b]Femtocell 簡介
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Femtocell是毫微微蜂窩基站，又稱家庭基站或3G接入點，是一種超小型手機基站設(shè)備。Femtocell使用IP協(xié)議，通過用戶已有的ADSL、LAN等寬帶電路連接提供回程鏈路，遠端由專用網(wǎng)關(guān)（Gateway）實現(xiàn)從IP網(wǎng)到移動核心網(wǎng)的連通。Femtocell具有1個載波，發(fā)射功率為10～100毫瓦，覆蓋半徑為50～200米，支持4～6個活動用戶，允許的最大用戶運動速度為10公里/小時；大小與ADSL調(diào)制解調(diào)器相似，具有安裝方便、自動配置、自動網(wǎng)規(guī)、即插即用等特點。

Femtocell一直受到眾多運營商的關(guān)注與推動，其有利于保護運營商在固定寬帶網(wǎng)絡(luò)的投資，可以在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中快速解決室內(nèi)深度覆蓋難題。2009年4月7日，3GPP組織、Femto論壇和寬帶論壇頒布了世界上第一部Femto技術(shù)規(guī)范。

FemtoForum是積極推進其產(chǎn)品化的組織，目前會員包括阿爾卡特朗訊、AT&T、英國電信、思科、愛立信、華為、中興、摩托羅拉、NEC、三星、沃達豐等電信運營商和設(shè)備制造商。

Femtocel網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1、Femtocell設(shè)備
　　Femtocell系統(tǒng)在網(wǎng)元功能配置上與傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)有很大的不同，它的環(huán)境定位是家庭或中小企業(yè)使用，室內(nèi)通信的特點不同于室外環(huán)境，對容量需求小，且沒有用戶突然增加的情況，不需要過多考慮呼吸效應、切換等問題。Femtocell設(shè)備數(shù)量眾多，一般采用偏平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即Femtocell設(shè)備集成了傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多個網(wǎng)元的功能，如NodeB、RNC、SGSN、GGSN等。對于Femtocell設(shè)備的功能組成及其設(shè)備接口，各廠家都有不同的實現(xiàn)方式，通常功能集成方案有兩種，第一種是集成NodeB、RNC功能，第二種是集成NodeB、RNC、SGSN與GGSN功能。

2、Femtocell 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　Femtocell設(shè)備的引入原則上不對移動核心網(wǎng)產(chǎn)生任何影響，設(shè)備集成的功能越多，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就越扁 　　Femtocell 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
平化，當Femtocell設(shè)備集成了NodeB、RNC、SGSN與GGSN功能的時候，用戶通過Femtocell設(shè)備就可以直接接入Internet網(wǎng)絡(luò)，無須經(jīng)過移動分組域核心網(wǎng)。 Femtocell設(shè)備功能集成度與其接入到核心網(wǎng)的方式是相對應的。本文總結(jié)了近些年來提出的Femtocell的各種接入方式，主要可以歸納為3種。 　
　（1）Iu-boverIP方式 　　Femtocell設(shè)備只具備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資小，F(xiàn)emtocell可以與宏蜂窩共用RNC設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰。其缺點是經(jīng)濟性能較差，由于RNC具有容量與端口的限制，理想情況是由大容量宏蜂窩基站占用端口，F(xiàn)emtocell恰恰是端口消耗型的低容量配置設(shè)備，數(shù)目眾多且同時在線用戶很少，造成RNC設(shè)備端口與容量的浪費。核心網(wǎng)與RNC都把Femtocell設(shè)備看做普通NodeB來處理，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)3G網(wǎng)相同。此方式可實施性差。 　

�。�2）RAN網(wǎng)關(guān)方式 　　Femtocell設(shè)備集成了NodeB和RNC的部分功能，最新提出的Femtocell接入方案是在核心網(wǎng)與IP接入網(wǎng)之間引入一個新的網(wǎng)元即RAN網(wǎng)關(guān)。RAN網(wǎng)關(guān)在IuOverIP接口收集來自Femtocell的業(yè)務，然后通過標準Iu-CS、Iu-PS端口分送到核心網(wǎng)。RANGateWay（RGW）方式初期投資小，對核心網(wǎng)影響小。核心網(wǎng)將RGW當成普通RNC設(shè)備處理，RGW負責網(wǎng)絡(luò)安全、業(yè)務匯聚、協(xié)議轉(zhuǎn)換、Femtocell設(shè)備管理與配置及Femtocell設(shè)備的接入控制。 　

�。�3）SIP/IMS方式 　　Femtocell設(shè)備集成了NodeB和RNC的功能，是在Femtocell與核心網(wǎng)之間采用基于SIP協(xié)議的連接方式，運營商同時建設(shè)一張基于SIP協(xié)議的核心網(wǎng)，與現(xiàn)有分組、數(shù)據(jù)核心網(wǎng)絡(luò)同步運行，F(xiàn)emtocell用戶由新的核心網(wǎng)提供服務。其缺點是需要將宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有的業(yè)務復制到SIP網(wǎng)絡(luò)上，加上建設(shè)新核心網(wǎng)的費用，其初期投資比較大。 　　SIP/IMS方式是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最終目標，但在核心網(wǎng)升級到IMS全IP網(wǎng)絡(luò)之前，此方式投資比較大，維護成本高。運營商可能更傾向于選用具有平滑升級能力的RGW設(shè)備。 　　由于具備業(yè)務透明度高、成本低、對網(wǎng)絡(luò)影響小的優(yōu)點，目前多數(shù)廠家選擇了RGW實現(xiàn)方式�，F(xiàn)實中，各廠家提供的Femtocell設(shè)備經(jīng)常是集成了WiFi、ADSL家庭網(wǎng)關(guān)等功能的綜合性產(chǎn)品，有的還提供了Gi接口，這使得移動用戶可以通過Femtocell設(shè)備直接接入Internet網(wǎng)絡(luò)，而不需要接入移動分組域核心網(wǎng)。

三種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特性對比圖：
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Femtocell面臨的挑戰(zhàn)及解決辦法

Femtocell面臨的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，主要分為以下三個方面：
◆Femtocell寬帶服務：資源分配，時鐘同步和回程。
◆Femtocell語音服務：干擾管理，基站接入、切換和移動性。
◆網(wǎng)絡(luò)運營安全：Femtocell通過IP接入核心網(wǎng)的安全網(wǎng)橋。

解決以上問題的方法，主要是采用新技術(shù)和設(shè)計有效的Femtocell架構(gòu)。下面主要介紹解決干擾問題的方法：

1. 干擾避免
由于其特殊的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，在Femtocell網(wǎng)絡(luò)中單一的干擾抑制技術(shù)是無效的。采用串行干擾抵消技術(shù)，是將接收到的信號減去最強的臨近干擾而起到信號還原的作用。但是如果干擾抵消不準確則抗干擾效果會很差；并且由于Femtocell設(shè)備的低成本要求，F(xiàn)emtocell的基站和發(fā)射器必須降低復雜度，這樣就會影響串行干擾抵消技術(shù)的實現(xiàn)，所以干擾抵消技術(shù)不能滿足Femtocell的要求。在Femtocell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于干擾避免技術(shù)是避免干擾而不是抑制干擾，因此對于減少干擾是更為有效的方法。由于CDMA Femtocell網(wǎng)絡(luò)采用頻率復用技術(shù)，當宏單元和Femtocell用戶使用共同帶寬時，干擾避免是采用跳時和定向天線技術(shù)來實現(xiàn)的，可以提供7倍的系統(tǒng)容量改善。

2. 跳頻與跳時技術(shù)
在GSM網(wǎng)中，通過慢跳頻技術(shù)來避免Femtocell用戶和宏單元用戶之間的相互干擾。同樣，跳頻OFDMA的網(wǎng)絡(luò)使用隨機子信道分配，以減少與周邊基站持續(xù)干擾的概率。在跳時CDMA中，CDMA的持續(xù)時間GTc（G是處理增益、Tc是時間片周期）被分散在Nhop個時隙中，用戶將隨機選擇發(fā)送時隙或者發(fā)送保持時隙保持靜默。采用隨機跳時技術(shù)通過Nhop系數(shù)來權(quán)衡處理增益，可以減少干擾用戶的平均數(shù)量。這種權(quán)衡就是改變現(xiàn)有的CDMA宏單元運營網(wǎng)絡(luò)來適應Femtocell技術(shù)。


3. 自適應功率控制
Femtocell（例如Sprint公司的Airave Femtocell）使用“自適應”方案來調(diào)節(jié)Femtocell的發(fā)射功率以解決躍層干擾問題。在前向鏈路過程中，愛立信提出通過增加Femtocell和宏基站之間的距離來降低Femtocell發(fā)射功率，從而減少對宏單元用戶的干擾，這種折衷的方法將減小Femtocell的家庭覆蓋范圍。在反向鏈路過程中，建議根據(jù)Femtocell用戶的位置提供更高的接收功率給Femtocell用戶及相關(guān)的宏單元用戶。Femtocell中斷概率與平均用戶單元數(shù)量的關(guān)系模型表明，CDMA跳時技術(shù)、增加Femtocell功率比以及定向天線技術(shù)可以提高Femtocell網(wǎng)絡(luò)的性能。而上文仿真也表明，較高的CDMA時隙、高的功率比以及定向天線技術(shù)可以有效地降低Femtocell的中斷概率，如圖3所示，沒有采用任何干擾避免技術(shù)的中斷概率極高，很難滿足實際要求。Kishore提出克服遠近效應的辦法，通過增加少量的信道增益來擴大Femtocell的覆蓋范圍，使用戶可以同宏蜂窩通信，但這樣會增加相鄰Femtocell之間的干擾。多模手機方案可以減少干擾，例如，F(xiàn)emtocell中發(fā)射器是WCDMA制式而接收是GSM模式。