Ｆｅｍｔｏｃｅｌｌ的功能及體系

摘要：Femtocell（毫微微小區）是一種改善市內覆蓋的小型低成本基站，能夠提供很好的深層覆蓋，適用于家庭和辦公室環境。文章在分析了Femtocell的優勢的基礎上，簡單介紹了它的體系結構、接口以及其對現有移動通信網絡的影響，最后提出了Femtocell面臨的困難以及良好的發展前景。

關鍵詞：Femtocell；宏蜂窩；扁平化；室內覆蓋；網關

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)31-0798-02

Functions and Architecture of Femtocell

JI Min-hui

(College of Software Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， China)

Abstract: Femtocell is a kind of mini-sized， low-cost base station for improving indoor coverage especially for home and office environments. Based on the introduction on the advantages of Femtocell， it expounds the network architecture， interface and influence to the existed communication network. At last， problems that Femtocell faced and good foreground are talked.

Key words: femtocell; flat; indoor-coverage; gateway

1 引言

移動通信已經成為現代生活不可或缺的一部分，人們對新一代的移動通信要求越來越高。運營商不僅要滿足龐大的用戶群體，而且要保證高速率高質量的要求。從日本NTT DoCoMo于2001年10月1日開通全球第一個3G服務以來，3G已經成為世界上移動通信的必然趨勢。目前，全球3G發展最快的國家是亞洲。因此，3G服務在中國尤其成為個大運營商和生產商發展的重點。此外，實現3G服務的高新技術也日益增多。

根據調查，雖然是移動業務，但70％數據業務卻發生在室內，而墻壁引起的損耗使室內信號覆蓋效果較差，在高樓密集的現在，室外宏蜂窩基站在網絡深層覆蓋上存在著缺陷，另外，隨著高速率數據業務的需求日益加劇，用戶量也越大越多，這就給移動業務本身的質量帶來了挑戰。針對這些問題，Femtocell(毫微微蜂窩式基站)應運而生。這種技術很好的解決了宏蜂窩基站的室內深層覆蓋問題。

2 Femtocell的優點

Femtocell以其方便實用的特點成為3G新的接入點。它的優勢在于：用戶只需將Femtocell接入基于IP的網絡中就可以在家中使用移動電話，而通過這種方式實現的業務資費近乎為零。另外，Femtocell支持四個左右的用戶，網絡的質量和速率都可以得到很好的保障，Femtocell還支持HSDPA、HSUPA，為用戶提供了高速率的數據業務。這些特點都很好的解決了現有蜂窩網絡普遍存在的問題。除此之外，Femtocell具有較小的電磁輻射，它的發射功率很小，并且通過自動監測信號調整功率。當Femtocell監測到用戶處于空閑狀態時，將自動調低發射功率，相反，當用戶連接時，自動調整到最佳信號強度，大大減少了電磁輻射。因此，這種設備因其即插即用、自動配置、方便安全等特點成為新一代移動通信領域的新寵。

傳統的蜂窩網絡主要是通過微微小區(PicoCell)解決室內覆蓋和容量問題，其覆蓋半徑一般小于100m。雖然PicoCell 能較好地解決一些問題，但它仍存在弊端，如部署網絡不方便，成本壓力大，數據業務的強突發性和用戶日益增長的對傳輸速率的需求，要求移動運營商建立更多的室內小區以保證業務質量；此外，面對眾多的室內小區，網絡規劃、管理和維護將成為難以完成的任務。

與Femtocell較類似的是采用802.11標準的WiFi。對于小型力公室和流動工作者來說，WiFi使用戶無需布線連接就可進行網絡訪問。對于會議室、會客廳、宿舍這類需要共享服務、文件的布線環境和當網絡連接行不通或運行成本過高時，WiFi是個不錯的解決方案。但WiFi對終端的要求較高。而且，由于802.11只規定了MAC層及PHY層的相關協議，基于IP的高層協議難以保障業務的服務質量。此外，WiFi也存在一定的安全隱患，隨著WiFi 服務具有無限擴散的可用性，越來越多的黑客把攻擊目標鎖定在WiFi上。相比于WiFi，Femtocell不需要采用支持WiFi的雙模手機，用戶不需更換手持終端就可得到標準化的和安全的接入。Femtocell 的優勢在于可以提供更好的網絡效率，減少網絡造成的通話抖動，而且在室內的無線覆蓋效果更佳，并可以提供普通的移動電話網絡所能識別的數據模式。只要頻率的重復利用問題解決了，那么Femtocell基站就能成為雙模手機的強勁的競爭對手。只要用戶部署了Femtocell小型基站之后，用戶就可以用現在手中的普通手機來撥打WiFi電話了[1]。

3 Femtocell的體系結構

Femtocell系統在網元功能配置上與傳統宏蜂窩網絡有很大的不同，Femtocell設備集成了傳統宏蜂窩網絡中多個網元的功能，如NodeB、RNC、SGSN、GGSN等。具體集成哪些網元要視與核心網的接入接口而定。對于Femtocell設備的功能組成及其設備接口，各廠家都有不同的實現方式，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]。框架圖如圖1。

為了跟現有的核心網實現平穩接入，很多方法已經被提出，然而基于初期投入小且對核心網的影響小等特點，網關方式已經被大部分廠商所青睞。這種方式下的Femtocell集成了NodeB和RNC的部分功能，并且在核心網和IP接入網之間引入一個新的網元即網關。網絡結構如圖2所示。

如圖2所示，Femtocell把UMTS中的NodeB和RNC功能集合在一起。他與IP傳輸網絡相連并且使用一些中央節點的服務處理移動性以及與傳統的無線網絡通信。

3.1 各網元的作用

Firewall的目的是使得用戶的網絡不會受到潛在的危害，阻止一些在IPSec通道外傳送的信號。大大提高了網絡的安全性。網關的作用是讓一組完整的Femtocell集體相對傳統的核心網來說表現為一個單獨的RNC。為了構造這個虛擬的RNC，一系列的標準接口需要在一個核心點被終止，在Femtocell的網絡體系中這個核心點就是Signalling Gateway。它為以下幾個接口提供支持：面向3G-MSC的luCS接口，面向SGSN的luPS接口，對luCSuPS接口，Signalling Gateway終止RANAP協議棧。

3.2 接口的協議棧

以下簡單列出了IuCS和IuPS控制面和用戶面的接口協議棧

(1) IuCS Control Plane（見圖3）。

2) IuCS User Plane（見圖4）。

3) IuPS Control Plane（見圖5）。

4) IuPS User Plane（見圖6）。

4 結論

目前，Femtocell的發展依然存在著很多難題，如Femtocell與宏蜂窩網絡的相互干擾問題以及相互切換的問題，這些都是發展Femtocell亟需解決的難題。當前Femtocell 的局限是僅用于室內覆蓋的擴展，當廣泛使用時對網絡中的干擾所產生的影響會非常大，影響網絡的性能和穩定性，用戶布設Femtocell 基站的隨意性很大，并且可以根據需要隨時移動，開啟和關閉也由用戶控制，這些都導致網絡拓撲結構的改變，這樣進行集中統一的管理和規劃也是難以實現的。

此外，如果宏蜂窩網絡的發展能夠滿足容量與覆蓋需求，那Femtocell的市場也將受到一定的影響。盡管如此，他的一些優勢也使其在市場上具有很大的競爭力，隨著移動網絡的發展，Femtocell可能更多地在3.5G或者4G中使用，這也使其成為很多運營商關注的焦點。

參考文獻：

[1] 張晨暉，彭濤，王文博. Femtocell:3G室內覆蓋無障礙[N].通信產業報，2007.4.23.

[2] The UMA company.UMA:The 3GPP standard for femtocell-to-core network connectivity.

[3] Harri Holma，Antti Toskala.WCDMA技術與系統設計[M].北京:機械工業出版社，2005．

[4] 蘇信豐.UMTS空中接口與無線工程[M].北京:人民郵電出版社，2006．