)將達(dá)到300億美元規(guī)模，市場(chǎng)價(jià)值巨大。

雖然移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)量迅猛增長，移動(dòng)運(yùn)營商卻喜憂參半。一方面，快速增長的視頻業(yè)務(wù)帶來巨大的網(wǎng)絡(luò)壓力，帶寬的快速消耗和用戶的投訴使得運(yùn)營商不得不投入大量資金進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，另一方面移動(dòng)運(yùn)營商又面臨成為管道的趨勢(shì)，缺少有效的針對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特別是視頻業(yè)務(wù)的商業(yè)模式，單純依靠流量收費(fèi)。在這樣的情況下，移動(dòng)運(yùn)營商雖然投入巨大，但仍然面臨 “網(wǎng)絡(luò)性能受限”和“增量不增收”的雙重考驗(yàn)。

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

二．LTE eMBMS技術(shù)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(wù)，是3GPP定義的一種用于在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中承載多媒體廣播業(yè)務(wù)和多播業(yè)務(wù)的技術(shù)方案，用于實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)源向特定范圍內(nèi)多個(gè)用戶同時(shí)傳送某類內(nèi)容的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種點(diǎn)到多點(diǎn)業(yè)務(wù)，通過使用較少的網(wǎng)絡(luò)資源為大量具有相同需求的用戶同時(shí)提供業(yè)務(wù)（如：多媒體業(yè)務(wù)等），從而減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的占用。MBMS第一版完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)在3GPP R6版本中，后在R7中進(jìn)一步完善，并形成了基于3G技術(shù)（TD-SCDMA和WCDMA）的MBMS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

LTE時(shí)代，終端用戶對(duì)移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)的需求與日俱增，基于LTE的演進(jìn)型多媒體廣播/多播技術(shù)規(guī)范也在相應(yīng)繼續(xù)完善。3GPP一方面進(jìn)一步提高M(jìn)BMS的業(yè)務(wù)性能，另一方面則需適應(yīng)新的SAE/LTE的系統(tǒng)架構(gòu)要求。3GPP在2010年開始完成了基于LTE的eMBMS（Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service）技術(shù)。eMBMS基于3GPP R9協(xié)議規(guī)定，在邏輯架構(gòu)、業(yè)務(wù)模式、傳輸方式和信道結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了重大改進(jìn)，更加適應(yīng)現(xiàn)階段移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)上的傳送和使用。相比MBMS，eMBMS技術(shù)更加成熟，其所依賴的網(wǎng)絡(luò)和商用部署條件也更加完善，eMBMS技術(shù)所依托的網(wǎng)絡(luò)帶寬更寬，這意味著能提供更多的頻道和視頻內(nèi)容，視頻畫面可以更加清晰，流暢，從而獲得更好的用戶體驗(yàn)。

1、LTE eMBMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

不同于3G時(shí)代的MBMS主要依附在既有的3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之上，通過引入功能實(shí)體廣播多播業(yè)務(wù)中心（BM-SC）來提供和管理MBMS 業(yè)務(wù)。eMBMS提供了更加獨(dú)立的MBMS廣播/多播方式——MBMS單頻網(wǎng)（ Multimedia Broadcast multicast service Single Frequency Network, MBSFN）以及完整的邏輯結(jié)構(gòu)，并基于IP多播協(xié)議實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的廣播和多播。

MBSFN的定義如圖1所示。單頻網(wǎng)技術(shù)是指屬于同一MBMS業(yè)務(wù)區(qū)的小區(qū)采用同一頻段同時(shí)發(fā)送MBMS 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，終端可以在接收端進(jìn)行軟合并，從而實(shí)現(xiàn)接收分集。這些屬于同一MBMS業(yè)務(wù)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(gè)MBSFN同步區(qū)中，執(zhí)行相同MBMS業(yè)務(wù)內(nèi)容的一組小區(qū)，被稱為MBSFN 區(qū)域（MBSFN Area）。一個(gè)小區(qū)只可能屬于一個(gè)MBSFN 同步區(qū)，但可以屬于多個(gè)MBSFN Area。

圖1 eMBMS單頻網(wǎng)

圖2 eMBMS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

eMBMS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示，可以看到，eMBMS架構(gòu)中，除了原EPC/LTE網(wǎng)絡(luò)既有的MME和eNB外，主要新增兩個(gè)網(wǎng)元：多小區(qū)/多播協(xié)調(diào)實(shí)體（Multi-cell/multicast Coordination Entity, MCE），MBMS 網(wǎng)關(guān)（MBMS Gate Way, MBMS GW）。實(shí)際上，原來3G時(shí)代引入的BM-SC仍在存在，它位于MBMS GW的上方，整體管理網(wǎng)絡(luò)的MBMS業(yè)務(wù)。

-  MCE是位于eMBMS架構(gòu)中的一個(gè)邏輯實(shí)體，有可能在網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立出現(xiàn)，也有可能集成在其他網(wǎng)元。MCE主要用于進(jìn)行接入控制和在MBSFN模式下多小區(qū)MBMS傳送時(shí)，在同一個(gè)MBSFN區(qū)域內(nèi)所有eNB使用的無線資源分配。當(dāng)無線資源不足以提供MBMS服務(wù)時(shí)，將由MCE決定不建立新MBMS業(yè)務(wù)的無線承載。除了時(shí)間、頻率等無線資源外，MCE還決定了諸如調(diào)制和編碼方式等的無線參數(shù)配置。MCE主要用于進(jìn)行MBMS會(huì)話控制。

-  MBMS GW也是一個(gè)邏輯實(shí)體，既可能在網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立出現(xiàn)，也有可能集成在其他網(wǎng)元中。它位于BM-SC和eNB之間，主要功能是用于向執(zhí)行MBMS內(nèi)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(wù)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行MME發(fā)送的MBMS 會(huì)話控制信令（會(huì)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(wù)流程

在LTE中，在E-MBMS中定義了兩個(gè)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(wù)的調(diào)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(shí)現(xiàn)對(duì)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?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)小區(qū)的廣播覆蓋，還支持在多個(gè)小區(qū)之間進(jìn)行MBMS同步傳送。當(dāng)對(duì)MBMS業(yè)務(wù)進(jìn)行單小區(qū)傳輸時(shí)（非MBSFN傳輸方式），使用下行共享信道DL-SCH；當(dāng)進(jìn)行多小區(qū)傳輸（MBSFN傳輸方式）時(shí)，就使用MCH來進(jìn)行傳送。當(dāng)使用MBSFN傳輸方式時(shí)，MTCH和MCCH可映射到MCH上進(jìn)行多播傳送。

eMBMS 的業(yè)務(wù)流程主要包括兩個(gè)流程：會(huì)話開始流程和會(huì)話結(jié)束流程。

2.1 會(huì)話開始流程

會(huì)話開始流程是MME請(qǐng)求E-UTRAN 通知UE接收MBMS 會(huì)話，并觸發(fā)EPC為這個(gè)會(huì)話建立MBMS 承載，如圖3 所示。具體流程為：

（1）當(dāng)一個(gè)視頻業(yè)務(wù)的MBMS承載準(zhǔn)備建立時(shí)，MME首先向控制目標(biāo)MBMS 業(yè)務(wù)區(qū)的MCE 發(fā)送MBMS 會(huì)話開始請(qǐng)求消息，消息中包含IP 多播地址和會(huì)話屬性；

（2）MCE 向MME確認(rèn)MBMS 會(huì)話開始請(qǐng)求的接收；

（3）MCE 向目標(biāo)MBMS 業(yè)務(wù)區(qū)中的eNB發(fā)送MBMS 會(huì)話開始消息，除了會(huì)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(rèn)收到MCE的MBMS 會(huì)話開始請(qǐng)求消息；

（5）eNB 向UE發(fā)送MBMS 會(huì)話開始消息；至此，會(huì)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(yù)訂時(shí)間，在小區(qū)的MTCH信道上轉(zhuǎn)發(fā)MBMS 數(shù)據(jù)給UE。UE接收視頻流數(shù)據(jù)，在手機(jī)上播放。

圖3 eMBMS會(huì)話建立過程

2.2 會(huì)話結(jié)束流程

當(dāng)承載視頻業(yè)務(wù)的MBMS會(huì)話結(jié)束時(shí)，MME將發(fā)起結(jié)束流程請(qǐng)求E-URAN 通知UE 結(jié)束MBMS 會(huì)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(wù)區(qū)的MCE 發(fā)送MBMS 會(huì)話停止請(qǐng)求；

（2）MCE 收到請(qǐng)求消息后，向MCE確認(rèn)MBMS 會(huì)話停止請(qǐng)求已正確接收；

（3）MCE 在目標(biāo)MBMS 業(yè)務(wù)區(qū)里向各個(gè)發(fā)送視頻流的eNB發(fā)送MBMS 會(huì)話停止請(qǐng)求消息；

（4）eNB 返回會(huì)話停止響應(yīng)消息表示確認(rèn)；

（5）eNB 繼續(xù)向UE 發(fā)送MBMS 會(huì)話停止消息，同時(shí)UE業(yè)務(wù)播放結(jié)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(huì)話結(jié)束過程

此外，LTE eMBMS還對(duì)基于MBMS的業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，并提出了基于MBMS承載的計(jì)費(fèi)和基于廣播/多播內(nèi)容的計(jì)費(fèi)方式，為運(yùn)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(xiàn)[1]。

三．移動(dòng)視頻中的LTE-eMBMS應(yīng)用

上文提到，LTE eMBMS由于在邏輯架構(gòu)、業(yè)務(wù)模式等方面進(jìn)行了重大改進(jìn)，更加適應(yīng)現(xiàn)階段視頻業(yè)務(wù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的傳送和使用。由于eMBMS技術(shù)所依托的LTE網(wǎng)絡(luò)帶寬（按20MHz）是3G（按5MHz）時(shí)的4倍，這意味著運(yùn)營商能提供更多的頻道內(nèi)容和更加清晰和低時(shí)延的畫面，特別適合很多精彩賽事、大型表演、重大活動(dòng)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播，因此在現(xiàn)階段紛紛被運(yùn)營商和設(shè)備廠家關(guān)注。阿爾卡特朗訊、華為等多家國際頂級(jí)設(shè)備廠家都紛紛提出了基于LTE eMBMS的移動(dòng)視頻解決方案，并和運(yùn)營商開始了深度的合作。

2014年2月初，在紐約超級(jí)碗賽事的實(shí)況轉(zhuǎn)播中，北美運(yùn)營商Verizon使用阿爾卡特朗訊提供的LTE eMBMS技術(shù)方案，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)碗賽事的實(shí)況轉(zhuǎn)播，用戶通過LTE終端欣賞了西雅圖海鷹隊(duì)完勝丹佛野馬隊(duì)并首度奪冠的精彩場(chǎng)面。同時(shí)，Verizon通過該技術(shù)方案，提供給用戶球隊(duì)信息查閱、視頻回放，比賽實(shí)況預(yù)告等多種信息服務(wù)，提升了用戶體驗(yàn)，同時(shí)也驗(yàn)證了LTE eMBMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)視頻廣播的有效性。該技術(shù)方案，在今年2月的巴塞羅那世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC）上也進(jìn)行了展示。

2014年3月，阿爾卡特朗訊與阿聯(lián)酋電信運(yùn)營商Etisalat UAE宣布，雙方將攜手?jǐn)U展阿聯(lián)酋LTE覆蓋。Etisalat UAE在本次擴(kuò)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(wǎng)絡(luò)和高速移動(dòng)寬帶。這張網(wǎng)絡(luò)也將引入eMBMS技術(shù)來有效應(yīng)對(duì)由視頻、游戲及其它高帶寬應(yīng)用引發(fā)的對(duì)高速移動(dòng)寬帶日益增長的需求，并為Etisalat UAE的“智慧城市”項(xiàng)目和2020年世博會(huì)項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展給移動(dòng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)容量和性能帶來的巨大壓力，針對(duì)這一問題，業(yè)界主要設(shè)備廠家紛紛在協(xié)助運(yùn)營商尋求解決之道�；�于LTE e-MBMS的移動(dòng)視頻系統(tǒng)解決方案，充分利用LTE的帶寬和低時(shí)延、全I(xiàn)P優(yōu)勢(shì)，在時(shí)間維度和業(yè)務(wù)維度上有效調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源，采取組播和廣播等多種靈活方式，提供移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)，幫助運(yùn)營商更加高效的提供移動(dòng)視頻服務(wù)，有效的緩解運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的壓力，改善了用戶體驗(yàn)。我們有理由期待，LTE eMBMS的發(fā)展將迎來了一個(gè)新的時(shí)期。

參考文獻(xiàn)

[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(shù)探討,電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)研究所主任工程師，工學(xué)博士。長期從事無線移動(dòng)通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的研究、標(biāo)準(zhǔn)化和新技術(shù)試驗(yàn)工作。在第三代移動(dòng)通信技術(shù)、LTE/LTE-Advanced以及通信芯片領(lǐng)域有十多年的研究經(jīng)歷，承擔(dān)了多項(xiàng)國家重大科技專項(xiàng)課題和國家高技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目（863課題）。目前主要的研究方向包括無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析和性能評(píng)估、移動(dòng)芯片和終端前沿技術(shù)研究，在國內(nèi)外刊物上發(fā)表了30多篇學(xué)術(shù)論文，申請(qǐng)了10多項(xiàng)技術(shù)發(fā)明專利。