Femtocell （家庭基站）的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　前言

　　移動通信的發(fā)展速度是驚人的。據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)Informa2007年11月的數(shù)據(jù)顯示，目前全球有33億移動用戶。前信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2007年l2月中國移動用戶數(shù)已達(dá)約55億。目前移動通信的主要商用技術(shù)也正從2G、2．5G、3G向HSPA過渡一業(yè)務(wù)類型也隨著無線接人速率的不斷提高,逐漸從單純的語音和短消息業(yè)務(wù)向豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)演變．移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占業(yè)務(wù)總量的比率也越來越高。

　　與此同時，3G的實際部署也面臨覆蓋、容量和離網(wǎng)等因素的挑戰(zhàn)。2GHz頻段的無線信號，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(nèi)覆蓋質(zhì)量往往不盡人意。而大量的高速數(shù)據(jù)與多媒體業(yè)務(wù)，如視頻電話、流媒體、游戲等一般都發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境，這些業(yè)務(wù)都需要較大的系統(tǒng)容量和良好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量據(jù)日本NTTDoCoM0公司的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，3G業(yè)務(wù)的室內(nèi)使用量占70％，因此如何改

　　如果沒有高質(zhì)量的室內(nèi)覆蓋，語音和視頻的質(zhì)量將大大降低，同樣也會使文件下載速度變慢，因此而造成的掉話和耗時的下載會使大量用戶離網(wǎng)。對運營商而言，離網(wǎng)帶來的不僅僅是業(yè)務(wù)收入的流失，也造成獲取新用戶的成本不斷上升。

　　直接通過建設(shè)更多的宏基站來增加網(wǎng)絡(luò)容量的做法成本很高，包括站址的選取，設(shè)備的采購、安裝、調(diào)試和維護都要耗費大量的人力、財力、物力和時間。因此單純用宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)來兼顧室內(nèi)室外的覆蓋顯然不是一個明智的選擇。

　　正是由于面臨上述挑戰(zhàn)．業(yè)界提出用來解決部署高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時面臨的室內(nèi)覆蓋問題。Femtocell是安放在用戶家中或辦公室的一個無線AP可集成和的功能。它以用戶的寬帶接入(如DSL)為回程，具有自動配置和優(yōu)化功能，因此不需要規(guī)劃．也沒有站址選取等問題一它既可作為移動網(wǎng)絡(luò)的延伸，又是固定移動融合的有效方案。

　　作為3G網(wǎng)絡(luò)部署不可缺少的環(huán)節(jié)，Femtocell的市場前景廣闊。據(jù)著名市場研究機構(gòu)ABIRe-search的數(shù)據(jù)，從2008年到2011年全球?qū)⒂谐^1億的Femtocell部署。而我國電信市場的前景也非常看好。隨著全業(yè)務(wù)運營和3G部署的13益臨近，F(xiàn)emtocell作為固定移動融合的解決方案和高效的室內(nèi)覆蓋方案，必將得到全業(yè)務(wù)運營商的重視。我國巨大的寬帶接入市場(到2010年寬帶用戶數(shù)可達(dá)l億)，已經(jīng)為Femtocell的部署打下了堅實的基礎(chǔ)。

　　1  Femtocell的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　Femtocell又稱，是放置在家庭(或SOHO)環(huán)境中的無線接入設(shè)備，工作于授權(quán)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Femtocell的接人設(shè)備一般最多支持4—6個移動用戶，其空中接Ll符合3GPP／2標(biāo)準(zhǔn)，因此適用于任何現(xiàn)有的移動終端。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(cè)的Femtocell網(wǎng)關(guān)匯聚并提供標(biāo)準(zhǔn)的面向移動核心網(wǎng)的接口。圖1為 WCDMAFemtocell的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

　　以WCDMAFemtocell為例，目前業(yè)界主流的設(shè)備商主要采用的是把NodeB和RNC功能集成于一個接入設(shè)備的扁平化架構(gòu)，由Femtocell 網(wǎng)關(guān)提供標(biāo)準(zhǔn)的Iu接口。更進(jìn)一步的扁平化架構(gòu)可以把SGSN／GGSN等功能集成于Femtocell接入設(shè)備。扁平化架構(gòu)的優(yōu)勢是它符合下一代移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。另一方面．由于獨立節(jié)點的減少，使得網(wǎng)絡(luò)端到端時延大大降低(降低40％左右)，從而大大增強用戶在使用高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和實時業(yè)務(wù)時的體驗。同時節(jié)點的減少也大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　FenatocellCPE為移動終端提供標(biāo)準(zhǔn)的空中接口，可以為單獨的設(shè)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(cè)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)事實上扮演了一個虛擬的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(tǒng)核心網(wǎng)呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的接口功能。除此之外，整個系統(tǒng)還有 Femtocell的管理和配置系統(tǒng)。

　　從網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的角度，F(xiàn)emtocellCPE可以增加SIP的功能，從而使傳統(tǒng)終端也可以通過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(gòu)，即BSRFemtocell(見圖2)。整個解決方案包括放置于用戶家庭的 BSRFemtocell接人設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備BSRFemtocell網(wǎng)關(guān)以及操作維護和管理系統(tǒng)。其WCDM ABSR Femtocell接人設(shè)備提供WCDMA／HSPA標(biāo)準(zhǔn)空中接口，CDMA BSR Femtocell提供lx和EVDORevA接口。BSRFemtocell接入設(shè)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(shè)備對大量的Femtocell接入設(shè)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(shè)備也為Ferntocell用戶接入移動業(yè)務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)庫、執(zhí)行用戶注冊、自動小區(qū)規(guī)劃等。

圖2  阿爾卡特朗訊BSRFemtocell架構(gòu)

　　作為端到端Femtocell解決方案供應(yīng)商，阿爾卡特朗訊憑借其在IP扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面多年研究積累以及全球IP轉(zhuǎn)型的成功經(jīng)驗，其扁平化架構(gòu)的 BSRFemtocell解決方案已率先在軟銀、Vodafone等主流運營商得到應(yīng)用。隨著國內(nèi)3G部署的臨近以及全業(yè)務(wù)運營的開展， BSRFemtocell必將在3G和融合業(yè)務(wù)部署過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(nèi)環(huán)境提供大寬帶的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于具有自動配置和自動優(yōu)化功能，因此不需要無線規(guī)劃。另外，它不需要特殊的終端，支持所有符合標(biāo)準(zhǔn)的終端。

　　如果單純從解決室內(nèi)覆蓋問題考慮，室內(nèi)覆蓋的解方案還有很多，如射頻拉遠(yuǎn)、分布式天線等。但這些方案只解決無線信號的重新分布，由于布線成本高．同時又使得整個網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃復(fù)雜化，因此這些方案在家庭環(huán)境中的大量使用是不現(xiàn)實的。

　　如果單純從固定移動融合的角度考慮，固定移動融合方案還有如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網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)覆蓋的盲區(qū)問題，即通過非授權(quán)頻段在2G／3G信號覆蓋較差的室內(nèi)環(huán)境中接人移動業(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(quán)頻段的干擾問題都是此類解決方案的缺點。

　　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商對用wi—Fi補充移動覆蓋的需求。國內(nèi)運營商需要解決的是如何在全業(yè)務(wù)運營條件下借助固定接入資源有效解決室內(nèi)環(huán)境中3G網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)部署的問題以及如何提供差異化移動業(yè)務(wù)的問題。

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

　　2．1對運營商的意義

　　2．1．1有效推進(jìn)3G網(wǎng)絡(luò)和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的部署

　　對運營商來說，通過改善室內(nèi)信號質(zhì)量可以順利地部署大量高速數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都在室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生，因此通過部署室內(nèi)Femtocell讓少量用戶共享Femtocell的帶寬能力，顯然比讓大量用戶共享宏蜂窩更有效。如果業(yè)務(wù)量大，單純通過宏蜂窩來進(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業(yè)務(wù)，同時也為傳統(tǒng)意義上的家庭網(wǎng)關(guān)增加了移動接人功能，即所謂的四重播放的家庭網(wǎng)關(guān)。運營商借助四重播放概念，一方面可以把現(xiàn)有固定業(yè)務(wù)和移動業(yè)務(wù)進(jìn)行綁定，從而提高用戶的忠誠度，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)擴展到移動終端，從而增強用戶的使用體驗以吸引更多的用戶。對全業(yè)務(wù)運營商來說，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(jié)省投資

　　Femtocell借助于固定寬帶接人作為其回程，而且由于沒有站址選取和建設(shè)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(guī)劃，以及用戶自己對Femtocell供電等因素，事實上也大大降低了運營商對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資。結(jié)合宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，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(gòu)．符合移動網(wǎng) 絡(luò)演進(jìn)的趨勢，如LTE／EPS。扁平化架構(gòu)由于減少了節(jié)點數(shù)，也更符合全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)中實時業(yè)務(wù)對時延的嚴(yán)格要求。

　　2．2對最終用戶的意義

　　2．2．1業(yè)務(wù)使用的簡單性

　　Femtocell實際上是一種固定移動融合方案，運營商可以基于它提供四重播放業(yè)務(wù)。除了為用戶帶來新的業(yè)務(wù)之外，固定移動融合也為用戶帶來了便捷的業(yè)務(wù)使用，如一個電話(任何3G終端)，一個賬單、單一鑒權(quán)。即插即用的特性也使得用戶不需復(fù)雜的安裝配置工作就可以使用Femtocell業(yè)務(wù)。另外，對移動性的支持，使得用戶對業(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．運營商有條件降低業(yè)務(wù)的使用費用，因此可讓用戶享受更多的資費優(yōu)惠。另外，通過業(yè)務(wù)綁定(FMC／四重播放)，也可以降低用戶整體的業(yè)務(wù)費用。

　　2．2．3享受新業(yè)務(wù)

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

　　2．2．4更好的信號質(zhì)量

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

　　3結(jié)束語

　　對擁有“最后lkm”資源的全業(yè)務(wù)運營商而言，F(xiàn)emtocell是提供差異化業(yè)務(wù)的最好途徑，它可以提供固定移動融合和四重播放業(yè)務(wù)。作為一種高效的室內(nèi)覆蓋解決方案，F(xiàn)emtocell也是部署下一代移動數(shù)據(jù)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)和個人業(yè)務(wù)的結(jié)合點， Femtocell必將成為融合網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的主要組成部分。