LTE网络长循环前缀支持eMBMS

老腊肉

针对LTE的演进多媒体广播多播服务（eMBMS：Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service），主要目标是：指定使用长循环前缀（例如大于33.33µs）的方式，以在用于大型SFN时延扩展环境（例如15km或更大的站点间距离）的混合单播/eMBMS载波中使用，从而确保在同一载波上共存传统前缀和新前缀，同时实现至少2 bps/Hz的频谱效率。
在当前LTE规范中，虽然没有为7.5kHz子载波间隔定义信令，但可以同时支持15kHz子载频间隔和7.5kHz子载频间隔。TS 36.211针对不同的小区半径定义了两种不同的CP长度，即正常CP和扩展CP。表1概括了TS 36.211中定义的这些OFDM参数。


对于单播传输，UE根据PSS和SSS之间的定时关系检测到的小区可以配置正常CP或扩展CP。考虑到多小区传输造成的大时延扩展，MBSFN传输仅支持扩展CP。
对于15 kHz子载波间隔，扩展循环前缀（CP）长度为16.67us，而对于7.5 kHz子载频间隔，扩展CP长度为33.33us。基于仿真，下表2中给出了频谱效率方面的系统仿真结果。


从表2可以看出，当ISD（站间距）为1732m时，通过16.67us CP长度可以实现频谱效率目标（即2bps/Hz）。请注意，在现有网络中，很少部署大于1732m的ISD，LTE中的模拟普遍假设1732m为ISD值的上限。
大覆盖范围（如1732米ISD）可能导致不同位置UE的接收功率存在显著差异。用于MBSFN传输的MCS由接收eMBMS服务的UE所经历的最差信道质量决定，即使靠近基站的一些UE可能具有相当好的信道质量。在这种情况下，可以考虑PMCH的叠加传输。在不损失基本层性能的情况下，使用PMCH的叠加传输可以提高整个系统的频谱效率。
在电视服务的背景下，eMBMS部署有两种主要场景：
场景1：传统移动网络运营商（MNO：mobile network operator ）在其网络中提供电视服务

• 在这种情况下，MNO利用现有的eNB更有意义，既可以使用现有的部分运营商，也可以添加新的运营商来提供eMBMS服务。
  
• 重新使用现有站点/eNB/天线时，系统仅限于当前最大发射功率和eNB的天线配置。因此，在大多数典型的蜂窝环境中，eMBMS实现令人满意的频谱效率所支持的站点间距离（ISD）不大，通常小于10km。这在LTE的物理层中已经得到了支持。唯一缺失的是更高层的信令，以实现33.33 us CP的操作。
  
• 对于移动网络中的小区大覆盖范围（ISD>10km），最相关的情况是农村情况，在农村，路径损耗可以更低，eNB天线可能更高，以支持更大的覆盖范围。即使在这种情况下，接收机（如机顶盒）上的屋顶天线仍可能需要，以使如此大的蜂窝尺寸可行。这当然需要进一步评估。
  
• 如果具有如此大的小区大小的eMBMS是可行的，即使运营商部署了更密集的小区站点，运营商也可以选择只升级其中一些小区站点（托管eNB或其他RAT的节点）用于eMBMS服务，这可以大大降低成本。
  

场景2：传统电视广播运营商使用LTE技术提供广播电视服务

• 这将取代传统的DVB技术。
  
• 这更可能需要eMBMS运营商的独立运营，因为这样的运营商通常没有任何现有的LTE运营商。
  
• 广播运营商首先需要投资收购/租赁所有站点/eNB，以支持广播电视的全国范围覆盖。目前定义的eMBMS CP为16.67和33.33 us，可支持的站点间距离（ISD）限制在10公里以内。与传统的DVB广播系统相比，这将需要对大量站点/eNB进行大量的初始投资，因为传统的DVB-广播系统的ISD可以超过30公里。这可能会限制eMBMS的广泛部署。
  
• 广播运营商可以为eNB提供与传统MNO不同的配置。例如，它可能允许更高的传输功率（由于不同的法规），并且可能有更高的塔（例如，通过将一些现有站点重新用于DVB）。这些场地有时被称为高功率高塔（HPHT：High Power High Tower）场地。HPHT站点可能提供更大的覆盖范围，因此可以为eBMS支持更大的ISD。这反过来将允许运营商部署更少的站点，并大大降低成本，前提是此类更大的ISD可以支持LTE eBMS。
  

在这两种情况下，将eMBMS的ISD增加到10公里以上，可能会为广播运营商提供经济高效的eMBMS部署选项。
为了适应更大的ISD，需要更长的循环前缀。CP的必要性取决于对相关场景的评估。例如，下表建议了两种新的numerology 方法来支持更长的CP。循环前缀66.67us和100us分别可以大致容纳20km和30km的ISD。之所以建议这些参数，是因为它们：

• 保持一个PRB中的RE总数为144
  

1）不同CP 处理MAC/RLC保持不变

• ​使CP的开销小于整个符号的20%。
  

2）超出此范围将降低峰值吞吐量，超出可接受的水平。