在2004年，許多行動電信業者推出行動電視服務，透過點對點連接串流技術，讓使用者在行動終端機上收看電視節目。然而，大規模部署以提供大眾媒體服務，例如行動電視，則需要新的行動網路功能，一般稱為廣播或群播。本文將說明3GPP與3GPP2提出的行動廣播/群播新服務，亦將比較採用新的單點對多點無線傳輸載體，與現有點對點無線傳輸載體相較之下的效能提升。
在2004年，許多行動電信業者推出行動電視服務，透過點對點連接串流技術，讓使用者在行動終端機上收看電視節目。然而，大規模部署以提供大眾媒體服務，例如行動電視，則需要新的行動網路功能，一般稱為廣播或群播。本文將說明3GPP與3GPP2提出的行動廣播/群播新服務，亦將比較採用新的單點對多點無線傳輸載體，與現有點對點無線傳輸載體相較之下的效能提升。
電話、簡訊、隨選串流與下載服務，都是以點對點(PTP)通訊為基礎。在語音通話中，終端設備是兩部電話機；而在下載或串流情況下，則是主從式連接。
廣播與群播屬於單點對多點(PTM)通訊，亦即數據封包由一個來源被同時傳送到多個目的地。「廣播」意指將資訊內容送給所有使用者，例如收音機廣播與電視服務，是透過空中(經由地面或衛星)或有線電視網路來播放。「群播」意指服務僅傳送給加入特定群播群組的使用者。「群播群組」指的是對於特定資訊內容感興趣的一群用戶，例如運動、新聞、卡通等。具有群播功能的網路，能確保內容透過特定連結，僅傳送給屬於該群組的用戶，若要提供服務給大量用戶群組，這是有效利用資源的方式。群播技術最先出現在網際網路上，目前也用於網路廣播。
兩年前，3GPP與3GPP2分別開始探討GSM/WCDMA與CDMA2000的廣播/群播服務。在3GPP中的工作項目稱為「多媒體廣播與群播服務(Multimedia Broadcast and Multicast Service, MBMS)」，在3GPP2中則稱為「廣播與群播服務(Broadcast and Multicast Service, BCMCS)」，行動廣播服務規格的制定已經在2004年凍結。3GPP MBMS與3GPP2 BCMCS有許多共通性，因此本文只在必要時加以區別，否則將只使用「行動廣播」一詞，惟MBMS與BCMCS亦支援群播。
MBMS與BCMCS是行動網路上的廣播/群播傳輸方式，而開放行動聯盟(OMA)制訂的BCAST標準，則正在擬定針對廣播與群播相關的服務層功能規格，並可用於行動與非行動數位廣播網路，例如資訊內容保護、服務清單、節目表、傳輸排程等功能。這些功能與下層廣播/群播機制無關，該機制可以是MBMS、BCMCS或非行動式數位廣播系統如DVB-H。
MBMS與BCMCS的引進，僅小幅更動現有無線與核心網路協定，OMA之BCAST標準對廣播/群播的服務層功能亦同，可降低終端機與網路的建置成本，也使行動廣播技術成本低於非行動廣播技術，因為非行動廣播須在終端機安裝新接收器的硬體，且網路架構也必須額外投資。
行動廣播另一項優點是行動電話公司能保持現有的商業模式。例如現有的行動電視服務，將大幅受惠於因行動廣播而來的頻寬提升效益。當然行動廣播也會刺激開發新的行動式大眾媒體服務，讓電信業者能在共同的服務與網路架構上，以經濟有效的方式為手持行動裝置提供完整的電話、網際網路、電視的三合一服務(Triple-play)。
最近推出的行動多媒體服務與傳統廣播服務非常近似，像無線廣播與電視一樣，將資訊內容聚集於頻道上，再推送給頻道收訊戶。例如，日本行動電話用戶付費使用KDDI的EZChannel多媒體服務，便可在手機上接收不同類型的資訊內容。在歐洲，部分業者已推出體育資訊服務，利用多媒體簡訊推播比賽精彩短片。在其他地區，例如德國與荷蘭的沃達豐(Vodafone)、義大利與希臘的TIM、義大利與瑞典的3電訊(和記電訊)與美國Sprint，都已各自推出行動電視服務，資訊內容取自現有電視頻道，或是特別針對手機用戶重新剪輯的電視節目。
目前行動電話電視服務是藉由點對點連接來傳送，結果是內容伺服器將資訊傳遞給多個用戶時，必須為每個接收者建立及維護個別的點對點連接；若是用戶數量不多時，這種方法尚能運作良好，但用戶數增加時，便很難擴充。
假設一個「行動電話音樂盒」服務能提供手機用戶排行榜前十名的流行歌曲，若是有5萬名用戶申裝這項服務，且每名用戶平均連接速率為128kbit/s，同時假設每個音樂檔案大小約3MB，每次只要新歌進入前十名，就必須傳送給全體5萬名訂戶。如果資訊內容伺服器只能同時處理1,000個平行連接，則傳送一段音樂給所有5萬名用戶，便需要2.5小時以上；在此段時間內，伺服器將持續產生128Mbit/s外送流量，是非常沈重的負荷。然而，對一家電信業者而言，5萬名用戶只是全體潛在用戶的一小部分。
不難想像，行動電視之類的即時服務將消耗多少頻寬。在這種情況下，上述的「順序化」服務並不可行。有5萬名用戶的行動電視服務需要一個能處理5萬個同步連結的伺服器群組，即使技術上可行，也非常不經濟。此外，許多用戶同時使用時，也將產生巨大的向外流量。
無線頻譜是有限而昂貴的資源，若同一個蜂巢式基地台被許多使用相同服務的用戶使用，無線接取網路，特別是無線連結，就很容易遭遇瓶頸。請想像一個足球場中，有許多球迷利用手機追蹤同時進行的比賽，類似目前使用電晶體收音機的方式。在此情況下，使用點對點無線傳輸不是完全不可行，但非常缺乏效率，因此，為了實現行動廣播/群播服務，市場亟需有效率的單點對多點無線載體(Bearer)。
MBMS與BCMCS為行動網路帶來下列新功能：控制廣播/群播遞送服務的功能組(在MBMS稱為廣播/群播服務中心；在BCMCS則稱為BCMCS控制器)、核心網路廣播/群播數據流路由，以及蜂巢式基地台內部的單點對多點無線傳輸高效無線載體。
除此之外，MBMS與BCMCS也明訂多媒體數據傳輸協定與媒體編碼器。只有少數協定是新功能，而媒體編碼器均照舊，因此這些功能可以與其他服務，例如隨選單播串流等共用。
DVB已啟動一項專案，稱為DVB-H(「H」代表手持)。目前確定開放系統互連(OSI)第1層與第2層的規格，而DVB廣播與行動服務整合(CBMS)小組最近開始指定IP層以上的協定與編解碼器，可能將採用3GPP MBMS的主要部分。
DVB-H主要的挑戰是網路系統需求與相關建置成本，其覆蓋率須能與行動網路匹敵。在大多數國家中，幾乎所有適合DVB-H的頻譜，都已被類比或數位電視服務使用；即使頻段中的頻譜能給DVB-H使用，在許多國家中，頻譜也是電視專用，亦即不能用於其他類型的IP數據傳輸服務，例如多媒體短片的傳輸。
圖1指出3GPP架構中受MBMS影響的節點，並且標示出新的廣播/群播服務中心(BM-SC)，即負責提供並傳送行動廣播服務者。欲利用MBMS的內容傳輸，BM-SC是進入點，並負責建立、控制到行動網路核心的MBMS傳輸載體，且可用來排程與遞送MBMS傳輸。BM-SC也提供對終端裝置的服務公告，公告中含有終端機參加MBMS服務所有的必需資訊，例如群播服務識別碼、IP群播位址、傳輸時間、媒體說明等。BM-SC可產生內容下載的計費記錄，也可管理3GPP群播模式中規定的安全功能。基本的3GPP2結構與3GPP略微不同，但已利用類似方式修正，適應BCMCS。
MBMS標準並無規定BM-SC功能的實現方式，某些廠商可能在單獨節點中提供這個功能，或整合到現有核心與服務網路節點中。MBMS與BCMCS在核心網路中，均納入建立及處理廣播與多點傳播數據配送樹所需的功能與協定訊息。
MBMS有一特殊功能，能讓電信公司以非常精細的方式，設定特定地理區域的廣播與群播服務，達到個別蜂巢式基地台的層次。核心網路的每個節點，使用下游節點列表，決定應該將MBMS服務數據傳送至哪些節點。在閘道器GPRS支援節點(GGSN)層次上，這個列表含有所有數據傳送目的地的服務GPRS支援節點(SGSN)。在SGSN層次，這個列表含有WCDMA RNC，或GSM無線接取網路中，每個須要接收數據的BSC節點。對於群播服務，核心網路藉由掌握目前登記的用戶，管理數據配送樹。與IP群播一樣，每個核心網路節點只轉送MBMS數據給正在服務註冊用戶的下游節點。
以下例子說明以行動廣播作串流服務，效能提升的情況。圖2說明十名用戶正在收看三個不同頻道，每名用戶需要一個與伺服器個別的點播串流連結。用戶增加時，伺服器、網路、基地台的負載隨之增加。在此情況下，每名用戶必須與伺服器個別串流連結；因此伺服器與網路交通負載量直接與用戶數相關。此例中，因為有十位行動電視用戶，串流伺服器必須處理十個串流連結。很明顯地，用戶人數上升時，伺服器的負載會增大，在核心與無線網路上產生大量數據傳輸。
圖3說明相同的情形，但行動電視服務是透過MBMS提供。與圖2相同情境，但現在有MBMS支援。伺服器只對MBMS BM-SC送出三道串流(每通道一道串流)。底層蜂巢式基地台的無線電資源只須占用三個平行的廣播，而不是六道獨立的點播傳輸，因此伺服器、網路與蜂巢式基地台的負載，與用戶的總數無關。伺服器對每個頻道只送出一個串流給MBMS BM-SC，在核心與無線網路中，每個頻道的數據流只在必要時才複製。在此例中，串流伺服器只須處理三個同時的串流。此外，最下層蜂巢式基地台的無線電資源只須被分派三道平行的廣播傳輸，而不是六道個別的點播傳輸。請注意，雖然此範例是針對3GPP MBMS，但也適用3GPP2 BCMCS。
MBMS與BCMCS除了支援串流傳輸之外，MBMS也支援下載功能。MBMS下載可用來將同一個來源任意數量的檔案有效率地傳輸到許多接收者。現有的內容到個人(C2P)多媒體簡訊服務，例如體育比賽短片服務，可因此受益，目前這些服務就是使用點對點連結作多媒體簡訊傳輸。未來多媒體簡訊次系統可輕易介接到BM-SC，經由MBMS下載來傳輸短片。BCMCS與MBMS不同，並不定義明確支援檔案輸出服務的協定。
須特別注意的是MBMS透過廣播/群播載體的檔案傳輸功能。廣播與群播是下行的單向傳輸，因而不能使用傳輸控制協定(TCP)，因為TCP需要雙向的點播連接。然而，網際網路工程工作小組(IETF)提供一種利用點播傳送檔案的架構，稱為單向傳輸檔案遞送(FLUTE)。FLUTE採行用戶數據封包協定(UDP)作為傳輸協定。然而因為UDP不穩定，FLUTE也使用順向錯誤更正(FEC)架構，防止封裝數據偶而發生的封包遺失。但即使是FLUTE提供的錯誤保護措施，也不能夠保證傳輸無誤，因此MBMS也指定一種點對點的檔案修復程序，能在檔案經過廣播或群播之後執行。在此階段，接收者能連結檔案修復伺服器並且索取數據，MBMS以此確保檔案傳送穩定。
圖4提供一般MBMS工作流程的高階概觀。BCMCS的解決方案類似，但是為單純起見，這裡只使用MBMS的名詞。
首先，特定MBMS服務的資訊(即所謂服務公告)會傳送給服務申裝伺服器。服務公告提供服務相關資訊與終端機如何使用該資訊。傳送MBMS服務公告給終端使用者的方式有幾種方法，最容易的方法是將公告儲存在一個網站伺服器上，讓這些公告可經由HTTP或無線接取協定(WAP)下載。另一個方式是將服務公告藉由現有機制，如文字簡訊或多媒體簡訊，傳送到用戶端，或經由一個特別的MBMS服務宣告頻道傳送。
當終端使用者決定使用服務公告所述的服務後，後續動作則會視該服務為廣播或群播服務而定。廣播服務不需進一步動作，用戶端只須「調整」到服務公告所敘述的通道參數。若是群播服務，則須將「參加」請求與從服務公告擷取的參數一起送到網路。使用者終端成為對應MBMS服務群組的成員，接收所有數據。
在傳輸啟動之前，BM-SC必須將一個「開始」請求送到核心網路的GGSN，GGSN會分派必須的內部資源，並且轉送請求到相關SGSN，SGSN則據此請求分配提供所需服務品質(QoS)必要的無線電資源。最後，對應MBMS服務群組的用戶端接到通知，伺服器將送出資訊內容。之後伺服器可將多媒體數據送到BM-SC，再將數據轉送到MBMS載體，數據於是傳送到參加MBMS的每個用戶端。最後，伺服器送出一個「停止」通知，說明數據傳輸階段已結束，想要離開MBMS群播服務的終端使用者將「離開服務」請求送到網路，即可將用戶從相關群組排除。
與MBMS與BCMCS同時，GSM、WCDMA與CDMA2000都發展了新的廣播與群播無線電載體與協定。因為廣播與群播無線電載波必須同時服務多個用戶，許多為高速、雙向、點對點通訊發展，增加位元傳輸率與容量的功能都不能使用。換言之，訊號不能只適用個別用戶，必須對無線訊號品質最差的用戶也要足夠。不論用戶位置與無線訊號狀況，新的無線載體必須覆蓋全部區域。
GSM系統中，MBMS使用GPRS與EDGE調變與編碼方式，即CS1-4與MCS1-9。MBMS也使用GPRS與EDGE封包數據通道(PDCH)進行單點對多點傳輸，與第二層無線電鏈結控制/媒介接取控制(RLC/MAC)的協定。至於點對點傳輸，MBMS也支援多時槽操作。在此情況，無線電網路在每次MBMS會談(Session)中，最多可使用四個時槽。
初期模擬顯示MBMS載體直接實作的效能並不理想。為增加效能，已推出兩種改進方案。第一種方案是含有自動重發請求(ARQ)的RLC/MAC，亦稱為封包下行連結確認/否認(PDAN)模式。
在此模式中，任一蜂巢(Cell)中，最多可由16個終端機提供會談回饋；如此一來，終端機沒有正確接收的RLC數據塊，會在MBMS無線電載體上重新廣播，因此終端機可使用漸增備援技術。第二種方案則是無ARQ的RLC/MAC，亦稱為盲目重發模式。在此模式中，在下一個RLC數據塊送出前，RLC數據塊會利用漸增備援技巧，以預定的次數重發。
圖5比較盲目重發與PDAN模式用戶數與重發次數的不同。為求簡化，模擬作業假定每個行動站台有相同的載波干擾比(C/I)；在實際環境中，這些站台會有不同的C/I，因為站台分布在蜂巢覆蓋範圍的各處。請注意，本範例使用MCS-6 EDGE編碼系統，若使用GPRS編碼系統模擬，結果大約為一半的輸出量。
模擬作業顯示，利用PDAN模式，視用戶人數而定，40kbit/s的影片廣播需要2～4個EDGE通道編碼時槽，而盲目重發模式需要4個時槽。請注意，普通點對點EDGE通道可用2個時槽提供相同的位元傳輸率，但是只對1個用戶。3個用戶需要6個時槽；4個用戶需要8個時槽。因此，如果在蜂巢中有兩個使用者，MBMS單點對多點載體與普通點對點連接的效率相同；而用戶數目愈多，效率愈高。
MBMS終端機可能利用現有的EDGE硬體為基礎，加上軟體升級以支援MBMS發訊程序。在GSM中，MBMS無線電載體可與GPRS/EDGE數據流多工發送，甚至可在相同時槽上。其中一種配置方式是在配置EDGE的密集區域中啟動MBMS；在沒有EDGE的區域中，MBMS可透過點對點GPRS提供。另一種配置，則須階段性引入不同功能層級：例如，先開始提供MBMS廣播，然後增加MBMS群播服務，這樣在沒有用戶要求服務的蜂巢中，可以節省容量。
在WCDMA中，MBMS盡可能使用現有的邏輯與實體通道。事實上，在WCDMA的實作只需三個新的邏輯頻道與一個新實體頻道。新邏輯頻道為：
‧MBMS單點對多點控制頻道(MCCH)，包含進行中與將啟動的MBMS會談細節；
‧MBMS單點對多點排程頻道(MSCH)，提供在MTCH上排程的數據訊息；
‧MBMS單點對多點交通頻道(MTCH)，承載實際的MBMS應用數據。
新的實體頻道是MBMS通知指示頻道(MICH)，網路藉以告知終端機MCCH可用的MBMS資訊。MCCH、MSCH與MTCH重新使用WCDMA的順向接取頻道(FACH)傳輸與次級共同控制實體通道(S-CCPCH)。RLC與MAC層使用許多現有的協定層。
在MBMS中MTCH使用兩種傳輸時間間隔(TTI)：40與80毫秒。將用戶資料散布於衰減的變異群落上，在時間域選擇較長的TTI，能提供更大的分散性，如此可增加MBMS容量。
3GPP Rel-6的MBMS，為MTCH實體層推出提高容量的方式。其中之一是順向接取頻道的軟結合，尤其值得注意。圖6顯示由軟結合獲得的增益，與單一無線電連結相較，兩個無線電連結的軟結合可得到大約4.6分貝增益；三個無線電連結的軟結合可獲得大約6.5分貝增益。
WCDMA中MBMS有一重要特性：即MBMS無線電傳輸成本與蜂巢的用戶數目無關。很清楚地，當數個用戶都位於相同蜂巢中時，MBMS比點對點連接更占優勢。當一個蜂巢中MBMS用戶不多時，使用點對點連接可能更有效率。
許多研究探討在什麼狀況下，單一MBMS的單點對多點載波會比多道、專用、點對點連接更有效率。這個交叉點的位置與所作的假設有關，包括點對點與單點對多點連結的功能等級。有趣的是，模擬顯示交叉點可能只是一或兩位用戶。為了提供完全的彈性，在標準中加入一個計算程序，使網路能掌握一個蜂巢中MBMS用戶數的資訊，藉此幫助網路決定該使用哪一種載體。
藉由WCDMA MBMS技術(3GPP Rel-6)，一個5MHz蜂巢載體可能支援16個單點對多點的MBMS通道，每通道用戶位元傳輸率為64kbit/s。圖6是單一接收天線終端機。終端機實作選項，如雙天線、接收分散性與高級接收技術，如通用耙式接收器(G-RAKE)等，可進一步提高每個蜂巢載體的總容量。直接的雙天線分散性設計可提高WCDMA MBMS容量2個係數，每個蜂巢載體提供32個通道。其他壓制干擾技術，例如通用耙式接收器，可將容量再提升至40個通道以上，相當於蜂巢總容量達到2.5Mbit/s以上。
MBMS的一個重要特質是彈性：MBMS可以設定只使用蜂巢載體的一部分，將剩餘部分留給其他服務，例如一般語音與數據。MBMS部分包含不定數量的MBMS無線電載體。此外，每個無線電載體可有不同的位元傳輸率。雖然MBMS可支援達256kbit/s，但以目前手持終端機的尺寸與解析度而言，一個新聞頻道64kbit/s就足夠，運動頻道也只需128kbit/s。
與WCDMA類似，CDMA2000使用IS-2000(1x)與IS-856(1xEV-DO)定義現有實體頻道。為了彌補單點對多點通訊(無PDAN)中，無線電連結缺少重送協定，在現有載體的編碼上，加入額外的錯誤更正編碼層。
與MBMS不同，這個編碼放置於無線電接取網路內，使接收器中兩層的解碼可充分配合。編碼是一個矩陣，各列構成現有的框架與編碼類型(渦輪碼)，而一組里德所羅門(Reed-Solomon)編碼散布於各行，每行為一個位元組寬。在構成資訊的矩陣中有k列。里德所羅門編碼符散布在各行，增加n－k列。
所有的n列個別以渦輪碼(Turbo Code)編碼，送過空中到達接收器，接收器將由多個基地台傳來的BCMCS訊號作軟結合。
標準並未規定終端機處理能力的最大或最小值。目前市面上可見的點對點通訊1xEV數據機在下行連結可處理2.4Mbit/s；然而，這個速率不能提供至蜂巢邊緣區域，而廣播服務必須能讓每一個用戶接收到，包含蜂巢邊緣用戶。
此外，這個數字是1xEV-DO的總頻寬，因而這個載體將沒有剩餘容量留給點對點通訊。新的編碼層複雜度提高，加上數據串流媒體處理(媒體播放器)相關的複雜度，可能會進一步降低位元傳輸率。由於這些限制，BCMCS終端用戶的位元傳輸率可能將與WCDMA的MBMS類似。
1xEV-DO提供同步服務，亦即BCMCS可與其他點對點數據通訊混合，未來還包括VoIP。行動系統假定附近蜂巢含有不同訊號，必須要壓制，以減少干擾。然而，廣播服務傳送相同的資訊內容，沒有必要壓制附近蜂巢的傳輸。因此業界已提出廣播與群播專用1xEV-DO新無線電載體，這是以正交分頻多工(OFDM)為基礎的一種提議，使用與DVB相同的調變技術。
另一種提議則需現有的CDMA展頻，以及較先進的接收器。這些新的頻道不會與現有載體逆向相容。因此，有興趣部署BCMCS的電信公司必須選擇現有頻道、新頻道，或兩者皆要(必須消耗更多頻寬)。
在大眾市場部署類似廣播的服務，必須符合3GPP MBMS、3GPP2 BCMCS規定的行動廣播與群播能力，以及OMA標準化的相關廣播/群播服務層功能。
MBMS和BCMCS都使用許多現有無線電與核心網路協定。如此可減低終端機與網路建置成本。此外，行動電信業者可保持原有商業模式。由於蜂巢體積相當小，行動廣播服務可以很容易地編排，以非常精細的方式，在網路的不同區域，廣播不同資訊內容。
因此，行動廣播與非行動網路(如DVB-H)比較，有多種優勢。非行動網路需要新的接收器硬體、新網路架構投資，與新商業模式。MBMS與BCMCS將提升現有服務能力，例如WCDMA可混合設定一些64kbit/s的新聞頻道與128kbit/s的體育頻道，一個蜂巢頻道可有2.5Mbit/s頻寬。增加的容量可刺激開發新的行動式大眾傳播媒體服務。由於行動廣播服務能與現有行動服務，例如語音與數據混合，互動式廣播服務將成為新興服務。
舉例而言，在2005年4月舉辦的法國坎城Milia電視與廣播節，易利信第一次展出真正互動式行動電視服務，展示現有的互動式電視格式如何與多媒體功能一起遞送到手機。用戶透過手機按鍵，就可與行動電視節目互動，例如投票或以文字簡訊與多媒體簡訊發送問候。行動廣播也使電信業者可在共同的服務與網路架構上，為手持式裝置提供電話、網路與電視服務。