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SERVICIO MEJORADO DE DIFUSIÓN AMPLIA Y MULTIDIFUSIÓN DE

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DOCUMENTACIÓN TÉCNICA

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SERVICIO MEJORADO DE DIFUSIÓN AMPLIA Y MULTIDIFUSIÓN DE CONTENIDO MULTIMEDIA

© 2019 Hytera Communications Corporation Limited.

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ÍNDICE

¿POR QUÉ EL EMBMS ES IMPORTANTE PARA LA SEGURIDAD PÚBLICA? 4

VISIÓN GENERAL 6

ARQUITECTURA DEL SISTEMA EMBMS 8

ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO DE RADIO 10

ASPECTOS DE LA CAPA FÍSICA 11

SEÑALES Y CANALES FÍSICOS 12

MECANISMO DE MBSFN 14

SOLUCIÓN EMBMS DE HYTERA 16

COMPARATIVO ENTRE UNIDIFUSIÓN, DIFUSIÓN AMPLIA Y MULTIDIFUSIÓN 18

SERVICIO MEJORADO DE DIFUSIÓN AMPLIA Y MULTIDIFUSIÓN DE CONTENIDO MULTIMEDIA 3


Esta documentación técnico tiene como objetivo ofrecer una descripción completa del mecanismo del eMBMS y la MBSFN, así como sobre sus implementaciones en el sistema P-LTE de Hytera.

La demanda de contenido multimedia y de video a través de redes móviles, que crece rápidamente, exige mucho en términos de velocidad de datos y gestión de recursos de radio. De acuerdo con el estándar de multidifusión en LTE de 3GPP, el servicio avanzado de difusión amplia y multidifusión de contenido multimedia (eMBMS) es una de las soluciones más viables para satisfacer dicha demanda. Las redes de frecuencia única del MBMS (MBSFN) son un modo operativo que permite combinar las transmisiones del MBMS de celdas con gran sincronización temporal, utilizando el mismo recurso de radio en todas las celdas. De esta manera, se pueden combinar las señales de forma constructiva y mejorar la eficiencia espectral.



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¿POR QUÉ EL EMBMS ES IMPORTANTE PARA LA SEGURIDAD PÚBLICA?

FIGURA 1: USO DEL EMBMS EN COMUNICACIONES GRUPALES PARA LA SEGURIDAD PÚBLICA

Las comunicaciones tradicionales en una red LMR se desarrollan en un canal de comunicación por difusión amplia (broadcast), para permitir comunicaciones con varios destinos. Los usuarios son asignados a un grupo de conversación en el que pueden llevar a cabo comunicaciones semi duplex. Consume pocos recursos y permite que las comunicaciones grupales a gran escala se desarrollen con facilidad. Sin embargo, en una red LTE, se establece una comunicación con un solo destino, lo cual se conoce como unidifusion (unicast). Esto significa que se debe establecer una sesión de datos para cada dispositivo con el cual se lleva a cabo una comunicación individual.

El problema se resolvió con la implementación del eMBMS. El propósito original del eMBMS era la difusión amplia de TV en dispositivos a través de una red. Sin embargo, la reserva del espectro, la complejidad del diseño del dispositivo y la red y, aún más importante, los cambios en los hábitos de consumo (el reemplazo de la TV por la transmisión en línea) han reducido la necesidad de usar el eMBMS.

UNIDIFUSIÓN• Interacción individual a través de la red• Baja eficiencia espectral • Una gran cantidad de usuarios

congestionará la red• La interferencia entre celdas limita la

velocidad de los datos

MBSFN• Interacción entre el grupo de usuarios

a través de la red• Alta eficiencia espectral• Buen rendimiento para gran cantidad

de usuarios• No hay interferencia entre celdas en

SPN, lo cual permite una gran velocidad de datos

SEÑAL DESEADA

SEÑAL ICI

SEÑAL DESEADA

SEÑAL DESEADA

SOCORRISTAS

SOCORRISTAS



En la actualidad, los dispositivos de los usuarios suelen ser compatibles con el eMBMS, mientras que este servicio es poco frecuente en las redes de MNO de todo el mundo. En primer lugar, esto se debe al costo y la complejidad de implementar y gestionar esta tecnología, dado que se deben implementar elementos denominados MBMS-GW y BMSC en la red central y se debe incorporar la entidad de coordinación de multidifusión (MCE) en cada eNodeB, lo cual, en algunos casos, exige una actualización de hardware. En segundo lugar, el rendimiento del eMBMS se vio limitado por el diseño de la tecnología. No obstante, las modificaciones recientes incluidas en la Versión 14 han sido fundamentales para fomentar un mayor uso del eMBMS por parte de los operadores y radiodifusores, dado que esto permitirá que la implementación de los servicios sea menos costosa y más atractiva en términos técnicos, y aumentará el acceso a los servicios desde varios tipos nuevos de dispositivos.

Sin embargo, el desarrollo del ecosistema eMBMS no solo requiere tecnología. Es por esto que los operadores continúan trabajando para lograr un modelo comercial potencialmente exitoso. Hasta hace poco, solo algunas redes habían implementado el eMBMS en muy pocas áreas, como Telstra en Australia. Reliance Jio (India) está utilizando el eMBMS para transmitir contenido a usuarios específicos

a través de su aplicación JioTV. AT&T (Estados Unidos) y Globe (Filipinas) dijeron, anteriormente, que estaban implementando esta tecnología. Sin embargo, no tenemos más información al respecto. Es muy improbable que alguna MNO implemente el eMBMS o espere hasta que la tecnología 5G implemente los servicios de multidifusión.

Si bien su implementación con fines comerciales es lenta, el uso del eMBMS con fines de seguridad pública es fundamental para eventos de gran escala. La cantidad de usuarios admisibles en la función MCPTT está directamente vinculada con la capacidad del sitio. Si el flujo de datos es de 1 mbps por usuario, un sistema de unidifusión debe soportar 80 mbps para 80 usuarios. En una solución eMBMS, se utiliza un flujo de 1 mbps para todos los usuarios de forma simultánea, por lo que se dispone de mayor capacidad en la celda para otros usuarios. En el caso de la función MCPTT, es posible que una celda pueda admitir a 300 usuarios al mismo tiempo sin una degradación perceptible, según pruebas de llamadas realizadas por varios proveedores a través de VoLTE. En conclusión, se puede prever que el eMBMS desempeñará un papel fundamental con la creciente demanda de servicios de MCx, como las funciones MCPTT, MCVideo y MCData.

SIN DUDAS, EL EMBMS ES UNA FUNCIÓN NECESARIA EN LAS REDES DE SEGURIDAD PÚBLICA.



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VISIÓN GENERALSe ha reconocido que el envío de video punto a punto es uno de los principales consumos de capacidad en redes móviles, y que la difusión amplia sería mucho más eficaz en casos en los que se envía el mismo contenido a varios usuarios.

El servicio de difusión amplia y multidifusión de contenido multimedia (MBMS) se incorporó por primera vez en las especificaciones 3GPP en la Versión 6, en el año 2005, con el objetivo de permitir la multidifusión o difusión amplia de contenido multimedia a través de redes de acceso por radio (RAN) con tecnología 3G UMTS. Sin embargo, la capacidad limitada de las RAN del UMTS restringió la cantidad y calidad de los canales que podía ofrecer a una configuración tradicional de cinco canales con una velocidad de 256 kbit/s.

En la Versión 9 de 3GPP, se incorporó un MBMS mejorado (eMBMS) en la tecnología LTE, con el fin de aprovechar su interfaz de radio. El mayor rendimiento y capacidad de la interfaz LTE permitió el uso de más canales con una mayor calidad, y la

asignación flexible de recursos de la tecnología LTE evita la necesidad de un espectro con dedicación permanente, lo cual era una debilidad en las soluciones de MBMS con tecnología 3G.

Una función particularmente atractiva de la interfaz de radio LTE es que puede brindar servicios de difusión amplia a un conjunto de celdas, como una red de frecuencia única del MBMS (MBSFN), donde varias celdas sincronizadas con un canal dedicado de difusión amplia pueden operar en las mismas frecuencias. En vez de causarse interferencia mutuamente, las señales se pueden combinar de forma constructiva. La ventaja es particularmente clara cerca de los límites de las celdas, donde los problemas de cobertura e interferencia suelen ser mayores.

FIGURA 2: HISTORIA DE LA EVOLUCIÓN DEL EMBMS

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

VERSIÓN 8 Estándar inicial de LTE

VERSIÓN 10 Prioridad de retención y asignación de conteos basados en RAN

VERSIÓN 12 MooD, GCSE

VERSIÓN 11 Implementaciones de frecuencia múltipleLTE-A

VERSIÓN 9 eMBMS, MBSFNLTE-A

VERSIÓN 15Mejora del eMBMS para MCVideo

VERSIÓN 13LTE-A Pro SC-PTM

VERSIÓN 14Difusión amplia mejorada por TV(CP más extenso para una ISD más extensa, ROM, señal abierta)



La Versión 10 introdujo un conteo basado en RAN de equipos de usuarios (UE) en modo conectado interesados en un servicio MBMS. Esta versión también permitió el uso de subcuadros de MBSFN sin usar para la recepción de unidifusión y mejoró el control de la admisión a sesiones de MBMS gracias a la incorporación de parámetros de prioridad de retención y asignación de la sesión.

En 2012 y 2013, la Versión 11 de 3GPP incorporó más beneficios, como la adquisición y continuidad del servicio en implementaciones multifrecuencia, donde el servicio MBMS se proporciona a través de más de una frecuencia.

La Versión 12 introdujo la operación por demanda (MooD) de MBMS. Esta función prevé el interés del usuario en contenido específico y permite pasar del modo de transmisión por unidifusión a la difusión amplia y viceversa, de acuerdo con el informe de consumo del servicio de los UE. Además, se lograron algunas mejoras en las mediciones físicas (ej., potencia de la señal, índices de error) que se les puede exigir a los UE para optimizar la red MBSFN. El eMBMS funciona como respaldo de las comunicaciones críticas, como aquellas relacionadas con la seguridad pública. Esta versión también incluyó la habilitación del sistema de comunicación grupal (GCSE) para LTE.

La Versión 13 incorporó SC-PTM (celda única de PTM) para mejorar la flexibilidad de la asignación de recursos de punto a multipunto (PTM). SC-PTM permite que una celda realice la difusión amplia

del mismo contenido a un grupo de UE, mediante la multiplexación de datos de unidifusión y difusión amplia en el mismo canal físico compartido de enlace descendente (PDSCH), en vez de usar un canal físico de multidifusión (PMCH), que consiste en un canal físico dedicado para la difusión amplia. SC-PTM reutiliza la arquitectura del eMBMS y los procedimientos básicos de la red, y reutiliza de forma parcial los procedimientos del eMBMS en RAN.

En la Versión 14 de 2017 se realizaron varias modificaciones para mejorar la eficiencia y flexibilidad de la interfaz de radio del eMBMS de 3GPP, como la admisión de mayores distancias entre sitios (ISD) con una mayor eficiencia espectral, un operador dedicado o mezclado de eMBMS, un nuevo tipo de subcuadro y difusión amplia compartida del eMBMS. Además, se logró mejorar la arquitectura del sistema y la flexibilidad de los formatos multimedia para proveedores de contenidos, radiodifusores y operadoras de redes móviles. Si bien originalmente fueron diseñadas para permitir una gran variedad de difusiones amplias de TV, estas modificaciones pueden ser adaptadas por redes de misiones críticas para continuar mejorando el desempeño del sistema.

La Versión 15, que se solidificó en junio de 2018, completó la etapa 2 de uso del MBMS para servicios de comunicación para misiones críticas. También se iniciaron trabajos para mejorar el eMBMS para MCVideo. 3GPP ya comenzó a esbozar tareas que se llevarán a cabo en la Versión 16.



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FIGURA 3: ARQUITECTURA DEL SISTEMA EMBMS PARA ADMITIR MBSFN

En esta sección, presentaremos de forma breve la arquitectura del eMBMS y las funciones de cada nodo de la red.

Como se muestra en la Figura 3, la MBSFN requiere nuevos elementos en la red para permitir la transmisión por MBSFN: BMSC, puerta de enlace MBMS (GW) y MCE.

El BMSC actúa como un servidor de contenido proxy. También gestiona las suscripciones del eMBMS, los anuncios del servicio, el control de las sesiones, el protocolo de sincronización, la seguridad de MBMS, la retransmisión de punto a punto y la AL-FEC (corrección de errores al nivel de la aplicación).

ARQUITECTURA DEL SISTEMA

La MBMS GW se encuentra entre el BMSC y todos los nodos eNB. Su función principal es enviar paquetes de datos del usuario del MBMS a nodos eNB por medio de la multidifusión por IP. Cuando llega una sesión MBMS, asigna la dirección de IP de multidifusión a los nodos eNB que se deben unir para recibir datos MBMS y mantiene el grupo de IP de multidifusión. Además, la puerta de acceso de MBMS es responsable del anuncio de la sesión MBMS y señaliza el control de la sesión MBMS (inicio/detención de la sesión) hacia la EUTRAN.

La MCE, que actúa como programadora del MBMS, asigna recursos de radio, realiza el control de admisión de sesiones y gestiona los servicios MBMS. Por lo tanto, la programación de la transmisión de la MBSFN se realiza a través de la MCE. Cuando la MCE recibe una solicitud de “inicio de sesión” de MME, ejecuta la función de control de admisión de sesiones para determinar la disponibilidad de recursos de radio. La MCE solo asignará los cuadros de radio solicitados si hay suficientes recursos de radio disponibles. Además de asignar los recursos de radio, la MCE debe decidir qué MCS garantizará los requisitos de cobertura. Por último, la MCE participa en la señalización del control de la sesión MBMS.

ÁREA MBSFN

BMSC

MCE

MME

MCE

M3

ESTACIÓN BASE LTE

M1

MBMSGW

MCE

TERMINALES MÓVILES



Las especificaciones 3GPP definen dos formas diferentes de integrar la MCE en la red: centralizada y distribuida. La primera, como se muestra en la Figura 4, significa que la MCE se puede agregar como elemento separado de la red, que puede existir en forma de servidor de hardware adicional y conectar varios nodos eNB al mismo tiempo. La última, como se muestra en la Figura 3, implica localizar la MCE directamente en la estación base LTE, lo cual sería menos costoso, dado que en la mayoría de los casos solo se trata de una actualización de software en el hardware existente.

• La interfaz M1 es una interfaz del plano del usuario que conecta la MBMS GW y los nodos eNB. La multidifusión por IP se usa para entregar paquetes de datos MBMS de punto a multipunto a través de la interfaz M1. El protocolo de sincronización se utiliza a través de la interfaz M1 para mantener la sincronización del contenido en la transmisión de datos por MBMS. A través de esta interfaz no se transmite información de control.

• La interfaz M2 es una interfaz del plano de control ubicada entre la MCE y los nodos eNB. Se define un protocolo de aplicación (M2AP) para esta interfaz, con el fin de transmitir, al menos, los datos de configuración de radio para los nodos eNB con modo de transmisión multicelda y la señalización del control de sesiones. La interfaz M2 no existirá en caso de que se implemente la “arquitectura MCE distribuida”, como en la Figura 3.

• La interfaz M3 conecta la MME y MCE. La parte de la aplicación M3 permite la señalización del control de sesiones por MBMS en el nivel ERAB (no transmite datos de configuración de radio). La interfaz admite la señalización del control de sesiones, por ejemplo, para el inicio y la finalización de sesiones por MBMS (inicio, detención y actualización de sesiones por MBMS).

Además de la función de los nuevos elementos, los nodos eNB deberán admitir algunas funciones de la capa MAC y PHY relacionadas con el eMBMS, incluido el espaciado entre subportadores de 15 kHz, CP extendido, señal de referencia de MBSFN, canal físico PMCH, canal de transporte MCH, canales lógicos MTCH/MCCH, información del sistema SI2 y SIB13, PDCCH con M-RNTI (identificador temporal de la red de radio MBMS), modo RLC-UM, protocolo de sincronización e interfaz M2AP (protocolo de aplicación M2). Si bien puede recibir paquetes de multidifusión por IP del MBMS de varios portales de MBMS, un solo nodo eNB es gestionado por una sola MCE por vez en un sistema eMBMS.

Para conectar estos elementos nuevos con otros componentes de la red, se definen nuevas interfaces:

M2M1

ÁREA MBSFN

MCE MCE

ESTACIÓN BASE LTE

MCE

FIGURA 4: ILUSTRACIÓN DE LA MCE CENTRALIZADA

MME

M3MBMS

GWBMSC

MCE

INFORMACIÓN DE CONTROL(INICIO/DETENCIÓN DE LA SESIÓN, ÁREA)

INFORMACIÓN DE CONTROL(INICIO/DETENCIÓN DE LA

SESIÓN, ÁREA)INFORMACIÓN DE CONTROL

(INICIO/DETENCIÓN DE LA

SESIÓN, ÁREA)

DATOS E INFORMACIÓN DE SINCRONIZACIÓN

INFORMACIÓN DE CONTROL(ÁREA MBSFN, MODULACIÓN, CODIFICACIÓN)

TERMINALES MÓVILES



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ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO DE RADIOComo se muestra en la Figura 5, para admitir el eMBMS, los protocolos de radio y la estructura de los canales se extendieron en la Versión 9, y ahora incluyen lo siguiente:

a) Dos canales lógicos nuevos: el canal de tráfico de multidifusión (MTCH) y el canal de control de multidifusión (MCCH).

b) Un canal de transporte: el canal de transporte de multidifusión (MCH).

c) Un canal físico: el canal físico de multidifusión (PMCH).

FIGURA 5: CANALES DEL EMBMS DENTRO DE LA ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO POR RADIO LTE

MTCH es un canal de enlace descendente de difusión amplia para transmitir tráfico de datos desde la red a los UE. Transporta datos de un determinado contenido multimedia, ya sea por transmisión o por un servicio de envío de archivos. La información de control del MBMS de uno o varios MTCH es proporcionada por el MCCH, que también consiste en un canal de enlace descendente de difusión amplia. Siempre hay un MCCH por área de MBSFN para todos los servicios MBMS proporcionados en esa área de MBSFN. El MCCH posee información sobre la asignación de subcuadros y los esquemas de modulación y codificación (MCS) utilizados para transmitir servicios MBMS en esa área de MBSFN. Ambos canales lógicos, MCCH y MTCH, se multiplexan al canal de transporte MCH. El nodo eNB realiza la multiplexación al nivel MAC para que diferentes MTCH se transmitan en un solo MCH. Por lo tanto, se pueden transmitir varios servicios eMBMS a través de un solo MCH (hasta 29 MTCH pueden ser multiplexados en una instancia de MCH), siempre que usen la misma área de MBSFN. En la capa física, se pueden multiplexar por división de tiempo a un PMCH hasta 15 canales MCH por área de MBSFN.

NOTIFICACIÓN COMÚN DEDICADO

RRC LOCALIZACIÓN INFORMACIÓN DEL SISTEMA

TRANSFERENCIA DE INFORMACIÓN Y CONTROL DEDICADO

ARQ

MULTIPLEXACIÓN Y CONTROL HARQ

SEGMENTACIÓN

MULTIPLEXACIÓNY PROGRAMACIÓN

INTEGRIDAD Y CIFRADO

CIFRADOY ROHC

SRB1

DCCH1BCCH

BCH

DRB1

DTCH1

MRB1

MTCH1

MCH

SRB0

CCCH

RACH DL-SCH UL-SCH

PCCH

PCH

SRB2

DCCH2

MBMSINFORMACIÓN DE CONTROL

MCCH

DRB2

DTCH2

MRB2

MTCH2

PDCP

RLC

MAC

PHY PROCESAMIENTO DE CAPAS FÍSICAS

PORTADORES DE RADIO

CANALES LÓGICOS

CANALES DE TRANSPORTE

CANALES FÍSICOS PBCH PMCHPRACH PDSCH PUSCH



Recurso físico

En la capa física LTE, los datos del servicio eMBMS son transportados por el PMCH y luego multiplexados con canales físicos de control y señalización de capas físicas, por medio de la tecnología OFDMA para la transmisión por aire. En primer lugar, analizaremos el recurso físico que el eMBMS puede aprovechar.

Los recursos de enlace descendente LTE tienen tres dimensiones: tiempo, frecuencia y espacio. En el tiempo, la transmisión en enlaces descendentes y ascendentes se organiza en cuadros de radio de una duración de 10 ms. 3GPP define dos estructuras de cuadros de radio diferentes: una corresponde a FDD y, la otra, a TDD. Cada cuadro de radio de 10 ms se divide en diez subcuadros con una duración de 1 ms, y cada subcuadro consta de dos intervalos de 0,5 ms. Cada intervalo consta de una cantidad

de símbolos OFDM que depende del tipo de prefijo cíclico (CP) utilizado. En cuanto a la frecuencia, los recursos se agrupan en la unidad de varias subportadoras contiguas, que depende del espaciado de la subportadora de OFDM, que ocupa un total de 180 kHz. Por lo tanto, un bloque de recursos (RB) consta de un intervalo de 0,5 ms y 180 kHz, aunque la unidad más pequeña del recurso es el elemento de recurso (RE), que consta de una subportadora con una duración de un símbolo OFDM. La Tabla 1 indica las posibles configuraciones del CP y del espaciado de subportadoras de OFDM. La dimensión espacial se evalúa a través de múltiples “puertos antena” en el nodo eNB. Para cada puerto antena, se proporciona una señal de referencia (RS) para habilitar los UE con el fin de calcular el canal de radio.

ASPECTOS DE LA CAPA FÍSICA

Para las transmisiones de unidifusión, el esquema de transmisión en enlace descendente se basa en la OFDM convencional, con un espaciado entre subportadoras de 15 kHz. En ese caso, hay dos longitudes del CP: CP normal, con una duración de 4,6 μs, y CP extendido, con una duración de 16,7 μs, que corresponden a 7 y 6 símbolos de OFDM por intervalo, respectivamente. En teoría, tanto el CP normal como el CP extendido se pueden usar para transmisiones por unidifusión, pero, por lo general, el CP normal se usa más. El CP extendido se utiliza principalmente para transmisiones por eMBMS, dado que permite tamaños más grandes de áreas MBSFN, ya que evita la ISI. El uso del CP extendido permite construir una SFN entre múltiples celdas, con una ISD máxima de 5 km. Además, se puede usar una longitud opcional extendida del CP de aproximadamente 33 μs para los eMBMS, en casos con grandes ISD (distancia de la SFN de 10 km), y CP aún mayores, cuando se realizan pruebas a 200 μs en el campo. Tenga en cuenta que los proveedores no suelen desarrollar el espaciado entre subportadoras de 7,5 kHz.

Configuración Longitud N del prefijo cíclico CP, l

Prefijo cíclico normal Δf = 15 kHz 160 para l = 0144 para l = 1, 2, ..., 6

Prefijo cíclico extendidoΔf = 15 kHz 512 para l = 0, 1, ..., 5

Δf = 7,5 kHz 1024 para l = 0, 1, 2

TABLA 1: CONFIGURACIONES DEL CP Y DEL ESPACIADO DE SUBPORTADORAS DE OFDM



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SEÑALES Y CANALES FÍSICOSEn un RB, se puede usar un RE para mapear señales o canales físicos. Un canal físico corresponde a un conjunto de RE que transporta información que se origina en capas superiores, mientras que una señal física corresponde a un conjunto de RE que transporta una señal que se origina en la capa física. Por un lado, los diferentes canales físicos de enlace descendente son el canal físico compartido de enlace descendente (PDSCH), que se utiliza, básicamente, para transportar datos de usuarios; el canal físico de difusión amplia (PBCH), que brinda información importante del sistema; el canal físico de multidifusión (PMCH), que transporta datos para el MBMS; el canal físico indicador de control de formato (PCFICH), que indica la cantidad de símbolos OFDM utilizados para la transmisión de información del canal de control en cada subcuadro; el canal físico de control de enlace

descendente (PDCCH), que transporta información de control específica de los UE; y el canal físico indicador de ARQ híbrida (PHICH), que transporta el HARQ ACK/NACK del nodo eNB.

Cabe destacar que el PMCH solo se puede transmitir en determinados subcuadros conocidos como subcuadros MBSFN, que se señalan en la información del sistema transportada por el PDSCH. El conjunto máximo válido de subcuadros M en FDD consiste en los subcuadros 1, 2 y 3 en el primer intervalo, y los subcuadros 6, 7 y 8 en el segundo intervalo. Si bien en TDD el conjunto válido varía con diferentes configuraciones UL-DL, como se muestra en la Tabla 2, los subcuadros de enlace descendente que se pueden usar como subcuadros M se destacan en color azul.

Configuración de enlace ascendente-enlace

descendente

Número de subcuadro

0 1 22 32 42 52 62 72 8 92

0 D S U U U D S U U U

1 D S U U D D S U U D

2 D S U D D D S U D D

3 D S U U U D D D D D

4 D S U U D D D D D D

5 D S U D D D D D D D

6 D S U U U D S U U D

TABLA 2: SUBCUADRO M VÁLIDO EN TDD

Con las señales físicas en enlace descendente, las señales de sincronización permanecen invariables, mientras que se introduce un tipo nuevo de señal de referencia (RS) denominado MBSFN RS, además de la tradicional RS específica de la celda para el cálculo del canal para la región MBSFN.

PMCH



Un nodo eNB LTE puede usar hasta cuatro puertos antena específicos para la celda, numerados del 0 al 3. Se ha diseñado un patrón de RS diferente para cada puerto antena. Las MBSFN RS se usan solo para la operación MBSFN dentro de los subcuadros asignados al eMBMS, y se mapean en el puerto antena 4. En la Figura 6 se muestran dos diagramas de asignación de recursos que corresponden a los casos de adopción de un CP extendido y un CP normal. En la región de control, que en este caso tiene 2 símbolos OFDM, solo se ilustran patrones del puerto 0 de RS específica

para la celda, con fines de simplicidad. Las MBSFN RS se distribuyen en la región de MBSFN, que abarca el resto de los símbolos de RB, y el PMCH abarca las RE que no están ocupadas por las MBSFN RS. Como se muestra en la Figura 6, los recursos asignados para la operación de MBSFN están más cerca en el dominio de frecuencia, en comparación con el patrón de RS específica de la celda. Esto se debe a que el uso de MBSFN implica mayores extensiones de retrasos y, en consecuencia, una reducción del ancho de banda de coherencia.

FIGURA 6: PATRÓN DE RS ESPECÍFICA DE LA CELDA Y MBSFN RS

R4

R4 R4

R0 R4

R4 R4

R4

R0 R4 R4

R4

R4 R4

R0 R4

R4 R4

R4

R0 R4 R4

R4

R4 R4

R4

R4 R4

R4

R4 R4

R4

R4 R4

R4

R4 R4

R4

R4 R4

R0

R0

R0

R0

REGIÓN DE CONTROL

1RE

1RB

l = 0 l = 0 l = 5. l = 5l = 51 = 0 l = 51 = 0

REGIÓN DE CONTROL

REGIÓN MBSFN

INTERVALOS DE NÚMEROS PARES

CP EXTENDIDO EN LA REGIÓN DE CONTROL CP NORMAL EN LA REGIÓN DE CONTROL

INTERVALOS DE NÚMEROS PARES

INTERVALOS DE NÚMEROS IMPARES

INTERVALOS DE NÚMEROS IMPARES

REGIÓN MBSFN

MBSFN RS

RS ESPECÍFICA DE LA CELDA

ESPACIO

PMCH

PMCH

PMCH

PMCH

PMCH

... .... .... ....



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3GPP especifica que las operaciones por MBSFN en varias celdas con sincronización temporal en un área particular, definida como área de MBSFN en LTE, transmiten simultáneamente los mismos datos de eMBMS en el mismo recurso de frecuencia. Por lo tanto, los usuarios observan varias versiones de la misma señal con diferentes retrasos, según la distancia de los nodos eNB. El receptor de los UE puede combinar diferentes retrasos del trayecto de una sola señal, siempre que estas versiones de retrasos sean recibidas dentro del CP al comienzo del símbolo. En la operación por MBSFN, dado que una longitud de CP de 16,7 μs garantiza que las señales lleguen dentro del CP, esas señales se percibirán como la misma señal desde una celda grande con efecto multitrayecto. Por lo tanto, los UE no materializarán la diferencia en las señales de varias celdas en la transmisión por MBSFN.

En la transmisión por unidifusión, las señales que se originan en el centro de la celda se atenúan después de la transmisión a larga distancia al llegar al borde de la celda, por lo tanto, la relación ruido/señal de la interferencia (SINR) es relativamente baja debido al nivel de la señal y la interferencia de las celdas cercanas. Como resultado, la selección del esquema de modulación y codificación (MCS) en el borde de la celda es muy limitada en la porción inferior para la demodulación exitosa de los datos del canal de la capa física. La implementación de MBSFN transforma la interferencia en el borde de la celda en versiones con retraso de la señal; la combinación constructiva de datos de eMBMS mejora en gran medida la SINR. Surge la opción de contar con un mayor orden del MCS y aumenta en gran medida la cantidad de bits que puede tener una subportadora. En conclusión, la MBSFN en la difusión amplia por LTE permite lograr una mayor eficiencia espectral.

Cabe mencionar que un nodo eNB puede pertenecer a más de un área de MBSFN al mismo tiempo, pero solo puede pertenecer a un área de sincronización de la MBSFN en una capa de frecuencia determinada.

EN GENERAL, LA OPERACIÓN POR MBSFN CONLLEVA LOS SIGUIENTES BENEFICIOS:

Un aumento en el nivel de señal recibido, especialmente

en el borde de las celdas dentro del área de la MBSFN.

Una diversidad adicional contra el desvanecimiento de la señal, dado que los datos

se reciben de diferentes trayectos.

Una reducción del nivel de interferencia, especialmente en los bordes de las celdas dentro

del área de la MBSFN, dado que las señales recibidas de

celdas cercanas no representan interferencia sino señales

constructivas.

IMPULSO DE LA SEÑAL INTERFERENCIA REDUCIDA MINIMIZA LAS INTERFERENCIAS

MECANISMO DE TRANSMISIÓN POR

MBSFN



LA FIGURA 7 MUESTRA UN EJEMPLO DE UN ÁREA DE LA MBSFN, ASÍ COMO OTROS CONCEPTOS DE LA TRANSMISIÓN POR MBSFN.

Área de la MBSFN: un área de la MBSFN consiste en un grupo de celdas dentro de un área de sincronización de la MBSFN de una red que se coordinan para lograr una transmisión por MBSFN. A excepción de las celdas reservadas del área de la MBSFN, todas las celdas dentro de un área de la MBSFN contribuyen a la transmisión por MBSFN y anuncian su disponibilidad.

Área de servicio MBMS: área dentro de la cual se envían los datos de una sesión (o servicio) específica de MBMS. Cada sesión individual de MBMS de un servicio de MBMS se puede enviar a un área de servicio MBMS diferente.

Área de sincronización de la MBSFN: área donde todos los nodos eNB se pueden sincronizar y pueden realizar transmisiones por MBSFN. Las áreas de sincronización de la MBSFN son independientes de la definición de las áreas de servicio MBMS.

Celda reservada del área de la MBSFN: una celda dentro de un área de MBSFN que no contribuye a la transmisión por MBSFN.

- Celdas reservadas del área de la MBSFN

- Celdas de unidifusión

- Celdas en el área 1 de la MBSFN

- Celdas en el área 2 de la MBSFN

- Celdas en las áreas 1 y 2 de la MBSFN

FIGURA 7: ÁREA DE MBSFN PARA PROPORCIONAR EL SERVICIO EMBMS

Área de servicio MBSFN



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SOLUCIÓN EMBMS DE HYTERAAdemás de las funciones tradicionales del eMBMS, el sistema P-LTE de Hytera ofrece las siguientes funciones para mejorar los servicios de MC.

Configuración dinámica del área de la MBSFN

MCE creará áreas de la MBSFN de forma dinámica según la demanda del servidor MC, para garantizar el área de cobertura para los servicios de MC.

Asignación dinámica de subcuadros de la MBSFN

MCE configurará la proporción de subcuadros M en un cuadro de radio, según los requisitos de sesión en tiempo real; por ejemplo, tiempo de la transferencia de datos por MBMS, QCI, PDB, BLER y ARP. La asignación dinámica permite evitar el desperdicio de recursos de radio en comparación con la asignación fija de subcuadros M.

Nuevo QCI para servicios de MC

El QCI dedicado para servicios de MC es compatible tanto con la unidifusión como con la multidifusión, para garantizar la QoS y la continuidad del servicio de MCPTT, durante el cambio de unidifusión a multidifusión y la configuración dinámica de subcuadro/área de la MBSFN.

Solución de sincronización del nivel de TTI de la red

Las implementaciones de sincronización de eMBMS de P-LTE utilizan tanto GPS basado en satélite como protocolos de backhaul sincronizado IEEE 1588, con una precisión del nivel de TTI en la totalidad del área de la MBSFN. El diseño posterior compatible con la Versión 14 puede reducir el retraso en el almacenamiento temporal de datos, para proteger mejor la integridad de los datos transmitidos, lo cual mejora la experiencia del usuario.

MCE centralizada y distribuida

El sistema P-LTE de Hytera admite la MCE centralizada (como un elemento EPC o en un hardware independiente) o distribuida, de acuerdo con los diferentes requisitos de implementación de las redes para misiones críticas.



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COMPARATIVO ENTRE UNIDIFUSIÓN, DIFUSIÓN AMPLIA Y MULTIDIFUSIÓN

C) Multidifusión: comunicación uno a varios. Es similar a la difusión amplia. La principal diferencia consiste en que, en la difusión amplia, el paquete se envía a todoslos usuarios conectados a la red, mientras que,en la multidifusión, el paquete se envía únicamentea los receptores previstos. Por ejemplo, en la comunicación en grupos de misiones críticas, el paquete se envía únicamente a los suscriptores autorizados.

A) Unidifusión: comunicación uno a uno. La red asignará un canal de datos a cada usuario. Los servicios se proporcionarán según la demanda de los usuarios.

B) Difusión amplia: comunicación uno a todos. No hay un canal específico para cada usuario. La red transmitirá datos de un punto a bases multipunto, y todos los usuarios de la región recibirán el mismo contenido a través del mismo recurso de radio.

A) UNIDIFUSIÓN

C) MULTIDIFUSIÓN

JEFE DEL ÁREA

B) DIFUSIÓN AMPLIA

MENSAJE 1

MENSAJE 2

GRUPO 1

GRUPO 2



RELACIÓN ENTRE EMBMS Y MCX

Los eMBMS son los conductos que contienen los servicios MCx, y estos últimos son las aplicaciones que se ejecutan en los eMBMS. Las características de los conductos afectarán la calidad del servicio de MCx en los siguientes aspectos:

Continuidad del servicioPara los servicios MCx, es necesario mantener el grado de fiabilidad del servicio. La continuidad del servicio eMBMS se ve limitada en la MBSFN al área de servicio de la MBSFN, lo cual significa que habrá discontinuidad cuando el usuario pase de una MA a otra.

LatenciaEl plano de control requiere, aproximadamente, 5 s para configurar una portadora de radio de MBSFN, debido al extenso período de modificación del canal de control de multidifusión (MCCH). Antes de la Versión 14, los períodos de modificación eran de 5,12 o 10,24 s. En la Versión 14, los protocolos incluyeron reconfiguraciones rápidas, y aún requieren períodos de modificación de 10 ms.

La configuración del área de MBSFN y los servicios MBMS disponibles se deben enviar a través del MCCH de forma periódica, por lo que es necesario un período de repetición del MCCH, que puede ir de los 320 ms a los 2,56 s. Con la reconfiguración rápida de la Versión 14, el período de repetición es de, al menos, 10 ms.

Para MBSFN, el plano del usuario requiere un retraso mínimo de 40 ms (período de programación extenso del canal de transporte de multidifusión) para la transmisión por unidifusión y difusión amplia combinadas.

Desempeño del nivel del enlaceEl mayor esquema de modulación y codificación está limitado por el usuario en el área de la MBSFN con el peor presupuesto de enlace, que a su vez afectará al rendimiento general. Por lo tanto, es importante establecer un plan de cobertura de la red con una prueba en el campo o simulación del sistema minuciosa.



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PROTOCOLO DE SINCRONIZACIÓN DEL EMBMS

Todos los nodos eNB dentro de un área de la MBSFN se deben sincronizar con una tolerancia de μs y los cuadros de radio se deben alinear. El protocolo de sincronización definido en la especificación TS 25.446 de 3GPP garantiza el envío ordenado de contenido de MBMS desde el BMSC al nodo eNB. Si se produce un retraso en la transmisión de PDU del servicio MBMS desde cualquier eNB de un área de la MBSFN, actuará como una interferencia. El protocolo de sincronización define un tren de secuencias en un período de sincronización. Cada paquete de sincronización contiene una marca de tiempo que señala la hora de inicio de la secuencia. El BMSC rotula todos los paquetes de una secuencia de sincronización con marcas de tiempo idénticas que le indican al nodo eNB cuándo comenzar la transmisión del primer paquete de esa secuencia de sincronización. La marca de tiempo debe cubrir los retrasos en las transferencias entre el BMSC y todos los nodos eNB en el área de la MBSFN, para garantizar que todos ellos hayan recibido y almacenado temporalmente los paquetes de un MSP antes de que se permita que cualquiera de los nodos eNB transmita el primer paquete.

UE PORTAL MBMS

BMSCeNB

PAQUETE MBMS

SINCRONIZACIÓNSINCRONIZACIÓN

RLC RLC

TNL TNL TNLMAC MAC

PHY PHY

PAQUETE MBMS



PROGRAMACIÓN EMBMS

Dentro de un subcuadro de MBSFN, el MCH usa todos los recursos del dominio de frecuencia, de modo que la programación relacionada con el MCH solo se relaciona con la asignación de subcuadros en el dominio temporal. Parte de la información de programación del eMBMS es proporcionada por bloques de información del sistema (SIB) transmitidos a través del BCCH. Existen dos SIB relacionados con el eMBMS: SIB2 y SIB13. El primero solo informa al usuario qué subcuadros están reservados para la MBSFN en enlace descendente. Sin embargo, esta información no es suficiente para recibir un servicio MBMS. Como resultado, se incorporó SIB13 para informar a los suscriptores sobre las diferentes áreas de la MBSFN configuradas en una celda. SIB13 señala los subcuadros que contienen el MCCH de cada área y el esquema de modulación y codificación utilizado para su transmisión.

La información proporcionada por SIB13 le permite al usuario leer el MCCH de cada área. Un MCCH contiene el mensaje conocido como MBSFNAreaConFIguration, que señala los subcuadros donde se transmiten los diferentes MTCH configurados en el área de la MBSFN asociada. Este mensaje transmite varios elementos de información, como el patrón de asignación común de subcuadros (CSA), el período CSA y la lista de información del PMCH.

Los primeros dos elementos se utilizan para señalar qué subcuadros se reservan para todos los MCH de un área de la MBSFN, mientras que el último indica de qué forma se comparten los subcuadros entre esos MCH. Más precisamente, la lista de información del PMCH indica el último subcuadro asignado a cada MCH a través del extremo de asignación de subcuadros de MCH (MCH).

Además, la lista de información del PMCH informa al MCS de cada MCH. Cada MCH puede multiplexar varios servicios de MBMS. Con el fin de identificar un servicio específico de MBMS, la lista de información del PMCH define todas las sesiones de MBMS en curso (identificadas por el MTCH). La programación de los subcuadros utilizados para un MTCH particular se realiza una vez por período de programación de MCH (MSP). En particular, la información de programación se incluye en el primer subcuadro de ese período, donde un elemento de control MAC denominado información de programación del MCH (MSI) especifica cómo se multiplexan las diferentes sesiones durante el MSP. Para eso, indica el subcuadro en el que cada MTCH termina en este MSP. En la Versión 10, se estableció la duración de 80 ms del MSP, que posteriormente se redujo a 40 ms en la Versión 12 y a 10 ms en la Versión 14, como mejora del eMBMS.

eNB UE

Bloque de información del sistema tipo 13(información de MCCH)

Mensaje de MCCH(programación de MCH + información del servicio)

Elemento de control MAC de MSI (información de programación de MTCH)

Datos del usuario del eMBMS

BCCH/BCH

MCCH/MCH

MTCH/MCH



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ABREVIATURAS, ACRÓNIMOS Y TÉRMINOS

3GPP Proyecto de Colaboración de Tercera Generación

BMSC Centro de servicio de multidifusión y difusión amplia

BLER Índice de error del bloque

CP Prefijo cíclico

eMBMS MBMS avanzado

eNB Nodo B avanzado

EPC Núcleo de paquete mejorado

FDD Duplexación por división de frecuencia

IP Protocolo de Internet

ISD Distancia entre sitios

ISI Interferencia entre símbolos

LTE Evolución a largo plazo

MBMS Servicio de difusión amplia y multidifusión de contenido multimedia

MBMS-GW Puerta de enlace del MBMS

MBSFN Red de frecuencia única del servicio de difusión amplia y multidifusión

MCCH Canal de control de multidifusión

MCE Entidad de coordinación de la multidifusión para múltiples celdas

MCS Esquema de modulación y codificación

MCx Servicios para misiones críticas definidos por 3GPP

Incluyen MCPTT, MCVideo y MCData

MME Entidad de gestión de la movilidad

Mood Operación de MBMS por demanda

OFDM Multiplexación por división de frecuencias ortogonales

PTT Pulsar para hablar

RAN Red de acceso por radio

SFN Red de frecuencia única

SIB Bloque de información del sistema

SINR Relación ruido/señal de la interferencia

TDD Duplexación por división de tiempo

TNL Capa de red de transporte

UE Equipos de usuarios

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