Femtocell—一种新型的家庭网络覆盖技术


背景
随着国内电信运营商重组的完成，我国3G网络开始进入大规模建设阶段，据有关机构统计：目前阶段移动语音业务的60％，数据业务的70％发生在室内，这说明移动用户虽然使用的是移动终端，但大部分的业务发生在固定场所，因此确保室内信号的覆盖质量是3G是否能够取得成功的关键。
由于3G网络工作在较高的2G频段，无线信号的穿墙损耗较2G网络高了很多，原来2G网络室外宏基站可以覆盖到的室内区域现在很多成了盲区。通过增加室外基站的数量来进行深度覆盖的方法成本很高，包括基站选址、设备投入等问题，而目前传统的室内分布系统只能解决商业楼宇和公共空间的覆盖，尚无法进行住宅小区的室内布线，因此3G时代室内覆盖问题将比2G更严重。
正是基于以上问题的，近年来一种新型的室内信号覆盖技术－Femtocell受到业界的高度关注，各大运营商均在加紧测试和验证Femtocell技术，有望在数年内达到商用水平。
Femtocell概念
根据Femto Forum对Femtocell的定义，Femtocell是一种工作在许可频段上的低功率AP（无线接入点）设备，通过居民的DSL或cable宽带与移动运营商网络连接，支持标准的移动终端设备。
Femtocell被称为毫微微小区，是一种小型的低功率蜂窝基站，设计的初衷主要用于家庭及小型办公室等室内场所，因此也被称为家庭基站（home base station）。它的作用是作为蜂窝网在室内覆盖的补充，为用户提供话音及数据服务；其发射功率较小，一般为毫瓦级，覆盖半径一般为50～200米。单个Femtocell设备一般可支持4个活动用户，空中接口符合3GPP/3GPP2标准，因此适用于任何现有的移动終端。
Femtocell使用IP协议，通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接，远端由专用网关实现从IP网到移动网的连接。设备大小与ADSL调制解调器相似，具有安装方便、自动配置、自动规划、即插即用等特点，支持GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、EVDO等各种网络制式。
Femtocell网络构架
Femtocell系统在网元功能配置上与传统宏蜂窝网络有很大的不同，主要定位于家庭或中小办公室接入，室内通信的特点不同于室外环境，对容量需求小，且没有用户突然增加的情况，不需要过多考虑呼吸效应、切换等问题。
在Femtocell技术出现的早期，由于缺乏统一的标准，对于Femtocell设备的功能组成及设备接口，各厂家的实现方式各不相同，通常采用扁平化的网络构架，Femtocell设备集成传统宏蜂窝网络中多个网元的功能，如NodeB、RNC功能，更进一步的扁平化方案是集成NodeB、RNC、SGSN与GGSN功能。
长期以来，标准的不统一导致了不同厂家的产品不能够互联互通，无法统一组网，阻碍了Femtocell的商用进程，2009年4月，全球第一个UMTS Femtocell标准获批并被纳入3GPP Release8标准，使不同厂商的设备接入到统一的Femto网关成为可能，新标准的发布为Femtocell网络的大规模商用铺平了道路，图1为统一标准公布的网络构架。

图1 Femtocell网络构架

HNB（Home NodeB）为femtocell终端设备，安装于家庭内，为家庭内的标准3G手机提供无线信号覆盖，HNB不仅具有标准NodeB的功能，还集成了无线网络控制器(RNC)的无线资源管理功能。HNB GW（Home NodeB Gateway)安装在运营商网络一侧，汇聚来自众多HNB的业务，通过标准的lu-CS和lu-PS接口回传到无线核心网络。统一标准规定HNB和HNB GW之间采用lu-h接口，该接口定义了在互联网上传送lu控制信令的一种高效灵活方法。
Femtocell的市场价值
1、Femtocell对运营商的价值
改善室内信号覆盖，提高服务质量
在3G环境中，通过室外宏基站的穿透来覆盖住宅小区无法保证室内的深度覆盖，通过部署室内Femtocell可以有效的提高室内信号质量水平，由此带来用户的宽带和语音服务质量的极大提高，同时由于Femtocell只支持家庭授权用户的接入，家庭用户可独享3G网络的带宽资源，提升用户的上网体验。
快速扩充网络，增加网络容量
每个Femtocell相当于一个完整的基站，增加Femtocell终端数量相当于增加基站数量，当然也增加全网的容量，一旦获得用户认可并大量使用，可快速扩充网络容量。
节省运营商投资，减少CAPEX和OPEX值
Femtocell主要用于家庭部署，设备的购买费用由用户或者与运营商共同承担，同时由于借助于固定宽带接入作为其回程，无需额外的网络布线，不存在站址选址和建设维护等投入，可以大大降低网络建设和开通的投资，从而减少CAPEX。由于Femtocell设备放置在用户家中，节省了机房、电源、空调及电路维护等运行成本，从而减少了OPEX。
运营商业FMC业务推广的有效手段
随着电信运营商重组的完成，三大运营商已全部实现全业务运营，拥有完善的有线和无线运营网络，为Femtocell的部署提供了绝佳的网络资源，运营商借助固定接入提供移动业务，一方面可以把现有固定业务和移动业务进行绑定，从而提高用户的忠诚度；另一方面，也可以把原本只部署于固定网络的业务扩展到移动终端，从而增强用户的使用体验以吸引更多的用户。