1 Femto技術概述

1.1 Femto標準進展

3GPP稱Femto為Home Node B（HNB），即家庭基站。3GPP于2007年3月啟動HNB的相關研究工作，其目標是試圖形成家庭基站的標準應用場景，找到標準的解決方案。2008年5月3GPP完成了這個研究工作，形成了技術報告：TR 25.820“3G Home Node B Study Item Technical Report（R8）”。

R8規范了HNB架構、Iuh接口、CSG相關標識、測量規則、小區選擇與重選規則、HNB網管南向接口等方面的內容。R9將繼續完善HNB的標準，工作目標主要涉及以下幾部分：從宏小區到HNB小區的連接態的切換、從HNB小區到HNB小區的連接態的切換、支持OPEN模式和hybrid模式的HNB小區、Iuh接口上CS業務的上行復用。

行業標準方面，2009年4月CCSA開始了HNB系列行業標準的制定。該系列標準包括家庭基站設備技術要求和測試方法、家庭基站網關設備技術要求和測試方法、家庭基站管理系統設備技術要求和測試方法、家庭基站與家庭基站管理系統之間接口測試方法、家庭基站Iuh接口技術要求和測試方法。目前該系列標準已經陸續完成報批，處于待發布階段。

1.2 Femto產業鏈狀況

在Femto標準制定的同時，產業界也迅速跟進，華為、阿朗、諾西在2009年年初第一批推出了Femto解決方案，到2009年下半年思科、NEC、新郵通等廠家都推出了自己的Femto產品。從設備產業鏈的角度講，Femto技術已經成熟，具備了規模商用的條件。

商用方面，NTT Docomo、Vodafone、T-mobile等主流運營商已開展相關試驗，Sprint、Verzion、AT&T 也在著手Femto的試驗和商用籌備，但是目前尚未有真正大規模商用的Femto網絡。

2 Femto關鍵問題

2.1 網絡架構

Femto接入網絡主要由HNB、家庭基站網關（HNB GW）、安全網關（SeGW）和家庭基站網管系統（HMS）構成（見圖1）。HNB為用戶私有設備，通過公共IP網絡連接到HNB GW，HNB GW通過Iu接口連接到核心網。從核心網來看，HNB接入網是RNC，HNB GW通過標準的Iu接口接入到核心網；從UE側來看，HNB接入網是Node B，HNB與UE采用標準的Uu接口進行通信。



圖1 Femto 我網絡結構

HNB具有Node B的無線承載功能，向終端提供標準的Uu接口，同時也集成了RNC的無線資源管理、移動性管理等功能，HNB還提供了HNB GW的Iuh接口。

HNB GW是為HNB系統新增的網關設備，將來自眾多HNB的業務匯聚在一起，然后通過標準的Iu_CS和Iu_PS接口傳回到已有的核心網絡，這樣就向核心網屏蔽了Iuh接口和HNB系統特性。HNB GW還具有Iuh鏈接管理、UE注冊、HNB注冊、UE接入控制等功能。

HMS主要提供HNB的網絡管理功能，HMS與HNB之間采用TR069協議。具體的網管功能包括用戶管理、軟件管理、參數配置、故障管理、性能管理、HNB拓撲管理、日志管理等。HMS還支持HNB初始化過程中的HNB GW發現功能，為HNB提供初始配置數據，對HNB進行位置信息驗證，準入列表維護。

2.2 自配置自優化功能

自配置自優化功能是Femto最重要的功能。

一方面，Femto數量眾多，運營商不方便也不可能投入巨大的精力對其進行開通和維護，這就要求HNB能夠即插即用，維護便捷。即插即用指Femto上電后，自動完成認證鑒權、網絡發現、IP獲取、IP Sec隧道建立、自動參數配置等過程。維護便捷指運營商可以通過OMC進行遠程批量配置管理、軟件升級、日志自動保存等操作。

另一方面，Femto部署的一個重要原則是不能對宏網絡產生較大干擾，不能造成宏網絡質量的下降。這就要求Femto具有自適應自優化算法，保證最優的發射功率，以減小Femto網絡對宏蜂窩的干擾。

此外，Femto具有自動無線測量、自動鄰區配置等功能，以滿足其與宏網絡之間的移動性管理要求。

2.3 UE接入控制

Femto是用戶私有設備，所以要對終端進行接入控制。根據接入控制策略的不同，3GPP將Femto分為3種模式，即封閉模式、開放模式和混合模式。

采用封閉模式時，只允許本Femto的用戶接入，拒絕其他用戶接入。CSG就是封閉用戶組的概念（在R8中引入），用來作接入控制。根據終端對CSG的支持，又分為非CSG終端接入控制和CSG終端接入控制。對于非CSG終端，即不支持CSG的終端，Femto或Femto GW處會有一個用戶準入列表，如果用戶的IMSI在準入列表中則可以接入，否則拒絕接入。非CSG終端的接入控制在接入網側完成，即在Femto和Femto GW處完成。對于CSG終端，看UE和Femto的CSG是否一致，如果一致則允許接入，否則拒絕接入。CSG終端的接入控制在核心網完成，因此CSG模式的接入控制需要終端、Femto、核心網三者都支持CSG功能。

R9中又引入了開放模式和混合模式。處于開放模式的Femto不作接入控制，所有的合法終端都可以接入，從UE的角度來看，Femto就是一個宏基站。

混合模式介于開放模式與封閉模式之間，混合模式的Femto屬于一個CSG，采用混合模式的Femto，除了CSG列表中的用戶可以接入外，CSG列表外的合法用戶也可以接入。但是，CSG列表內的用戶具有高優先級，在資源受限時應該優先保證CSG列表內用戶的服務質量。

2.4 位置接入限制

位置接入限制就是要限制Femto在別的地方使用，主要是基于以下幾方面考慮。

首先，保護運營商的長話收入，因為Femto一般采用歸屬地接入，因此如果Femto被拿到外地去用，在該Femto下向歸屬地打電話會按市話計費，這將造成運營商長話收入的流失。

其次，防止Femto在別的運營商網絡中使用。

最后，因為同一運營商不同地區運營策略可能不同，如果不采用位置接入限制將會出現市場的混亂。

3GPP在TS 25.467中給出了3種解決方案，分別是基于宏網絡的位置綁定、基于寬帶信息的位置綁定、基于GPS的位置綁定。具體的實現流程本文不再詳述。

2.5 移動性管理

Femto的部署區域一般都存在宏網絡覆蓋，Femto與宏網絡同覆蓋的場景如圖2所示。這就涉及到Femto小區與宏小區之間的小區重選和切換問題，并且在企業級應用中，還涉及到Femto小區之間的小區重選與切換問題。



圖2 Femto 與宏網絡通覆蓋的場景

目前，Femto可支持與2G/3G宏網絡的雙向重選，同時支持Femto到宏網絡的切換，但是目前對從宏網絡到Femto的Inbound切換的支持還不完善。

對于Femto小區與宏小區之間的小區重選，主要的判據是Femto小區的信號質量，并且遵循UE優先駐留在Femto小區的原則。UE一旦進入Femto覆蓋范圍，優先選擇駐留在Femto小區上，并且能夠在宏小區信號質量好于Femto小區時仍然駐留在Femto小區（如Femto距離宏基站較近時）；當Femto小區的覆蓋變得比較弱時，UE重選到宏小區。

在Cell DCH狀態，因為Femto集成了原RNC的功能，所以Femto到3G宏小區的切換類似于宏網絡中跨RNC的切換，即SRNS重定位過程。

但是，目前還不支持從宏網絡到Femto的切換。

首先是擾碼混淆問題。由于Femto的部署數目較多，且擾碼復用，因此在宏小區覆蓋范圍內，會有多個Femto小區共用同一PSC的情況，即PSC混淆。在傳統UMTS系統的切換測量中是通過PSC來區分不同小區的，因此在上述不同Femto小區分配相同PSC將造成PSC混淆。

其次是接入控制問題。在無線測量階段UE無法知道目標Femto是否允許接入，因此無法作出切換決定。

3 Femto應用場景分析

Femto主要應用于家庭和辦公室等室內環境，這些場景的需求特點是不需要支持太多用戶，但是對信號質量要求較高，Femto的技術特點正好滿足了這些要求，而且部署方便，是家庭和小型辦公場所理想的室內覆蓋解決方案。

對運營商來說，采用Femto進行家庭場景的室內覆蓋，不僅能夠降低蜂窩網的運營成本、提升用戶感受，還可以進一步推動固定移動融合的發展，提供差異化的服務。具體表現在以下幾個方面。

a）節省CAPEX和OPEX。Femto能夠在空口分流宏網絡流量，緩解宏網絡的擴容壓力；另外，用戶提供站址、支付回程和電源，減低了OPEX。

b） 提高室內覆蓋質量。由于3G 技術使用的頻段比2G 網絡要高，因此對建筑物的穿透能力不夠，而3G網絡提供的各種多媒體服務又對網絡質量提出了較高的要求。Femto可以很好地解決這個問題，大大提高了室內3G 網絡的覆蓋效果。

c） 提高ARPU 值。網絡性能的提升，必然可以提高用戶體驗，進而推動3G 數據業務的發展和培養用戶的使用習慣，為運營商帶來更多的收入。

d）增加用戶。Femto可以作為運營商獲取客戶的手段，可以推出類似“親情1+”之類的家庭套餐，促使擁有Femto覆蓋的家庭中的所有家庭成員都使用同一運營商的網絡。

Femto技術主要定位于家庭場景的室內覆蓋解決方案，但是Femto也可以應用于中小企業的辦公樓宇。

高層樓宇的特點是墻體較厚、穿透損耗較嚴重、建筑結構相對復雜，采用在周圍部署宏基站的方式并不能滿足室內覆蓋的需要。采用BBU+RRU室分系統能夠很好地解決室內覆蓋，但代價是相對昂貴的部署成本，包括設備、傳輸資源、工程建設、后期維護的成本等。

采用Femto進行辦公樓宇覆蓋具有部署靈活、施工方便、成本低廉等優勢。但是這種覆蓋方案還存在一些尚未解決的問題。

首先是Femto之間的切換問題。目前在3GPP標準中對Femto間切換的支持還不完善。

其次是Femto之間的干擾問題。從目前設備商推出的Femto產品看，Femto覆蓋范圍有限，同一樓層需要多個Femto共同覆蓋，如何控制干擾也將是運營商需要面臨的問題。

最后是Femto的容量問題。家庭級的Femto一般只支持16個用戶駐留和4個用戶并發，這對企業級應用來說是不夠的。因此，對于Femto的企業級應用，應該采用企業級的Femto，目前企業級應用的Femto產業鏈還不成熟，可以商用的產品有限。

4 結束語

雖然3GPP對Femto標準化工作是從R8開始的，但基于盡可能不影響現有網絡的考慮，Femto設備對R8之前的終端與核心網絡具有良好的兼容性，自配置自優化功能保證了Femto對宏網絡盡量小的影響。

目前，Femto產業鏈已經成熟，華為、阿朗、諾西、思科、NEC等公司都已經推出了Femto解決方案。從技術的角度來講，引入Femto的時機已經成熟，運營商可以根據自己的網絡建設計劃逐步部署Femto，可以優先在有固定寬帶的家庭場景部署。Femto技術在3GPP R8中被引入，并成為R8的研究熱點。因為Femto具有發射功率低、覆蓋范圍小、部署方便、價格低廉等特點，所以受到了業界的廣泛關注。Femto以固定寬帶接入網絡為回程，同時向用戶提供移動業務，是一種典型的固定移動融合技術，Femto將是全業務運營商提供差異化服務的重要手段。

對運營商來說，Femto技術的應用可以提高室內覆蓋質量、提升用戶體驗、減少用戶離網率，同時可以在空口分流宏網絡流量、緩解宏網絡擴容壓力、降低3G建網的CAPEX和OPEX。對用戶來說，因為Femto部署的成本低，運營商可以為用戶提供更低的通信資費，另外Femto用戶可以獨享無線資源和傳輸資源，獲得更好的信號質量和接入速率，能夠促進用戶數據業務使用習慣的培養。總之，Femto技術的出現為運營商提供了室內覆蓋的新思路。