第 3 章 下行广播/多播的非正交传输

| 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。

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。

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。