基于WCDMA网络的Femto部署及策略

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【摘 要】主要介绍基于wcdma网络的femto部署及互操作策略。首先介绍了Femto的网络结构、特点及优势，然后论述了Femto的组网部署及适用场景——主要用在中小室内场景的网络补盲，从而加强室内的3G网络覆盖，最后介绍了Femto的接入控制及与宏网络间的互操作策略。

【关键词】WCDMA Femto 室内覆盖 互操作

中图分类号：TN929.533 文献标识码：B 文章编号：1006-1010（2013）-13-0005-06

1 引言

3G无线网络通信将互联网业务有效地延伸到了移动通信领域，其特点就是在无线网络通信中产生了大量的数据业务。据业内统计分析，近30%的业务使用发生在家庭区域内，而有近40%的业务使用发生在公司、餐馆、商场等室内环境。因此室内无线网络覆盖的好坏很大程度上决定了用户对业务的使用感知，而如何有效改善3G网络在室内的覆盖，就成了3G业务能否成功部署的关键。

3G网络采用2.1GHz频段，相比2G网络采用了更高的频段，传输损耗和空间损耗更大，对建筑物墙体的穿透能力更弱，在室内覆盖信号的衰减也更厉害；因此如果仅依靠室外宏基站对室内进行覆盖，承载大量数据业务的室内区域往往信号质量不尽人意，以致于在某些封闭的环境中出现信号覆盖偏弱甚至信号盲区的情况。而Femto可以成为宏基站的良好补充，它是一种低发射功率、小范围覆盖、以固定宽带接入网络为回程的微型设备，其安装方便、部署快速、成本低廉，能够使运营商以较低的代价为用户提供良好的覆盖，被业界认为是解决室内信号覆盖的手段之一。下面以广州联通为例，对基于华为设备的Femto网络结构、部署及策略情况进行论述。

2 Femto的网络结构

Femto网络结构主要由Femto、SeGW、AG、HMS和IPCLK等模块构成，如图1所示。Femto相当于宏基站网络的Node B，用户通过标准的Uu接口接入到Femto，Femto再通过公众宽带IP网络接入到AG（Access Gateway），AG相当于宏基站网络的RNC，通过标准的Iu接口连接到现有的核心网。

Femto网络各个基本网元功能如下：

Femto是一种微微蜂窝基站，集成了天线、Node B的主要功能，通过宽带接入到3G核心网；

SeGW是安全网关，提供Femto到AG之间的安全网络通道，利用IPSec安全机制保护IP数据传输的完整性和机密性；

AG是接入网关，提供Femto的管理和控制功能，同时完成数据在Femto和核心网设备间的转发；

HMS是网管系统，负责集中管理、维护和控制Femto，包括位置信息、开户信息、用户接入控制列表、IP网络时钟同步等日常数据配置、性能优化及故障管理；

IPCLK是通过IP时钟同步为Femto提供精准的时钟信号，用于矫正Femto的频率，防止频率漂移。

3 Femto的特点及优势

（1）Femto支持标准的无线协议及互联网协议，不但可以为成千上万的标准移动设备提供服务，还可以为那些只需接入互联网的用户提供服务。它以因特网宽带连接（DSL和电缆）作为数据到核心网的回程，并且沿用标准的Internet协议，即通过宽带网络回连到运营商的核心网，是固定与移动网络融合的一种方式。这样不仅能够利用固网资源，吸收3G业务，减轻3G宏网络的业务流量压力，还能够弥补网络覆盖的不足，提高室内覆盖的质量和用户的业务使用感知，增强用户的粘性。

（2）Femto是一种低功率的无线接入点，其设备发射功率小（最大功率20mW）、体积小，工作于授权频段，覆盖半径一般为5～20m，能提供话音和数据业务，一般支持16个用户附着和4～6个用户同时使用。Femto可以快速部署在家庭和办公室等室内场景，由于其更接近于用户，因此不但节能环保，而且提供了比宏蜂窝更优质的3G服务，从而降低了3G宏蜂窝小区的负荷。

（3）Femto的安装无需额外的配套设施以及场地租赁等，通过家庭或企业现有的公共宽带接入，且可以采用PoE的供电方式，即通过网线对Femto直接进行供电，无需额外的电源适配器，从而减少电缆的使用，降低布线难度。其安装非常简单快捷，无破坏、无噪音，因此不但无需进行站址选取及施工，而且还大大节省了投资。

（4）Femto具有自配置自优化功能，运营商无需投入巨大的精力对其进行开通和维护，上电后，它可以自动完成认证鉴权、网络发现、IP获取、IP Sec隧道建立、自动邻区及参数配置、自适应优化等过程。运营商仅需通过OMC进行远程批量配置管理、软件升级、日志自动保存等操作，维护非常地简单便捷。

（5）Femto采用扁平化架构，符合移动网络演进趋势；另外，扁平化的架构减少了节点数，更符合全IP网络中实时业务对时延的严格要求。

4 Femto的部署及适用场景

4.1 Femto的组网部署

根据标准的Femto网络结构，结合中国联通广州市分公司的实际情况，广州联通的Femto逻辑组网结构及实际的物理组网结构如图2、图3所示。

Femto完全通过IP网络实现与核心网的连接，为保证各类型业务质量，布放点的网络环境需要满足一定的条件。根据不同业务需求，Femto接入的网络QoS指标要求如表1所示。

此外，Femto的HSDPA业务速率受限于空口带宽和接入传输带宽，因此对布放点的网络带宽有一定要求，其传输带宽必须大于等于7.2Mbps，这样Femto下行最大极限速率才可能达到7.2Mbps。由于不同宽带运营商接入到联通服务器的网络回程不同，造成时延和丢包率等网络QoS条件存在差异，因此为保证Femto小区用户业务质量，建议家庭版Femto的接入网络带宽为2Mbps以上，任何宽带运营商均可；企业版Femto的接入网络宽带为4Mbps以上，必须为联通宽带。

4.2 Femto的适用场景

Femto分为家庭版和企业版两种，其性能指标如表2所示。

对于家庭版Femto：在房间、小咖啡厅内采取摆放、挂墙、吊顶等方法；

对于企业版Femto：可以直接摆放在大办公室开阔区域，也可以新建或接入现有室分系统。

由于Femto系统本身具有灵活、即插即用、自组织、自优化的特点，很大程度地降低了部署难度；因此在实际应用中，考虑更多的是结合应用场景、用户数、覆盖面积和应用价值等因素确定布放的Femto类型。Femto适用场景如表3所示。

由表3可以看出，Femto主要应用在一些中小型建筑的室内热点或者盲点区域，如建筑面积在3 000m2以下的小型建筑，或者3 000～5 000m2的中型建筑以及大型建筑的一层或者其中的几层（一般在3层以下）。另外，对于一些传统室分不易进入、但有大流量业务连续覆盖需求的特殊场景，也可以适当引入Femto系统进行覆盖。

5 Femto的接入及互操作策略

5.1 Femto的接入策略

Femto通常安装在用户的私有场所内，需要根据不同的应用场景设置相应的准入控制策略，这样既便于私有场所用户对使用Femto的用户进行限制，也有利于运营商针对不同的用户提供差异化的服务及资费。

根据控制策略的不同，Femto接入模式可以分为4种，即开放模式、封闭模式、组模式和半开放模式。采用开放模式时，Femto不作接入控制，所有处于其覆盖下的合法终端都可以接入；采用封闭模式时，只允许本Femto的准入列表信息内的用户接入，其他用户将被拒绝接入；在组模式下，多个Femto共享准入列表，组内用户可以使用该组内的任意Femto设备，而其他非组内用户将被拒绝接入；所谓半开放模式即是介于开放模式与封闭模式之间的一种混合模式，所属运营商的合法有效终端均可接入，不过归属于准入列表内的终端具有更高的优先级，在资源受限时将优先保证列表内的用户服务质量。

5.2 Femto的互操作策略

Femto通常会部署在宏网络覆盖中，这就涉及到Femto小区与宏小区之间的重选和切换问题，并且在企业级多个Femto设备应用中，还涉及到Femto小区之间的重选与切换问题。以广州联通Femto互操作的总体策略为例，在空闲状态下，Femto与宏网络小区之间可以双向重选，优选Femto；在连接状态下，Femto小区单项切换到宏网络小区；Femto小区之间可以双向重选及切换。图4所示为Femto小区与宏网络小区互操作策略。

首先，为了支持Femto与宏小区（包括2G和3G宏小区）之间的重选，需要在MSC、SGSN（包括2G和3G的MSC、SGSN）添加Femto的空口PLMN为等效PLMN，广州联通为此新申请了PLMN 46010作为Femto专用PLMN，并做了等效设置；其次，结合现网情况选择第4频点F4（10838）作为Femto频点，并分配专门的4个扰码和4个虚拟小区供Femto使用。

（1）Femto小区与宏网络小区间的重选

广州联通室外宏网络已经采用三载波组网策略（F1/F2/F3），室内采用F1同频或者F3异频策略，而Femto采用F4频点。根据3GPP TS 25.133规定，当UE终端在空闲态或连接态时，最多只能搜索2个异频的频点，如果采用传统的组网策略就会出现无法正常重选到Femto使用的F4频点的问题；这就会导致虽然系统配置了3个异频点的邻区信息，但依然无法向其中的一个频点的小区发生重选或者切换。

因此，广州联通Femto试验网采取的组网邻区策略是宏网F1/F3小区都配置到Femto的异频重选邻区，并通过小区重选偏置参数优选Femto小区，而F2不配置到Femto的异频重选邻区，Femto只配置向宏网F1的异频重选邻区；当室分异频和Femto有重叠区域时，室分异频F3配置到Femto的单向异频重选邻区。可根据图5所示邻区策略配置原则，按照规划统一的频点和扰码，人工配置宏小区到Femto邻区。

（2）Femto到宏网异频及异系统的切换

通常Femto是作为室外宏网络的补充，因此每个Femto往往都有到宏网络的正常切换需求。由于Femto具有自动搜索配置、自动优化邻区的功能，所以无需人工配置Femto到宏网络的邻区；但可以根据实际网络情况及不同业务策略，适当调整2D/2F的起压模门限。如对于CS用户，可以适当增大2D/2F的起压模门限，从而保证Femto能顺利切换到室外宏网络（包括2/3G宏网络）；而对于PS用户，考虑到移动性通常较低，可以将PS域的2D/2F门限设置得小些，同时适当提高目标频率的PS业务质量门限，从而使其不容易切换到宏网络中去。

（3）Femto间的同频切换

对于部分场景，可能需要配置多个Femto设备进行连续覆盖，因此也需要保证相邻的Femto小区之间的正常切换。由于Femto具有自动邻区配置、自动优化功能，还可根据检测结果及时添加邻区和调整导频功率；因此Femto之间的干扰很小，并且通常情况下，现有默认参数已基本满足Femto间的软切换需求，不过可根据Femto实际的部署密度和间距，适当调整1A/1B的参数和延迟触发时间。

6 结束语

Femto作为一种固定与移动网络相融合的新兴技术，在3G建网初期，Femto可与宏网络互为补充，在宏网络覆盖不到而宽带能达到的地方，Femto可快速安装部署从而提供3G服务，满足网络补盲需求，减少投诉，节省投资；在3G业务成熟期，Femto可以充分利用固网资源，从而缓解宏网络的容量压力。随着通信技术从2G、2.5G、3G向HSPA和LTE的过渡，移动数据业务占业务总量的比率越来越高，能否成功地部署Femto网络解决室内3G网络覆盖成为关键，这对通信运营商和用户都具有重要意义。

参考文献：

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