FEMTOCELL标准进展及技术应用

8 [董恒 蒋宏斌] 董恒 南京邮电大学通信与信息学院讲师，从事移动通信的教学研究。 蒋宏斌 东南大学毕业，从事通信设备研发工作多年。 在介绍Femtocell的基本概念和技术特点基础上，就主要的相关 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 制定和产 业链的发展现状等方面着重作了介绍。采用对数拟合建模对于未来的市场前景进 行了预测，还就发展过程中存在的主要问题进行了探讨。 摘要 关键词：家庭基站 3GPP 室内覆盖 FEMTOCELL标准进展及技术应用 1 背景介绍 近些年，随着移动通信技术的不断发展和移动电话 的不断普及，人员越来越多地将移动电话作为主要通信工 具。然而，根据相关统计，全球移动通信中有60%~70% 的业务量发生在室内，如图1所示： 图1 不同场所业务量比例 如何提高楼宇及家庭用户移动通信服务质量，降低 宏蜂窝覆盖的成本，提高无线覆盖质量，既能提供传统的 语音业务，又能提供较高质量的数据业务，是业界这些年 共同努力的目标。Femtocell（毫微微蜂窝式基站）技术 的出现，催生了一种崭新的移动商业运营模式。 Femtocell（毫微微蜂窝式基站）又称桌面基站，是 一种家庭基站技术，主要用来解决楼宇家庭室内覆盖的 问题。基于IP宽带技术，通过用户已有的ADSL、LAN、 xPON等宽带电路连接，远端由专用HNB GW实现从IP网 到移动核心网的连通，具有超小型化、即插即用等创新特 性。Femtocell作为蜂窝网在室内覆盖的补充，能够为用 户提供话音及数据服务。 Femtocell有适用于CDMA、GSM、UMTS等各种 标准和支持2G、2.5G、3G乃至4G的产品，与运营商的 其它移动基站同制式、同频段，因此手机等移动终端可 以通用。它具有1个载波，发射功率为10~100mW(典型 值<50mW，与WiFi的AP差不多)，覆盖半径为10~100 米，支持4～8个活动用户，允许的最大用户运动速度为 FEMTOCELL标准进展及技术应用 通 信 热 点 通 信 热 点 2010.5.广东通信技术 9 30公里/小时。受宽带接入的速率限制，其上行速率一般 考虑只支持4路话音，根据情况实际共享数据容量可达到 3.6Mbit/s或7.2Mbit/s。 Femtocell的运用，既能有效减少运营商的CAPEX， 减少了无线网络设备的扩容和相应基站链路的投资；又能 减少OPEX，由于Femtocell放置在用户家中，节省了机 房、电源、空调和电路维护等运行成本；同时增加用户黏 性，由于Femtocell具有很好的室内覆盖特性，运营商提 供相应的家庭域服务套餐，可以给用户很好的业务体验， 从而增加用户黏性和吸引他网用户转网。最终增加了运 营商的ARPU，由于室内覆盖性好和带宽高，增加了用户 MOU，同时增加对数据增值业务的使用，从而有效地提 高用户ARPU。 2 市场发展预测 在2007 ~2008 年Femtocell还处于市场导入期，部 分设备商、运营商与标准化组织一起推动了Femtocell 的 标准制定，部分运营商对Femtocell 进行测试。2009 年 Femtocell 市场已开始起步，设备销售达到约百万台。 2010~2011 年Femtocell 将会更加快速地发展，增长率 可能达到90%~100%。美国Sprint于2007年9月在印第安 纳波利斯和丹佛进行Femto试商用，2008年7月进行了 全国商用；欧洲各大运营商纷纷开始对Femtocell 进行测 试， 例如Tmobile、沃达丰、O2 相继在英国、德国、荷 兰、西班牙等进行测试，随后将陆续有商用 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 。对于 Femtocell的市场预测，多家机构普遍看好，预计到2012 年，仅WCDMA Femto市场投资将超过20亿美元。其 中，2010年约30%的3G网络将部署Femto, 到2012年这个 比例将高达80%。（来源Rethink Research数据） 采用对数拟合建模 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，我们预计从2009年至2018 年的10年中Femto市场发展预测如下： 图2 站数、用户数发展预测 图2中，根据国外专业研究机构给出的预测，给出我 们的拟合预测曲线。可以看出，随着标准的逐步完善，和 产业链的成熟，Femto技术将在未来的2，3年内呈现一个 非常好的加速发展。而在中国，中国联通已经宣布在北方 十省推进名为“3G驿站”的Femto应用，预计不远的将 来，TD Femto等后续也将会迎头赶上。 3 Femtocell技术及标准进展状况 3.1 Femtocell的发展历程 表1 Femtocell发展重大事件 3.2 主要标准研究机构 对于Femtocel l的标准化进程中发挥重要影响的 主要机构和组织有：FemtoForum（Femto论坛）、 3GPP、3GPP2、BroadbandForum（宽带论坛）等。 在2009年，Femtocell标准工作有很大的进步，早期影响 Femtocell部署的困难已经被克服，标准的制定工作得到 持续和扩展，目前基于主要3G标准的Femtocell标准均已 制定。 （1）FemtoForum是在2007年一个由业内主要成 FEMTOCELL标准进展及技术应用 通 信 热 点 通 信 热 点 10 员，包括电信运营商，设备制造商发起的一个非营利组 织，成立的目标就是在全球领域推广Femtocell的部署及 应用，特别是在不同无线制式下的部署及应用，目前已经 拥有超过105个会员，我国的主要运营商和设备制造商也 参与其中。虽不是一个制定标准的组织，但其研究报告在 成员内部分享，并向3GPP等提交。 （2）3GPP已经在2009年4月发布了基于WCDMA的 Femtocell（Release 8），业内很多设备制造商已经声称 完全支持该标准；3GPP2已经制定了基于CDMA2000的 标准；目前，TD-SCDMA的相关标准也正在制定中。 表2 Femtocell标准相关组织的进展和时间表 3.3 GPP的Femtocell标准进展状况 Release8 的发布，被认为对业界具有重大影响，提 供了清晰的路线图，并使得运营商得以能够在短期内部 署，当前业内许多的制造商已经声称完全支持该标准。 （1）Release 8主要包括了4个方面的内容: 网络 架构、无线接口、干扰问题、管理/配置/安全等。3GPP Release8 建议的HNB接入的逻辑架构如图3所示。 图3 3GPP Release8 建议的HNB接入的逻辑架构 注释： ★ HNB：通过Iuh接口实现RAN连接，支持NodeB以及大部 分RNC功能，包括HNB鉴权，HNB GW搜索，HNB注册和UE的 注册。与SeGW间的通信都进行安全的传输。 ★ HNB GW：HNB网关，通过它对于核心网提供HNB的集 中接入。 ★ SeGW：安全网关，负责和HNB间通信的安全。图中没 有专门画出，可以为独立实体，也可以集成到HNB网关中。 图中的参考点： ★ Uu：UE和HNB间的标准接口。 ★ Iuh：HNB和HNB G W之间的接口。对控制平面上，Iuh 使用HNBAP 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 支持HNB注册，UE注册以及错误处理等功能。 对用户平面上，支持用户面的承载处理传输。 ★ Iu-CS：HNB GW 和CS核心网络间的标准接口。 ★ Iu-PS：HNB GW 和PS核心网络间的标准接口。 ★ D：MSC/VLR 和HLR/HSS间的标准接口。 ★ Gr：SGSN 和HLR/HSS间的标准接口。 ★ C1：CSG 服务器和CSG功能UE间的接口，可选。 （2）Release8在以下两个接口的标准化问题上进行 了重点研究，3GPP已制定了部分Femtocell标准，并作为 Release8的一部分进行了发布。 无线接口：包括手机和Femtocell之间的接口；宏蜂 窝基站和Femtocell的接口。 Femtocell到移动网络的接口：包括Iu-h接口上的协 议选择，数据流格式等。 表3 3GPP（Release8）中有关Femtocell标准 目前已经就这些问题达成一致： 目前已经就Femtocell和Femtocell网关之间的接口 采用Iu-h公用接口达成一致。采用统一的Iu-h接口增强了 Femtocell的互操作性，有利于不同厂家设备的采购（当 然，需要进行一些互操作性测试以验证）。 采用TR-069设备管理标准。这项最初由DSL论坛 （即现在的宽带论坛）提出用来进行DSL调制解调器的远 端管理标准，现在仍将在Femtocell使用。 采用IPsec进行Femtocell和Femto网关之间的数据编 码和加密。 在一些无线参数方面也已经达成一致。最大发射功 FEMTOCELL标准进展及技术应用 通 信 热 点 通 信 热 点 通 信 热 点 2010.5.广东通信技术 11 率限制在100mW以下（实际上Femtocell会动态的维持最 小的发射功率）；支持最高达30公里／小时的移动终端； 此外，还定义了有关LTE Femtocell的架构。 （3）Release9和Release10版本的主要变动内容 （如表4所示） 表4 3GPP关于Release9和Release10版本的主要变动 3.4 3GPP2的Femtocell标准进展状况 2008年5月对于CDMA Femtocell 的研究进行了发 布，主要工作集中在系统需求、安全、空口（无线）的增 强、对传统1X电路业务的支持、对1X和HRPD的分组数 据业务等等方面，研究工作分成两个阶段进行： 第一阶段：支持家庭用户的需求，Femto和宏小区间 的移动性切换等。保证Femtocell和Macro提供一致的无线 接口。 第二阶段：对新的Femto功能的移动终端和Femto间 的移动性支持，以及对于不同空口的移动性支持，和对密 集部署Femtocell的必要功能增强等。 第一阶段将在2010年初完成，预计将在2010年第1 季度发布。 3.5 WiMAX的标准进展 WiMAX论坛已经规划了WiMAX Femtocell的详细要求，主要分成两个 阶段。 第一阶段：在维持现有的系 统架构和空口不变的前提下，提供 有限的网络特性。仍支持相应的 IEEE标准而不做变化：支持WiMAX Release1(IEEE 802.16e-2005)和 Release 2(IEEE 802.16 Rev2). 第二阶段：提供完整的Femtocell 功能，包括高级网络特性和空口的优 化，相应地，将对IEEE 802.16m标准 的物理层和MAC层进行增强。 目前第一阶段接近完成，剩余部 分和第二阶段的工作预计在2010年完 成。 4 Femtocell产业链的发展 状况 4.1 运营商开展状况 目前，Femtocell Forum的成员中约有52家运营商， 这些运营商网络已经覆盖了超过14亿的人口。国际上， Vodafone, BT, AT&T等知名运营商已经决定部署Femtocell 网络，全球有70多家电信设备商和内容服务商参与其中， 国内的主要运营商也都有了部署的计划，有的已经开始实 施。 FEMTOCELL标准进展及技术应用 通 信 热 点 通 信 热 点 12 表5 世界主要运营商与Femtocell业务 可见，全球范围内至少已经有6家运营商启动了商用 Femtocell业务。另外，包括中国联通在内的2家宣布开始 启动。 此外，许多运营商提供了限制类的业务（比如对 一些高端客户）。 4.2 主流芯片厂商的进展 （1）picoChip picoChip一直领导着家庭基站SoC市场，目前是唯 一一家各种产品都满足重要运营商网络认证并批量供货 的公司。picoChip当前的市场已经进入大规模部署阶段， 现已有10家运营商提供商业服务，60多家进行测试。 picoChip是这一快速兴起市场的具统治性地位的供应商。 Picochip 的产品线丰富涵盖，包括： ★ HSPA Femtocell 家庭基站参考设计PC82系列 和PC3系列。PC82系列包括8208/9（4用户，3GPP Release 6, 200m, 7Mbit/s/1.46Mbit/s）；8219/8219E （8用户,Release 8 , HSPA+设计，2公里范围，支持车 辆（vehicular）的移动性，适用于家庭，城市，企业， 乡村等）。基于PC8208和8209PHY的PC8219E（class 3），提供HSPA Femtocell 基带全功能芯片，已经交付用 户使用和运营商部署，容量8用户。新型PC313 和 PC323 芯片扩展了picoChip经验证过的、强大的、运营商实际部 署的picoXcell的器件系列。这两款芯片是分别用于8用户 和24用户的完整的单芯片HSPA+家庭基站SoC，甚至可 扩展到容纳更多用户。PC2200 FAP软件提供了3GPP标 准定义的Home NodeB的所有核心组件，确保了制造商可 更方便地开发各种家庭基站。 ★ 基于TD-SCDMA 的Femtocell参考设计PC8808。 ★ 基于WiMax 的Femtocell 参考设计PC6530。 ★ 基于LTE 的Femtocel l 参考设计：PC7608, PC8608，PC8618，PC9608等。 （2）Qualcomm 2008年初，ip.access是Femtocell技术的先驱。思科 公司收购了家用基站技术供应商ip.access的股份，高通在 2008年中通过欧洲投资基金公司对ip.access进行投资， 取得部分股份。 2010年3月2日上午消息，高通透露即将发布的3G Femtocell芯片组细节，同时支持CDMA和HSPA+双模。 这款芯片将成为“未来应用的潜力平台”，如多媒体网 关，预计将在2010年下半年推出样品。这家CDMA先锋列 出了此款即将发布的芯片组主要技术参数如下： ★ 组合射频芯片以及3G基带控制器。 ★ 支持3G CDMA技术标准，以及GSM技术，如 HSPA+。 ★ 1GHz Snapdragon平台处理器以及GPS接收器。 （3）TI： TI 的多核 Femtocell 解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 系列包含完整的辅 助模拟产品系列，其中包括数据转换器、射频产品、 电源管理、时钟和放大器。TI 还提供来自 mimoON 和 Continuous Computing 的第三方软件，使 OEM 能够快 速开发 Femtocell 产品，以便为流视频文件、互动游戏、 音乐共享和其它宽带密集型多媒体任务提供增强的无线连 接。 TI的强项是提供了一系列的 DSP，帮助企业和小区 Femtocell 制造商和服务提供商缩短开发时间并加快新产 品上市。其中新的 TCI6485 和 TCI6489为 HSPA 小区和 企业 Femto 应用提供了完整的解决方案。 ★ 针对小区 Femtocell 应用进行了优化，TCI6485 包含 2 个高性能 850MHz C64x+™ DSP 内核，可提供 1.7GHz 的整体性能并且能在单个 WCDMA 载波上支持 8 个用户。TCI6485 能够在 2 个内核的每个内核上同时运行 PHY 和 MAC 功能，并且包含了用于 WCDMA 的第三方 软件堆栈，它支持所有层 1、2 和 3 的处理。 ★ TI 还提供了 TCI6489 DSP 平台，它包含 3 个 850MHz DSP 内核，并且提供了企业 Femtocell 基站应用 所需的附加处理能力。整体性能超过 2.55GHz，TCI6489 还可以运行完整层 1、2 和 3 软件堆栈，并且能在单个 WCDMA 载波上支持 32 个用户。 FEMTOCELL标准进展及技术应用 通 信 热 点 通 信 热 点 通 信 热 点 2010.5.广东通信技术 13 除了芯片外，Femtocell产业链已初具规模。提供 这方面产品的既有传统主流通信设备厂商，也有一些中 小设备厂商。目前能够提供完整解决方案或部分设备产 品的厂商包含了中兴、华为、三星、阿尔卡特朗讯、诺 西、爱立信、摩托罗拉、NEC、Thomson、Ubiquisys、 Airvana、ip.access、NETGEAR、RadioFrame、Pirelli 、Mavenir、Kineto、Genband等，这些厂家在产品功能 和差异化方面各有特色或各有专注，显现出多样化发展 趋势。在各种无线制式中，基于WCDMA的Femtocell产 品较多，产业链发展相对较快和较为完善；基于CDMA的 Femtocell产业状况相对WCDMA稍显薄弱，参与的厂家 也相对较少，其正位于快速发展的前期阶段；而基于TD- SCDMA的设备则处在刚刚验证阶段，但后续的发展一定 将会让世人刮目相看。 5 Femtocell的面临的挑战和技术发展趋势 5.1 Femtocell面临的挑战 随着3G用户发展规模的扩大，网络容量不足的矛 盾将会显现。Femtocell作为室内覆盖的一种有效补充手 段，也作为宏站容量分担的一种有效手段，但Femtocell 还面临很多问题，特别是技术方面的问题： （1）首先是干扰问题。由于Femtocell使用频段与 宏蜂窝、微蜂窝以及微微蜂窝之间存在干扰，以及邻近 Femtocell彼此之间的干扰。虽然在频率资源允许条件 下，推荐采用异频组网方式，减少与宏网间的干扰，但频 率资源有限的情况下，如果解决频率干扰问题仍是技术界 一直在研究的重点。 （2）切换问题。如果Femtocell用在室内分布系统 作为连续的大面积覆盖，需要用多个Femtocell进行覆 盖，这时候需要Femtocell到Femtocell之间的切换，非 授权用户很容易处于其他Femtocell的覆盖区域里。再 者，Femtocell通常是用IP传输，而IP传输的不稳定性， 有可能造成偶尔的中断，如果Femtocell处于发射状态， 用户会一直驻留在非有效的小区里，导致既无法使用 Femtocell信号，也无法使用室外宏基站的信号。另外， 激活模式下的从宏蜂窝到Femtocell的切换尚处于研究之 中。 （3）时钟问题。由于今后商用的多样性，决定了不 同场合需要不同的时钟同步方式，例如采用GPS方式、 临近宏蜂窝基站提供时钟方式、IEEE 1588以太网时钟同 步方式等等。上述各种技术都有某些方面的局限性，例如 GPS在室内无法接受GPS信号，而IEEE1588虽已成熟， 但会涉及到现网大量改造，所以这些问题对Femtocell的 技术应用提出了许多新要求。 （4）接入移动核心网的方式尚未统一。到底采用何 种方式接入移动核心网尚没有完全统一，目前的三种主要 可选解决方法如下： ① 利用与3G相同的IP隧道协议（可以与宏蜂窝共用 RNC）； ② 利用在核心网和 IP接入网之间引入RAN网关 （RGW）方式； ③ 利用IMS和SIP来支持Femtocell。 （5）其他问题。例如定位、Qos、管理等问题。 5.2 Femtocell技术发展趋势 （1）Femtocell 空中接口的趋势 Femtocell 的空中接口符合3GPP和3GPP2 的标 准，将会朝着多样化的方向发展，即支持多种无线网 络。 2G、3G、4G、Femtocell 接入点已经有基于GSM、 WCDMA、HSPA、CDMA、TD-SCDMA、WiMaX、 LTE 的Femtocell 产品或者参考设计。无论是那种网络 都会将Femtocell 作为室内覆盖的有效手段。现阶段一个 Femtocell 接入点只能满足一种标准，将来发展的趋势则 是一个Femtocell 接入点支持多个网络。 （2）Femtocell 接入核心网方式的趋势 Femtocell 接入核心网的方式标准有RAN 网关的形 式，使用Iu-ps，Iu-cs 接口，在现阶段这种方式更切合实 际，成本也更低。而其发展方向则是朝着全IP，直接接入 SIP/IMS 网络，但是现阶段运营商的SIP/IMS 核心网还没 有建设成熟，不过IP 化的扁平架构将会是其发展发展方 向。 （3）内容服务的趋势 Femtocell 有效地节约了运营商的成本，从而给用 户带来更低的资费，市场初期将会以低廉的语音业务以 （下转第17页） FEMTOCELL标准进展及技术应用 通 信 热 点 通 信 热 点 2010.5.广东通信技术 17 用户侧传送前要将IK、CK从信令中删除。为了使IPSec通 道在用户和BAC之间建立，就要求P-CSCF改变对信令中 IK、CK的处理。首先，P-CSCF不再负责IPSec通道的建 立，其次，IK、CK不再在信令中删除，而是继续下传到 BAC，由BAC负责取出IK、CK，负责建立和维护IPSec通 道。 （2）IPSec的NAT穿越问题 需要注意的是IPSec 在穿越NAT时存在问题，需要 进行特殊的处理。IPSec NAT穿越（NAT-T）在IETF的 RFC3715中定义，采用的方式是UDP封装，即将ESP协 议包封装到UDP包中进行传输。 图4 IPSec NAT 穿越示意图 （3）IPv4/IPv6互通的支持 IPv6在未来两年进入大面积的部署的阶段。IP网上 将出现IPv4和IPv6终端并存的局面。对于直接面对IP网用 户的SBC应可以同时接入IPv6的终端和IPv4终端，而且 IPv4和IPv6用户可以互通。这就要求SBC支持IPv4/IPv6 双栈，并且能基于IPv4/IPv6对信令和媒体进行相应的处 理。 4 小结 SBC是IMS网络中一个重要的部件。在IMS网络中， SBC实现了安全保护、复杂网络环境下的业务互通、资源 控制、IPV4/IPV6互通等功能SBC为提供安全的、资源可 控的、适用于各种网络环境下的IMS业务发挥了重要的作 用。 SBC的性能和功能如何，对IMS网络的实际部署有着 非常重要的影响，因此，我们应当对SBC的产品发展，以 及在实际应用中SBC如何组网加以关注。 (收稿日期：2009-12-11) 及性价比高的数据业务为主。随着用户认知度的提高， Femtocell 将会进一步的渗透进家庭生活的多方面，为家 庭用户提供跟多样化，个性化的通信服务，内容提供商将 扮演越来越重要的角色。 （4）成本发展的趋势 Femtocell 在FMC 业务中将会与WiFi 竞争，由于对 于移动终端来说并不需要更换，其在终端方面的优势很有 可能取代WiFi，但这基于Femtocell 成本的降低以及一些 技术难题的解决。 6 结论 FemtoForum中，中国的成员如中兴、华为等，一直 积极地参与了相关的标准化工作，是Femtocell 技术的主 要推动者和贡献者。目前，已经成为包括Femto接入业务 和Femto核心网络在内的重要的端到端的业务提供者。 F e m t o c e l l是一个创造商机的利器，运用好 Femtocell，会催生出许多商机和新的商业模式。实现运 营商低成本、高速度扩充移动网络和用户。Femtocell的 超小型化和家庭化特色，将给相应的产品开发和运营模式 带来广阔的想象空间。Femtocell的用户可参与性和可支 配性符合WEB2.0和DIY的流行趋势，将受到众多用户的 青睐和追捧。 参考文献 1 3GPP, “Overview of 3GPP Release 8 V0.0.8 (2009- 09)”; 2 3GPP, “Overview of 3GPP Release 9 V0.0.7 (2009-09)”; 3 3GPP, “Overview of 3GPP Release 10 V0.0.4 (2009- 09)”;4 “Femtocell Economics”, J.Randolph Luening, Feb, 2009; 5 “Femto standard status”, David Chambers； 6 “World Femto Market Report 2009-2013”, David Chambers; (收稿日期：2010-04-07） （上接第13页） 会话边界控制设备SBC应用的相关研究 运 营 与 应 用 运 营 与 应 用 运营与应用