毫微微蜂窝基站面临的设计挑战

　　过去两年多来，毫微微蜂窝(femtocell)产业已经从不为人们所知的特殊市场步入主流市场，而且人们已普遍认识到，该技术是移动通信业务历史中最具突破意义的一项技术。虽然该领域目前仍由初创开发商所主导，但最近许多大型供应商已宣布向该领域投资，这些公司包括了高通、谷歌和T-Mobile等。
　　虽然最初的商用部署出现在美国，但人们的普遍预期是初期的3G部署将在亚洲展开。该地区的运营商被公认为是推动部署femtocell基站的全球领先者，无论是上市时间还是他们所推荐产品的成熟度都能说明这一点。本文将介绍部署femtocell所面临的主要挑战以及应对措施。
　　为何用femtocell？
　　femtocell是一种用户住宅蜂窝接入点，它通过用户的宽带连接接入移动运营商的核心网络。femtocell可以为在家中发起的呼叫和连接提供高质量的语音、最佳的数据速率以及更便宜的资费，所有这些都可以采用标准的移动手机来实现。全球的大多数运营商都把主要精力放到两个方面，即覆盖率和容量。这样做无论何时都是正确的。目前3G网络的室内覆盖性不好，而将主要的容量集中在回传网络上意味着移动宽带业务不能支持更广泛的应用。femtocell技术将永久地解决这些问题，因为它能为发起绝大多数移动呼叫的所有家庭提供最佳的覆盖率，还能为回传网络的容量提供指数式增长。此外，也是亚洲市场特别感兴趣的地方，就是femtocell能够为灵活的商业模式以及创新型增值业务带来机会。
　　许多人会拿femtocell与近几年应用比较有限的WiFi/双模产品进行比较，实际上他们之间存在许多差别。WiFi是一项很好的替代以太网电缆的技术，但该技术主要设计用于可以外接电源或者带有大容量电池的设备(如笔记本电脑)。WiFi与蜂窝技术不同，缺乏自适应的功率管理功能。因此在移动领域里引起的最突出问题是采用该技术的手机的电池供电时间非常短。而蜂窝技术则非常灵敏，当靠近基站时可以将功率降下来，从而节省电池能量。这使得femtocell技术可以带来额外的好处，即极大地增加手机电池的使用时间。另外，femtocell支持所有的标准3G手机，无需像增加WiFi功能那样增加额外的BOM和集成费用。
　　femtocell技术难点
　　许多供应商和业界观察人士都强调了femtocell技术研发中存在的潜在问题。最常提到的四个方面是如何降低干扰、远程管理、功耗和标准化。客观地说，所有这四个方面确实极具挑战性，femtocell市场的成功与否取决于能否成功地解决这些问题，以及解决这些问题需要付出多少时间和努力。
　　干扰：在传统的宏蜂窝网络部署中，为了确保每个蜂窝之间没有干扰，需要一位有经验的现场工程师对每个基站进行大量的设置和优化。这是一个相当耗时的过程，需要预先作好规划，并进行大量的现场观察测试。但对于femtocell则不然，用户只需简单地将设备从包装盒中取出来，插上电并连接宽带网络后就能够工作。同时，运营商还必须保证这些femtocell不会对他们的宏蜂窝产生干扰。femtocell还必须能够解决在被移动位置、放置到毗邻其他设备旁甚至被企业用户放置到屋外试图为邻居提供电话服务时发生的问题。解决这些问题的方法是利用所谓的“认知无线电”技术。这指的是femtocell中的无线电电路不断地监测射频环境，并根据情况进行自身设置。Ubiquisys公司的设备会每100秒监测一次，它会被动地侦听邻近的基站和femtocell，确保没有干扰，同时侦听射频环境以确保其信号恰好能够覆盖它所处的房屋空间而不至于太强。
　　功率：功耗是另一个需要考虑的因素。虽然最初的诱惑是，femtocell供应商可以创建微微蜂窝基站的精简版本，但家庭蜂窝的一个关键需求是要满足消费电子产品的功率限制要求，并且不用风扇而保持安静的工作。进一步说，当作为一个现有家庭网关产品中的一个集成模块时，必须在无需太多重新设计的条件下能满足冷却和电源的限制条件。Ubiquisys公司设法解决了这些问题，设计出了无风扇模块，目前这种模块已经成功地集成到摩托罗拉和Netgear公司的家庭网关产品中。作为一个额外的好处是，随着运营商日益寻求增强“绿色”的资质，femtocell能帮助他们降低网络的整体功耗。
　　集成标准：运营商部署femtocell需要的不仅仅是用户家中的设备，他们还需要移动中心里的设备将上百万计的设备集成到网络中。遗憾的是，现有网络设计仅仅支持几千个基站，而非数百万个，故需要一个全新的解决方案。femtocell供应商的做法与某些正在部署中的私有方法有很大的不同，也有些做法是利用电信行业里的各种标准。
　　私有方案意味着运营商必须从同一供应商选择femtocell和核心网中的网关设备。那些着眼于移动网络长期演进的运营商采用SIP/IMS进行集成，并用主导与目前网络兼容的双模FMC领域的UMA/GAN标准作为补充。此外，femto论坛、femtocell行业协会以及3GPP已就Iuh的基础依据达成一致。Iuh是一个femtocell专用标准，将会在今年底完成。Ubiquisys公司已宣布支持所有这些开放式标准，包括GAN、SIP和Iuh。
　　管理：实际上挑战还不止这些。同样地，femtocell的集成与其同类的节点b有很大不同，管理上也是如此。与传统网络架构不同，femtocell部署的数量很大，并且由用户自己安装，因此监控和配置必须完全自动完成，并由移动运营商进行远程管理。不用说运营商无法像对待宏蜂窝基站那样，可以派出工程师开着汽车去现场修改或者升级软件。需要重申的是，不同的femtocell提供商采用不同的方法，一些供应商会开发专用方案，一些供应商会采用现有标准。于是，femtocell之间的互操作性风险依然存在。
　　这一次供应商承诺采用面向整个IT行业、特别是ISP如何管理上百万台DSL调制解调器的标准化方案，即TR-069协议。Ubiquisys公司已经意识到这是一个理想的解决方案，并采用了该标准-这种做法随后也被femtocell论坛所接纳。这个被全球大约3千万套固定宽带设备所采用的TR-069标准已经证明它可以帮助运营商提供更简单的安装和配置、实现先进的故障诊断并以特别高性价比的方式对数百万终端设备进行固件和服务的远程升级。
　　本文小结
　　虽然开发和部署femtocell网络将遇到许多技术挑战，但客观地说，许多问题是低估了行业的解决能力了。不宜采用精简现有微微蜂窝(picocell)或节点b的方法，应该采用从无到有的方式设计femtocell，这种解决方案的优势在于可以使用各种现有标准和创新技术。