Femtocell（毫微微蜂窩式基站）的功能與應(yīng)用

與其他技術(shù)不同的是，F(xiàn)emtocell(毫微微蜂窩式基站)一直受到眾多運(yùn)營商的關(guān)注與推動(dòng)，它有利于保護(hù)運(yùn)營商在固定寬帶網(wǎng)絡(luò)的投資，可以在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中快速解決室內(nèi)深度覆蓋難題。目前，F(xiàn)emtocell產(chǎn)業(yè)鏈日益壯大，試驗(yàn)網(wǎng)、商業(yè)網(wǎng)均在不斷建設(shè)當(dāng)中。

根據(jù)NTTDoCoMo的統(tǒng)計(jì)，室內(nèi)場(chǎng)所吸收了移動(dòng)通信將近70%的話務(wù)量，從目前的2G/2.5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)看，移動(dòng)用戶有60%的時(shí)間都在室內(nèi)，因此良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋特別是室內(nèi)覆蓋是3G獲得成功的關(guān)鍵。受到高數(shù)據(jù)速率、長(zhǎng)距離傳輸以及建筑對(duì)無線信號(hào)的穿透衰落等因素的共同影響，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與室內(nèi)覆蓋日益成為運(yùn)營商與廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。

一種新型的、針對(duì)家庭和中小企業(yè)推出的Femtocell(毫微微蜂窩式基站)方案可以快速、低價(jià)解決室內(nèi)覆蓋問題。Femtocell也被稱為3G接入點(diǎn)，是一種低成本、低功率蜂窩基站，通過已有寬帶連接回傳蜂窩流量。本文主要分析了Femtocell設(shè)備功能與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并分析了femtocell模式對(duì)現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃與優(yōu)化的影響。

Femtocell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Femtocell是一種小型、低功率的3G無線設(shè)備，可以把用戶手機(jī)發(fā)出的話音和數(shù)據(jù)呼叫傳輸?shù)交�于�?biāo)準(zhǔn)接口的3G核心網(wǎng)絡(luò)，且它的家庭接入點(diǎn)可以即插即用，可連接到任何現(xiàn)有的基于IP的傳送網(wǎng)絡(luò)，提供家庭范圍的移動(dòng)通信服務(wù)。

1.Femtocell設(shè)備

Femtocell系統(tǒng)在網(wǎng)元功能配置上與傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)有很大的不同，它的環(huán)境定位是家庭或中小企業(yè)使用，室內(nèi)通信的特點(diǎn)不同于室外環(huán)境，對(duì)容量需求小，且沒有用戶突然增加的情況，不需要過多考慮呼吸效應(yīng)、切換等問題。Femtocell設(shè)備數(shù)量眾多，一般采用偏平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即Femtocell設(shè)備集成了傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)網(wǎng)元的功能，如NodeB、RNC、SGSN、GGSN等。對(duì)于Femtocell設(shè)備的功能組成及其設(shè)備接口，各廠家都有不同的實(shí)現(xiàn)方式，通常功能集成方案有兩種，第一種是集成NodeB、RNC功能，第二種是集成NodeB、RNC、SGSN與GGSN功能。

2.Femtocell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Femtocell設(shè)備的引入原則上不對(duì)移動(dòng)核心網(wǎng)產(chǎn)生任何影響，設(shè)備集成的功能越多，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就越扁平化，當(dāng)Femtocell設(shè)備集成了NodeB、RNC、SGSN與GGSN功能的時(shí)候，用戶通過Femtocell設(shè)備就可以直接接入Internet網(wǎng)絡(luò)，無須經(jīng)過移動(dòng)分組域核心網(wǎng)。

Femtocell設(shè)備功能集成度與其接入到核心網(wǎng)的方式是相對(duì)應(yīng)的。本文總結(jié)了近些年來提出的Femtocell的各種接入方式，主要可以歸納為3種。

Iu-boverIP方式。Femtocell設(shè)備只具備NodeB部分功能，是最早提出的Femtocell接入方案，此方案需要的初期投資小，F(xiàn)emtocell可以與宏蜂窩共用RNC設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰。其缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性能較差，由于RNC具有容量與端口的限制，理想情況是由大容量宏蜂窩基站占用端口，F(xiàn)emtocell恰恰是端口消耗型的低容量配置設(shè)備，數(shù)目眾多且同時(shí)在線用戶很少，造成RNC設(shè)備端口與容量的浪費(fèi)。核心網(wǎng)與RNC都把Femtocell設(shè)備看做普通NodeB來處理，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)3G網(wǎng)相同。此方式可實(shí)施性差。

RAN網(wǎng)關(guān)方式。Femtocell設(shè)備集成了NodeB和RNC的部分功能，最新提出的Femtocell接入方案是在核心網(wǎng)與IP接入網(wǎng)之間引入一個(gè)新的網(wǎng)元即RAN網(wǎng)關(guān)。RAN網(wǎng)關(guān)在IuOverIP接口收集來自Femtocell的業(yè)務(wù)，然后通過標(biāo)準(zhǔn)Iu-CS、Iu-PS端口分送到核心網(wǎng)。RANGateWay（RGW）方式初期投資小，對(duì)核心網(wǎng)影響小。核心網(wǎng)將RGW當(dāng)成普通RNC設(shè)備處理，RGW負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)安全、業(yè)務(wù)匯聚、協(xié)議轉(zhuǎn)換、Femtocell設(shè)備管理與配置及Femtocell設(shè)備的接入控制，如圖1所示。

圖1 Femtocell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（RGW方式）

SIP/IMS方式。Femtocell設(shè)備集成了NodeB和RNC的功能，是在Femtocell與核心網(wǎng)之間采用基于SIP協(xié)議的連接方式，運(yùn)營商同時(shí)建設(shè)一張基于SIP協(xié)議的核心網(wǎng)，與現(xiàn)有分組、數(shù)據(jù)核心網(wǎng)絡(luò)同步運(yùn)行，F(xiàn)emtocell用戶由新的核心網(wǎng)提供服務(wù)。其缺點(diǎn)是需要將宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有的業(yè)務(wù)復(fù)制到SIP網(wǎng)絡(luò)上，加上建設(shè)新核心網(wǎng)的費(fèi)用，其初期投資比較大。

SIP/IMS方式（如圖2所示）是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最終目標(biāo)，但在核心網(wǎng)升級(jí)到IMS全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)之前，此方式投資比較大，維護(hù)成本高。運(yùn)營商可能更傾向于選用具有平滑升級(jí)能力的RGW設(shè)備。

圖2 Femtocell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（SIP/IMS方式）

由于具備業(yè)務(wù)透明度高、成本低、對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響小的優(yōu)點(diǎn)，目前多數(shù)廠家選擇了RGW實(shí)現(xiàn)方式�，F(xiàn)實(shí)中，各廠家提供的Femtocell設(shè)備經(jīng)常是集成了WiFi、ADSL家庭網(wǎng)關(guān)等功能的綜合性產(chǎn)品，有的還提供了Gi接口，這使得移動(dòng)用戶可以通過Femtocell設(shè)備直接接入Internet網(wǎng)絡(luò)，而不需要接入移動(dòng)分組域核心網(wǎng)。

新型3G接入點(diǎn)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃的影響

CDMA網(wǎng)絡(luò)中，同一小區(qū)中的用戶共享下行功率，對(duì)于室內(nèi)的用戶，無線信號(hào)要穿透墻體才能到達(dá)終端，故這部分用戶消耗了一大部分功率，造成宏蜂窩小區(qū)的容量下降，甚至造成小區(qū)中所有用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量惡化。Femtocell能夠分流宏蜂窩小區(qū)的話務(wù)，這樣可以降低室外宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量壓力，或者等效為擴(kuò)大基站覆蓋范圍。因此，建設(shè)Femtocell會(huì)對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃產(chǎn)生影響，鑒于CDMA網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋可以相互轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)，這種影響可以等效為同樣情況下減少基站的數(shù)量或者等效為降低系統(tǒng)擴(kuò)容壓力。

Femtocell倍受綜合運(yùn)營商的推崇，它一般很少與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)同步建設(shè)，而是作為室外宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)有效補(bǔ)充的手段使用。根據(jù)分析，F(xiàn)emtocell模式只有在高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求比較旺盛的3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成熟期才能發(fā)揮很好的效用。在此階段我們可以認(rèn)為，室外宏蜂窩基站建設(shè)已經(jīng)達(dá)到完全滿足覆蓋需求的規(guī)模，但是，在高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用比較集中的時(shí)段，在某些熱點(diǎn)區(qū)域會(huì)因容量消耗過大造成覆蓋空洞，從而影響到運(yùn)營商的整體服務(wù)質(zhì)量與品牌形象。此時(shí)Femtocell的引入方案不可能減少宏蜂窩數(shù)量，其最大的作用將是分流話務(wù)量，保證室外基站能夠達(dá)到理想的覆蓋范圍。

Femtocell引入后，網(wǎng)絡(luò)話務(wù)將會(huì)呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)流動(dòng)的特點(diǎn)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化工作人員提出了更高的要求。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化工作要緊密結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際話務(wù)量進(jìn)行，運(yùn)維與優(yōu)化工作人員要密切關(guān)注網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，保證容量配置滿足峰值話務(wù)需求，同時(shí)嚴(yán)格控制基站覆蓋范圍，及時(shí)對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，避免出現(xiàn)嚴(yán)重導(dǎo)頻污染現(xiàn)象。

Femtocell的推廣應(yīng)用關(guān)鍵

從技術(shù)角度看，F(xiàn)emtocell在中國推廣使用需要解決以下問題。

1．與宏蜂窩的區(qū)分，可以采用與外網(wǎng)使用不同的系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)、使用獨(dú)立頻點(diǎn)等方式實(shí)現(xiàn)。

2．規(guī)避與宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的相互干擾。針對(duì)中國市區(qū)建筑密集的國情，干擾問題是Femtocell必須克服的一個(gè)難題，尤其在基站附近室內(nèi)信號(hào)也比較強(qiáng)的區(qū)域，避免出現(xiàn)乒乓切換等影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的問題。

3．實(shí)現(xiàn)與宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的切換。Femtocell技術(shù)的初衷是要實(shí)現(xiàn)與宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無縫切換，但由于Femtocell設(shè)備數(shù)量龐大，基站鄰小區(qū)列表配置不具備可實(shí)施性，目前宏蜂窩到Femtocell的切換尚存在難度。

4．運(yùn)營商需要制定合理的用戶接入策略。這一方面可以很大程度上規(guī)避Femtocell信號(hào)對(duì)非Femtocell用戶產(chǎn)生的強(qiáng)干擾，一方面有利于保證Femtocell與宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，保護(hù)運(yùn)營商的品牌形象。

從商業(yè)模式角度看，F(xiàn)emtocell作為一種新的接入方式要想獲得成功，需要滿足以下兩個(gè)條件。

1．3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)形成主流。當(dāng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量和3G用戶滲透率都比較高的時(shí)候，運(yùn)營商可以從Femtocell獲得可觀的收益。如果3G市場(chǎng)沒有得到充分發(fā)展，F(xiàn)emtocell經(jīng)濟(jì)效益不明顯，其所節(jié)省的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Femtocell所需的投入。

2．宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)容量或覆蓋存在不足。如果宏蜂窩小區(qū)間距滿足要求且容量配置充足，那么依靠宏蜂窩基站完全可以解決室內(nèi)外覆蓋需求，F(xiàn)emtocell對(duì)運(yùn)營商也就失去了意義。

除了運(yùn)營商的支持，F(xiàn)emtocell的大發(fā)展還需要用戶的廣泛接納，即Femtocell的發(fā)展還取決于用戶是否愿意為Femtocell買單。隨著集成WiFi功能的終端的日益豐富，F(xiàn)emtocell的優(yōu)勢(shì)也大打折扣。因此，運(yùn)營商需要為Femtocell制定完善的商業(yè)模式與具有競(jìng)爭(zhēng)力的銷售策略，吸引用戶目光，提高用戶試用的積極性，通過提供豐富多彩的特色業(yè)務(wù)、優(yōu)惠的價(jià)格、良好的客戶體驗(yàn)等手段來增強(qiáng)用戶認(rèn)知度，逐步擴(kuò)大客戶規(guī)模。

因此Femtocell能否在國內(nèi)獲得發(fā)展取決于諸多因素，但無論如何，在日益激烈的移動(dòng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，它的出現(xiàn)為運(yùn)營商提供了一種新的選擇。