Femtocell （家庭基站）的網(wǎng)絡(luò )架構

　　前言

　　移動(dòng)通信的發(fā)展速度是驚人的。據市場(chǎng)調研機構Informa2007年11月的數據顯示，目前全球有33億移動(dòng)用戶(hù)。前信息產(chǎn)業(yè)部的統計數據顯示，截至2007年l2月中國移動(dòng)用戶(hù)數已達約55億。目前移動(dòng)通信的主要商用技術(shù)也正從2G、2．5G、3G向HSPA過(guò)渡一業(yè)務(wù)類(lèi)型也隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)接人速率的不斷提高,逐漸從單純的語(yǔ)音和短消息業(yè)務(wù)向豐富的數據業(yè)務(wù)演變．移動(dòng)數據業(yè)務(wù)占業(yè)務(wù)總量的比率也越來(lái)越高。

　　與此同時(shí)，3G的實(shí)際部署也面臨覆蓋、容量和離網(wǎng)等因素的挑戰。2GHz頻段的無(wú)線(xiàn)信號，其傳輸損耗和空間損耗較大，對建筑物墻體的穿透能力較弱，室內覆蓋質(zhì)量往往不盡人意。而大量的高速數據與多媒體業(yè)務(wù)，如視頻電話(huà)、流媒體、游戲等一般都發(fā)生在室內環(huán)境，這些業(yè)務(wù)都需要較大的系統容量和良好的網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量據日本NTTDoCoM0公司的調查發(fā)現，3G業(yè)務(wù)的室內使用量占70％，因此如何改

　　如果沒(méi)有高質(zhì)量的室內覆蓋，語(yǔ)音和視頻的質(zhì)量將大大降低，同樣也會(huì )使文件下載速度變慢，因此而造成的掉話(huà)和耗時(shí)的下載會(huì )使大量用戶(hù)離網(wǎng)。對運營(yíng)商而言，離網(wǎng)帶來(lái)的不僅僅是業(yè)務(wù)收入的流失，也造成獲取新用戶(hù)的成本不斷上升。

　　直接通過(guò)建設更多的宏基站來(lái)增加網(wǎng)絡(luò )容量的做法成本很高，包括站址的選取，設備的采購、安裝、調試和維護都要耗費大量的人力、財力、物力和時(shí)間。因此單純用宏蜂窩網(wǎng)絡(luò )來(lái)兼顧室內室外的覆蓋顯然不是一個(gè)明智的選擇。

　　正是由于面臨上述挑戰．業(yè)界提出用來(lái)解決部署高速數據業(yè)務(wù)時(shí)面臨的室內覆蓋問(wèn)題。Femtocell是安放在用戶(hù)家中或辦公室的一個(gè)無(wú)線(xiàn)AP可集成和的功能。它以用戶(hù)的寬帶接入(如DSL)為回程，具有自動(dòng)配置和優(yōu)化功能，因此不需要規劃．也沒(méi)有站址選取等問(wèn)題一它既可作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的延伸，又是固定移動(dòng)融合的有效方案。

　　作為3G網(wǎng)絡(luò )部署不可缺少的環(huán)節，Femtocell的市場(chǎng)前景廣闊。據著(zhù)名市場(chǎng)研究機構ABIRe-search的數據，從2008年到2011年全球將有超過(guò)1億的Femtocell部署。而我國電信市場(chǎng)的前景也非?？春?。隨著(zhù)全業(yè)務(wù)運營(yíng)和3G部署的13益臨近，Femtocell作為固定移動(dòng)融合的解決方案和高效的室內覆蓋方案，必將得到全業(yè)務(wù)運營(yíng)商的重視。我國巨大的寬帶接入市場(chǎng)(到2010年寬帶用戶(hù)數可達l億)，已經(jīng)為Femtocell的部署打下了堅實(shí)的基礎。

　　1  Femtocell的網(wǎng)絡(luò )架構

　　Femtocell又稱(chēng)，是放置在家庭(或SOHO)環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)接入設備，工作于授權頻段。其發(fā)射功率較小，一般為毫瓦級，因此覆蓋半徑也較小，一般為20—50m。一個(gè)Femtocell的接人設備一般最多支持4—6個(gè)移動(dòng)用戶(hù)，其空中接Ll符合3GPP／2標準，因此適用于任何現有的移動(dòng)終端。Femtocell借助于固定寬帶接人作為其回程網(wǎng)絡(luò )，由網(wǎng)絡(luò )側的Femtocell網(wǎng)關(guān)匯聚并提供標準的面向移動(dòng)核心網(wǎng)的接口。圖1為 WCDMAFemtocell的網(wǎng)絡(luò )架構。

　　以WCDMAFemtocell為例，目前業(yè)界主流的設備商主要采用的是把NodeB和RNC功能集成于一個(gè)接入設備的扁平化架構，由Femtocell 網(wǎng)關(guān)提供標準的Iu接口。更進(jìn)一步的扁平化架構可以把SGSN／GGSN等功能集成于Femtocell接入設備。扁平化架構的優(yōu)勢是它符合下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展趨勢。另一方面．由于獨立節點(diǎn)的減少，使得網(wǎng)絡(luò )端到端時(shí)延大大降低(降低40％左右)，從而大大增強用戶(hù)在使用高速數據業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)的體驗。同時(shí)節點(diǎn)的減少也大大提高了網(wǎng)絡(luò )的可靠性。

　　FenatocellCPE為移動(dòng)終端提供標準的空中接口，可以為單獨的設備，也可以和ADSLModem或家庭網(wǎng)關(guān)集成。它還包括NodeB、RNC或 SGSG／GGSN等功能。網(wǎng)絡(luò )側接口由Femtocell網(wǎng)關(guān)提供，如Iu_CS、Iu_PS、Gn／Gi等。Femtocell網(wǎng)關(guān)同時(shí)提供安全網(wǎng)關(guān)的功能，用于建立FemtocellCPE和Femtocell網(wǎng)關(guān)之間的安全隧道。Femtocell網(wǎng)關(guān)事實(shí)上扮演了一個(gè)虛擬的RNC，或虛擬 GGSN的功能，它一方面匯聚所有受它控制的FemtocellCPE的流量，另一方面向傳統核心網(wǎng)呈現標準的接口功能。除此之外，整個(gè)系統還有 Femtocell的管理和配置系統。

　　從網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的角度，FemtocellCPE可以增加SIP的功能，從而使傳統終端也可以通過(guò)FemtocenCPE接入IMS網(wǎng)絡(luò )。

阿爾卡特朗訊的Femtocell解決方案采用的是扁平化架構，即BSRFemtocell(見(jiàn)圖2)。整個(gè)解決方案包括放置于用戶(hù)家庭的 BSRFemtocell接人設備、網(wǎng)絡(luò )側設備BSRFemtocell網(wǎng)關(guān)以及操作維護和管理系統。其WCDM ABSR Femtocell接人設備提供WCDMA／HSPA標準空中接口，CDMA BSR Femtocell提供lx和EVDORevA接口。BSRFemtocell接入設備集成了基站和RNC的功能，對WCDMA BSR Femtocell而言，也可增加SGSN和GGSN的功能。

　　CDMABSRFemtocell集成了PDSN的功能并直接提供SIP，IMS接口。BSRFemtocell網(wǎng)關(guān)設備對大量的Femtocell接入設備進(jìn)行匯聚，并提供IPSec、信令網(wǎng)關(guān)、FA等功能。BSR Femtocell網(wǎng)關(guān)設備也為Ferntocell用戶(hù)接入移動(dòng)業(yè)務(wù)提供標準接口，如Iu—CS／Iu PS、SIP／IMS、Gn／Gi等。0MC和家庭網(wǎng)絡(luò )管理(HNM)的作用是提供操作維護功能、維護BSR Femtocell數據庫、執行用戶(hù)注冊、自動(dòng)小區規劃等。

圖2  阿爾卡特朗訊BSRFemtocell架構

　　作為端到端Femtocell解決方案供應商，阿爾卡特朗訊憑借其在IP扁平化網(wǎng)絡(luò )架構方面多年研究積累以及全球IP轉型的成功經(jīng)驗，其扁平化架構的 BSRFemtocell解決方案已率先在軟銀、Vodafone等主流運營(yíng)商得到應用。隨著(zhù)國內3G部署的臨近以及全業(yè)務(wù)運營(yíng)的開(kāi)展， BSRFemtocell必將在3G和融合業(yè)務(wù)部署過(guò)程中起到積極的作用。

　　2  Femtocell的意義

　　Femtocell的主要特征是借助固定寬帶接人為室內環(huán)境提供大寬帶的移動(dòng)數據業(yè)務(wù)。由于具有自動(dòng)配置和自動(dòng)優(yōu)化功能，因此不需要無(wú)線(xiàn)規劃。另外，它不需要特殊的終端，支持所有符合標準的終端。

　　如果單純從解決室內覆蓋問(wèn)題考慮，室內覆蓋的解方案還有很多，如射頻拉遠、分布式天線(xiàn)等。但這些方案只解決無(wú)線(xiàn)信號的重新分布，由于布線(xiàn)成本高．同時(shí)又使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的規劃復雜化，因此這些方案在家庭環(huán)境中的大量使用是不現實(shí)的。

　　如果單純從固定移動(dòng)融合的角度考慮，固定移動(dòng)融合方案還有如UMA或IMS／VCC等基于終端融合的FMC方案。它們在一定程度上解決了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )在室內覆蓋的盲區問(wèn)題，即通過(guò)非授權頻段在2G／3G信號覆蓋較差的室內環(huán)境中接人移動(dòng)業(yè)務(wù)，但這些解決方案需要雙模終端且需要在終端中增加相關(guān)協(xié)議的支持。另外雙模終端的耗電、非授權頻段的干擾問(wèn)題都是此類(lèi)解決方案的缺點(diǎn)。

　　最后從需求角度分析，由于我國2G的覆蓋非常好，并不存在歐美部分運營(yíng)商對用wi—Fi補充移動(dòng)覆蓋的需求。國內運營(yíng)商需要解決的是如何在全業(yè)務(wù)運營(yíng)條件下借助固定接入資源有效解決室內環(huán)境中3G網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)部署的問(wèn)題以及如何提供差異化移動(dòng)業(yè)務(wù)的問(wèn)題。

　　Femtocell解決方案提供標準的空中接口，因此任何符合標準的單模終端都可以通過(guò)Femtocell使用其訂閱的移動(dòng)業(yè)務(wù)。標準的核心網(wǎng)接口也保證了不需要對現有核心網(wǎng)架構作任何改動(dòng)，就可以進(jìn)行Femtocell覆蓋。因此Femtocell的部署對運營(yíng)商和最終用戶(hù)都有重要的意義。

　　2．1對運營(yíng)商的意義

　　2．1．1有效推進(jìn)3G網(wǎng)絡(luò )和高速數據業(yè)務(wù)的部署

　　對運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，通過(guò)改善室內信號質(zhì)量可以順利地部署大量高速數據業(yè)務(wù)，特別是對HSPA的部署將起到關(guān)鍵的作用。由于大量的數據業(yè)務(wù)都在室內環(huán)境產(chǎn)生，因此通過(guò)部署室內Femtocell讓少量用戶(hù)共享Femtocell的帶寬能力，顯然比讓大量用戶(hù)共享宏蜂窩更有效。如果業(yè)務(wù)量大，單純通過(guò)宏蜂窩來(lái)進(jìn)行 HSPA業(yè)務(wù)部署不但成本很高，而且技術(shù)上也幾乎是不可能的。

　　2．12業(yè)務(wù)融合的有效手段

　　Femtocell借助固定接入提供移動(dòng)業(yè)務(wù)，同時(shí)也為傳統意義上的家庭網(wǎng)關(guān)增加了移動(dòng)接人功能，即所謂的四重播放的家庭網(wǎng)關(guān)。運營(yíng)商借助四重播放概念，一方面可以把現有固定業(yè)務(wù)和移動(dòng)業(yè)務(wù)進(jìn)行綁定，從而提高用戶(hù)的忠誠度，家庭套餐等業(yè)務(wù)綁定模式還可以吸引家庭成員成為忠誠的業(yè)務(wù)使用者；另一方面，也可以把原本只部署于固定網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)擴展到移動(dòng)終端，從而增強用戶(hù)的使用體驗以吸引更多的用戶(hù)。對全業(yè)務(wù)運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，借助于Femtocell的融合業(yè)務(wù)，可以提高其差異化競爭能力。

　　2．1．3節省投資

　　Femtocell借助于固定寬帶接人作為其回程，而且由于沒(méi)有站址選取和建設維護等投入，因此Ferntocell的部署可以大大降低網(wǎng)絡(luò )投資。另外，由于不需要網(wǎng)絡(luò )規劃，以及用戶(hù)自己對Femtocell供電等因素，事實(shí)上也大大降低了運營(yíng)商對網(wǎng)絡(luò )建設的投資。結合宏蜂窩網(wǎng)絡(luò )的建設，由于 Femtocell的部署可以減輕宏蜂窩網(wǎng)絡(luò )的壓力，即一旦用戶(hù)進(jìn)入Femtocell覆蓋范圍，就不再占用宏蜂窩的資源，這也間接減輕了對宏蜂窩網(wǎng)絡(luò )的投資壓力。

2．1．4平滑演進(jìn)

　　由于Femtocell采用扁平化架構．符合移動(dòng)網(wǎng) 絡(luò )演進(jìn)的趨勢，如LTE／EPS。扁平化架構由于減少了節點(diǎn)數，也更符合全IP網(wǎng)絡(luò )中實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對時(shí)延的嚴格要求。

　　2．2對最終用戶(hù)的意義

　　2．2．1業(yè)務(wù)使用的簡(jiǎn)單性

　　Femtocell實(shí)際上是一種固定移動(dòng)融合方案，運營(yíng)商可以基于它提供四重播放業(yè)務(wù)。除了為用戶(hù)帶來(lái)新的業(yè)務(wù)之外，固定移動(dòng)融合也為用戶(hù)帶來(lái)了便捷的業(yè)務(wù)使用，如一個(gè)電話(huà)(任何3G終端)，一個(gè)賬單、單一鑒權。即插即用的特性也使得用戶(hù)不需復雜的安裝配置工作就可以使用Femtocell業(yè)務(wù)。另外，對移動(dòng)性的支持，使得用戶(hù)對業(yè)務(wù)的體驗保持一致。

　　2．2．2享受更優(yōu)的資費

　　由于部署成本相對較低．運營(yíng)商有條件降低業(yè)務(wù)的使用費用，因此可讓用戶(hù)享受更多的資費優(yōu)惠。另外，通過(guò)業(yè)務(wù)綁定(FMC／四重播放)，也可以降低用戶(hù)整體的業(yè)務(wù)費用。

　　2．2．3享受新業(yè)務(wù)

　　由于一個(gè)Femtocell只服務(wù)幾個(gè)用戶(hù)，每個(gè)用戶(hù)獨享的帶寬將大大提高，從而使得用戶(hù)可以享受更流暢的移動(dòng)數據業(yè)務(wù)。作為家庭業(yè)務(wù)的中心，具有移動(dòng)接入的四重播放家庭網(wǎng)關(guān)使得移動(dòng)終端成為大量通信、娛樂(lè )業(yè)務(wù)的主要呈現終端。

　　2．2．4更好的信號質(zhì)量

　　由于具有更好的室內信號覆蓋，不僅傳統業(yè)務(wù)的質(zhì)量更有保障，也使得用戶(hù)手機更加省電。

　　3結束語(yǔ)

　　對擁有“最后lkm”資源的全業(yè)務(wù)運營(yíng)商而言，Femtocell是提供差異化業(yè)務(wù)的最好途徑，它可以提供固定移動(dòng)融合和四重播放業(yè)務(wù)。作為一種高效的室內覆蓋解決方案，Femtocell也是部署下一代移動(dòng)數據業(yè)務(wù)必不可少的手段。在網(wǎng)絡(luò )、業(yè)務(wù)不斷融合的大背景下，作為家庭業(yè)務(wù)和個(gè)人業(yè)務(wù)的結合點(diǎn)， Femtocell必將成為融合網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)的主要組成部分。