CDMA Femtocell号码资源分配研究

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摘要：为了解决cdma femtocell大规模应用中遇到的MSC不能配置多个FAP，且与现有宏网络难以互相切换的问题，对CDMA Femtocell号码资源分配进行了研究，包括PN，小区标识，登记区，UATI，色码等内容，提出与现有宏蜂窝网络不同的分配方案和建议。方案对现有宏蜂窝网络的影响最小，而且易于实施，能够节省运营商的投资和维护，促进CDMA Femtocell的商用。

关键词：CDMA; Femtocell; FAP; PN; 号码分配

中图分类号：TN929.534文献标识码：A文章编号：1004373X(2011)23004104

Research on CDMA Femtocell Numbering Resource Allocation

TANG Chunmei

(Xidian University, Xi’an 710071, China)

Abstract： To resolve the problems that large number of FAP can not be supported under a MSC, and the handoff between Femtocell and macro network is difficulty, the numbering resource allocation including PN, Cell ID, Register Zone, UATI and Color Code are studied, the solution and recommendations different from existed macro network are proposed. The solution impacts little on macro network, and can be put to practice easily. It can save the operator′s investment and maintenance cost, moreover, facilitate the commercial deployment of CDMA Femtocell.

Keywords： CDMA； Femtocell； FAP； PN； numbering allocation

收稿日期：201106270引言

据全球Femtocell论坛2010年的数据，全球已有60余张Femtocell网络。

CDMA制式的Femtocell近年来也呈现出蓬勃发展的趋势。2008年，美国Sprint公司以提升家庭用户数据体验为目标，推出了全球第一款基于CDMA制式的Femtocell，规模至今已超过20万；2009年，Verizon公司为解决家庭覆盖不足的问题也推出了CDMA Femtocell，规模已超过10万。国内，中国电信已于2009年完成了CMDA Fetmocell的试验室测试工作，目前正在全国包括北京等6个省/市进行试商用验证［1］。

为了应对即将到来的CDMA Femtocell国内规模商用，现阶段对Femtocell应用的问题和难点进行分析和研究是非常有必要的。本文主要针对Femtocell号码资源分配进行了研究，包括PN、小区标识、UATI分配等内容。

1网络架构

CDMA Femtocell网络架构模型如图1所示［2］。

图1CDMA Femtocell网络架构模型图图中，FAP为Femtocell接入点，集成了BTS，BSC/PCF，以及AN的功能。FGW为Femtocell网关，SeGW为Femtocell安全网关，FMS为Femtocell管理系统设备，均为网络侧设备［3］。

HRPD及1x分组域中，FAP通过A接口接入网络［4］。1x电路域架构有两种接入方式，一种通过SIP接口接入IMS域［5］，一种是通过A接口接入电路域MSC［6］，即图1中Fx1在不同接入方式下使用不同的接口。鉴于中国运营商没有成熟的IMS网络，本文对1x Femtocell电路域的研究仅基于通过A接口接入MSC的方式。

2存在的问题

FAP为用户端设备，具备即插即用的特点［7］。用户购买FAP并与运营商签约后，就可以自行安装使用了。由于用户有控制权，Femtocell系统的数据是动态变化的，而且即使覆盖范围小，FAP数量也会非常宠大。这些特点使得Femtocell系统与原有宏蜂窝网络有很多不同之处，并且做为一个新的系统，建设Femtocell网络不应该对现有宏蜂窝网络产生过多影响。

因此，在应用Femtocell时，有以下主要问题：频率使用问题，与宏网同频或异频时，如何减少两网络间的干扰；在部署专用频率时，终端如何能及时发现异频的Femtocell信号，以便进行正确地切换；由于很可能采用不同资费，对传统终端如何提醒用户进或出Femtocell区域；FAP如何获取同步；支持与宏网络间无缝切换，如何对Femtocell系统号码进行分配，以及部署Femtocell系统后对宏网络配置的影响等。

本文主要针对上述号码规划问题进行研究，包括PN分配、1x系统的小区标识、LAC划分、HRPD系统的色码、UATI分配等问题。

3号码资源分配研究

3.1PN分配

FAP的数量众多，而CDMA系统PN码资源有限，Femtocell系统必须支持PN复用。

Femtocell系统与宏网络间需要支持无缝切换。但实际上，根据CDMA规范，宏基站可下发的邻区数目是有限的，不可能配置过多的Femtocell邻区。而且由于数据是动态变化的，在宏网上实时配置Femtocell邻区信息基本是不可实现的。因此，建议Femtocell单独进行PN规划，由运营商划分出少量的专用PN供Femtocell使用。

在3GPP2中也有PN规划的讨论，但方案比较复杂，实施较困难。基于现有的标准，针对现有终端，研究认为，在实际的家庭场景应用时，家庭与家庭间以及楼层间的穿透损耗可达10~15 dB，对信号传播影响较大。FAP发射功率较小，覆盖范围有限，并且家庭应用中，FAP间切换的情况也基本上可以不予考虑。因此，家庭应用的Femtocell PN规划可以较简化处理。

Femtocell PN规划中，由于相邻两个小区的PN不相同，基本就可以避免同PN混淆问题。由于覆盖半径比较小，Pilot_INC可以取值为1，不会造成相邻PN干扰的问题。

假设一个家庭应用的较极端场景：一幢高层楼房，每层有多排，每排有多户，每户均安装了FAP，FAP覆盖范围10 m×10 m。取一处于中间位置的FAP，其上下左右前后都有其他FAP覆盖，考虑其PN不能与相邻FAP重复，则至少需要27个PN,如图2所示。

图2Femtocell apartment应用场景PN规划举例现有宏网络中，Pilot_INC一般取值为3或4。可以得出，对家庭应用，宏网划分出8~10个PN单独给Femtocell系统使用，可以满足Femtocell需求，对宏网的影响也很小。

实际操作时，宏网络应事先知晓Femtocell的专用PN划分以及Pilot_INC信息，Femtocell系统也应知晓宏网络的Pilot_INC信息，以方便PN_Offset判决以及Femtocell系统的自动PN规划。自动PN规划应尽量让同PN的FAP间隔尽可能地大。

3.21x号码分配

3.2.1Cell ID

1x系统小区标识Cell ID由16 b组成，前12 b表示Cell，后4 b表示Sector。在一个 MSC下Cell ID是惟一的，一个MSC下最多可以携带65 535个Cell ID［8］。一个FGW下可能有成千上万个FAP，给每个FAP分配一个惟一的Cell ID是不现实的。而且为了尽量减少对现有网络的影响，为Femtocell系统新增MSC也是不可实现的。因此，Femtocell需要支持Cell ID复用。

Cell ID分配方法为由FGW实现Cell ID的汇聚。FGW下的各个FAP使用Cell ID或FAP ID做标识在FAPFGW间使用，以区分FAP,如图3中FAP Cell ID。MSC惟一识别的小区标识为FGWMSC间Cell ID［9］如图3中FGW Cell ID。FGW中应保存一个小区标识映射表，将FGW Cell ID与FAP Cell ID相对应。FGW在收到FAP向MSC发送的IOS消息时，替换收到的消息中的FAP Cell ID信息为在MSC惟一识别的FGW Cell ID信息后，将消息转发给MSC。FGW在收到MSC向FAP发送的IOS消息时，替换FGW Cell ID为FAP Cell ID，再将消息发送给FAP。这样，从MSC和宏网的角度来看，Femtocell系统的Cell ID数目是有限的，对现网影响很小。

实现该分配方法，同时还要求使用相同PN的FAP使用相同的FAP Cell ID，也就是使用相同FGW Cell ID。并且，如果一个MSC下有多个FGW，两个FGW可以共享PN，但不能共享Cell ID。对于宏网BSC，需要由组网保证同一个Cell的相邻关系中不出现两个FGW的信息，即一个FGW对应一个BSC。

1x Femtocell系统编号示例如图3所示。

图31x Femtocell系统编号示例3.2.2LAC

LAC为位置区，在1x中寻呼时使用，为16 b字段［8］。

若FGW实现Cell ID替换，FAP的Cell ID与PN为一对一分配时，FGW下的PN只能在一个LAC下复用。一个FGW应只配置一个LAC。

3.2.3Reg_Zone

空口注册区Reg_Zone为12 b，在空口传递。终端在不同的Reg_Zone间移动时会发起注册登记。

如果不需要在跨FAP时做AT注册，则空口注册区Reg_Zone配置范围与LAC相同。

如果需要在跨FAP时做注册，则LAC下每个FAP的Reg_Zone可以设置为不同TOTAL_ZONES参数设置为1，则AT在FAP间移动时会发起注册请求。好处是方便网络定位到终端当前所处位置。

虽然Reg_Zone资源较多，但实际应用中，可以简便操作，不单独做Reg_Zone的规划，而将Reg_Zone与PN按一对一同时规划，不同的PN对应不同的Reg_Zone，同样满足终端跨FAP时发起注册。

3.3HRPD 号码分配

3.3.1Color Code

HRPD系统色码Color Code为8 b，同样存在复用问题。

在一个FGW下，如果配置多个Color Code且相邻FAP的Color Code不重用，好处是对空闲态切换有利，但会带来Color Code规划复杂的问题，而且对FAP,AN配置相邻Color Code的要求都比较高,且难以实现。如果配置多个Color Code且大部分相邻Color Code相同，则对切换无益，还会带来宏网配置的难度。

因此，一个FGW下所有FAP应配置相同的Color Code。FAP可以从FMS获得相邻AN的Color Code信息。组网时，宏网络AN的相邻Color Code应只需配置到FGW一级，操作简便。

3.3.2UATI

宏网络A13切换时，由目标AN向源AN发起，目标AN根据UATI中的Color Code信息识别出源AN［10］。

Femtocell中，Femtocell向宏网络发起A13切换时，宏网络AN根据Color Code识别出切换源为FGW，将消息发送给FGW。FGW收到消息后需要再识别出准确的切换源FAP。

研究可知，由于反向MAC头中带CC+UATI024，FGW可以考虑从UATI的格式中来区分FAP。

具体方法为：将UATI024分为两个部分，其中高m比特用于区分一个FGW内的FAP，低(24-m) b用于区分一个FAP内的终端。如图4所示。高m比特由FGW为下属的FAP统一分配。低(24-m) b由FAP自行分配。FAP一般支持用户数为16，m若取值为20，则FGW下可支持百万个FAP。

图4UATI024规划3.3.3Sector ID

由于UATI的分配、Session信息的存储是由各个FAP完成的，终端在FAP间移动时，必须要发起UATI的更新，因此，每个FAP的Subnet需要规划为不同的。

在子网地址足够的情况下，子网掩码(Subnet Mask)设置为104，每个FAP的Sector ID高104位不同，但一个FGW下的FAP高104都对应相同的Color Code。如果子网地址不足，FAP的子网掩码设置为大于104，以扩充子网数量。此时，一个FGW下的各个FAP的Sector ID高104位可以相同，对应Color Code也相同。此时，对Sector ID的分配参考图5，设Subnet Mask为(104+m) b，则FGW通过Sector ID后024位中的高m位可以区分出FAP，剩余的(24-m) b同样用于区分终端。

HRPD Femtocell系统编号示例如图5所示。

图5HRPD Femtocell系统编号示例4结语

本文从Femtocell的技术现状出发，详细分析了Femtocell系统在实际大规模部署中号码资源分配问题，研究并提出一套简单可行的号码分配方案，为CDMA运营商及设备商部署Femtocell网络提供支持和建议，具有现实意义。

参考文献

［1］中国通信标准化协会.2009B62 CDMA家庭基站的研究［S］.北京：中国通信标准化协会,2008.

［2］3GPP2. S.R01350 v1.0. Network architecture model for CDMA2000 femtocell enabled systems \[S\]. \[S.l.\]: 3GPP2, 2010.

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［5］3GPP2. X.S00592000 v1.0. CDMA2000 femtocell network: 1x and IMS network aspects \[S\]. \[S.l.\]: 3GPP2, 2010.

［6］3GPP2. A.S0024A v1.0. Interoperability specification (IOS) for femtocell access points \[S\]. \[S.l.\]: 3GPP2, 2011.

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［8］3GPP2. A.S0013D v2.0. Interoperability specification (IOS) for CDMA2000 Access network interfaces part 3 features \[S\]. \[S.l.\]: 3GPP2, 2009.

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［10］3GPP2. A.S0008C v4.0. Interoperability specification (IOS) for high rate packet data (HRPD) radio access network interfaces with session control in the access network \[S\]. \[S.l.\]: 3GPP2, 2011.

作者简介： 唐春梅女，1977年出生，云南人，工程师。主要研究方向为无线通信。