Femtocell(毫微微蜂窝式基站)的功能与应用

与其他技术不同的是，Femtocell(毫微微蜂窝式基站)一直受到众多运营商的关注与推动，它有利于保护运营商在固定宽带网络的投资，可以在3G网络建设中快速解决室内深度覆盖难题。目前，Femtocell产业链日益壮大，试验网、商业网均在不断建设当中。

根据NTTDoCoMo的统计，室内场所吸收了移动通信将近70%的话务量，从目前的2G/2.5G网络运营经验看，移动用户有60%的时间都在室内，因此良好的网络覆盖特别是室内覆盖是3G获得成功的关键。受到高数据速率、长距离传输以及建筑对无线信号的穿透衰落等因素的共同影响，网络规划与室内覆盖日益成为运营商与厂商关注的焦点。

一种新型的、针对家庭和中小企业推出的Femtocell(毫微微蜂窝式基站)方案可以快速、低价解决室内覆盖问题。Femtocell也被称为3G接入点，是一种低成本、低功率蜂窝基站，通过已有宽带连接回传蜂窝流量。本文主要分析了Femtocell设备功能与网络结构，并分析了femtocell模式对现网规划与优化的影响。

Femtocell网络结构

Femtocell是一种小型、低功率的3G无线设备，可以把用户手机发出的话音和数据呼叫传输到基于标准接口的3G核心网络，且它的家庭接入点可以即插即用，可连接到任何现有的基于IP的传送网络，提供家庭范围的移动通信服务。

1.Femtocell设备

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，它的环境定位是家庭或中小企业使用，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，不需要过多考虑呼吸效应、切换等问题。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。

2.Femtocell网络结构

Femtocell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。

Femtocell设备功能集成度与其接入到核心网的方式是相对应的。本文总结了近些年来提出的Femtocell的各种接入方式，主要可以归纳为3种。

Iu-boverIP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，理想情况是由大容量宏蜂窝基站占用端口，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。

RAN网关方式。Femtocell设备集成了NodeB和RNC的部分功能，最新提出的Femtocell接入方案是在核心网与IP接入网之间引入一个新的网元即RAN网关。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。RANGateWay（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，如图1所示。

图1 Femtocell网络结构（RGW方式）

SIP/IMS方式。Femtocell设备集成了NodeB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（如图2所示）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。

图2 Femtocell网络结构（SIP/IMS方式）

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WiFi、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。

新型3G接入点对现网规划的影响

CDMA网络中，同一小区中的用户共享下行功率，对于室内的用户，无线信号要穿透墙体才能到达终端，故这部分用户消耗了一大部分功率，造成宏蜂窝小区的容量下降，甚至造成小区中所有用户业务质量恶化。Femtocell能够分流宏蜂窝小区的话务，这样可以降低室外宏蜂窝网络的容量压力，或者等效为扩大基站覆盖范围。因此，建设Femtocell会对移动网络规划产生影响，鉴于CDMA网络的容量和覆盖可以相互转化的特点，这种影响可以等效为同样情况下减少基站的数量或者等效为降低系统扩容压力。

Femtocell倍受综合运营商的推崇，它一般很少与移动网络同步建设，而是作为室外宏蜂窝网络有效补充的手段使用。根据分析，Femtocell模式只有在高速数据业务需求比较旺盛的3G网络发展成熟期才能发挥很好的效用。在此阶段我们可以认为，室外宏蜂窝基站建设已经达到完全满足覆盖需求的规模，但是，在高速数据业务使用比较集中的时段，在某些热点区域会因容量消耗过大造成覆盖空洞，从而影响到运营商的整体服务质量与品牌形象。此时Femtocell的引入方案不可能减少宏蜂窝数量，其最大的作用将是分流话务量，保证室外基站能够达到理想的覆盖范围。

Femtocell引入后，网络话务将会呈现出动态流动的特点，这对网络规划、优化工作人员提出了更高的要求。网络规划与优化工作要紧密结合现网实际话务量进行，运维与优化工作人员要密切关注网络运行状态，保证容量配置满足峰值话务需求，同时严格控制基站覆盖范围，及时对相关网络参数进行合理调整，避免出现严重导频污染现象。

Femtocell的推广应用关键

从技术角度看，Femtocell在中国推广使用需要解决以下问题。

1．与宏蜂窝的区分，可以采用与外网使用不同的系统/网络标识、使用独立频点等方式实现。

2．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。

3．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。

4．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。

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。

1．3G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。

2．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，即Femtocell的发展还取决于用户是否愿意为Femtocell买单。随着集成WiFi功能的终端的日益丰富，Femtocell的优势也大打折扣。因此，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。

因此Femtocell能否在国内获得发展取决于诸多因素，但无论如何，在日益激烈的移动市场竞争中，它的出现为运营商提供了一种新的选择。