3GPP3G家庭基站标准化进展.doc

3GPP 3G家庭基站标准化进展1引言 随着全球3G市场的发展、用户规模的扩大，网络运营商对如何在家庭环境下低成本提供高速数据业务提出了需求，普遍关注家庭基站这种新的3G产品。设备制造商也纷纷抓紧开发家庭基站产品，但尚缺乏统一、标准的解决方案。 为避免不同设备制造商非标准的解决方案造成市场分裂，保障家庭基站多厂商供货环境，3GPP在2007年3月的TSGRAN#35次全会启动了一个研究项目（studyitem，SI）：“Study on Home NodeB/eNodeB”，其目标是试图根据家庭基站的典型应用场景，形成标准解决方案。这个研究项目由RAN2、RAN3、RAN4三个工作组承担，分别在家庭基站架构、移动性、访问控制、无线射频等方面开展可行性研究。 经过一年多时间，2008年5月TSGRAN#40次全会正式完成了这个可行性研究项目，其成果形成了技术报告：TR25.820“3G Home NodeB Study Item Technical Report（Release 8）”。通过研究，RAN2、RAN3、RAN4工作组均认为Release 8之前版本（pre-Rel-8）的3GPP标准可以支持家庭基站部署，家庭基站可与遵循Release 8之前版本的UE、核心网互联互通；同时也认为，针对家庭基站在架构、移动性、访问控制、射频指标等方面进行标准优化，可改善家庭基站的部署效果，从而也明确了3GPP继续开展家庭基站标准化工作的主要方向。 3GPPRelease7版本标准在2007年3月的TSG#35次全会已经功能冻结，因此3GPP对3G家庭基站的标准研究制定工作是从Release 8版本开始的。但需强调的是，出于尽可能不影响现有网络即后向兼容的考虑，3GPP对3G家庭基站的标准研究制定中始终强调家庭基站必须能兼容Release 8之前版本的终端与核心网（尤其是终端），并且对无线网络UTRAN的影响也应尽可能小。 2 3G家庭基站的业务要求 在上述可行性研究进行过程中，3GPP对3G家庭基站实质的标准工作也已启动，2007年12月，TSGSA#38次全会启动了家庭基站的Stage1标准项目（work item，WI）“Requirements for Home NodeB/eNodeB”。该项目由SA1工作组牵头，在已有研究成果基础上针对家庭基站区别于普通宏基站应用上的特殊性，在访问控制、服务质量、移动性、计费等方面提出新的业务要求，这些要求以修订（CR）形式写入了3GPP TS 22.011、22.115等规范。 由于家庭基站面向的是家庭、小企业等类似应用场景，家庭基站设备可能由用户拥有，因此自然地要求家庭基站系统能够根据用户身份决定是否提供服务，即具备访问控制功能。举例而言，某用户与某运营商签约在自家安装家庭基站，该用户希望家庭基站只对家庭成员和若干特定来访客人等提供服务。针对家庭基站的这种要求，3GPP在Release8版本提出采用CSG（闭合用户群）的概念进行访问控制。CSG指的是允许接入一个或多个特定小区的一群签约用户，这里的一个或多个小区接入用户时是受限的、有条件的，而普通蜂窝小区可允许运营商的所有合法签约用户（和漫游用户）接入。并且同一用户可属于多个CSG，每个CSG由一个CSGID标识，UE维护一张它所属CSG的CSGID列表（允许CSG ID列表），在这个列表之外的其他CSG ID所包含的CSG小区对该UE而言是不可访问的。并且每个CSG小区广播一个CSG ID，这个CSG ID所标识的闭合用户群的成员可以访问该小区。为了兼容Release 8之前版本的UE，部署家庭基站时还需采取有别于Release 8版本CSG概念的访问控制方式，如基于用户IMSI的访问控制。 除访问控制外，从可运营可管理角度出发，对家庭基站还提出了如下原则要求： 由运营商控制家庭基站的安装、识别和位置管理； 用户通过家庭基站获得的服务应与普通蜂窝无差异（但受家庭基站与网络的资源影响），并支持向CSG成员和非CSG成员提供紧急呼叫业务； UE驻留于家庭基站时显示与家庭基站相关的某些特定标识，以支持家庭基站覆盖指示、用户手动选择CSG小区等功能； 支持用户使用家庭基站时差别计费等。 SA1工作组通过Stage1标准项目“RequirementsforHome NodeB/eNodeB”的研究，明确了3G家庭基站需满足的总体要求，在这些要求的指导下，3GPP其他工作组相继在各自职责范围内开展3G家庭基站具体的标准研究制定工作。 3 3G家庭基站的网络架构 2008年3月TSGRAN#39次全会启动了家庭基站的两个标准项目，即RAN2工作组负责的“Supportof UTRA HNB”和RAN4工作组负责的“FDD Home NodeB RF Requirements”；2008年5月RAN #40次全会又启动了由RAN3工作组负责的“UTRAN Architecture for 3G HNB”项目。 3.13GPP RAN3工作组3G家庭基站标准化进展 RAN3在“UTRANArchitecturefor3G HNB”项目中主要研究3G家庭基站无线网的结构、功能分布、Iuh接口协议等。 在3G家庭基站的可行性研究阶段，针对家庭基站的无线网结构提出过多种建议，基本上可分为基于Iub接口和基于Iu接口这两类方案，即家庭基站通过基于Iub接口或Iu接口与上一级网络设备相连。与基于Iub接口的方案相比，基于Iu接口的方案在多厂商环境下的开放性、可扩展性、灵活性等方面具有明显优势，也符合网络扁平化的发展趋势，因此RAN3确定采用基于Iu接口的方案。而对于基于Iu接口的方案，在具体实现上不同企业又提出了多种建议方式，经过深入研究，RAN3最终确定的3G家庭基站无线网架构如图1所示。图1 3G家庭基站无线网架构 家庭基站无线网主要包括家庭基站（HNB）、家庭基站网关（HNBGW）等设备实体。HNBGW通过标准Iu接口与3G核心网相连。HNB与HNBGW之间通过新定义的Iuh接口相连，HNB具备原来的NodeB功能和RNC的大部分功能。HNB、HNB GW还支持一些由于家庭基站特性所引入的诸如HNB注册、UE注册等新功能。HNB管理系统（HMS）采用TR-069协议族，完成HNB位置验证、HNB GW发现、HNB参数配置等管理功能。 目前Iuh接口控制平面的协议栈已经确定，即RANAP/RUA/SCTP/IP和HNBAP/SCTP/IP。Iuh接口新引入两个协议：HNBAP和RUA。HNBAP是“家庭基站应用部分”，它在HNB与HNBGW间完成家庭基站特定的功能（HNB注册、UE注册等）。RUA是RANAP协议用户适配层，用于在HNB与HNBGW之间透明传送RANAP消息。 RAN3工作组在Release8阶段制定了TS25.467、TS25.468、TS 25.469这三个与3G家庭基站相关的技术规范。TS 25.467规定了3G家庭基站的无线网架构，分别描述了适合于支持CSG的UE和不支持CSG的UE所需的功能，此外还提出了家庭基站操作维护的特殊要求。TS25.468、TS 25.469则分别是RUA、HNBAP协议规范。 2008年12月TSGRAN#42次全会通过了上述三个规范，并同意结束该WI。预计对RUA、HNBAP协议细节的讨论还将持续一段时间。 3.23GPP RAN2工作组3G家庭基站标准化进展 RAN2工作组负责标准项目“SupportofUTRAHNB”，主要研究针对Release 8支持CSG的UE与家庭基站相关的移动性问题，具体包括如下要求： 手动选择CSG小区； 空闲模式、Cell_PCH/URA_PCH状态下从WCDMA/GSM宏小区到WCDMACSG小区的重选； 空闲模式、Cell_PCH/URA_PCH状态下从WCDMACSG小区到WCDMA/GSM宏小区的重选； 空闲模式、Cell_PCH/URA_PCH状态下WCDMACSG小区之间的重选； Cell_DCH状态下从WCDMACSG小区到WCDMA宏小区/CSG小区的切换。 Release8阶段暂不要求Cell_DCH状态下从WCDMA宏小区到CSG小区的切换。 RAN2研究的主要成果包括制定技术规范TS25.367，对原有规范TS25.331、25.304提出修订以实现TS25.367所提出的要求。TS 25.367规定了与支持CSG的Release 8 UE相关的家庭基站移动性基本过程与要求。 对TS25.331RRC协议，为改善CSG小区选择/重选时的UE性能，引入的主要修订是在相关系统信息块中增加家庭基站相关的参数。UE进行CSG小区重选实际使用的参数与Release8之前相比并没有变化，但网络运营时可通过Qoffset、Qhyst等参数的个性化设置，使UE可优先选择驻留在CSG小区。 RAN2研究表明，要实现Cell_DCH状态下UE从WCDMACSG小区到宏小区/CSG小区的切换，采用Release8之前版本3GPP协议所定义的切换流程即可实现，因此Release8协议中无需额外增强来支持切换。 原计划2008年12月完成该WI，但推迟到2009年3月RAN#43次全会才完成。 需注意的是，RAN2工作组负责无线接口层2、层3协议的标准化，在Release8WI“Supportof UTRA HNB”范畴下对Release 8版本标准的CR要进行修订的部分也就是无线接口，因此只有遵循Release 8及Release 8以上标准版本并支持CSG的UE才能支持这些修订，因此RAN2组的这些涉及无线接口的标准工作并不适用于Release 8之前版本的UE。为了与Release 8之前版本UE兼容，家庭基站系统必须采用Release 8版本之前协议规定的机制来实现UE与家庭基站相关的移动性。 3.33GPP CT1工作组3G家庭基站标准化进展 2008年9月TSGCT#41次全会启动了CT1工作组负责的标准项目“CSGand Idle Mode Mobility for 3G Home NodeB”，针对Release 8引入CSG功能后，在尽可能重用原有流程以保障与Release 8版本之前UE后向兼容的原则上，对核心网相关规范进行扩展以支持CSG概念，并支持UE空闲模式下进入/离开CSG小区的移动性管理。 目前CT1工作组已起草了一个新的技术规范TS24.285“AllowedClosedSubscriber Group (CSG) List Management Object（MO）”的初稿，规定允许CSG列表管理对象（allowed CSG list MO），以支持通过OMA设备管理（OMA DM）技术对终端的允许CSG列表进行管理。 CT1的这个项目还涉及对TS24.008、TS23.122的修订。对TS24.008引入Release 8的修订CR，主要是针对位置更新、路由区更新等过程增加UE被网络拒绝的原因值：“#25：Not authorized for this CSG”；对TS 23.122则增加了与CSG选择相关的技术内容。 4 3G家庭基站的无线射频特性 RAN4工作组负责标准项目“FDDHomeNodeBRF Requirements”，主要研究家庭基站射频特性，制定家庭基站射频指标规范，以满足家庭基站部署要求。 经过2008年3月至2009年12月的研究，RAN4已基本完成家庭基站全套射频指标制定工作，将家庭基站作为一种新的基站类型引入3GPPTS25.104、TS25.141等规范。5 3G家庭基站的管理维护 3GPPSA5工作组对3G家庭基站在操作维护管理（OAM）方面的研究进展情况如下。 与普通的宏蜂窝基站相比，家庭基站数目众多，而且本质上家庭基站与宏蜂窝网络、家庭基站与家庭基站间是无协调的，家庭基站虽然是一种网络设备，但从用户使用角度看又具备用户端设备的性质，用户使用家庭基站的时间、地点等是任意的，因此对家庭基站的操作维护管理与普通宏基站必然要求不同。 基于对家庭基站这些特性的认识，SA5工作组在研究项目“StudyofSelf-OrganisingNetworks（SON）Related OAM for Home NodeB”中，明确从自组织网络的角度来研究家庭基站的操作维护管理，提出家庭基站完全自动配置（或者说用户“零配置”）这一基本要求，并进一步从配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等方面详细分析家庭基站的特殊要求，比较家庭基站与普通宏基站在OAM要求上的差异。这些研究成果将纳入技术报告TR 32.821“Study of Self-Organising Networks（SON）Related OAM for Home NodeB（Release 8）”。目前TR 32.821还在起草阶段，随着研究深入将逐步完善。 RAN3也在家庭基站自主配置、HNB注册等方面开展了研究，并已明确将采用TR-069协议来进行家庭基站的配置管理。而TR-069协议族是由BroadbandForum（BBF）制定的，因此家庭基站管理方面的标准化涉及到3GPPRAN3、SA5和BBF这几个标准化组织，如何合理分工、协调工作将影响到家庭基站管理标准的进展。因此在2008年11月的SA5#62次会议上，讨论了SA5、RAN3、BBF这几个标准组织间如何协调推进HNB管理的标准化问题，并提出了详细的分工、合作建议。具体来说，2008年到2009年3月由SA5基于RAN3、SA5、BBF的输入，制定家庭基站与网元管理系统（EMS）间的接口标准（3GPP称为Type 1 OAM接口，也即南向接口）；由BBF在2008年11月至2009年3月制定HNB数据模型。而HNB的Type 2 OAM接口（网元管理（EM）与网络管理（NM）之间的接口，也即北向接口）和HNB GW的 OAM接口将在Release 9版本进行规范。 截至2009年3月，SA5已经制定了家庭基站与家庭基站管理系统间Type1OAM接口的几个标准：TS32.581（概念与要求）、TS 32.582（信息模型）和TS 32.583（程序流）、Type 1 OAM接口的其他相关标准预计也可在近期内完成制定工作。 家庭基站网络管理参考模型如图2所示。图2 家庭基站网络管理参考模型 6 3G家庭基站的其他标准化工作 6.1家庭基站业务需求的进一步增强 由于标准制定时间以及3GPP版本控制上的原因，在Release8版本3GPP制定的家庭基站相关标准仅支持基本的功能。基于希望将来家庭基站提供更丰富业务，进一步改善用户体验的目标，3GPP继续开展增强家庭基站的标准研究。 2008年6月TSGSA#40次全会启动了一个Release9 WI“Enhanced Home NodeB / eNodeB”，延续Release 8阶段所做的研究，对家庭基站提出诸如支持IMS、支持开放与混合接入等更多新的业务需求。这些需求将纳入技术规范TS 22.220“Service Requirements for Home NodeBs and HomeeNodeBs（Release 9）”中，从而将确定Release 9阶段家庭基站标准研究的总体目标。 6.2家庭基站整体网络架构研究 在Release8研究阶段RAN3工作组对家庭基站无线接入部分的架构进行了研究与标准化，确定了家庭基站与家庭基站网关间采用Iuh接口、家庭基站网关与核心网间采用标准Iu接口这种无线网架构，但Release8阶段对包括3G核心网在内的家庭基站整体系统架构并没有深入研究与标准化。为了支持SA1工作组提出的上述家庭基站新的业务需求并解决安全、移动性等其他一些问题，2008年9月TSGSA #41次全会启动了由SA2工作组负责的WI“Architecture Aspects of Home NodeB/eNodeB”，对家庭基站涉及网络架构的如下问题开展研究： 支持家庭基站的相关功能如何在各网络节点划分； 如何从网络架构上支持家庭基站的安全、认证与发现过程； 如何从网络架构上支持CSG概念与功能； 如何从网络架构上支持家庭基站相关的移动性与访问控制等。 SA2工作组对这个WI计划分两个阶段研究，第一阶段主要是将3GPP其他工作组Release8阶段开展的家庭基站标准工作涉及到的架构方面问题进行梳理，明确架构方面存在的主要问题，并进而确定家庭基站的架构要求；第二阶段将在此基础上根据SA1工作组的需求考虑家庭基站整体架构的增强。到2008年12月TSGSA#42次全会，第一阶段工作成果主要是起草了技术报