基于終端接入狀態觸發的家庭基站節電解決方案研究*

蔣 鑫，韓 毅

（中國移動通信集團公司上海分公司 上海 200060）

1 引言

家庭基站（home nodeB，HNB）系統又稱為毫微微系統或Femto系統，主要通過放置在用戶家庭內的家庭基站為用戶提供無線接入，以改善用戶的室內覆蓋效果，提升用戶的使用體驗。

HNB系統主要由放置在用戶家庭內用于為用戶提供空中接口接入的各家庭基站和用于控制各家庭基站的Femto網關組成。在家庭場景中部署的家庭基站如圖1所示，當移動終端從室外進入室內后，服務網絡從宏基站轉入家庭基站，由家庭基站提供全部的移動網絡相關服務，通過運營商“最后一公里”的傳輸網絡，匯聚到Femto網關，再由標準的Iu接口接入移動核心網。

目前家庭基站發射功率為毫瓦級，接通電源后，可設置發射功率為默認值，一般家庭場景下為20～30 mW，中小企業場景下為100 mW，或按照家庭基站網管的配置信息配置發射功率。

現有的解決方案中，家庭基站上電之后，經過無線測量、IPSec隧道建立、網管配置信息下發等過程，建立微小區，開始正常工作，其發射功率是一個相對恒定的功率值，不因是否有家庭終端進入或者離開家庭基站微小區而改變。實際上，當家庭終端離開HNB微小區或者關機、掉電等情況出現時，家庭基站已空載，此時如果仍然按照固定的發射功率工作，會造成不必要的浪費。

這個問題在HNB系統試點過程中已被發現，如何使得家庭基站可以自適應調節，在有家庭終端接入時正常工作，在沒有家庭終端接入時進入更低功耗、更低干擾、更環保的工作狀態，已成為商用階段關注的問題之一。

本領域技術人員提出了一些HNB功率控制、調整的方案，如調整HNB的發射功率，以降低對宏小區的干擾，如圖2所示。

圖1 家庭基站系統示意

圖2 一種家庭基站功率控制方案

圖2的方案雖然能控制HNB功率，減少無權UE在HNB微小區覆蓋區域的掉話現象，但并未涉及家庭終端（具有接入所述HNB權限的UE）是否駐留在HNB微小區，是否使用HNB的無線資源對HNB進行功率控制，從而降低HNB功耗，而實際上，這正是很多HNB用戶更關注的問題，亟待針對性的解決方案。基于此需求，本文提出了一種基于家庭終端接入狀態觸發的節電方案。

2 基于終端接入狀態觸發的節電方案

由于HNB兼有傳統通信基站和通信終端的部分功能，可以通過為通信終端設置不同工作狀態的方法，達到節電、降低干擾的目的。

首先，將HNB的工作模式分為待機狀態和正常工作狀態。待機狀態下，僅廣播或接收導頻信號，降低射頻發射功率，停止部分基帶處理能力，降低和核心網信令對接的心跳信號頻度，從而降低整體帶電功耗；當家庭終端進入HNB覆蓋區，HNB切換進入正常工作狀態時，恢復廣播信道和業務信道的功率控制功能，恢復正常的射頻發射功率，激活基帶處理能力，并啟用和核心網之間的信令對接心跳頻度，提供完整的用戶服務能力。HNB工作模式設置及切換流程如圖 3所示。

圖3 家庭基站工作模式設置及切換方法流程

其次，在HNB系統內新增3個主要功能模塊，實現基于終端接入狀態觸發家庭基站的工作模式。

·工作模式判斷子模塊，根據家庭基站和家庭終端之間信令信息的終端駐留狀態進行判斷。

·計時子模塊，超時時對工作模式的狀態進行判斷。

·功率調整子模塊，根據工作模式，對家庭基站的廣播/業務信道射頻發射功率、基帶處理功能、基站與核心網間心跳信令頻度進行參數調整。

實現上述方案的關鍵在于HNB如何準確地判斷家庭終端的進入和離去，根據家庭基站和家庭終端間已有的通信信令流程，工作模式判斷子模塊可以通過在系統內增加交互事件觸發點的獲取和判斷功能進行準確判決，有效的交互事件觸發點可以根據需求設置，具體介紹如下。

（1）家庭終端發送位置更新消息

舉例來說，家庭終端在進入家庭基站微小區時，向網絡發送位置更新（location area update，LAU）請求，通過動態地在RACH信道（隨機接入信道）上發送一個隨機接入脈沖向家庭基站申請一條信道，信道請求消息中包括信道建立的原因，這個原因可能是 “尋呼響應”、“緊急呼叫”、“移動主叫”、“短消息業務”或“其他”，比如“位置更新”。家庭基站收到信道請求消息后，按照一定的條件為此次呼叫尋找和分配SDCCH信道，同時向家庭終端發送一條信道激活消息，此消息中包含的參數有DTX控制、信道的ID、信道描述和移動分配、家庭終端的最大功率電平等。

可以將上述事件的發生作為判斷有家庭終端進入家庭基站微小區的觸發點。

（2）家庭終端發送無線資源控制建立請求消息

家庭終端在進入家庭基站微小區后，發起呼叫前，需向家庭基站發送無線資源控制 （radio resource control，RRC）連接建立請求消息，發起RRC連接建立過程，建立起與家庭基站間的信令連接。該過程中，家庭終端通過上行CCCH發送RRC連接請求消息 （RRC Connection Request），請求建立一個RRC連接，家庭基站根據RRC連接請求的原因以及系統資源狀態，決定家庭終端建立在專用信道或公共信道上，并分配RNTI、無線資源和其他資源（L1、L2資源）。家庭終端通過下行CCCH信道向家庭基站發送RRC連接建立消息 （RRC Connection Setup），確認RRC連接建立成功后，在剛剛建立的上行DCCH信道向家庭基站發送RRC連接建立完成消息 （RRC Connection Setup Complete）。RRC連接建立過程結束。

上述事件也可以作為判斷有家庭終端進入家庭基站微小區的觸發點。

（3）家庭終端發送用戶設備去注冊消息

家庭終端在離開家庭基站微小區或者關機時，將向家庭基站發送用戶設備去注冊（UE De-Register）消息。顯然，家庭基站接收到該消息可以作為判斷家庭終端離開微小區的觸發點。

家庭基站工作模式設置及切換實施流程如圖4所示，具體介紹如下。

·家庭基站開機上電后開始正常工作時，判斷子模塊判斷家庭基站應進入模式一（正常工作狀態），功率調整子模塊設置發射功率及其他一些工作參數，為模式一預設工作值。

·預設時間間隔T0，計時子模塊從家庭基站進入模式一的時刻開始計時，T0時間內，有家庭終端接入，判斷子模塊判斷家庭基站應維持在模式一，功率調整子模塊對工作參數不做調整，計時子模塊停止計時。

圖4 家庭基站工作模式設置及切換實施流程

·超過T0沒有家庭終端接入家庭基站，判斷子模塊判斷家庭基站已空載，應進入模式二（待機狀態），功率調整子模塊設置發射功率及其他一些工作參數，為模式二預設待機值，計時子模塊停止計時。

·駐留在家庭基站微小區的家庭終端關機、斷電或者離開微小區等情況出現時，判斷子模塊判斷家庭基站已空載，應進入模式二（待機狀態），功率調整子模塊設置發射功率及其他一些工作參數，為模式二預設待機值。

·有家庭終端進入家庭基站微小區并被允許接入時，判斷子模塊判斷家庭基站應進入模式一（正常工作狀態），功率調整子模塊設置發射功率及其他一些工作參數，為模式一預設工作值。

上述方案中提到的判斷子模塊、計時子模塊、功率調整子模塊，僅僅是示意性的，作為分離部件說明的單元可以是也可以不是物理上分開的，所述的裝置及系統可以內置于家庭基站中，也可以是獨立于家庭基站的功能實體。

應用本方案，家庭基站可以自適應調節，在有家庭終端接入時正常工作，在沒有家庭終端接入時進入特定狀態，以降低家庭基站的整機功耗。目前本方案已實現可行性論證，業界廠商正積極研究設備實現方案，實現后將進行相關的測試工作。

3 結束語

本解決方案有效解決了HNB空載時仍然按照穩定的發射功率工作造成的電能浪費問題。家庭基站產品正在產業鏈各方的共同努力下，向著更智能、更貼近用戶需求的方向演進，就節電方案而言，可以通過統計用戶使用習慣自適應調整，更貼近用戶需求，甚至進一步地通過統計、計算，預測用戶可能的使用需求，調整工作模式。在節電之外，家庭基站可以開發更多特色功能，如“歡迎回家”（特定用戶進入HNB覆蓋微小區后或預測即將進入HNB覆蓋微小區時，用戶手機收到其預訂的各種信息），使得家庭基站真正成為智能家居服務中心。

1 高波,芮鶴齡,蔣鑫等.中國移動TD-SCDMA Femto基站設備技術規范,2010

2 沈寒冰,王小奇,宋智源等.中國移動TD-SCDMA Femto Iuh接口技術規范,2010

3 徐菲,蔣鑫,賀剛等.TD-SCDMA Home NodeB研究報告,2010