CDMA Femto发展策略之探讨

CDMAFemto发展策略之探讨中国电信北京研究院王建秀一、Femtocell之起源Femtocell又称飞蜂窝，是一种安装在室内的低功率小基站，又称为“家庭基站”。其发展的驱动力主要来自于移动运营商，产品初衷主要是在不改变现有移动通信空口技术的前提下（既对移动终端不需要做任何改变），更好地解决室内信号覆盖弱、室分系统布线难等网络运营实际中存在的具体优化问题。根据移动通信的蜂窝结构理论，从空口角度讲，按照基站覆盖范围大小和容量等因素，传统基站类型具体可分为Macrocell、Microcell、Picrocell，Femtcell比Picrocell覆盖范围更小，容量更少，而且主要定位于家庭环境应用的一种设备类型。但是，Femtocell又不同于传统的蜂窝基站，在系统架构设计上借鉴了家庭网关的设计理念，用户端类似一个AP设备，网络侧部署网关设备，通过网关设备实现对AP的设备管理、移动性管理等功能，AP和网关之间的传输方式则采用了ADSL等有线方式，部署方式灵活，希望具备即插即用的特性。从系统架构和组网角度讲，Femtocell又构成相对蜂窝网络较为独立的单独网络，因此称之为“飞网络”也不为过。两者的网络结构示意图比较见图1。为了便于论述，Femtocell简称Femto，其产品称为FAP。图1Femto和CDMA网络结构示意图从上述论述中我们可以看到，Femto设计理念体现了三个方面最突出的优点：1）Femto为移动运营商解决室内信号难覆盖难优化提供了一种方便和灵活的技术手段；2）Femto充分利用了固网的有线和宽带资源，最大程度地节约了建网成本，安装速度快；3）用户无需更换手机就可以享受Femto的服务。随着国民经济的高速发展，城市的变化日新月异，现代化的CBD、社区、开发区、科技园等如雨后春笋，高高低低、各式各样的新型建筑层出不穷，这都为移动无线网络的室内覆盖优化带来很大挑战，整体设计的传统解决方式如利用室外基站覆盖室内、建设室分系统等无法解决所有的室内覆盖问题，这正是Femto受到通信运营商关注的主要原因。2007年7月，国际上成立了Femto论坛（FemtoForum），当时只有40个左右成员。2009年3月，该论坛已拥有105名会员，其中运营商有43个，几乎包括了所有的主流移动运营商。二、CDMAFemto发展现状由于Femto设计理念就是要作为移动网的覆盖补充手段，因此其技术实现与蜂窝制式紧密相关，目前全球三大主流的3G制式WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，根据各自的技术特点，其Femto产品形态及产业链也各不相同。1）产业链参与情况CDMAFemto芯片解决方案可以有多种方式，如Airvana公司采用FPGA方式，Picochip采用SDR方式，今年高通公司宣布了支持CDMAFemto的芯片研发计划。CDMAFemto的设备提供厂家目前主要有三星、Airvana、Airwalk、摩托等公司。到目前为止，三星能够提供1X的商用Femto产品。Airvana能够提供1X＋DOA的商用Femto产品。2）CDMAFemto商用情况美国Sprint公司早在2007年就开始了1XFemto商用部署，目前市场推出的品牌叫AIRAVE，FAP价格为99.99美元/个，采用三种资费模式：功能费4.99美元/月，个人语音包月10美元/月，家庭语音包月20美元/月。目的是将室内覆盖作为一项增值服务，并且通过资费优惠吸引用户使用。2009年1月，Verizon公司也推出了品牌为VerizonNetworkExtender的Femto产品，FAP价格为249.9美元/个，无额外月租费，目的是解决盲区覆盖。日本KDDI公司也在2008年进行了Femto试验，期望能建1~2万个FAP，主要应用是家庭覆盖，兼顾小型商业场所（咖啡厅，便利店等），目前主要由运营商负责安装。CDMA2000的Femto和WCDMA的Femto相比，主要存在的缺陷是产业链参与厂家少，产品价格高，而且还会存在产品技术升级换代速度慢等潜在风险。究其原因主要还是规模效应所致。纵观移动通信国际市场格局，CDMA2000的既有市场，如日、韩、美已进入饱和期，新兴市场如亚太、非洲等几乎没有。中国电信也积极跟踪CDMAFemto发展，并在上海进行了相关的技术实验。测试结果表明CDMAFemto基本能达到比较好的业务性能，相信在中国，CDMAFemto有广阔的发展空间。三、CDMAFemto关键技术CDMAFemto目前关注的技术问题主要体现在以下几个方面：1）网络结构的标准化目前FAP与网关之间的接口、网关和CDMA核心网之间的接口还没有做到规范化和标准化，总体上讲有三种大的模式：一种是IMS方式，适用于已部署IMS网络的运营商，一种是IOS方式，适用于CDMA软交换的运营商；一种是混合模式，是IMS和IOS的组合。现实情况下，FAP与网关之间的接口各厂家仍采用自己的私有协议，网关和CDMA的MGW/MSCe之间接口也没有规范化，有基于SIP的实现方式，有基于标准A1p/A2p接口。从便于将来的网络运营角度出发，运营商必需规定这些接口的标准化和开放性，以减少产品适配和管理的难度。这些标准化工作正在3GPP2中开展。2）实时业务的连续性由于CDMAFemto和CDMA蜂窝系统都在800M同一频段上部署，因此从系统空口的资源规划角度需要将两者联合考虑，比如频点、PN码、功率、干扰、切换等。但是由于FAP的特点是数量多、范围小、部署灵活，网络层的实现机制与CDMA不同，两者的协调机制尤其是移动性管理非常复杂。对于切换问题，目前可以实现空闲状态下，FemtoAP和CDMA基站之间的切换，通话状态下CDMA基站向FemtoAP的单向切换，FemtoAP向CDMA基站的切换还无法实现。另外为了最大限度地降低两者间的干扰，FemtoAP也采用了一些自动干扰测量、频率自动规划和功率自动调整等技术，但是大规模商用推广对CDMA蜂窝网的性能影响、网络优化和管理的复杂性等实际问题还需要进行研究和评估。3）时间同步CDMA2000网络需要严格的时间同步，目前主要依靠GPS同步方式实现，基站都需要安装GPS接收天线，并保证能同时接收到三颗星的信号。FAP精确的时间同步是系统能够正常运转的前提。在室内环境下，GPS信号会比较弱，这对CDMAFemto技术和产品实现提出了更高的挑战，对产品安装也提出了更高的要求。目前FAP的GPS接收天线可以有两种方式，外置或者内置，并且要求设备在室内的放置地点控制在信号能够穿透一堵墙的范围内，最好是离窗边比较近。同时采用网络辅助GPS方式，加快GPS同步的捕获时间和精度。此外，在实际运营中还会遇到FAP的自动配置、流量规划和路由优化、QOS机制等问题需要研究。四、CDMAFemto发展策略建议综前所述，Femto为运营商解决室内覆盖提供了灵活的方式和手段，但是目前仍有一系列的问题，包括标准化、技术及组网、运营等都需要积极研究和解决。对于CDMAFemto的发展，中国电信会重点采取以下发展策略：1）根据中国电信的CDMA网络发展策略提出CDMAFemto的解决方案建议，并积极推进在3GPP2和FemtoForum等相关的国际标准化研究。2）积极推动CDMAFemto产业链的壮大与成熟，积极研究和解决商用中可能存在的各种技术问题，同时要根据技术演进同步提出CDMAFemto的产品路标以及应用场景变化所提出的能力扩展要求。3）探索Femto的商业运营模式，在解决基本覆盖功能之外，还需要在业务和应用层面进行深层次挖潜。如作为家庭智能化的控制节点提供三屏融合的创新型业务。总之，笔者认为Femto做为一种家庭或者中小企业环境应用的小型化产品，既充分发挥了蜂窝网的无线技术优势，又屏蔽了WLANAP等其它无线接入型产品运营难的劣势，在特殊场合下能发挥独特优势，对全业务运营商非常具有吸引力。作者简介王建秀，高级工程师，现任中国电信北京研究院移动业务部副主任，主要从事移动通信的技术研究、网络规划等科研工作。