Femto技術(shù)與組網(wǎng)應(yīng)用

0 前言

Femto技術(shù)在3GPP R8中被引入，并成為R8的研究熱點。因為Femto具有發(fā)射功率低、覆蓋范圍小、部署方便、價格低廉等特點，所以受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。Femto以固定寬帶接入網(wǎng)絡(luò)為回程，同時向用戶提供移動業(yè)務(wù)，是一種典型的固定移動融合技術(shù)，F(xiàn)emto將是全業(yè)務(wù)運營商提供差異化服務(wù)的重要手段。

對運營商來說，F(xiàn)emto技術(shù)的應(yīng)用可以提高室內(nèi)覆蓋質(zhì)量、提升用戶體驗、減少用戶離網(wǎng)率，同時可以在空口分流宏網(wǎng)絡(luò)流量、緩解宏網(wǎng)絡(luò)擴容壓力、降低3G建網(wǎng)的CAPEX和OPEX。對用戶來說，因為Femto部署的成本低，運營商可以為用戶提供更低的通信資費，另外Femto用戶可以獨享無線資源和傳輸資源，獲得更好的信號質(zhì)量和接入速率，能夠促進用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用習(xí)慣的培養(yǎng)?？傊現(xiàn)emto技術(shù)的出現(xiàn)為運營商提供了室內(nèi)覆蓋的新思路。

1 Femto技術(shù)概述

1.1 Femto標準進展

3GPP稱Femto為Home Node B（HNB），即家庭基站。3GPP于2007年3月啟動HNB的相關(guān)研究工作，其目標是試圖形成家庭基站的標準應(yīng)用場景，找到標準的解決方案。2008年5月3GPP完成了這個研究工作，形成了技術(shù)報告：TR 25.820“3G Home Node B Study Item Technical Report（R8）”。

R8規(guī)范了HNB架構(gòu)、Iuh接口、CSG相關(guān)標識、測量規(guī)則、小區(qū)選擇與重選規(guī)則、HNB網(wǎng)管南向接口等方面的內(nèi)容。R9將繼續(xù)完善HNB的標準，工作目標主要涉及以下幾部分：從宏小區(qū)到HNB小區(qū)的連接態(tài)的切換、從HNB小區(qū)到HNB小區(qū)的連接態(tài)的切換、支持OPEN模式和hybrid模式的HNB小區(qū)、Iuh接口上CS業(yè)務(wù)的上行復(fù)用。

行業(yè)標準方面，2009年4月CCSA開始了HNB系列行業(yè)標準的制定。該系列標準包括家庭基站設(shè)備技術(shù)要求和測試方法、家庭基站網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)要求和測試方法、家庭基站管理系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)要求和測試方法、家庭基站與家庭基站管理系統(tǒng)之間接口測試方法、家庭基站Iuh接口技術(shù)要求和測試方法。目前該系列標準已經(jīng)陸續(xù)完成報批，處于待發(fā)布階段。

1.2 Femto產(chǎn)業(yè)鏈狀況

在Femto標準制定的同時，產(chǎn)業(yè)界也迅速跟進，華為、阿朗、諾西在2009年年初第一批推出了Femto解決方案，到2009年下半年思科、NEC、新郵通等廠家都推出了自己的Femto產(chǎn)品。從設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈的角度講，F(xiàn)emto技術(shù)已經(jīng)成熟，具備了規(guī)模商用的條件。

商用方面，NTT Docomo、Vodafone、T-mobile等主流運營商已開展相關(guān)試驗，Sprint、Verzion、AT&T 也在著手Femto的試驗和商用籌備，但是目前尚未有真正大規(guī)模商用的Femto網(wǎng)絡(luò)。

2 Femto關(guān)鍵問題

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

Femto接入網(wǎng)絡(luò)主要由HNB、家庭基站網(wǎng)關(guān)（HNB GW）、安全網(wǎng)關(guān)（SeGW）和家庭基站網(wǎng)管系統(tǒng)（HMS）構(gòu)成（見圖1）。HNB為用戶私有設(shè)備，通過公共IP網(wǎng)絡(luò)連接到HNB GW，HNB GW通過Iu接口連接到核心網(wǎng)。從核心網(wǎng)來看，HNB接入網(wǎng)是RNC，HNB GW通過標準的Iu接口接入到核心網(wǎng)；從UE側(cè)來看，HNB接入網(wǎng)是Node B，HNB與UE采用標準的Uu接口進行通信。

圖1 Femto 我網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

HNB具有Node B的無線承載功能，向終端提供標準的Uu接口，同時也集成了RNC的無線資源管理、移動性管理等功能，HNB還提供了HNB GW的Iuh接口。

HNB GW是為HNB系統(tǒng)新增的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，將來自眾多HNB的業(yè)務(wù)匯聚在一起，然后通過標準的Iu_CS和Iu_PS接口傳回到已有的核心網(wǎng)絡(luò)，這樣就向核心網(wǎng)屏蔽了Iuh接口和HNB系統(tǒng)特性。HNB GW還具有Iuh鏈接管理、UE注冊、HNB注冊、UE接入控制等功能。

HMS主要提供HNB的網(wǎng)絡(luò)管理功能，HMS與HNB之間采用TR069協(xié)議。具體的網(wǎng)管功能包括用戶管理、軟件管理、參數(shù)配置、故障管理、性能管理、HNB拓撲管理、日志管理等。HMS還支持HNB初始化過程中的HNB GW發(fā)現(xiàn)功能，為HNB提供初始配置數(shù)據(jù)，對HNB進行位置信息驗證，準入列表維護。

2.2 自配置自優(yōu)化功能

自配置自優(yōu)化功能是Femto最重要的功能。

一方面，F(xiàn)emto數(shù)量眾多，運營商不方便也不可能投入巨大的精力對其進行開通和維護，這就要求HNB能夠即插即用，維護便捷。即插即用指Femto上電后，自動完成認證鑒權(quán)、網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、IP獲取、IP Sec隧道建立、自動參數(shù)配置等過程。維護便捷指運營商可以通過OMC進行遠程批量配置管理、軟件升級、日志自動保存等操作。

另一方面，F(xiàn)emto部署的一個重要原則是不能對宏網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較大干擾，不能造成宏網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的下降。這就要求Femto具有自適應(yīng)自優(yōu)化算法，保證最優(yōu)的發(fā)射功率，以減小Femto網(wǎng)絡(luò)對宏蜂窩的干擾。

此外，F(xiàn)emto具有自動無線測量、自動鄰區(qū)配置等功能，以滿足其與宏網(wǎng)絡(luò)之間的移動性管理要求。

2.3 UE接入控制

Femto是用戶私有設(shè)備，所以要對終端進行接入控制。根據(jù)接入控制策略的不同，3GPP將Femto分為3種模式，即封閉模式、開放模式和混合模式。

采用封閉模式時，只允許本Femto的用戶接入，拒絕其他用戶接入。CSG就是封閉用戶組的概念（在R8中引入），用來作接入控制。根據(jù)終端對CSG的支持，又分為非CSG終端接入控制和CSG終端接入控制。對于非CSG終端，即不支持CSG的終端，F(xiàn)emto或Femto GW處會有一個用戶準入列表，如果用戶的IMSI在準入列表中則可以接入，否則拒絕接入。非CSG終端的接入控制在接入網(wǎng)側(cè)完成，即在Femto和Femto GW處完成。對于CSG終端，看UE和Femto的CSG是否一致，如果一致則允許接入，否則拒絕接入。CSG終端的接入控制在核心網(wǎng)完成，因此CSG模式的接入控制需要終端、Femto、核心網(wǎng)三者都支持CSG功能。

R9中又引入了開放模式和混合模式。處于開放模式的Femto不作接入控制，所有的合法終端都可以接入，從UE的角度來看，F(xiàn)emto就是一個宏基站。

混合模式介于開放模式與封閉模式之間，混合模式的Femto屬于一個CSG，采用混合模式的Femto，除了CSG列表中的用戶可以接入外，CSG列表外的合法用戶也可以接入。但是，CSG列表內(nèi)的用戶具有高優(yōu)先級，在資源受限時應(yīng)該優(yōu)先保證CSG列表內(nèi)用戶的服務(wù)質(zhì)量。

2.4 位置接入限制

位置接入限制就是要限制Femto在別的地方使用，主要是基于以下幾方面考慮。

首先，保護運營商的長話收入，因為Femto一般采用歸屬地接入，因此如果Femto被拿到外地去用，在該Femto下向歸屬地打電話會按市話計費，這將造成運營商長話收入的流失。

其次，防止Femto在別的運營商網(wǎng)絡(luò)中使用。

最后，因為同一運營商不同地區(qū)運營策略可能不同，如果不采用位置接入限制將會出現(xiàn)市場的混亂。

3GPP在TS 25.467中給出了3種解決方案，分別是基于宏網(wǎng)絡(luò)的位置綁定、基于寬帶信息的位置綁定、基于GPS的位置綁定。具體的實現(xiàn)流程本文不再詳述。