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LTE 物理多播信道(PMCH)简介 | 带你读《5G非正交多址技术》之十三

简介: LTE R8 的广播/多播的信道设计思想是尽量重用单播业务的物理信道的设 计,并且充分考虑广播/多播业务的特点。
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第 3 章 下行广播/多播的非正交传输

| 3.1 应用场景 |

| 3.2 LTE 物理多播信道(PMCH)简介 |

LTE R8 的广播/多播的信道设计思想是尽量重用单播业务的物理信道的设 计,并且充分考虑广播/多播业务的特点。为了支持同一载波,即承载单播业务, 也承载多播业务,一个无线帧(Radio Frame,10 ms)中规定最多只能配置 6个子帧(Subframe,1 ms)作为多播子帧(Broadcast Single Frequency Network, MBSFN Subframe)。对于 FDD 系统,子帧#0,#4,#5 和#9 不能配置成 MBSFN 帧;对于 TDD 系统,子帧#0,#1,#5 和#6 不能配置成 MBSFN 帧。这些子帧 承载单播或者多播的系统消息(System Information)和小区同步信号。
MBSFN 子帧的设计首先是要保证多个小区传来的信号之间的正交性,最 直接的方法就是加长循环前缀(CP)。如果循环前缀的开销加大,但又不想改 变子帧的长度,则只能减少一个子帧中的 OFDM 符号数。PMCH 支持两类部署: (1)单播与多播共用一个载波;(2)只承载多播业务的专用载波。对于混合载波, 一个广播/多播 MBSFN 子帧内有 12 个 OFDM 符号,CP 的长度为 16.6 μs,这类多 播子帧的子载波的间距与 LTE 的单播相同,都是 15 kHz;对于专用载波的 PMCH, 一个广播/多播 MBSFN 子帧内有 6 个 OFDM 符号,CP 的长度为 33.3 μs,子载 波间隔为 7.5 kHz,每个 OFDM 符号的长度(不含 CP)也加长到 0.133 ms。
LTE R14 对 PMCH 做了增强,引入了另一种 MBSFN 子帧结构,用于广播/ 多播的专用载波,以支持更广的覆盖和更大范围的 SFN 合并。具体地,子载波 间隔减小到 1.25 kHz,因此一个 PRB 有 144 个子载波,时域上有 2 个 OFDM 符号,循环前缀加长到 200 μs,R14 的增强还包括采用子帧#0 承载广播/多播的 系统消息和小区同步信号,使得 PMCH 彻底摆脱对单播系统的依赖,能够独立 完成同步和系统消息的接收,进一步降低系统消息和控制信道的开销。
从式(3.1)可以看出,由于传输时延的不同,而且是相干合并,叠加后 的信道的频率选择性更加显著,所以需要提高解调参考信号在频域上的密度, 如图 3-1 所示。
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图 3-2 是频谱效率与站间距的关系曲线[1]。这里假设 MBSFN 的系统带宽是 10 MHz,速率的计算包括了各种开销,如加长的循环前缀(Extended CP)、 多播参考信号(MRS)、物理下行控制信道(PDCCH)等。可以发现当站间距 为 500 m 时,95%覆盖区域能得到 3.6 Mbit/(s·Hz)的多播频谱效率;当站间 距增加到 1732 m 时,95%覆盖区域的频谱效率只有 1 Mbit/(s·Hz)。总之, 在 eNB 发射功率保持不变的条件下,要想实现高速率的广覆盖,就得增加 eNB 的部署密度。
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当然,增加基站的发射功率可以提高 MBSFN 的速率和覆盖,但这在许多 情况下是不大现实的,无论从设备的成本,能耗和规范干扰的角度,或是从运 营商的商业模式考虑。毕竟 MBSFN 是蜂窝通信的一类服务,与无线电视广播 类的服务还是有差异的。电视台架设的发射塔远比基站要高,发射功率比一般 的基站高一个数量级,所用的频段较低,穿透能力强,很容易用一两个站覆盖 整个城市,这与纯广播的业务是相适应的,而 MBSFN 并非一定采用完全相同的运营模式。

| 3.3 广播/多播业务的非正交传输 |

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