Femtocell （家庭基站）的网络架构

　　前言

　　移动通信的发展速度是惊人的。据市场调研机构Informa2007年11月的数据显示，目前全球有33亿移动用户。前信息产业部的统计数据显示，截至2007年l2月中国移动用户数已达约55亿。目前移动通信的主要商用技术也正从2G、2．5G、3G向HSPA过渡一业务类型也随着无线接人速率的不断提高,逐渐从单纯的语音和短消息业务向丰富的数据业务演变．移动数据业务占业务总量的比率也越来越高。

　　与此同时，3G的实际部署也面临覆盖、容量和离网等因素的挑战。2GHz频段的无线信号，其传输损耗和空间损耗较大，对建筑物墙体的穿透能力较弱，室内覆盖质量往往不尽人意。而大量的高速数据与多媒体业务，如视频电话、流媒体、游戏等一般都发生在室内环境，这些业务都需要较大的系统容量和良好的网络质量据日本NTTDoCoM0公司的调查发现，3G业务的室内使用量占70％，因此如何改

　　如果没有高质量的室内覆盖，语音和视频的质量将大大降低，同样也会使文件下载速度变慢，因此而造成的掉话和耗时的下载会使大量用户离网。对运营商而言，离网带来的不仅仅是业务收入的流失，也造成获取新用户的成本不断上升。

　　直接通过建设更多的宏基站来增加网络容量的做法成本很高，包括站址的选取，设备的采购、安装、调试和维护都要耗费大量的人力、财力、物力和时间。因此单纯用宏蜂窝网络来兼顾室内室外的覆盖显然不是一个明智的选择。

　　正是由于面临上述挑战．业界提出用来解决部署高速数据业务时面临的室内覆盖问题。Femtocell是安放在用户家中或办公室的一个无线AP可集成和的功能。它以用户的宽带接入(如DSL)为回程，具有自动配置和优化功能，因此不需要规划．也没有站址选取等问题一它既可作为移动网络的延伸，又是固定移动融合的有效方案。

　　作为3G网络部署不可缺少的环节，Femtocell的市场前景广阔。据著名市场研究机构ABIRe-search的数据，从2008年到2011年全球将有超过1亿的Femtocell部署。而我国电信市场的前景也非常看好。随着全业务运营和3G部署的13益临近，Femtocell作为固定移动融合的解决方案和高效的室内覆盖方案，必将得到全业务运营商的重视。我国巨大的宽带接入市场(到2010年宽带用户数可达l亿)，已经为Femtocell的部署打下了坚实的基础。

　　1  Femtocell的网络架构

　　Femtocell又称，是放置在家庭(或SOHO)环境中的无线接入设备，工作于授权频段。其发射功率较小，一般为毫瓦级，因此覆盖半径也较小，一般为20—50m。一个Femtocell的接人设备一般最多支持4—6个移动用户，其空中接Ll符合3GPP／2标准，因此适用于任何现有的移动终端。Femtocell借助于固定宽带接人作为其回程网络，由网络侧的Femtocell网关汇聚并提供标准的面向移动核心网的接口。图1为 WCDMAFemtocell的网络架构。

　　以WCDMAFemtocell为例，目前业界主流的设备商主要采用的是把NodeB和RNC功能集成于一个接入设备的扁平化架构，由Femtocell 网关提供标准的Iu接口。更进一步的扁平化架构可以把SGSN／GGSN等功能集成于Femtocell接入设备。扁平化架构的优势是它符合下一代移动网络的发展趋势。另一方面．由于独立节点的减少，使得网络端到端时延大大降低(降低40％左右)，从而大大增强用户在使用高速数据业务和实时业务时的体验。同时节点的减少也大大提高了网络的可靠性。

　　FenatocellCPE为移动终端提供标准的空中接口，可以为单独的设备，也可以和ADSLModem或家庭网关集成。它还包括NodeB、RNC或 SGSG／GGSN等功能。网络侧接口由Femtocell网关提供，如Iu_CS、Iu_PS、Gn／Gi等。Femtocell网关同时提供安全网关的功能，用于建立FemtocellCPE和Femtocell网关之间的安全隧道。Femtocell网关事实上扮演了一个虚拟的RNC，或虚拟 GGSN的功能，它一方面汇聚所有受它控制的FemtocellCPE的流量，另一方面向传统核心网呈现标准的接口功能。除此之外，整个系统还有 Femtocell的管理和配置系统。

　　从网络演进的角度，FemtocellCPE可以增加SIP的功能，从而使传统终端也可以通过FemtocenCPE接入IMS网络。

阿尔卡特朗讯的Femtocell解决方案采用的是扁平化架构，即BSRFemtocell(见图2)。整个解决方案包括放置于用户家庭的 BSRFemtocell接人设备、网络侧设备BSRFemtocell网关以及操作维护和管理系统。其WCDM ABSR Femtocell接人设备提供WCDMA／HSPA标准空中接口，CDMA BSR Femtocell提供lx和EVDORevA接口。BSRFemtocell接入设备集成了基站和RNC的功能，对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网关设备对大量的Femtocell接入设备进行汇聚，并提供IPSec、信令网关、FA等功能。BSR Femtocell网关设备也为Ferntocell用户接入移动业务提供标准接口，如Iu—CS／Iu PS、SIP／IMS、Gn／Gi等。0MC和家庭网络管理(HNM)的作用是提供操作维护功能、维护BSR Femtocell数据库、执行用户注册、自动小区规划等。

图2  阿尔卡特朗讯BSRFemtocell架构

　　作为端到端Femtocell解决方案供应商，阿尔卡特朗讯凭借其在IP扁平化网络架构方面多年研究积累以及全球IP转型的成功经验，其扁平化架构的 BSRFemtocell解决方案已率先在软银、Vodafone等主流运营商得到应用。随着国内3G部署的临近以及全业务运营的开展， BSRFemtocell必将在3G和融合业务部署过程中起到积极的作用。

　　2  Femtocell的意义

　　Femtocell的主要特征是借助固定宽带接人为室内环境提供大宽带的移动数据业务。由于具有自动配置和自动优化功能，因此不需要无线规划。另外，它不需要特殊的终端，支持所有符合标准的终端。

　　如果单纯从解决室内覆盖问题考虑，室内覆盖的解方案还有很多，如射频拉远、分布式天线等。但这些方案只解决无线信号的重新分布，由于布线成本高．同时又使得整个网络的规划复杂化，因此这些方案在家庭环境中的大量使用是不现实的。

　　如果单纯从固定移动融合的角度考虑，固定移动融合方案还有如UMA或IMS／VCC等基于终端融合的FMC方案。它们在一定程度上解决了移动网络在室内覆盖的盲区问题，即通过非授权频段在2G／3G信号覆盖较差的室内环境中接人移动业务，但这些解决方案需要双模终端且需要在终端中增加相关协议的支持。另外双模终端的耗电、非授权频段的干扰问题都是此类解决方案的缺点。

　　最后从需求角度分析，由于我国2G的覆盖非常好，并不存在欧美部分运营商对用wi—Fi补充移动覆盖的需求。国内运营商需要解决的是如何在全业务运营条件下借助固定接入资源有效解决室内环境中3G网络和业务部署的问题以及如何提供差异化移动业务的问题。

　　Femtocell解决方案提供标准的空中接口，因此任何符合标准的单模终端都可以通过Femtocell使用其订阅的移动业务。标准的核心网接口也保证了不需要对现有核心网架构作任何改动，就可以进行Femtocell覆盖。因此Femtocell的部署对运营商和最终用户都有重要的意义。

　　2．1对运营商的意义

　　2．1．1有效推进3G网络和高速数据业务的部署

　　对运营商来说，通过改善室内信号质量可以顺利地部署大量高速数据业务，特别是对HSPA的部署将起到关键的作用。由于大量的数据业务都在室内环境产生，因此通过部署室内Femtocell让少量用户共享Femtocell的带宽能力，显然比让大量用户共享宏蜂窝更有效。如果业务量大，单纯通过宏蜂窝来进行 HSPA业务部署不但成本很高，而且技术上也几乎是不可能的。

　　2．12业务融合的有效手段

　　Femtocell借助固定接入提供移动业务，同时也为传统意义上的家庭网关增加了移动接人功能，即所谓的四重播放的家庭网关。运营商借助四重播放概念，一方面可以把现有固定业务和移动业务进行绑定，从而提高用户的忠诚度，家庭套餐等业务绑定模式还可以吸引家庭成员成为忠诚的业务使用者；另一方面，也可以把原本只部署于固定网络的业务扩展到移动终端，从而增强用户的使用体验以吸引更多的用户。对全业务运营商来说，借助于Femtocell的融合业务，可以提高其差异化竞争能力。

　　2．1．3节省投资

　　Femtocell借助于固定宽带接人作为其回程，而且由于没有站址选取和建设维护等投入，因此Ferntocell的部署可以大大降低网络投资。另外，由于不需要网络规划，以及用户自己对Femtocell供电等因素，事实上也大大降低了运营商对网络建设的投资。结合宏蜂窝网络的建设，由于 Femtocell的部署可以减轻宏蜂窝网络的压力，即一旦用户进入Femtocell覆盖范围，就不再占用宏蜂窝的资源，这也间接减轻了对宏蜂窝网络的投资压力。

2．1．4平滑演进

　　由于采用扁平化架构．符合移动网 络演进的趋势，如LTE／EPS。扁平化架构由于减少了节点数，也更符合全IP网络中实时业务对时延的严格要求。

　　2．2对最终用户的意义

　　2．2．1业务使用的简单性

　　Femtocell实际上是一种固定移动融合方案，运营商可以基于它提供四重播放业务。除了为用户带来新的业务之外，固定移动融合也为用户带来了便捷的业务使用，如一个电话(任何3G终端)，一个账单、单一鉴权。即插即用的特性也使得用户不需复杂的安装配置工作就可以使用Femtocell业务。另外，对移动性的支持，使得用户对业务的体验保持一致。

　　2．2．2享受更优的资费

　　由于部署成本相对较低．运营商有条件降低业务的使用费用，因此可让用户享受更多的资费优惠。另外，通过业务绑定(FMC／四重播放)，也可以降低用户整体的业务费用。

　　2．2．3享受新业务

　　由于一个Femtocell只服务几个用户，每个用户独享的带宽将大大提高，从而使得用户可以享受更流畅的移动数据业务。作为家庭业务的中心，具有移动接入的四重播放家庭网关使得移动终端成为大量通信、娱乐业务的主要呈现终端。

　　2．2．4更好的信号质量

　　由于具有更好的室内信号覆盖，不仅传统业务的质量更有保障，也使得用户手机更加省电。

　　3结束语

　　对拥有“最后lkm”资源的全业务运营商而言，Femtocell是提供差异化业务的最好途径，它可以提供固定移动融合和四重播放业务。作为一种高效的室内覆盖解决方案，Femtocell也是部署下一代移动数据业务必不可少的手段。在网络、业务不断融合的大背景下，作为家庭业务和个人业务的结合点， Femtocell必将成为融合网络和业务的主要组成部分。