一種分布式Femto用戶側(cè)多模HNB設(shè)備及其應(yīng)用

王傳江，余剛，徐紅波

一種分布式Femto用戶側(cè)多模HNB設(shè)備及其應(yīng)用

王傳江，余剛，徐紅波

（武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430073）

為了解決傳統(tǒng)Femto用戶側(cè)HNB設(shè)備制式單一、容量低的問(wèn)題，介紹了一款新型分布式Femto用戶側(cè)多模HNB設(shè)備，通過(guò)對(duì)該設(shè)備的系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、優(yōu)勢(shì)對(duì)比和實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)景等方面進(jìn)行分析，該設(shè)備采用扁平化和分布式架構(gòu)，能夠有效解決運(yùn)營(yíng)商共建共享的問(wèn)題，并降低施工成本和難度。

Femto 多模 HNB 扁平化 分布式 共建共享

1 引言

Femto（家庭基站）是解決室內(nèi)覆蓋的有效手段之一，它實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的有效融合。Femto技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于不僅能夠利用固網(wǎng)資源吸收數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，減輕宏站的業(yè)務(wù)流量壓力，而且還能夠彌補(bǔ)宏站網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不足，提高用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。Femto產(chǎn)品具有發(fā)射功率低、體積小巧、施工便捷等特點(diǎn)，近年來(lái)得到了運(yùn)營(yíng)商的廣泛運(yùn)用。

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)據(jù)需求呈幾何倍數(shù)發(fā)展，尤其是室內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求增長(zhǎng)迅速，所以運(yùn)營(yíng)商對(duì)室內(nèi)覆蓋十分重視。當(dāng)前較多室內(nèi)環(huán)境中各運(yùn)營(yíng)商的2G/3G和4G業(yè)務(wù)共存，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布系統(tǒng)逐漸向多技術(shù)、多系統(tǒng)融合的方向演進(jìn)。如果三家運(yùn)營(yíng)商各自獨(dú)立建設(shè)，則重復(fù)建設(shè)和施工、物業(yè)協(xié)調(diào)難、成本高等問(wèn)題將會(huì)更加突出。此外，由于傳統(tǒng)Femto用戶側(cè)HNB設(shè)備支持的制式單一，僅能支持2G/3G或4G中的一種頻段制式，帶寬小、系統(tǒng)容量低，已不能滿足用戶的需求，市場(chǎng)亟需一種多模設(shè)備來(lái)解決上述問(wèn)題?；诖?，本文提出了一種分布式Femto用戶側(cè)多模HNB設(shè)備，可以很好地滿足運(yùn)營(yíng)商的需求。

2 用戶側(cè)設(shè)備HNB在網(wǎng)絡(luò)中的位置

以3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為例，F(xiàn)emto接入網(wǎng)絡(luò)主要由HNB、家庭網(wǎng)關(guān)（HNB GW）、安全網(wǎng)關(guān)（SeGW）和家庭基站網(wǎng)管系統(tǒng)（HMS）構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 Femto接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

HNB為無(wú)線接入設(shè)備，HNB與UE采用標(biāo)準(zhǔn)的Uu接口進(jìn)行通信，從UE側(cè)來(lái)看，HNB接入網(wǎng)設(shè)備是類(lèi)似移動(dòng)通信系統(tǒng)中的Node B。HNB主要實(shí)現(xiàn)無(wú)線承載、尋呼，進(jìn)行無(wú)線資源管理、移動(dòng)性管理，實(shí)現(xiàn)相關(guān)物理層功能并與網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行相關(guān)鑒權(quán)、位置限制等，并且其還提供HNB GW的Iuh接口。

HNB GW是為HNB系統(tǒng)新增的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)將眾多HNB的業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚，進(jìn)行相關(guān)接入控制后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Iu_CS和Iu_PS接口傳回到核心網(wǎng)。HNB GW主要功能有：移動(dòng)性管理、編碼轉(zhuǎn)換、用戶終端準(zhǔn)入控制、Femtocell注冊(cè)功能和安全網(wǎng)關(guān)接入認(rèn)證等。

LTE Femto中用戶側(cè)設(shè)備HeNB在網(wǎng)絡(luò)中的位置和作用同HNB，只是HeNB-GW網(wǎng)關(guān)在LTE Femto中是可選設(shè)備，HeNB可直接接入核心網(wǎng)，本文在此不再贅述。

3 運(yùn)營(yíng)商對(duì)室內(nèi)覆蓋方案的要求

隨著4G的快速發(fā)展和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，運(yùn)營(yíng)商對(duì)室內(nèi)覆蓋的建設(shè)要求越來(lái)越高。針對(duì)目前室內(nèi)覆蓋的現(xiàn)狀，運(yùn)營(yíng)商十分關(guān)注以下需求：

一是2G/3G/4G多網(wǎng)融合共建共享，尤其是新建場(chǎng)所希望一套系統(tǒng)產(chǎn)品能夠解決多制式的覆蓋，避免重復(fù)施工，進(jìn)而減少投資；

二是設(shè)備體積小、安裝簡(jiǎn)單，解決施工難、入戶難的問(wèn)題；

三是終端能遠(yuǎn)程取電，解決選址困難、取電難的問(wèn)題。

目前室內(nèi)覆蓋解決方案主要如下：

（1）基于分布式基站的BBU+RRU+天饋系統(tǒng)：該方案采用“信源+合路”方式，在建網(wǎng)之初天饋要考慮幾大運(yùn)營(yíng)商的共建共享問(wèn)題，POI（Point Of Interface，多系統(tǒng)合路平臺(tái)）合路要預(yù)留通道；

（2）基于分布式基站BBU+RRU+分布式系統(tǒng)產(chǎn)品：由于分布式產(chǎn)品體積小巧、安裝方便，特別適用于人員密集場(chǎng)所如高檔酒店、寫(xiě)字樓等，近年來(lái)運(yùn)用十分廣泛；

（3）基于Femto技術(shù)的HNB-AP：該方案利用HNB-AP終端對(duì)移動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、覆蓋，隨著4G的快速發(fā)展，傳統(tǒng)HNB-AP設(shè)備制式單一，不能滿足共建共享的要求，其體積較大且不支持遠(yuǎn)程取電。

4 一種多模分布式HNB室內(nèi)覆蓋設(shè)備

4.1 HNB設(shè)備的組成

一種多模分布式用戶側(cè)HNB設(shè)備分為AU（Accent Unit，接入單元）、EU（Extended Unit，擴(kuò)展單元）和RU（Remote Unit，遠(yuǎn)端單元）三部分，其中AU與EU之間通過(guò)光纖連接傳輸，EU與RU之間通過(guò)網(wǎng)線連接傳輸。HNB的功能由三部分完成，各部分功能具體如下：

（1）接入單元（AU）

按照網(wǎng)絡(luò)中接入制式的不同，接入單元（AU）又可以分為2G接入單元、3G接入單元和4G接入單元，AU通過(guò)光纖與擴(kuò)展單元（EU）連接，兩者之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的CPRI（Common Public Radio Interface，通用公共無(wú)線電接口）協(xié)議進(jìn)行通信。對(duì)上AU通過(guò)光纖或網(wǎng)線與HNB-SeGW網(wǎng)關(guān)、HMS網(wǎng)管連接，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與監(jiān)控信號(hào)的交互。2G/3G與4G接入單元工作原理雖有差異，但其完成的主要功能是一致的。其主要完成物理層接入、無(wú)線資源管理和移動(dòng)性管理三大方面的功能，具體如下：

◆物理層接入：主要進(jìn)行UE接入與鑒權(quán)、信道編碼、調(diào)制、無(wú)線鏈路控制和系統(tǒng)的同步；

◆無(wú)線資源管理：主要實(shí)現(xiàn)無(wú)線鏈路測(cè)量、功率控制、信道分配和管理；

◆移動(dòng)性管理：主要實(shí)現(xiàn)小區(qū)切換和重選。

（2）擴(kuò)展單元（EU）

擴(kuò)展單元（EU）實(shí)現(xiàn)與接入單元和遠(yuǎn)端單元的信息交互功能，與RU通過(guò)五類(lèi)或六類(lèi)網(wǎng)線連接并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的POE（Power Over Ethernet，有源以太網(wǎng)）供電功能。EU支持EU級(jí)聯(lián)，并可實(shí)現(xiàn)同時(shí)與2G/3G或4G接入單元MU（Main Unit，主單元）的連接組網(wǎng)。

（3）遠(yuǎn)端單元（RU）

遠(yuǎn)端單元（RU）實(shí)現(xiàn)與UE通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Uu接口進(jìn)行信號(hào)的交互，具體為：將擴(kuò)展單元下發(fā)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)成射頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)2G、3G、LTE等制式的無(wú)線覆蓋（視網(wǎng)絡(luò)需求，2G/3G或4G射頻部分可靈活選配）；同時(shí)將接收的上行射頻信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)傳至擴(kuò)展單元，實(shí)現(xiàn)特定小區(qū)工作信號(hào)的接入和覆蓋。

4.2 組網(wǎng)及應(yīng)用

采用扁平化和分布式架構(gòu)的多模HNB設(shè)備組網(wǎng)靈活，可采用星型、鏈型及混合型組網(wǎng)，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選取不同的制式頻段設(shè)備，即可解決多制式共建共享的組網(wǎng)需求。

下面以實(shí)際應(yīng)用較多的2G和4G室內(nèi)覆蓋需求為例，需要選用的設(shè)備為2G/4G遠(yuǎn)端單元、EU擴(kuò)展單元、2G接入單元和4G接入單元，其組網(wǎng)連接示意圖如圖2所示。

4.3 多模分布式HNB設(shè)備優(yōu)勢(shì)分析

多模分布式HNB設(shè)備的優(yōu)勢(shì)具體如下：

（1）根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選取不同的制式頻段設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)融合共建共享的需求，并且不同的產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)共平臺(tái)，極大地減少了設(shè)備投資；

（2）充分利用駐地網(wǎng)網(wǎng)線和光纖資源，物業(yè)協(xié)調(diào)難度降低，一次布放、施工安裝方便快捷，可節(jié)省建設(shè)周期；

（3）遠(yuǎn)端可實(shí)現(xiàn)POE遠(yuǎn)程供電或本地取電，解決了選址困難、取電難的問(wèn)題；

（4）設(shè)備支持2G/3G/4G多制式多業(yè)務(wù)，利用雙網(wǎng)線傳輸4G可實(shí)現(xiàn)LTE MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出），滿足了高帶寬、高速率的覆蓋要求；

圖2 多模分布式HNB設(shè)備組網(wǎng)連接示意圖

（5）設(shè)備組網(wǎng)靈活，可采用分布式建設(shè)模式，將擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)端單元設(shè)備分布到平層，解決了傳統(tǒng)設(shè)備集中放置機(jī)房空間不足的問(wèn)題。

4.4 多模分布式HNB設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)景

多模分布式HNB設(shè)備主要解決覆蓋問(wèn)題和容量問(wèn)題，其主要適用于以下場(chǎng)景：

（1）需要用低成本達(dá)到快速建網(wǎng)解決室內(nèi)覆蓋的小型私有場(chǎng)景，如酒店、商務(wù)休閑場(chǎng)所等；

（2）小型公共場(chǎng)景，如營(yíng)業(yè)廳、事業(yè)單位辦公網(wǎng)點(diǎn)、連鎖超市等；

（3）需要整體覆蓋、解決室內(nèi)外大容量需求的場(chǎng)景，如中小企業(yè)、校園等；

（4）物業(yè)要求高、站址協(xié)調(diào)難、布線困難的場(chǎng)景，如大型寫(xiě)字樓、政府機(jī)關(guān)等；

（5）需要對(duì)數(shù)據(jù)流量話務(wù)量較高區(qū)域分擔(dān)分流壓力的場(chǎng)景；

（6）對(duì)覆蓋不足的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)盲。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、優(yōu)勢(shì)對(duì)比和實(shí)際運(yùn)用等方面介紹了一款多模分布式HNB設(shè)備，該設(shè)備采用扁平化、分布式架構(gòu)，具有體積小、安裝開(kāi)通方便、成本低的特點(diǎn)，可以很好地解決運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的多模共建共享、取電難的問(wèn)題，是運(yùn)營(yíng)商利用Femto技術(shù)解決室內(nèi)覆蓋的有效手段。多制式、多頻段、高容量將是室內(nèi)覆蓋產(chǎn)品后續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。

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A Distributed Femto User-Side Multimode HNB Device and its Applications

WANG Chuanjiang, YU Gang, XU Hongbo
(Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co., Ltd., Wuhan 430073, China)

In order to deal with the problems of HNB equipment such as the onefold mode and low capacity at the Femto user side, a novel distributed Femto user-side multimode HNB equipment was introduced. The system composition,network architecture, advantage comparison and practical application scenarios of the equipment were elaborated.The fl at and distributed architecture is adopted by the equipment, which can effectively solve the co-construction and sharing for operators and reduce the construction cost and diffi culty.

Femto multimode HNB fl at distributed co-construction and sharing

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.22.004

TN838

A

1006-1010(2017)22-0014-04

王傳江,余剛,徐紅波. 一種分布式Femto用戶側(cè)多模HNB設(shè)備及其應(yīng)用[J]. 移動(dòng)通信, 2017,41(22): 14-17.

2017-08-02

袁婷 yuanting@mbcom.cn

王傳江：工程師，學(xué)士畢業(yè)于中北大學(xué)，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，主要從事無(wú)線通信類(lèi)相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

余剛：工程師，碩士畢業(yè)于華中科技大學(xué)，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，主要從事無(wú)線通信協(xié)議、設(shè)備、組網(wǎng)相關(guān)研究工作。

徐紅波：工程師，學(xué)士畢業(yè)于武漢工程大學(xué)，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司研發(fā)部，主要從事RRU接收機(jī)射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。