Femtocell技术与应用-电信研究院.pdf

1、研究员： Femtocell 技术与应用 电信技术演进Femtocell 是移动通信行业与 IT 行业碰撞与融合的产物，Femtocell 与 WiFi 的相似性表明移动通信行业也开始学习 IT 行业的技术理念。但 Femtocell 仍处于发展的早期阶段，面临诸多问题和挑战。 2008 年 Femtocell 市场开始起步，2009-2 010 年会是决定 Femtocell 命运的关键时期，预计 2009 年 Femtocell 将进入正式商用阶段，2010 年后将得到大规模商用。 未来集成 Femtocell、WiFi 等多种技术的家庭网关设备可以为用户提供更丰富的业务和应用。 研究员：

2、李珊 2009 年 2 月2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 1 页 版权所有声 明 本报告的著作权归工业和信息化部电信研究院通信信息研究所（以下简称“通信信息研究所” ）所有。 本报告是通信信息研究所的研究与统计成果，其性质是供客户内部参考的业务资料，其数据和结论仅代表通信信息研究所的观点。本报告有偿提供给本报告的客户使用，并仅限于该客户内部使用。 欢迎购买本报告的客户引用本报告的数据和观点作为工作之用，引用务请注明出处。 未经授权，购买本报告的客户不应以任何方式在任何媒体上（包

3、括互联网）公开引用本报告的数据和观点，不应以任何方式将本报告的内容提供给其他单位和个人，否则引起的一切法律后果由该客户自行承担。 欢迎购买本报告的客户就本报告的内容和观点与我们交流探讨，您可通过电话、传真、电子邮件方式与研究员联系。 工业和信息化部电信研究院通信信息研究所 Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 2 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136李珊 工程师，毕业于北京大学，管理学硕士。从事移动及无线领域新技术、新业务的电信决策软科学研究和电信咨询工作多年，涉及新技术、业务的政策、市场分析、发展预测

4、等方面，在宽带无线接入、移动增值业务领域有着多年的研究经验。 期间负责并参与完成多项信息产业部研究项目，并为国内外多家电信运营商完成委托咨询项目， 涉及领域包括 3G、 WLAN、WiMAX、FSO、UWB、RFI D、运营商发展策略、移动互联网新业务（如移动搜索、移动音乐下载、移动社区等）等方面。 2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 1 页 版权所有目 录 一、概述. 1 1.1 研究内容 1 1.2 研究思路和方法 1 1.3 主要研究结论 2 二、Femtocell 定义及应

5、用场景 .4 2.1Femtocell全新概念的新型室内基站4 2.1.1 概念.4 2.1.2 Femtocell 的特点.4 2.1.3 Femtocell 与传统基站的比较.5 2.2Femtocell 主要应用场景 .6 2.2.1 主要应用场景.6 2.2.2 给运营商带来的好处.8 2.2.3 给用户带来的好处10 三、Femtocell 技术及实现方案 11 3.1 网络架构与传统宏蜂窝有很大不同 .11 3.2 接入核心网实现方案仍未统一 .12 3.3 技术实现存在难点 .14 3.4 Femtocell 与 UMA 的比较.18 四、Femtocell 产业发展现状 21

6、4.1 各组织积极推进标准化进程 .21 4.1.1 Femto Forum 推出参考性架构21 4.1.2 3GPP 和 3GPP2 积极制定各自标准.22 4.1.3 TD-SCDMA Femtocell 标准刚刚起步.24 4.2 产业化进程 .26 4.2.1 芯片产业与传统蜂窝技术相比仍然比较薄弱26 4.2.2 基于 3G 的 Femtocell 接入点是主流.28 Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 2 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 623041364.2.3 Femtocell 网关功能呈现多样

7、化发展态势31 4.2.4 各制式 Femtocell 产业化进展差距较大32 五、Femtocell 商用进展 34 5.1 运营商引入及发展策略 .34 5.2 主要市场 Femtocell 商用及试验情况 .35 5.2.1 美国市场最早规模商用35 5.2.2 欧洲及亚太地区积极测试和试商用39 5.2.3 中国市场技术跟踪和测试41 六、Femtocell 未来发展趋势与前景 44 6.1 发展趋势 .44 6.1.1 技术发展趋势44 6.1.2 业务及应用发展趋势45 6.2 发展前景与面临的挑战 .47 6.2.1 发展前景47 6.2.2 面临的挑战49 2009 年2月Fe

8、mtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 3 页 版权所有图目录 图 1 Femtocell 的未来应用场景7 图 2 Femtocell 网络实现结构图.11 图 3 Femtocell 网络结构（RGW 方式） .13 图 4 Femtocell 论坛参考性的 Femtocell 网络架构.22 图 5 3GPP 组织的 Femtocell 网络架构23 图 6 3GPP2 组织的 CDMA 1X RTT 网络架构 24 图 7 AIRAVE 业务实现结构图36 图 8 Verizon Femtocel

9、l 终端. 38 图 9 Femtocell 产品商用时间进程.48 图 10 集成型 Femtocell 将占市场主导 .49 Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 4 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136表目录 表 1 Femtocell 与传统基站对比.6 表 2 Femtocell 与传统室内覆盖方案相比可大幅度节省 CAPEX .9 表 3 Femtocell 与传统室内覆盖方案相比可大幅度节省 OPEX 9 表 4 Femtocell 接入核心网的方式比较14 表 5 Femtocell 时

10、钟同步方案比较16 表 6 Femtocell 的鉴权模式17 表 7 Femtocell 与 UMA 技术的比较18 表 8 Femtocell 芯片主要厂家及产品27 表 9 主要厂家 Femtocell 接入点设备 .30 表 10 主要 Femtocell 网关生产厂家及设备 .32 表 11 各制式 Femtocell 产业链现状比较 .33 表 12 运营商的 Femtocell 发展计划一览 .34 2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 1 页 版权所有一、概述 1.1

11、 研究内容 Femtocell 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， 可以依托现有宽带网络增强移动网络的室内覆盖，节约运营商室内覆盖成本，日益受到全球运营商和设备商的关注。 同时，Femtocell 还是实现固定移动融合的一种新技术，是实现 FMC 的最好途径，帮助移动运营商最大化其利益，减少对蜂窝/Wi-Fi 双模手机的依赖，提供差异化服务。在固定移动融合趋势日益增强的今天， Femtocell 的发展更加成为产业界关注的焦点。 不过 Femtocell 是一项新兴技术，在技术、运营和业务应用等方面仍然存在很多不足，需要运营商、设备商等各个环节逐步探索。此外，对 Fe

12、mtocell 未来的发展前景和方向，业界也在热烈讨论当中。 鉴于Femtocell的发展现状， 本报告将主要研究Femtocell技术实现方案、标准进展、商用进展，分析 Femtocell 未来发展前景及应用场景，判断其今后对移动通信行业产生的影响，研究 Femtocell 未来发展道路上面临的挑战。 1.2 研究思路和方法 本报告的研究思路是，首先对 Femtocell 的定义及应用场景进行介绍，包括 Femtocell 的概念、特点及与传统基站的比较，尤其是在家庭和企业市场给用户及运营商带来的好处。 本报告的第二章将从技术及实现方案的角度， 对 Femtocell的网络架构进行介绍，并着

13、重分析目前 Femtocell 的三种接入核心网方案和技术实现难点，最后对 Femtocell 与 UMA 技术Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 2 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136进行比较。 本报告的第四章从标准化和设备产业 化两个角度，对Femtocell 的产业现状和进程进行了分析， 第五章则着重从商用进展领域，深入分析运营商引入 Femtocell 的发展策略，介绍主要市场 Femtocell 商用和试验情况。 最后，在 Femtocell 未来发展趋势和前景一章，我们对Femtocel

14、l 的技术和 业务发展趋势进行了判断，并充分考虑了Femtocell 面临的挑战，展望 Femtocell 未来发展的前景和方向。 本报告的研究过程中，涉及到的研究方法主要包括数据/信息采集方法、数据/信息分析方法。 z 数据/信息采集方法 数据/信息采集的方法分为二手资料收集和一手资料收集两种方法。 在二手资料的收集过程中， 主要通过各种公开的媒体、自有知识库以及其它研究机构的资料来进行， 而一手资料的收集主要通过电话访谈、调研、高层面访等方式进行，本报告与Picochip、中兴、华为、诺西、UT 斯达康、三星等设备厂家进行了深入调研，并对多家运营商进行了访谈。 z 数据/信息分析方法 通过

15、各种方法获得数据/信息后，我们通过对比分析、案例分析等方法进行分析。 1.3 主要研究结论 本报告在研究Femtocell的技术及应用后， 认为Femtocell还处于发展的早期阶段，技术及运营都不成熟，但未来发展前景广阔： 2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 3 页 版权所有z 总体来看， 2008 年 Femtocell 市场 开始起步。2009-2010 年可能是决定 Femtocell 命运的关键时期，预计 2009 年 Femtocell 将进入正式商用阶段，2010 年

16、后将得到大规模商用。 z 大部分 Femtocell 芯片、系统及基站产品是基于WCDMA（包括 HSPA） ，产品处于预商用阶段，产业化进程较快；基于 CDMA 的 Femtocell 已经在美国市场得到商用，但仍属于 2G 产品，还没有基于 CDMA 2000 EV-DO 的 Femtocell 设备，参与研发的厂家较少， 主要是三星等 CDMA 设备商； 而基于 TD-SCDMA的设备还处于设备验证阶段，还没有正式的商用产品问世，支持的芯片和设备厂家相对较少。 z 集成型 Femtocell 基站的发展前景乐观，集成型Femtocell 是指集成 IPTV、WiFi、DSL、3G 家庭基

17、站等多种功能和网络的家庭终端，但目前成本较高，还没有相关的成熟产品。 z Femtocell 要想在消费市场获得成功，F emtocell 的AP 价格必须从目前的每台 250 美元降到 100 美元以下。 z Femtocell 与 WiFi 技术各 有技术优势，未来集成Femtocell 、WiFi 等多种技术的家庭网关设备可以为用户提供更丰富的业务和应用。 Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 4 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136二、Femtocell 定义及应用场景 2.1Femtocell

18、全新概念的新型室内基站 2.1.1 概念 Femtocell 被称为毫微微小区，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，因此也被成为家庭基站（home base station） 。它通过用户已有的 ADSL、LAN 等宽带电路连接，远端由专用网关实现从 IP 网到移动网的连接 ，能自动完成配置并且自动开始工作 。 它的作用是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。它的外形通常和WiFi 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。 Femtocell具有1个载波， 发射功率为10100毫瓦(与 WiFi 的 AP 差不多)， 覆盖半

19、径为 50200 米， 支持 46 个活动用户，允许的最大用户运动速度为 10 公里/小时。 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 WiFi 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的满足。尤其是近年来 WiFi 技术的迅速普及、以及 WiFi/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，就受到来自移动运营商的追捧。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 WiFi 网络所控制的家庭及办公场所市场。

20、2.1.2Femtocell 的特点 Femtocell 具有有以下特点： z 低成本：Femtocell 结构简单，与传统基站相比，价格低廉，用户可以自己购买 z 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 2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 5 页 版权所有z 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 z 低功率：Femtocel

21、l 的发射功率为 10100 毫瓦，与WiFi 接入点类似 z 基于蜂窝移动网络标准：Femtocell 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WiMAX、UMB、LTE z 使用单模终端：与 UMA 技术不同，Femtocell 不需要双模终端支持 z 支持多种标准化协议： Femtocell 独立 于网络连接方式，支持连接运营商核心网的多种接口（如 UMA 和SIP/IMS 协议等） 2.1.3Femtocell 与传统基站的比较 Femtocell 与传统基站存在很大的不同， 传统基站主要分为蜂窝基站、微蜂窝基站以及微微蜂窝基站，而 Femtocell 则更像是

22、电子类产品，无需运营商安装。宏蜂窝（Macrocell）基站，发射功率45db ，室外覆盖范围约 5 公里。为了改进覆盖发展了微蜂窝（Picocell）基站，功率+39db，覆盖 500 公尺。而超微蜂窝（Femtocell）功率仅+15db，室内覆盖范围 50 公尺。根据支持用户数不同，F emtocell 又可以分为家庭用Femtocell（一般支持 3-5 个用户）和企业级 Femtocell（可支持 10 个左右用户） 。目前也有一些厂家提供可直接连接互联网的 Picocell 基站，其网络结构借鉴了 Femtocell 的原理，但由于覆盖范围和发射功率不在同一级别， 因此应用场景和应

23、用模式有很大区别，因此不在本报告的研究范围之内。 Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 6 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136表1 Femtocell与传统基站对比 特点 成本 应用 蜂窝基站（Macrocell） 体积大，功率高，用于室外覆盖 6 万美元基站运营成本 运营商安装，用于全国性覆盖 微蜂窝基站（Microcell） 较小，功率较高，用于室外覆盖 2 万美元基站运营成本 主要用于城市地区覆盖 微微蜂窝基站（Picocell） 小型，功率较低，用于室内覆盖 2000 美元 主要用于楼宇内覆盖

24、毫微蜂窝基站（Femtocell） 体积很小，功率非常低，用于室内覆盖 250 美元以下 消费者自行在家中及办公室内安装 来源：通信信息研究所 2.2Femtocell 主要应用场景 2.2.1 主要应用场景 （1）家庭用户市场 Femtocell 的出现给 移动通信在家庭市场将带来前所未有的机会。2006 年，沃达丰对用户消费习惯进行调查。调查显示，在家庭环境里，只有 4%的用户只使用移动通信，只有 1.1%的潜在用户可能在未来只使用移动通信，而 94.9%的用户则需要多种接入方式。面对如此巨大的市场，移动运营商及全业务运营商纷纷利用固定移动融合（FMC）业务来切入这个市场。但现有的技术手段

25、主要是依靠基于 WiFi 的 UMA 技术。这种方式在实现 FMC 方面尤其一定的优势，如 WiFi 接入点成本低廉、用户使用简便，但用户必须使用 WiFi/蜂窝网双模终端，这就增加了用户的替换成本。 Femtocell 给移动运营商进入家庭市场带来的新的技术选择。 对于用户来说，Fe mtocell 接入设备的覆盖半径一般在50200 米，完全可以满足家庭范围内的覆盖；而且一般的蜂窝基站网络容量是多用户共用的， 在忙时用户的通话尤其是数据连接带宽往往无法得到保障，而 Femtocell 的设计针对家庭，2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62

26、304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 7 页 版权所有可以有 46 人同时接入，这样每个用户可以获得比传统基站更好的带宽体验；此外，移动运营商可以根据 Femtocell 来确定用户所使用的场所， 进而制定更为低廉的针对家庭场所的资费套餐，给用户带来实惠；更为重要的是，用户在享受这种 FMC 服务的时候，每个家庭成员都无需更换手机终端。 随着技术的发展， Femtocell不仅可以提供3G网络的接入，还将集成 Wi-Fi、Modem 等功能，成为真正意义上的家庭网关融合设备，用户可以通过这样一台 Femtocell 设备实现移动电话、宽带上网、IPTV 等固定移动业务的融

27、合。 图 1 Femtocell的未来应用场景 来源：通信信息研究所 （2）中小型企业用户市场 在中小型企业用户市场，Femtocell 也具有 广泛的应用前景。如 Femtocell 将企业的有线宽带业务和移动电话业务进行有效融合， Femtocell 基站可以与运营商的原有网络设备无缝连接，可以充分利用中小型企业已有的宽带接入资源，为用户提供了 FMC(移动和固网融合)业务。 Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 8 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136（3）商旅用户 对于一些经常在外的商旅用户，

28、Femtocell 也可以作为便携式产品提供服务。如当商旅用户在外地或国外旅游开会时，只需将 Femtocell 产品与当地的互联网进行连接，通过互联网的网关设备直接与移动运营商的网络进行通信， 就可以实现随时随地上网的功能。 尽管目前这项服务技术实现上和价格资费可能会有一些障碍，但也存在一定范围的市场。 2.2.2 给运营商带来的好处 对于运营商来说，如果能够大规模应用 Femtocell，不仅可以大大降低蜂窝网的运营成本、提升用户感受，还可以进一步推动固定移动融合的发展，提供差异化的服务： z 增加网络容量 ：通过用户自行安装 Femtocell 设备，可以减少对移动运营商自身网络的压力，

29、用户在家中的通话流量可以通过互联网接入移动核心网，不需要经过移动接入网； z 节省 CAPEX ：以往移动运营商的室内覆盖主要是通过微蜂窝和微微蜂窝基站实现的，但这类基站同样需要铺设同轴电缆、光纤、天线等资源，Femtocell 可以节省这部分成本；此外传统基站往往需要移动运营商铺设大量的回传网络接入核心网， 而 Femtocell 的出现可以将大量的通信流量分流到固定宽带网络上去。 2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 9 页 版权所有表2 Femtocell与传统 室内覆盖方案相

30、比可大幅度节省CAPEX 低低高高传输线路租用成本传输线路租用成本同轴电缆/光纤同轴电缆/光纤降低宏网络容量压力 ,增加宏网络覆盖范围降低宏网络容量压力 增加宏网络覆盖范围扩容压力大扩容压力大宏网络扩容宏网络扩容天线/馈线天线/馈线Femtocellmtoc主/从单元/BTS/BSCBSC安装材料安装材料Femtocell先前的室内分布方案来源：通信信息所 z 节省 OPEX ：Femtocell 还可以帮助运营商大幅度节省运维成本，如机房的租赁费用、电源及电费等，通过实施 Femtocell 这些费用都可以由用户来承担， 大大节省了运营商的 OPEX。 表3 Femtocell与传统 室内覆

31、盖方案相比可大幅度节省OPEX 低 (扁平化结构 ,易维护 )低 扁平化结构 易维护高高不同网元的运维成本不同网元的运维成本电源及空调电源及空调低低高高室内覆盖系统维护成本室内覆盖系统维护成本电能消耗电能消耗由用户承担由用户承担机房租赁机房租赁运营成本运营成本Femtocell先前的室内分布方案来源：通信信息所 z 提高 3G 网络室内覆盖效率 ：由于 3G 技术使用的频段比 2G 网络要高，因此对建筑的穿透能力不够，而 3G网络提供的各种多媒体服务又需要网络能在覆盖和传输速率上保持一致。Femtocell 可以很好的解决这个问题，大大提高室内 3G 网络的覆盖效果。 z 提高 ARPU 值

32、：网络性能的提升，必然可以提高用户的客户体验，进而推动 3G 数据业务的发展，为运营商带来更多的收入。 Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 10 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136z 提供固定移动融合服务： 把现有固定业务和移动业务进行绑定，提高用户的忠诚度；利用家庭套餐等业务绑定模式还可以吸引家庭成员成为忠诚的业务使用者；把固定网络的业务扩展到移动终端，增强用户的使用体验，增加 APRU 值。 2.2.3 给用户带来的好处 同样的，对用户来说， Femtocell 的广泛使用也会给用户带来便利和优

33、质服务： z 室内信号覆盖质量大大提高：Femtocell 可以提供遍及全家各处的优质信号覆盖；用户可以获得较普通基站功能更强、内容更丰富的语音和互联网服务； z 更经济的服务：由于 Femtocell 放置在用户家中，运营商可能给予用户补贴、优惠和更经济实惠的家庭域套餐； z 改善移动宽带体验：由于覆盖的用户少， Femtocell可以为每个用户提供更高速率的宽带服务和给用户更好的宽带体验； z 优质的语音质量：由于每个 Femtocell 只连接几个用户， Femtocell 采用新一代的语音编码技术，使语音质量更好； z 终端通用：Femtocell 与现有网上的移动终端通用，用户无论在

34、外面还是在家中，都 可 以把手机作为主要通信工具，实现一个手机、一个号码、一个通信录、一个账单的便利； z 节省电池：Femtocell 覆盖半径小，接入的手机会降低其发射功率，从而节省电池，减少对人体的辐射。 2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 11 页 版权所有三、Femtocell 技术及实现方案 3.1 网络架构与传统宏蜂窝有很大不同 Femtocell 主要应用于家庭或中小企业使用， 由于室内通信的特点不同于室外环境，对容量需求小，且没有用户突然增加的情况，不需要过多考虑

35、呼吸效应、切换等问题，因此 Femtocell系统在网元功能配置上与传统宏蜂窝 网络有很大的不同。Femtocell 设备数量众多，一般采用偏平化的网络结构，即Femtocell 设备集成 了传统宏蜂窝网络中多个网元的功能，如NodeB、RNC、SGSN、GGSN 等。对于 Femtocell 设备的功能组成及其设备接口，各厂家都有不同的实现方式，通常功能集成方案有两种，第一种是集成 NodeB、RNC 功能，第二种是集成 NodeB、RNC、SGSN 与 GGSN 功能。 图 2 Femtocell网络实现结构图 来源：通信信息研究所 Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第

36、 12 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136Femtocell 设备的引 入原则上不对移动核心网产生任何影响， 设备集成的功能越多， 其网络结构就越扁平化， 当 Femtocell设备集成了 NodeB、RNC、SGSN 与 GGSN 功能的时候，用户通过 Femtocell 设备就可以直接接入 Internet 网络，无须经过移动分组域核心网。 没有集成 SGSN 与 GGSN 功能情况下，Femtocell 相关网络设备包括两大部分： Femtocell接入点 （或CPE） 和Femtocell网关。Femtocell

37、 接入点就是毫微微蜂窝，而 Femtocell 网关的引入主要是由于核心网并不能直接感知成千上万的Femtocell 接入点设备，因此需要一个网关对 Femtocell 接入点进行统一的管理和鉴权控制。 3.2 接入核心网实现方案仍未统一 目前提出 Femtocell 接入核心网的各种接入方式，主要可以归纳为 3 种。 z Iu-b over IP 方式 Femtocell 设备只具备 NodeB 部分功 能，是最早提出的Femtocell 接入方案。此方案需要的初期投资小，Femtocell可以与宏蜂窝共用 RNC 设备，网络结构清晰。其缺点是经济性能较差，由于 RNC 具有容量与端口的限制

38、，理想情况是由大容量宏蜂窝基站占用端口，而 Femtocell 恰恰是端口消耗型的低容量配置设备，数目众多且同时在线用户很少，造成 RNC 设备端口与容量的浪费。 核心网与 RNC 都把 Femtocell 设备看做普通 NodeB 来处理，其网络结构与传统 3G 网相同。此方式可实施性差。 z RAN 网关方式 Femtocell 设备集成了 NodeB 和 RNC 的部分功能后，可以在核心网与 IP 接入网之间引入一个新的网元即 RAN 网关。2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第

39、 13 页 版权所有RAN 网关（RGW）在 Iu Over IP 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。RGW方式初期投资小，对核心网影响小。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，如下图所示。为了支持这种方式，3GPP 专门为 Femtocell 设备制定了接口协议Iu-h 接口。 图 3 Femtocell网络结构（RGW方式） 来源：通信信息研究所 z SIP/IMS 方式 Femtocell 设备集成了 N

40、odeB 和 RNC 的功能，是在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。总体而言，Femtocell 接入核心网的技术方案仍未统一，但运营商可能更倾向于选用具有平滑升级能力的 RGW 设备。 Femtocell 技术与应用 2

41、009 年 2 月 第 14 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136由于具备业务透明度高、成本低、对网络影响小的优点，目前多数厂家选择了 RGW 实现方式。现实中，各厂家提供的Femtocell 设备经常是集成了 ADSL 家庭网关等功能的综合性产品，有的还提供了 Gi 接口，这使得移动用户可以通过Femtocell 设备直接接入 Internet 网络，而不需要接入移动分组域核心网。 表4 Femtocell接入核心网的方式比较 接入方式 Iub over IP RGW SIP/IMS Femtocell 接入点集成的网元

42、功能 Node-B Node-B，部分 RAN 功能 Node-B，全部 RAN 功能 核心网类型 移动核心网 CS/PS 移动核心网 CS/PS 基于 SIP 协议的核心网 接入形式 直接接入与宏基站共用RNC 通过专用的 RGW 接入 与核心网采用 SIP 协议连接，直接接入 初期投资 小 小 大 运营维护 简单 简单，成本低 复杂，成本高 经济效益 差 较好 好 可实施性 差 容易 复杂 来源：通信信息研究所 3.3 技术实现存在难点 （1）频率干扰 Femtocell 工作在授权频段。如果宏蜂窝和 Femtocell 网络使用相同的频段， Femtocell 功率控制算法会和大 Mac

43、rocell（宏蜂窝）产生干扰，从而降低网络容量和服务质量。在多层住宅单元，多个 Femtocell 不仅与 Macrocell（宏蜂窝）产生干扰，彼此间也会产生干扰。目前的解决方案有两种： z 为 Femtocell 指定信道 确保宏小区和Femtocell之间无干扰， 但大量的Femtocell时此法还需要进一步验证； 2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 15 页 版权所有z 扫描并进行自动配置 Femtocell 启动时， 扫面所有邻小区并报道网管。网管为femtocell

44、选择最合适的中心频率 对于频率资源丰富的运营商， 可以选择制定信道的方式避免干扰，这种方法更为有效。 （2）网络切换 宏蜂窝网络和家庭基站使用不 同频率是避免干扰的主要方法。这要求在家庭基站和宏基站之间进行硬切换，以及具有一定智能切换以管理相邻家庭基站之间的 干扰。这也引发了Femtocell 与室外小区的切换协调问题， 比如切换频率和功率的配置等。 此外 Femtocell 之间的切换策略也同样需要研究。目前基站的邻区列表只支持 32 个小区，宏蜂窝如何知晓它的所有相邻Femtocell 是个问题， 因为一个宏蜂窝附近可能会有几十几百个Femtocell 基站。目前切换存在三种情况： z 空

45、闲模式下的切换 (MacroFemtocell)：执行小区重选 z 激活模式下的切换 ( Femtocell Macro) ：把宏基站的配置加入 Femtocell 的邻区列表 z 激活模式下的切换(Macro Femtocell) : 未实现 目前从室外到室内 Femtocell 的切换还无法实现，这个问题还需要进一步研究。 （3）时钟同步 对于 TD-SCDMA 和 CDMA 2000 的 Femtocell 设备，存在时钟同步的问题。目前，Femtocell 在时钟同步上采用的方法有： Femtocell 技术与应用 2009 年 2 月 第 16 页 版权所有 工业和信息化部电信研究院

46、 通信信息研究所 北京海淀区花园北路 52 号TEL 62304136z 采用 IEEE 1588 精 密钟同步协议，同步时钟信号通过互联网进行传输，但这需要对传输网进行改造； z 使用 GPS 时间参考，在 Femtocell 中内置 GPS 芯片，直接通过 GPS 定位信号进行同步，但成本较高； z 接收附近的宏基站信号进行定时。主要采用通过接收周围宏基站信号和 GPS 时钟定位这两种方式来提取同步时钟信号。但这种方式需要室内覆盖宏基站信号。 表5 Femtocell时钟同步方案比较 方案 特点 存在问题 IEEE 1588 同步时钟信号通过互联网进行传输 目前只适用于局域网， 而且需要宽

47、带服务提供商支持， 对传输网进行改造 GPS 在 Femtocell 中内置 GPS 芯片， 直接通过 GPS 定位信号进行同步 成本高， 且用一根很长的电缆将 GPS 信号从安装于室外的GPS 天线引入非常不实用 接收宏基站信号进行同步 主要采用通过接收周围宏基站信号来提取同步时钟信号。需要室内覆盖宏基站信号。 来源：通信信息研究所 从三种方案的对比来看，这三种方式的使用都有局限性，分别适用于不同的场合。 在运营商不具备宽带接入和传输网资源的场景，运营商一般可以采用宏基站信号来进行同步；而在具备宽带和传输网资源的情况下，运营商可采用 IEEE 1588 模式；而对于 GPS 模式来说，适合应

48、用于一些对成本不敏感的市场。 （4）位置问题 Femtocell 体积小、可携带，通过互联网接入核心网，因此存在一个潜在问题： 例如用户将 femtocell 从中国带到美国可以享受免费漫游服务， 而且在美国产生干扰。 目前有几种解决方案： z 宏蜂窝定位模式 2009 年2月Femtocell 技术与应用 北京海淀区花园北路 52 号 TEL 62304136 工业和信息化部电信研究院 通信信息研究所 第 17 页 版权所有Femtocell 启动时， 首先作为 UE 从邻近宏小区获得定时同步。Femtocell 可以根据宏蜂窝的位置确认在目标服务区域内 z 与 ADSL/宽带连接捆绑 Fe

49、mtocell 只有连接到规定的 ADSL/宽带接口才可工作，这需要 ADSL/宽带业务提供商的支持 z GPS 模式 用GPS提供的经纬度可以判别用户是否在合法的服务区域内。 （5）接入控制模式设定的问题 针对 Femtocell 的用户接入，目前有三种模式：全开放、半开放和封闭。 表6 Femtocell的鉴权模式 Case:有宏网络覆盖 Case:没有宏网络覆盖 模式 是 否 需要本地鉴权? User not in Access List User in Access List User not in Access ListUser in Access List Full-open No 优先驻留 Femtocell 网络 Open Yes 驻留在 Femtocell网络，但是只具有发起业务的较低优先级 驻留在Femtocell网络，但是只具有发起业务的高优先级 Closed Yes 优先驻留 宏网络 优先驻留Femtocell可驻留在Femtocell 网络，但是只能发起紧急呼叫 可驻留在 Femtocell网络，可以发起所有业务 来源：通信信息研究所 z 全开放：不需要进行本地鉴权，家庭成员和非家庭成员都可以使用，空闲模式下可以附着