Femtocell家庭基站技术及LTE系统中的应用延伸

1Femtocell家庭基站技术及LTE系统中的应用延伸刁兆坤24/11/20092汇报纲要Femtoce介绍Femtocell接入核心网的解决方案Femtocell接入控制与切换Femtocell与Wi-Fi对比Femtocell标准化进展Femtocell应用推广LTE中的Femtocell3Femtocell介绍毫微微小区(也称飞蜂窝)，是一种小型、低功率蜂窝基站，主要用于家庭及办公室等室内场所，因此也被称为家庭基站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外形通常和Wi-FiAP类似，既可以单独使用，也可以集成在家庭网关中作为家庭网络的一部分5Femtocell介绍--概念由来Femtocell概念最早由英国Ubiquisys公司提出，源于3G初期覆盖的不足以及Wi-Fi技术的挑战。3G发展初期的网络建设重点主要是室外覆盖，用户在室内的通信需求往往无法很好地满足。尤其是近年来Wi-Fi技术的迅速普及以及Wi-Fi/蜂窝网双模手机的不断增多，3G话音及数据业务都有被分流的危险。在这种情况下，Femtocell概念一经推出，就受到移动运营商的追捧。利用这种新技术及终端，移动运营商可以进入原来被固定网络和Wi-Fi网络所控制的家庭及办公场所市场。6Femtocell优点宽带接入：Femtocell是基于IP协议的，采用扁平化的基站架构，可以通过现有的DSL、cable或光纤等宽带手段接入移动运营商的网络低功率：发射功率为10～100mW，与Wi-Fi接入点类似。它具有1个载波，覆盖半径为50～200m，支持4～6个活动用户，允许的最大用户运动速度为10km/h基于蜂窝移动网络标准：可以基于任何移动蜂窝通信技术，包括现有的3G标准及即将成熟的UMB、LTE，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。支持多种标准化协议：支持连接运营商核心网的多种接口用户安装：支持即插即用，用户可以自行安装Femtocell终端，只需要运营商进行激活低成本：结构简单，与传统基站相比，价格低廉，用户可以自己购买7运营商采用Femtocell的好处提高服务质量：由于改善了室内信号覆盖质量，可以明显提高用户的宽带和语音服务质量；减少CAPEX：Femtocell由用户购买，并且使用用户的宽带接入电路，减少了网络设备的扩容和相应基站链路的投资；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；增加用户黏性，由于Femtocell具有很好的室内覆盖特性和带宽，运营商再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；增加ARPU，由于室内覆盖性好和带宽高，用户将增加对多媒体服务的使用，从而增加ARPU。8接入核心网的解決方案Iu-boverIP方式IuoverIP方式(RAN网关方式)SIP/IMS方式9Iu-boverIP方式此架构以现存的3G网络架构为基础。Femtocell设备只具备NodeB功能，是最早提出的接入方案10优点：Femtocell可以与macrocell共用RNC设备，网络结构清晰。缺点：可实施性差：造成RNC设备端口与容量的浪费经济性能较差11IuoverIP(RAN网关)方式Femtocell设备集结了NodeB和RNC功能在核心网与IP接入之间引入RAN网关(RGW)。RAN网关在IuOverIP接口收集来自Femtocell的业务，然后通过标准Iu-CS、Iu-PS端口分送到核心网。12RGW特点：核心网将RGW当成普通RNC设备处理，RGW负责网络安全、业务汇聚、协议转换、Femtocell设备管理与配置及Femtocell设备的接入控制RGW优点：业务透明度高成本低对网络影响小13SIP/IMS方式网络发展的最终目标遵从3GPPIMS协定、VoIPSIP协定。RNC所执行的功能则被完全移到Femtocell端。按全IP化的方式部署Femtocell网络架构。14SIP/IMS特点：在Femtocell与核心网之间采用基于SIP协议的连接方式，运营商同时建设一张基于SIP协议的核心网，与现有分组、数据核心网络同步运行，Femtocell用户由新的核心网提供服务。其缺点是需要将宏蜂窝网络的现有的业务复制到SIP网络上，加上建设新核心网的费用，其初期投资比较大。SIP/IMS方式是网络发展的最终目标，但在核心网升级到IMS全IP网络之前，此方式投资比较大，维护成本高。运营商可能更倾向于选用具有平滑升级能力的RGW设备。15Femtocell的接入控制16接入控制接入层的UE接入鉴权：用户必须可以设置Femtocell的接入模式，是否允许所有用户接入？能否设置不同的接入用户？Femtocell信号是否可以独享？因此Femtocell必须设置一个白名单编辑功能，以满足对Femtocell接入终端的控制。Femtocell基站设备的接入控制：运营商要能够监控Femtocell基站的使用，并控制其IP是否允许接入。目前主要采用在Femtocell基站内置一张类似于SIM卡的信息鉴权设备，在用户获取Femtocell基站时，运营商可以在SIM卡上烧制相应的鉴权信息。核心网3GPP标准的UE接入鉴权：Femtocell对用户的接入必须满足3GPP对3G的各项标准规定。17Femtocell的切换18HandoverofFemtocell切换的三个方向：FemtocelltoFemtocellFemtocelltoMacrocellMacrocelltoFemtocell有效地降低macrocell的负荷量及频谱资源19切换控制Femtocell和Femtocell之间的切换及Femtocell向宏峰窝小区的切换不存在问题，只要在Femtocell中设置相应的邻区列表即可。但宏峰窝小区向Femtocell的切换中，由于Femtocell小区众多，宏峰窝邻区列表有限，因此宏峰窝向Femtocell方向的切换目前还在讨论当中。由于运算的复杂度及成本问题，大部分运营商已经同意可以放弃宏峰窝小区向Femtocell的切换。但有少数设备商也提出了逻辑小区的概念，将多个Femtocell归为一个逻辑小区，宏峰窝只关心逻辑小区的设置，而无需了解Femtocell的真实小区，以此来解决邻区列表有限的难题。20Femtocellvs.Wi-Fi21Femtocellvs.Wi-FiFemtocellWi-FiPower靠近基地台时可以将功率降下来，节省电池能量功率：10mW～100mW需外接电源或者具有大容量电池的设备功率：10mW～100mW(WiFiAP)支持能力支持所有的标准3G手机需增加额外的BOM和整合费用语音通信质量在授权的频段，能提供高品质的服务工作于未授权的频段，易产生噪音与延迟安全性能较好较差终端设备不需特殊终端设备需要Wi-Fi双模手机或其他设备成熟度尚未成熟厂商、产品数量多，较为成熟覆盖半径20m～50m100m最大移动速度10km/h10km/h22Femto的标准化进展Femtocell的标准制定工作已获很大进展。今年4月，3GPP已制定了WCDMAFemtocell标准，升级到符合该标准的设备预计在未来6个月投向市场；CDMA2000Femtocell标准将于最近2-3月内由3GPP2推出；TD-SCDMAFemtocell标准也在制定之中；Femto论坛的成员企业目前已有117家，其中包括52家运营商及65家供应商，供应商中就包括芯片厂商、系统制造商、软件提供商、内容提供商等。Femto论坛主席桑德斯预计，2010年上半年会有更多运营商加入部署Femtocell，在2010年下半年将可能实现规模商用23Femto的标准化进展2009年中国Femtocell家庭基站高峰论坛于2009年10月15日在北京亮马河饭店隆重召开。会议得到了全球Femto论坛(FemtoForum)的鼎力支持，吸引了包括来高通、华为、世纪互联、CCPU、Rakon、Airvana、Picochip、Ubiquisys、中国移动、中国电信、中国联通等多家设备制造商、移动运营商的鼎力加盟。通过技术培训、主题演讲、精英论坛、产品展示等多种形式，同与会者共同分享Femtocell在近一年来全球最新动向。24Femto的潜在应用室内覆盖：室内覆盖有两方面，第一是解决信号覆盖问题，第二解决容量问题。Femtocell室内覆盖方面具有自己的优势和特点FMC：全业务经营下的市场竞争需要综合优势，把移动这个“翼”和“虎”结合好形成综合竞争优势的课题摆在固网运营商的领导面前个人应用25Femtocell部署的必要性在3G建网之初，大多数运营商选择先用宏覆盖方案解决覆盖问题，然后再解决容量问题。到了3G业务发展阶段，用户规模稳步增长，而且早先开通业务的3G用户已经习惯使用高速数据业务，此时粗放型的3G宏覆盖就无法很好地满足家庭区域内的高速数据业务覆盖需求。尤其是在密集的居民区用户家里，粗放型的3G宏覆盖投资成本高，投资效率低下，用户感知度较低，因此需要考虑容量和覆盖进一步深入的Femtocell解决方案。26加快推进TDFemtocell据统计，室内通信量占整体业务的比例高达57%，数据业务的室内发生比例则更大。引入TDFemto基站，有利于提升TD用户的室内业务体验，有利于推进TD终端在家庭信息化中的应用，有利于运营商提供高效室内覆盖解决方案，可降低网络建设成本。相比WCDMA，CDMA2000，TD更加需要Femto增强覆盖。现有TDD频率资源都在1800MHz及以上，采用室外宏蜂窝实现室内TD信号覆盖的代价很大，而TDFemto是一个性价比非常高的补充和替换方案。27Femtocell应用技术难点规避与宏蜂窝网络的相互干扰。针对中国市区建筑密集的国情，干扰问题是Femtocell必须克服的一个难题，尤其在基站附近室内信号也比较强的区域，避免出现乒乓切换等影响网络质量的问题。实现与宏蜂窝网络的切换。Femtocell技术的初衷是要实现与宏蜂窝网络的无缝切换，但由于Femtocell设备数量庞大，基站邻小区列表配置不具备可实施性，目前宏蜂窝到Femtocell的切换尚存在难度。运营商需要制定合理的用户接入策略。这一方面可以很大程度上规避Femtocell信号对非Femtocell用户产生的强干扰，一方面有利于保证Femtocell与宏蜂窝网络的服务质量，保护运营商的品牌形象。28Femtocell应用推广难点从商业模式角度看，Femtocell作为一种新的接入方式要想获得成功，需要满足以下两个条件：3G数据业务形成主流。当数据业务量和3G用户渗透率都比较高的时候，运营商可以从Femtocell获得可观的收益。如果3G市场没有得到充分发展，Femtocell经济效益不明显，其所节省的宏蜂窝网络建设成本可能远远低于Femtocell所需的投入。宏蜂窝网络容量或覆盖存在不足。如果宏蜂窝小区间距满足要求且容量配置充足，那么依靠宏蜂窝基站完全可以解决室内外覆盖需求，Femtocell对运营商也就失去了意义。除了运营商的支持，Femtocell的大发展还需要用户的广泛接纳。运营商需要为Femtocell制定完善的商业模式与具有竞争力的销售策略，吸引用户目光，提高用户试用的积极性，通过提供丰富多彩的特色业务、优惠的价格、良好的客户体验等手段来增强用户认知度，逐步扩大客户规模。29LTE标准引入Femtocell引入了家庭式基站的LTE系统，在整体的网络结构上和没有配置家庭式基站的LTE系统基本上一致。目前的LTE规范还暂不支持家庭式基站之间的X2接口。E-UTRAN在逻辑结构上引入了家庭式基站网关（HomeeNBGateway,HeNBGW），相当于扩展了家庭式基站和核心网之间的S1接口，从而可