Femtocell家庭基站技术.ppt

1 Femtocell家庭基站技术 2011 北京阿法迪信息技术研究中心 n 第一部分 nFemtocell家庭基站基础 3 培训纲要 nnnnn Femtocell产生背景Femtocell技术特点Femtocell技术优势Femtocell市场驱动力Femtocell标准及行业发展 Femtocell产生背景 nnnn 移动通信逐渐从单纯的语音和短消息业务向丰富的高速多媒体数据业务演变 3G的实际部署也面临覆盖 容量和离网等因素的挑战 直接通过建设更多的宏基站来增加网络容量的做法成本很高 家庭基站是安放在用户家中或办公室的一个无线接入点设备AP AccessPoint 业界也称之为Femtocell Femtocell产生背景 nnn 作为移动网络部署不可缺少的环节 家庭基站的市场前景广阔 标准方面 3GPP和3GPP2等国际标准化组织先后启动了家庭基站的研究 家庭基站在我国电信市场的应用前景也非常好 Femtocell产生背景 nnn 毫微微小区 也称飞蜂窝 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 因此也被称为家庭基站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外形通常和Wi FiAP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6 Femtocell产生背景 nnnn 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Wi Fi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地满足 尤其是近年来Wi Fi技术的迅速普及以及Wi Fi 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Wi Fi网络所控制的家庭及办公场所市场 8 Femtocell技术特点 nnnnnn 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低功率 发射功率为10 100mW 与Wi Fi接入点类似 它具有1个载波 覆盖半径为50 200m 支持4 6个活动用户 允许的最大用户运动速度为10km h基于蜂窝移动网络标准 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UMB LTE 与运营商的其它移动基站同制式 同频段 因此手机等移动终端可以通用 支持多种标准化协议 支持连接运营商核心网的多种接口用户安装 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低成本 结构简单 与传统基站相比 价格低廉 用户可以自己购买9 Femtocell技术特点 nnn 使用单模终端 与UMA技术不同 Femtocell不需要双模终端支持Femtocell使用IP协议 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 它的大小与ADSL调制解调器相似 具有安装方便 自动配置 自动网规 即插即用的特点 Femtocell适用于CDMA GSM UMTS等各种标准和支持2G 2 5G 3G的产品 与运营商的其它移动基站同制式 同频段 因此手机等移动终端可以通用 10 运营商采用Femtocell的技术优势 nnnn 提高服务质量 由于改善了室内信号覆盖质量 可以明显提高用户的宽带和语音服务质量 减少CAPEX Femtocell由用户购买 并且使用用户的宽带接入电路 减少了网络设备的扩容和相应基站链路的投资 减少OPEX 由于Femtocell放置在用户家中 节省了机房 电源 空调和电路维护等运行成本 增加用户黏性 由于Femtocell具有很好的室内覆盖特性和带宽 运营商再提供相应的家庭域服务套餐 可以给用户很好的业务体验 从而增加用户黏性和吸引他网用户转网 增加ARPU 由于室内覆盖性好和带宽高 用户将增加对多媒体服务的使用 从而增加ARPU 11 Femtocell的市场驱动力 nnnnn ABI研究公司发表的报告指出 到2011年 全球家庭基站的出货量可能多达1900万 到2012年 全球将有超过1亿5千万个用户通过7千万个接入点使用家庭基站产品 据In Stat研究公司的预测 到2011年全球家庭基站的安装量是4060万 1亿零150万个使用家庭基站的用户 Frost Sullivan研究公司估计 仅在西欧 到2010年 家庭基站安装量将是1100万 有2100万个用户 到2011年 用户数量将翻一番 ABI研究公司指出 通过让用户在打电话时绕过无线发射塔 家庭基站可以令一个无线网络的容量提高1500倍 到2012年 家庭基站可以帮助运营商减少运营成本超过700亿美元 Femtocell的市场调查 市场需求导致产生FEMTO FemtoCell或HomeNodeB nFemto 意为 千万亿分之一 极微小 nn HomeNodeB 家庭基站Femto作为一个蜂窝基站其覆盖范围非常 小 通常的覆盖半径是20到50米 nn 通过Femto的引入 可以与传统家庭网关结合来提供优质3G服务适用于任何符合3GPP标准的终端 n 扁平化的IP架构 简化传输要求 更适合承载数据业务 n 支持语音及高速数据业务 UMTS HSPA 集成到一个 盒子 移动核心网CS PS BSRfemto网关 RNC 宏蜂窝接入费 率 家庭接入费率 Femtocell 宏基站 宏蜂窝 FEMTO需求背景 业务角度 3G主要应满足数据业务需求 而数据业务需求往往集中在室内的局部区域 如 家庭 企业办公室等 对数据资费敏感 需要进一步降低每比特承载成本来创造价格优势 家庭型用户数不多 但是需要更高带宽 市场竞争角度 WLAN 每比特成本低 但达不到电信级服务 且不支持部分3G终端和应 用 有线宽带 缺乏移动便利性 其他3G技术 暂时还没有FEMTO产品 FEMTO符合业务使用需求 FEMTO需求背景FEMTO符合技术发展趋势 3G逐渐向扁平化发展 SGSNRNC3NodeB R6 HSPA R7 设RNC R7 不设RNC 扁平化的优点 减少时延 提高数据业务性能 控制功能在基站中完成 减少RNC瓶颈和网管压力 不同的接入手段将逐渐融合 NodeB代表接入节点 FMC IMS 3GPP正在对FEMTO进行标准化工作 应用推动标准化 3GPPTR25 820 3GHomeNodeBStudyItemTechnicalReport Release8 3GPP计划年底实现FEMTO与NodeB之间的双向切换 企业级应用 更大功率 更大容量 等改进 FEMTO需求背景 FEMTO的运营模式与经济性 FEMTO可对微小区内提供丰富的容量资源 家庭 单位内部用户包月无限制通话 家庭 单位内部用户包月上网 FEMTO的全球应用 美国 Sprint 08 07 Verizon 09 1 新加坡 StarHub 08 12 英国 VodafoneUK 09 06 都已经商用 大多数WCDMA运营商准备采用 扩展速度极快 联通FEMTO的商业模式 在北方十省 面向用户销售 资费 安装价格为1200元 台 月使用费10元 月 Femto的标准化进展 nnnnn Femtocell的标准制定工作已获很大进展 09年4月 3GPP已制定了WCDMAFemtocell标准 升级到符合该标准的设备在6个月后投向市场 CDMA2000Femtocell标准也于09年6 7月由3GPP2推出 TD SCDMAFemtocell标准也已经制定 Femto论坛的成员企业09年已有117家 其中包括52家运营商及65家供应商 供应商中就包括芯片厂商 系统制造商 软件提供商 内容提供商等 Femto论坛主席桑德斯09年曾预计 2010年上半年会有更多运营商加入部署Femtocell 在2010年下半年将可能实现规模商用18 Femto的标准化进展 n 2009年中国Femtocell家庭基站高峰论坛于2009年10月15日在北京亮马河饭店隆重召开 会议得到了全球Femto论坛 FemtoForum 的鼎力支持 吸引了包括来高通 华为 世纪互联 CCPU Rakon Airvana Picochip Ubiquisys 中国移动 中国电信 中国联通等多家设备制造商 移动运营商的鼎力加盟 通过技术培训 主题演讲 精英论坛 产品展示等多种形式 同与会者共同分享Femtocell在近一年来全球最新动向 19 安全性架构 即插既用应用 控制平面协议 用户平面协议 Iuh接口 FEMTO与Gateway之间的接口 SA5接口 网管接口 FEMTO标准化最新进展 3GPPR8中对FEMTO HNB 的标准化情况 接口基本确定 系统承载接口 完成基本需求研究 Femto优选 接入控制 位置显示 业务支持等 3GPPR9中对FEMTO HNB 的标准化情况 09年底完成 增强需求的研究 宏网络向Femto的切换 支持IMS Localaccess等 FEMTO标准化存在的问题 Femtocell在解决3G时代的室内覆盖上具有光明的前景 但同时它的全面商用也面临着诸多挑战 3GPP的R8版本对Femtocell的架构和网元实体做出了相应规定 但也遗留了很多问题 需要在后续的R9以及更新的版本中加以实现 这些标准上遗留的问题使得不同厂商在设计Femtocell产品时 在具体的实现上可能会略有差异 然而作为一款大量应用的商用产品 Femtocell系统在部署中不可避免会遇到多设备厂商的产品共同组网的情况 这就对异厂商Femtocell系统的兼容性 互操作性提出了要求 为了应对这一挑战 中国联通目前正在行业标准化组织内牵头进行Femtocell相关行标的制定 重点涉及网络架构 射频和干扰 管理运维 配置和安全等方面 同时 为了满足企业的实际情况 在特色业务和功能方面对标准进一步适配 中国联通的企业标准也在积极制定中并将很快得以实施 相信随着Femtocell行业标准和企业标准的推出 Femtocell的标准化将不再成为困扰业界的难题 n 第二部分 nFemtocell家庭基站关键技术及覆盖 容量分析 汇报纲要 nnnnnnn Femtoce组成原理Femtocell关键技术Femtocell覆盖分析Femtocell频率使用Femtocell容量分析Femtocell室内覆盖规划 异频 同频规划及小区重选 Femtocell对现网规划的影响23 FEMTO的组成原理 典型的FEMTO可对外提供 3G无线接口 WLAN接口 10 100以太网接口 FEMTO的关键技术准入控制自动配置自动优化移动性管理 Femto网络标识 安全性管理 其他功能 1FMS中Femto数据的离线配置 Femto位位置置信信息 Femto Femto的的覆覆盖盖类类型 Femto 宏宏站站网网络络的无无线线配置 3Femto持续不断的自动优化 周周期期性性的的射频频测测量 基基于于事事件件触发发的的自动动无无线优优化 Femto首次连接后的自动配置 连连接接到到预预先设设定定的HNMS 的HNMS 基基于于射射频频测量量自自动配配置置参数 FEMTO的关键技术 自动配置 OAM3G FMS CM 运营商操作后台 FMS中Femto数据的离线配置息型的配置 ADSLaccessNetwork UE Femto首次连接后的自动配置先测动参数 2 Femto Femto持续不断的自动优化射量触自线化 自动配置自动优化 FEMTO的关键技术 自动配置 FEMTO的位置接入限制 控制AP的迁移 以便于管理和避免收入流失 联通指导意见中建议有宏蜂窝覆盖时采用宏蜂窝绑定 没有宏蜂窝覆盖时依靠端口的IP地址段绑定 仅支持内部用户 不许外部用户接入 增强型开放式接入向所有用户开放 支持半开放接入 在支持内部用户基础上 允许少量用户以低优先级接入并使用话音等基本业务 私人场所 封闭式接入模式 公共场所 BPGBVG FEMTO的关键技术 准入控制GatewaysBSG 开放式接入模式 封闭式接入 准入控制 封闭式在同频组网是可能对其他用户产生 死区 FEMTO的关键技术 准入控制 支持FemtoGroup功能FemtoGroup中连续覆盖的Femto之间可以进行切换准入控制 场景 机场 场景 企业 逻辑上捆绑为1个 共享相同的接入列表 封闭式 空口上采用同一个LAC 扰码是各小区不同的 通过邻区设置进行切换 Copyright 1996NorthernTelecom 支持Femto到2G 3G宏站 2G 3G宏站到Femto和Femto到Femto的小区重选 支持分层小区结构 HCS UE小区重选算法考虑其移动快慢和HCS参数设置 可以尽可能地将静态UE保留在Femto小区中 可以减少Femto小区和宏小区间的乒乓小区重选 减少信令 P3 P2 P1 移动性管理 FEMTO的关键技术 移动性管理小区重选 小区切换 从宏小区 FEMTO对宏小区的要求 广播为femto邻小区特设的参数 如Sintrasearch Treselection 广播最多15个femto邻小区以及相应参数 如Qqualmin QrxlevminQoffset 参数设置的目的 当宏小区质量较强时 UE应该测量同频或异频femto小区 当Femto小区满足小区选择条件是 UE应重选到Femto邻小区 FEMTO的关键技术 移动性管理小区重选原则 主要的重选判据是femto小区的质量 UE一旦进入Femto覆盖范围 图中红色区域 应立刻驻留到Femto小区 UE应能够在宏小区信号质量好于femto小区时还驻留于femto小区 如在宏基站附近 当femto小区的覆盖变弱时UE应转移到宏小区 从FEMTO 宏小区对femto小区的要求 广播femto小区参数 parameterQqualmin Qrxlevmin Sintrasearch Treselection 广播宏蜂窝邻小区参数 Qualmin Qrxlevmin Qoffset 参数设置的目的 当femto小区质量变差时 UE只测量同频和异频宏蜂窝小区 当femto覆盖变差时 UE应重选到满足条件的宏小区 FEMTO的关键技术 移动性管理 小区重选 小区切换 移动性管理 支持Femto向2G 3G宏小区的切换 当UE移动出Femto覆盖区域 Femto的质量和电平差 于一定门限的时候 将会触发Femto向2G 3G宏小区的切换 支持Femto向Femto的切换FemtoGroup中支持Femto向Femto的切换SourceFemtoCell TargetFemtoCell 均为硬切换UE BVG Iu CSUP BSGIPSECRouter Iu CSCP 3GMSC ManagedTransportNetworkHandover FEMTO的关键技术 移动性管理 Femto网络标识 MacroUE MacroPLMNUEcanaccessMacroonly FemtoUE FemtoPLMNCanaccessbothFemtoandMacro ePLMNconcept MacroLayer MacroLayerMacroPLMN UE H BSR 1 RRCConnectionEstablishment 3G MSC 2 NAS LocationUpdateRequest3 NAS MMInformation modifiednetworkname 4 NAS MMStatus5 NAS LocationUpdateAccept6 NAS LocationUpdateComplete7 RRCConnectionRelease 2 NAS LocationUpdateRequest3 NAS MMInformation networkname 4 NAS MMStatus5 NAS LocationUpdateAccept6 NAS LocationUpdateComplete FemtoLayerFemtoPLMNFemtoCell 方案一 基于ePLMN的Femto网络标识 为FEMTO申请新的网号 Femto网络和宏站网络使用不同的PLMN 做RPL等效后同属联通 方案二 基于MM GMM信息插入的Femto网络标识 同网号 UE从宏小区向Femto进行位置更新 路由更新 时 Femto在核心网下发的MM GMMInformaiton消息中插入Femto网络名称替换原有的HPLMN名称字段 标识Femto区域不用新网号 外场中发现有不支持中文网号的手机目前联通在申请新网号 之前暂用方案二 n Femtocell所扮演的角色类似于终端设备 因此其使用方法必须简单明确 用户从运营商获取Femtocell基站后 只要接通电源和网络 必须能自动完成IP连接和IP分配 进行远程的自动软件升级 自动网络规划 包括最小干扰频点的选择 扰码的自动分配 邻区列表的自动创建及发射功率的自动调整 34 FEMTO的关键技术 即插即用 nnn 接入层的UE接入鉴权 用户必须可以设置Femtocell的接入模式 是否允许所有用户接入 能否设置不同的接入用户 Femtocell信号是否可以独享 因此Femtocell必须设置一个白名单编辑功能 以满足对Femtocell接入终端的控制 Femtocell基站设备的接入控制 运营商要能够监控Femtocell基站的使用 并控制其IP是否允许接入 目前主要采用在Femtocell基站内置一张类似于SIM卡的信息鉴权设备 在用户获取Femtocell基站时 运营商可以在SIM卡上烧制相应的鉴权信息 核心网3GPP标准的UE接入鉴权 Femtocell对用户的接入必须满足3GPP对3G的各项标准规定 35 FEMTO的关键技术 鉴权和接入控制 36 n 切换的三个方向 qqq FemtocelltoFemtocellFemtocelltoMacrocellMacrocelltoFemtocell n 有效地降低macrocell的负荷量及频谱资源 FEMTO的关键技术 切换控制 nn Femtocell和Femtocell之间的切换及Femtocell向宏峰窝小区的切换不存在问题 只要在Femtocell中设置相应的邻区列表即可 但宏峰窝小区向Femtocell的切换中 由于Femtocell小区众多 宏峰窝邻区列表有限 因此宏峰窝向Femtocell方向的切换目前还在讨论当中 由于运算的复杂度及成本问题 大部分运营商已经同意可以放弃宏峰窝小区向Femtocell的切换 但有少数设备商也提出了逻辑小区的概念 将多个Femtocell归为一个逻辑小区 宏峰窝只关心逻辑小区的设置 而无需了解Femtocell的真实小区 以此来解决邻区列表有限的难题 37 FEMTO的关键技术 切换控制 3GPPInterfaces AAAServer BVG Authdatabase Iu CS FemtoBSR WMS Internet Apps Portals Internet PSTN OnePhysicalRouting UTRAN RNC L1radio HLRMSCSGSNIu PSBSGBPGOnePhysicalHousingFirewall IPSecElement 非安全区域 Legacy3GPPR99 HSPAterminalFemto关键数据安全的本地存储基于3GPP的空口加密 网络防火墙Gi TrafficAggregation Security SignallingTranslation Femto内嵌防火墙 IPSec隧道3GPPCoreNetwork Femto鉴权BSRGatewaysAndOAMHNMIPSECoverxDSL FEMTO的关键技术 安全性安全性管理 n OMC和家庭网络管理 HNM 的作用是提供操作维护功能 维护BSRFemtocell数据库 执行用户注册 自动小区规划等 39 FEMTO的关键技术 网管 nnn Femtocell主要通过接收周围宏基站信号来提取同步时钟信号 如果Femtocell完全处于孤岛环境 就需要通过自身的时钟振荡器来获取时钟 当然GPS也可以应用到Femtocell 但由于成本较高 目前仅在CDMAFemtocell中有少量应用 40 FEMTO的关键技术 时钟同步 nnnnnnnnnnn 因为Femtocell是完全通过IP网络实现与核心网的连接 因此如何保证业务的QoS服务等级 特别是语音业务的QoS要求非常关键 因此对于IP传输网络需要有一定的性能要求 一般要求如下 满足语音业务QoS最低要求 a 时延 上行100kbit s满足视频电话及PS384K业务QoS最低要求 a 时延 200kbit s41 FEMTO的关键技术 IP传输质量 nn Femtocell借助固定接入提供移动业务 同时也为传统意义上的家庭网关增加了移动接人功能 即所谓的四重播放的家庭网关 运营商借助四重播放概念 一方面可以把现有固定业务和移动业务进行绑定 从而提高用户的忠诚度 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 另一方面 也可以把原本只部署于固定网络的业务扩展到移动终端 从而增强用户的使用体验以吸引更多的用户 对全业务运营商来说 借助于Femtocell的融合业务 可以提高其差异化竞争能力 42 FEMTO的关键技术 绑定 nn 由于部署成本相对较低 运营商有条件降低业务的使用费用 因此可让用户享受更多的资费优惠 另外 通过业务绑定 FMC 四重播放 也可以降低用户整体的业务费用 43 FEMTO的关键技术 资费方案 BSRGateways BSGBPGBVG FEMTO的关键技术 其他技术其他功能 部分厂家支持LAC转换MSC Iu CS 空口LAC Iu口LAC转换SIBmessagewithAirLAC Femto空口LAC尽可能多 Iu口LAC尽可能少 n 从核心网侧来看 过多的LAC不便于MSC SGSN管理 也增加信令负荷 DSLNetwork 为了便于准入控制 一个交换机下不同FEMTO的空口LAC应该尽可能不同 利用FEMTO提供空口LAC到Iu口LAC的转换功能 可以使得FEMTO的空口LAC和Iu口的LAC不同 无论FEMTO下空口LAC如何不同 Iu口上只会有一个LAC 分为上报核心网LAC 称IuLAC 和下发终端LAC 称UuLAC YCoordinateinMeter FEMTO的覆盖分析 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 10 10 1086420 2 4 6 8 XCoordinateinMeter 一般家庭环境的路径损耗在70dB 100dB左右L 39 5 20logd 按照导频RSCP 100dBm的FEMTO覆盖门限 那么FEMTO在穿透3堵墙的情况下 能覆盖到10米的距离 基本能够满足一般家庭覆盖 Femto与UMTS宏站异频组网情况在异频组网的场景下 Femto与宏站之间基本没有干扰Femto的小区半径主要取决于导频的RSCP接收电平 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 下行受限 家庭型发射功率 20mW企业级发射功率 100mW既13 20dBm y m 1000 500 0 500 1000 5000 1000 x m FEMTO的覆盖分析Femto与UMTS宏站同频组网情况在同频组网的场景下 Femto的小区半径主要取决于来自宏站的干扰离宏站越近 干扰越大 小区半径越小Pmacro 20W rmacro 1208m Pfemto max 20mW Channel typicalurban femtocellsthatachievetargetrangereducedrange 3 2 reducedrangewith15dBwallseparation 0 9 仿真条件 宏站20W 宏站半径1208m FEMTO20mW 典型市区环境 仿真结果 FEMTO距离NodeB200m以外时基本不受影响 FEMTO距离NodeB200 80米时 将减少覆盖距离 FEMTO距离NodeB80米以内时 隔1堵强也有覆盖损失 500 1000 YCoordinateinMeter YCoordinateinMeter YCoordinateinMeter YCoordinateinMeter 宏站的Ec Io 宏站的Ec Io 宏站的Ec Io Femto的Ec Io 宏站的Ec Io Femto的Ec Io 8 6 4 8 10 10 4 6 0 2 42 1086 15 14 12 13 11 4 6 8 10 8 10 10 8 6 4 202 4 6 0 2 42 1086 XCoordinateinMeter 16 15 14 12 13 11 0 2 4 6 8 10 8 10 10 8 6 4 2 4 6 20 2 4 86 XCoordinateinMeter 16 15 13 14 12 11 8 6 4 2 0 8 10 10 4 6 20 2 4 86 10 XCoordinateinMeter 15 13 14 12 11 FEMTO的覆盖分析Femto处于UMTS宏站小区边界位置 Femto处于UMTS宏站小区中心位置10 16Femto的Ec Io 20246810XCoordinateinMeter 16Femto的Ec Io246810 室内占用宏站信号 室内信号外泄 FEMTO的频率使用 鉴于同频时相互干扰较大且不容易控制 Femto与UMTS宏 站应异频组网 Femto建议采用空闲独立频点 如f3 当室分高层楼宇已采用了f3频点 可使用f2频点建设Femto 对于将来WCDMA发展期 某些区域宏网络同时采用了三个频点的区域 为 保证网络的正常体验 需要申请新的频率资源 FEMTO的容量分析 设备能力 家庭型 同时支持4用户并发 企业级 同时支持16用户并发 极限容量 功率资源 和码资源 96个话音连接 32个VT连接 4Mbps吞吐量 HSDPA 大于设备能力 不受限 传输资源 根据传输承载方式决定 ADSL 下行8Mbps 上行640kbps ADSL2 下行16Mbps 上行1Mbps LAN 10Mbps 100Mbps FTTH PON 1000Mbps WCDMA容量取决于多个方面 对于FEMTO nnn Femtocell在实际应用中 是不需要进行网络规划设计的链路预算和覆盖预测的 根据实际环境的覆盖和干扰情况自动设置和优化发射功率 从而满足覆盖和质量要求 但在不同组网方式下 异频组网和同频组网 Femtocell的最大覆盖能力和干扰情况有所不同 在异频组网情况下 Femtocell和大网宏站之间没有干扰 Femtocell的覆盖范围取决于导频的接收电平 RSCP 这能够满足一般家庭的覆盖要求 FEMTO室内覆盖规划要点 nnn 在同频组网的场景下 Femtocell小区半径主要取决于来自宏站的干扰 并且和离宏站的距离有关 在距离宏站过近的区域内 Femtocell难以保证10m的小区覆盖半径 同时 Femtocell和宏站之间的干扰还取决于切换和准入策略 如果能够保证及时地切到电平较高的一方 那么干扰和质量还可接受 如果不能很好地支持Femtocell大网宏站之间的切换 或者是在封闭式准入情况下 将可能出现严重的干扰问题 甚至导致 BlackZone 在多Femtocell连续覆盖的前提下 Femtocell之间必然使用相同频点 在允许Femtocell Femtocell切换的情况下 Femtocell之间的干扰是可以接受的 如果相邻的两个封闭准入模式Femtocell之间不允许切换 那么它们之间可能会产生较大干扰 FEMTO室内覆盖规划要点 nn 准入策略也是规划的重要环节 考虑到家庭和小型办公场景属于私用场景 建议Femtocell采用封闭式准入策略 当然也可以将一些封闭式接入的场景改为半开放式 比如允许其他用户以较低的优先级使用Femtocell的语音和低速数据业务 并给Femtocell业主适当补贴 在同频组网的情况下 小型私用场景使用半开放式接入可以避免封闭式接入情况下可能产生的 BlackZone 问题 FEMTO室内覆盖规划要点 nn 除此之外 在小区重选方面 建议使用分层小区结构 HCS 的小区重选方式 在UEIDLE模式和Cell FACH Cell URA PCH连接模式情况下定义小区重选优先级 使得UE可以根据移动速度快慢选择小区重选对象 尽可能地将静态UE保留在Femtocell小区中 FEMTO室内覆盖规划要点 nn 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 FEMTO对现网规划的影响分析 n 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 FEMTO对现网规划的影响分析 n 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 FEMTO对现网规划的影响分析 n 第三部分 nFemtocell家庭基站应用场景 58 汇报纲要 nnnnn FemtoceFEMTO与WLAN优缺点对比FEMTO与室内分布系统优缺点对比Femtocell适用场景分析Femtocell应用限制Femtocell可开展的特色业务 FEMTO适用场景分析FEMTO与WLAN对比 n 更好地控制服务质量和安全 qqqq 运营商控制频谱 更加安全 WiFi可能会有很多用户竞争使用公共频谱和网络更少的干扰 QoS保证HSDPA HSUPA同样可以提供高速数据应用移动性强 nnn 不需要集成WiFi和UMTS 标准的UMTS终端WiFi终端由于功率优化的问题 电池耗电成为一个问题可以为用户提供简便的使用体验 q 不需要分离的账单和登录手续 60 Femtocellvs Wi Fi FEMTO适用场景分析FEMTO与室内分布系统对比缺点 nn FEMTO覆盖的区域更小FEMTO与室外的切换是单向的 且是硬切换 优点 nnnn 简化传输条件 ADSL即可 设备成本更低针对少数用户 可提供的业务质量更稳定 数据业务带宽更有保证开展与位置有关的业务或资费差异化的业务 WLAN 覆盖区域大小 业务量 大型建筑 中型建筑小型建筑家庭 室外宏蜂窝穿透业务量低 室内分布系统 分布式基站 有源室分 无源室分 直放站 FEMTO适用场景分析复杂的大型建筑局 部引入 分担 数据业务容量Pico基站Femto业务量高 是Femto最主要的使用场景 FEMTO适用场景分析 qq 小型私用场景小型共用场景 是Femto最主要的使用场景 是是超市等 如 VIP服务区域 小型的营业厅或代销点 连锁Femto的一个灵活使用 是Femto应用的一个探索 目前阶段需谨慎使用 FEMTO适用场景分析 q 聚类场景 是Femto应用的一个探索目前阶段需谨慎使用挑战 Femto容量相对宏站较小 在话务分布不均的情况下难以避免部分Femto拥塞 而另一部分Femto很空的情况 Femto只能提供WCDMA覆盖 不能提供GSM覆盖 与小型私用场景不同 这类场景中 运营商可能仍然需要支付Femto电费和传输费用 需要引入数十个甚至上百个Femto小区 Femto和Femto之间没有软切换 可能存在一定干扰 导致容量和质量下降 网络邻区结构复杂 不利于规划 也不利于移动性管理 过多的小区可能导致过多的切换 影响质量 消耗资源 如果利用公网作为回程 可靠性较低 Femto设备没有宏站设备可靠 优势 有效提高高速数据业务吞吐速率 快速解决用户投诉 提高用户满意度 有效卸载室外宏站容量 提高室外宏站质量 部署灵活 工程实施相对方便 物业难度相对较低 FEMTO适用场景分析存在应用上的限制 nnn 单点覆盖范围小 如果实现大面积连续覆盖的话 每层通常需要若干个FEMTO 一栋建筑需要几十个 管理和运维难度较大DSL或宽带接入的传输网络目前难以保证QoS 所以FEMTO对实时业务难以保证QoS 某些省试用后发现视频电话质量极差 无法使用 FEMTO与室外站点切换是单向的 室外站点无法向FEMTO切换 所以重要区域还需要保证主体网络的基本覆盖 FEMTO适用场景分析 可开展的特色业务 1 差异化资费 FEMTO适用场景分析可开展的特色业务 2 位置服务 了解家庭成员情况 基于位置推送服务信息 FEMTO适用场景分析 可开展的特色业务 3 家庭号码 全业务通信服务 家庭号码 Femto拥有一个家庭的固定电话号码 家庭号码可以映射到一个或多个家庭成员的终端 按顺序振铃或者同时振铃 只有家庭成员在家时才会寻呼 如果一个家庭成员接了电话 而电话是另一个家庭成员的 可以将通话转移到正确的家庭成员 如果没有应答 将会转入家庭语音信箱 全业务通信服务 移动电话 3G 电脑无线上网 HSPA WLAN 电脑有线上网 LAN接口 n 第四部分 nFemtocell家庭基站网络架构 70 汇报纲要 nnnn FemtoceFEMTO设备情况FEMTO网络架构Femtocell网络架构选择Femtocell应用案例 FEMTO设备 n 目前联通系统内主要采用三个厂家的FEMTO设备 qqq 华为贝尔诺西 其他设备厂家正在进行验证测试 中兴尚未推出产品 华为FEMTO设备 贝尔FEMTO设备 联通北方十省集采的都是融合式的 诺西FEMTO设备 支持的终端 服从的规范 移动性 配置 安全方面 载频 激活的小区数 接入控制 相邻小区扫描 3GPPR99及以后的版本3GPPR6 7 8等定义的 localareabasestation 要求 Idle模式下的移动性及跨频切换在销售点登记后及可实现自配置FEMTO网关与CPE之间为IPSEC通道单载频1用户自己定义扰码及干扰 激活模式下的容量 至少同时4个用户接入控制列表容量 至少支持15个授权用户 HSDPA HSUPA CS承载 PS承载 多业务承载 传输协议 输出功率 功耗 7 2Mbit s1 4Mbit s语音12 2或视频64kbs64 128 256or384kbps1个语音及1个数据业务 用户Iu IP20dBm 最大 9W Femto网络架构需求 n 现有的无线网络 无论是GSM UMTS CDMA或者LTE都是由大型的网络设备组成的 无论是核心网还是接入网都是由专业的设备制造商制造 专业的工程师安装 配置 维护的 这些设备之间大多通过运营商私有的网络进行连接 Femtocell作为小型的消费电子设备要融入现有的网络必须满足下面的需求 Femto网络架构需求 部署数量 nnn 因为无法预知有多少用户会购买Femtocell 从理论上讲 Femtocell的部署数量是不受限制的 需要注意的是 随着Femtocell数量的增加 网络管理的复杂度 Femtocell之间的信号干扰都有可能变大 另外用户大量使用Femtocell提供的低资费的服务可能导致网络流量迅速增长 虽然Femtocell可以减轻传统接入网的流量压力 但无法减轻核心网的流量压力 运营商需要密切注意核心网是否会因为流量过大而超载 除了数据流量的负担 容易忽视的一点是过多的信令流量也可能使网络过载 虽然一般信令的流量相比数据流量小很多 但信令的处理过程比数据复杂很多 运营商需要根据网络的负载情况决定是否需要扩容核心网 Femto网络架构需求 连接核心网 nnn 通过公用IP网络连接运营商的核心网是Femtocell与传统基站的重要不同点 公用IP网络可以是提供Femtocell运营商的网络 也可以是其它运营商的网络 一般来说 提供Femtocell的运营商和提供公用IP网络接入的运营商是同一个 这样的好处是 运营商可以提供固定宽带接入和移动宽带接入的整体的套餐 用户可以享受到优惠的资费 另外运营商可以控制固定宽带的QoS保证Femtocell能够提供高质量的服务 中国联通要求使用Femtocell的用户必须同时是中国联通的宽带用户和手机用户 Femto网络架构需求 安全性 nn 使用过Wi Fi的用户都有这样的体验 如果不设置任何的密码 Wi Fi连接很容易被其他人盗用 当一个用户在家里通过Wi Fi路由器上网 楼上的邻居也可以毫无阻碍的使用这个Wi Fi连接上网 和Wi Fi一样 Femtocell也存在信号泄露的问题 因此Femtocell必须保证未授权的用户无法使用Femtocell的信号进行业务 拥有Femtocell的用户等于拥有了一个可以连接到运营商核心网的设备 这在过去是不可能的 Femtocell网络架构必须保证用户无法利用Femtocell作为攻击运营商核心网的工具 Femto网络架构需求 操作维护接口 nn 开放的操作与维护接口可以让运营商使用一套系统就可以管理来自不同厂商的Femtocell Femtocell的操作与维护系统与运营商现有设备的操作与维护系统是彼此独立的 从而避免Femtocell与现有设备产生耦合 作为终端设备 Femtocell的操作与维护系统与运营商现有的OSS系统通过CORBA接口连接 方便运营商部署Femtocell 并进行初始化参数的配置 Femto网络架构需求 现有网络影响小 nn 为了支持Femtocell 现有的网络只需要增加相关的配置 而不需要做任何升级 Femtocell网络通过现有的标准IuCS IuPS接入到运营商的核心网 FemtoAP 安全网关 Femto网络架构管理系统Femto网关 Femto系统 3G核心网 82 FEMTO网络架构 nnn Iu boverIP方式IuoverIP方式 RAN网关方式 SIP IMS方式 Iu boverIP方式 nn 此架构以现存的3G网络架构为基础 Femtocell设备只具备NodeB功能 是最早提出的接入方案83 84 n 优点 q Femtocell可以与macrocell共用RNC设备 网络结构清晰 n 缺点 qq 可实施性差 造成RNC设备端口与容量的浪费经济性能较差 IuoverIP RAN网关 方式 nn Femtocell设备集结了NodeB和RNC功能在核心网与IP接入之间引入RAN网关 RGW 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 85 86 n RGW特点 q 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 n RGW优点 qqq 业务透明度高成本低对网络影响小 87 SIP IMS方式 nnnn 网络发展的最终目标遵从3GPPIMS协定 VoIPSIP协定 RNC所执行的功能则被完全移到Femtocell端 按全IP化的方式部署Femtocell网络架构 n SIP IMS特点 qq 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 88 Femtocell接入核心网的方式比较 Femtocell网络架构选择 nn 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 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 WCDMAFemtocell的网络架构 n 以WCDMAFemtocell为例 目前业界主流的设备商主要采用的是把NodeB和RNC功能集成于一个接入设备的扁平化架构 由Femtocell网关提供标准的Iu接口 更进一步的扁平化架构可以把SGSN GGSN等功能集成于Femtocell接入设备 扁平化架构的优势是它符合下一代移动网络的发展趋势 另一方面 由于独立节点的减少 使得网络端到端时延大大降低 降低40 左右 从而大大增强用户在使用高速数据业务和实时业务时的体验 同时节点的减少也大大提高了网络的可靠性 案例 WCDMAFemtocell的网络架构 案例 WCDMAFemtocell的网络架构 nnn FemtocellCPE为移动终端提供标准的空中接口 可以为单独的设备 也可以和ADSLModem或家庭网关集成 它还包括NodeB RNC或SGSG GGSN等功能 网络侧接口由Femtocell网关提供 如Iu CS Iu PS Gn Gi等 Femtocell网关同时提供安全网关的功能 用于建立FemtocellCPE和Femtocell网关之间的安全隧道 Femtocell网关事实上扮演了一个虚拟的RNC 或虚拟GGSN的功能 它一方面汇聚所有受它控制的FemtocellCPE的流量 另一方面向传统核心网呈现标准的接口功能 除此之外 整个系统还有Femtocell的管理和配置系统 从网络演进的角度 FemtocellCPE可以增加SIP的功能 从而使传统终端也可以通过Femt