Femto技术

Femto产业链状况

　　在Femto标准制定的同时，产业界也迅速跟进，华为、阿朗、诺西在2009年年初批推出了Femto解决方案，到2009年下半年思科、NEC、新邮通等厂家都推出了自己的Femto产品。从设备产业链的角度讲，Femto技术已经成熟，具备了规模商用的条件。

　　商用方面，NTT Docomo、Vodafone、T-mobile等主流运营商已开展相关试验，Sprint、Verzion、AT&T 也在着手Femto的试验和商用筹备，但是目前尚未有真正大规模商用的Femto网络。

Femto关键问题

　　1. 网络架构

　　Femto接入网络主要由HNB、家庭基站网关（HNB GW）、安全网关（SeGW）和家庭基站网管系统（HMS）构成（见图1）。HNB为用户私有设备，通过公共IP网络连接到HNB GW，HNB GW通过Iu接口连接到核心网。从核心网来看，HNB接入网是RNC，HNB GW通过标准的Iu接口接入到核心网；从UE侧来看，HNB接入网是Node B，HNB与UE采用标准的Uu接口进行通信。

　　图1 Femto 我网络结构

　　HNB具有Node B的无线承载功能，向终端提供标准的Uu接口，同时也集成了RNC的无线资源管理、移动性管理等功能，HNB还提供了HNB GW的Iuh接口。

　　HNB GW是为HNB系统新增的网关设备，将来自众多HNB的业务汇聚在一起，然后通过标准的Iu_CS和Iu_PS接口传回到已有的核心网络，这样就向核心网屏蔽了Iuh接口和HNB系统特性。HNB GW还具有Iuh链接管理、UE注册、HNB注册、UE接入控制等功能。

　　HMS主要提供HNB的网络管理功能，HMS与HNB之间采用TR069协议。具体的网管功能包括用户管理、软件管理、参数配置、故障管理、性能管理、HNB拓扑管理、日志管理等。HMS还支持HNB初始化过程中的HNB GW发现功能，为HNB提供初始配置数据，对HNB进行位置信息验证，准入列表维护。

　　2.自配置自优化功能

　　自配置自优化功能是Femto最重要的功能。

　　一方面，Femto数量众多，运营商不方便也不可能投入巨大的精力对其进行开通和维护，这就要求HNB能够即插即用，维护便捷。即插即用指Femto上电后，自动完成认证鉴权、网络发现、IP获取、IP Sec隧道建立、自动参数配置等过程。维护便捷指运营商可以通过OMC进行远程批量配置管理、软件升级、日志自动保存等操作。

　　另一方面，Femto部署的一个重要原则是不能对宏网络产生较大干扰，不能造成宏网络质量的下降。这就要求Femto具有自适应自优化算法，保证的发射功率，以减小Femto网络对宏蜂窝的干扰。

　　此外，Femto具有自动无线测量、自动邻区配置等功能，以满足其与宏网络之间的移动性管理要求。

　　3. UE接入控制

　　Femto是用户私有设备，所以要对终端进行接入控制。根据接入控制策略的不同，3GPP将Femto分为3种模式，即封闭模式、开放模式和混合模式。

　　采用封闭模式时，只允许本Femto的用户接入，拒绝其他用户接入。CSG就是封闭用户组的概念（在R8中引入），用来作接入控制。根据终端对CSG的支持，又分为非CSG终端接入控制和CSG终端接入控制。对于非CSG终端，即不支持CSG的终端，Femto或Femto GW处会有一个用户准入列表，如果用户的IMSI在准入列表中则可以接入，否则拒绝接入。非CSG终端的接入控制在接入网侧完成，即在Femto和Femto GW处完成。对于CSG终端，看UE和Femto的CSG是否一致，如果一致则允许接入，否则拒绝接入。CSG终端的接入控制在核心网完成，因此CSG模式的接入控制需要终端、Femto、核心网三者都支持CSG功能。

　　R9中又引入了开放模式和混合模式。处于开放模式的Femto不作接入控制，所有的合法终端都可以接入，从UE的角度来看，Femto就是一个宏基站。

　　混合模式介于开放模式与封闭模式之间，混合模式的Femto属于一个CSG，采用混合模式的Femto，除了CSG列表中的用户可以接入外，CSG列表外的合法用户也可以接入。但是，CSG列表内的用户具有高优先级，在资源受限时应该优先保证CSG列表内用户的服务质量。

　　4. 位置接入限制

　　位置接入限制就是要限制Femto在别的地方使用，主要是基于以下几方面考虑。

　　首先，保护运营商的长话收入，因为Femto一般采用归属地接入，因此如果Femto被拿到外地去用，在该Femto下向归属地打电话会按市话计费，这将造成运营商长话收入的流失。

　　其次，防止Femto在别的运营商网络中使用。

　　，因为同一运营商不同地区运营策略可能不同，如果不采用位置接入限制将会出现市场的混乱。

　　3GPP在TS 25.467中给出了3种解决方案，分别是基于宏网络的位置绑定、基于宽带信息的位置绑定、基于GPS的位置绑定。

　　5. 移动性管理

　　Femto的部署区域一般都存在宏网络覆盖，Femto与宏网络同覆盖的场景如图2所示。这就涉及到Femto小区与宏小区之间的小区重选和切换问题，并且在企业级应用中，还涉及到Femto小区之间的小区重选与切换问题。

　　图2 Femto 与宏网络通覆盖的场景

　　目前，Femto可支持与2G/3G宏网络的双向重选，同时支持Femto到宏网络的切换，但是目前对从宏网络到Femto的Inbound切换的支持还不完善。

　　对于Femto小区与宏小区之间的小区重选，主要的判据是Femto小区的信号质量，并且遵循UE优先驻留在Femto小区的原则。UE一旦进入Femto覆盖范围，优先选择驻留在Femto小区上，并且能够在宏小区信号质量好于Femto小区时仍然驻留在Femto小区（如Femto距离宏基站较近时）；当Femto小区的覆盖变得比较弱时，UE重选到宏小区。

　　在Cell DCH状态，因为Femto集成了原RNC的功能，所以Femto到3G宏小区的切换类似于宏网络中跨RNC的切换，即SRNS重定位过程。

　　但是，目前还不支持从宏网络到Femto的切换。

　　首先是扰码混淆问题。由于Femto的部署数目较多，且扰码复用，因此在宏小区覆盖范围内，会有多个Femto小区共用同一PSC的情况，即PSC混淆。在传统UMTS系统的切换测量中是通过PSC来区分不同小区的，因此在上述不同Femto小区分配相同PSC将造成PSC混淆。

　　其次是接入控制问题。在无线测量阶段UE无法知道目标Femto是否允许接入，因此无法作出切换决定。

Femto应用场景分析

　　Femto主要应用于家庭和办公室等室内环境，这些场景的需求特点是不需要支持太多用户，但是对信号质量要求较高，Femto的技术特点正好满足了这些要求，而且部署方便，是家庭和小型办公场所理想的室内覆盖解决方案。

　　对运营商来说，采用Femto进行家庭场景的室内覆盖，不仅能够降低蜂窝网的运营成本、提升用户感受，还可以进一步推动固定移动融合的发展，提供差异化的服务。具体表现在以下几个方面。

　　a）节省CAPEX和OPEX。Femto能够在空口分流宏网络流量，缓解宏网络的扩容压力；另外，用户提供站址、支付回程和电源，减低了OPEX。

　　b） 提高室内覆盖质量。由于3G 技术使用的频段比2G 网络要高，因此对建筑物的穿透能力不够，而3G网络提供的各种多媒体服务又对网络质量提出了较高的要求。Femto可以很好地解决这个问题，大大提高了室内3G 网络的覆盖效果。

　　c） 提高ARPU 值。网络性能的提升，必然可以提高用户体验，进而推动3G 数据业务的发展和培养用户的使用习惯，为运营商带来更多的收入。

　　d）增加用户。Femto可以作为运营商获取客户的手段，可以推出类似“亲情1+”之类的家庭套餐，促使拥有Femto覆盖的家庭中的所有家庭成员都使用同一运营商的网络。

　　Femto技术主要定位于家庭场景的室内覆盖解决方案，但是Femto也可以应用于中小企业的办公楼宇。

　　高层楼宇的特点是墙体较厚、穿透损耗较严重、建筑结构相对复杂，采用在周围部署宏基站的方式并不能满足室内覆盖的需要。采用BBU+RRU室分系统能够很好地解决室内覆盖，但代价是相对昂贵的部署成本，包括设备、传输资源、工程建设、后期维护的成本等。

　　采用Femto进行办公楼宇覆盖具有部署灵活、施工方便、成本低廉等优势。但是这种覆盖方案还存在一些尚未解决的问题。

　　首先是Femto之间的切换问题。目前在3GPP标准中对Femto间切换的支持还不完善。

　　其次是Femto之间的干扰问题。从目前设备商推出的Femto产品看，Femto覆盖范围有限，同一楼层需要多个Femto共同覆盖，如何控制干扰也将是运营商需要面临的问题。

　　是Femto的容量问题。家庭级的Femto一般只支持16个用户驻留和4个用户并发，这对企业级应用来说是不够的。因此，对于Femto的企业级应用，应该采用企业级的Femto，目前企业级应用的Femto产业链还不成熟，可以商用的产品有限。