一種分布式Femto用戶側多模HNB設備及其應用

【摘要】為了解決傳統(tǒng)Femto用戶側HNB設備制式單一、容量低的問題，介紹了一款新型分布式Femto用戶側多模HNB設備，通過對該設備的系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡架構、優(yōu)勢對比和實際運用場景等方面進行分析，該設備采用扁平化和分布式架構，能夠有效解決運營商共建共享的問題，并降低施工成本和難度。

【關鍵詞】Femto 多模 HNB 扁平化 分布式 共建共享

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.22.004 中圖分類號：TN838 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010(2017)22-0014-04

引用格式：王傳江,余剛,徐紅波. 一種分布式Femto用戶側多模HNB設備及其應用[J]. 移動通信, 2017,41(22): 14-17.

1 引言

Femto（家庭基站）是解決室內(nèi)覆蓋的有效手段之一，它實現(xiàn)了傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡與移動網(wǎng)絡的有效融合。Femto技術的優(yōu)勢在于不僅能夠利用固網(wǎng)資源吸收數(shù)據(jù)業(yè)務，減輕宏站的業(yè)務流量壓力，而且還能夠彌補宏站網(wǎng)絡覆蓋的不足，提高用戶的業(yè)務體驗。Femto產(chǎn)品具有發(fā)射功率低、體積小巧、施工便捷等特點，近年來得到了運營商的廣泛運用。

隨著4G網(wǎng)絡的快速發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時代的來臨，數(shù)據(jù)需求呈幾何倍數(shù)發(fā)展，尤其是室內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務需求增長迅速，所以運營商對室內(nèi)覆蓋十分重視。當前較多室內(nèi)環(huán)境中各運營商的2G/3G和4G業(yè)務共存，移動網(wǎng)絡的室內(nèi)分布系統(tǒng)逐漸向多技術、多系統(tǒng)融合的方向演進。如果三家運營商各自獨立建設，則重復建設和施工、物業(yè)協(xié)調難、成本高等問題將會更加突出。此外，由于傳統(tǒng)Femto用戶側HNB設備支持的制式單一，僅能支持2G/3G或4G中的一種頻段制式，帶寬小、系統(tǒng)容量低，已不能滿足用戶的需求，市場亟需一種多模設備來解決上述問題。基于此，本文提出了一種分布式Femto用戶側多模HNB設備，可以很好地滿足運營商的需求。

2 用戶側設備HNB在網(wǎng)絡中的位置

以3G移動網(wǎng)絡為例，F(xiàn)emto接入網(wǎng)絡主要由HNB、家庭網(wǎng)關（HNB GW）、安全網(wǎng)關（SeGW）和家庭基站網(wǎng)管系統(tǒng)（HMS）構成，其網(wǎng)絡架構圖如圖1所示：

圖1 Femto接入網(wǎng)絡架構圖

HNB為無線接入設備，HNB與UE采用標準的Uu接口進行通信，從UE側來看，HNB接入網(wǎng)設備是類似移動通信系統(tǒng)中的Node B。HNB主要實現(xiàn)無線承載、尋呼，進行無線資源管理、移動性管理，實現(xiàn)相關物料層功能并與網(wǎng)關之間進行相關鑒權、位置限制等，并且其還提供HNB GW的Iuh接口。

HNB GW是為HNB系統(tǒng)新增的網(wǎng)關設備，主要實現(xiàn)將眾多HNB的業(yè)務進行匯聚，進行相關接入控制后通過標準的Iu_CS和Iu_PS接口傳回到核心網(wǎng)。HNB GW主要功能有：移動性管理、編碼轉換、用戶終端準入控制、Femtocell注冊功能和安全網(wǎng)關接入認證等。

LTE Femto中用戶側設備HeNB在網(wǎng)絡中的位置和作用同HNB，只是HeNB-GW網(wǎng)關在LTE Femto中是可選設備，HeNB可直接接入核心網(wǎng)，本文在此不再贅述。

3 運營商對室內(nèi)覆蓋方案的要求

隨著4G的快速發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，運營商對室內(nèi)覆蓋的建設要求越來越高。針對目前室內(nèi)覆蓋的現(xiàn)狀，運營商十分關注以下需求：

一是2G/3G/4G多網(wǎng)融合共建共享，尤其是新建場所希望一套系統(tǒng)產(chǎn)品能夠解決多制式的覆蓋，避免重復施工，進而減少投資；

二是設備體積小、安裝簡單，解決施工難、入戶難的問題；

三是終端能遠程取電，解決選址困難、取電難的問題。

目前室內(nèi)覆蓋解決方案主要如下：

（1）基于分布式基站的BBU+RRU+天饋系統(tǒng)：該方案采用“信源+合路”方式，在建網(wǎng)之初天饋要考慮幾大運營商的共建共享問題，POI（Point Of Interface，多系統(tǒng)合路平臺）合路要預留通道；

（2）基于分布式基站BBU+RRU+分布式系統(tǒng)產(chǎn)品：由于分布式產(chǎn)品體積小巧、安裝方便，特別適用于人員密集場所如高檔酒店、寫字樓等，近年來運用十分廣泛；

（3）基于Femto技術的HNB-AP：該方案利用HNB-AP終端對移動信號進行放大、覆蓋，隨著4G的快速發(fā)展，傳統(tǒng)HNB-AP設備制式單一，不能滿足共建共享的要求，其體積較大且不支持遠程取電。

4 一種多模分布式HNB室內(nèi)覆蓋設備

4.1 HNB設備的組成

一種多模分布式用戶側HNB設備分為AU（Accent Unit，接入單元）、EU（Extended Unit，擴展單元）和RU（Remote Unit，遠端單元）三部分，其中AU與EU之間通過光纖連接傳輸，EU與RU之間通過網(wǎng)線連接傳輸。HNB的功能由三部分完成，各部分功能具體如下：

（1）接入單元（AU）

按照網(wǎng)絡中接入制式的不同，接入單元（AU）又可以分為2G接入單元、3G接入單元和4G接入單元，AU通過光纖與擴展單元（EU）連接，兩者之間通過標準的CPRI（Common Public Radio Interface，通用公共無線電接口）協(xié)議進行通信。AU通過光纖或網(wǎng)線與HNB-SeGW網(wǎng)關、HMS網(wǎng)管連接，實現(xiàn)業(yè)務與監(jiān)控信號的交互。2G/3G與4G接入單元工作原理雖有差異，但其完成的主要功能是一致的。其主要完成物理層接入、無線資源管理和移動性管理三大方面的功能，具體如下：

◆物理層接入：主要進行UE接入與鑒權、信道編碼、調制、無線鏈路控制和系統(tǒng)的同步；

◆無線資源管理：主要實現(xiàn)無線鏈路測量、功率控制、信道分配和管理；

◆移動性管理：主要實現(xiàn)小區(qū)切換和重選。

（2）擴展單元（EU）

擴展單元（EU）實現(xiàn)與接入單元和遠端單元的信息交互功能，與RU通過五類或六類網(wǎng)線連接并實現(xiàn)遠端的POE（Power Over Ethernet，有源以太網(wǎng)）供電功能。EU支持EU級聯(lián)，并可實現(xiàn)同時與2G/3G或4G接入單元MU（Main Unit，主單元）的連接組網(wǎng)。

（3）遠端單元（RU）

遠端單元（RU）實現(xiàn)與UE通過標準的Uu接口進行信號的交互，具體為：將擴展單元下發(fā)的數(shù)字信號轉成射頻信號，實現(xiàn)2G、3G、LTE等制式的無線覆蓋（視網(wǎng)絡需求，2G/3G或4G射頻部分可靈活選配）；同時將接收的上行射頻信號轉成數(shù)字信號傳至擴展單元，實現(xiàn)特定小區(qū)工作信號的接入和覆蓋。

4.2 組網(wǎng)及應用

采用扁平化和分布式架構的多模HNB設備組網(wǎng)靈活，可采用星型、鏈型及混合型組網(wǎng)，根據(jù)不同的應用場景選取不同的制式頻段設備，即可解決多制式共建共享的組網(wǎng)需求。

下面以實際應用較多的2G和4G室內(nèi)覆蓋需求為例，需要選用的設備為2G/4G遠端單元、EU擴展單元、2G接入單元和4G接入單元，其組網(wǎng)連接示意圖如圖2所示：

圖2 多模分布式HNB設備組網(wǎng)連接示意圖

4.3 多模分布式HNB設備優(yōu)勢分析

多模分布式HNB設備的優(yōu)勢具體如下：

（1）根據(jù)不同的應用場景選取不同的制式頻段設備，可實現(xiàn)多系統(tǒng)融合共建共享的需求，并且不同的產(chǎn)品可實現(xiàn)共平臺，極大地減少了設備投資；

（2）充分利用駐地網(wǎng)網(wǎng)線和光纖資源，物業(yè)協(xié)調難度降低，一次布放、施工安裝方便快捷，可節(jié)省建設周期；

（3）遠端可實現(xiàn)POE遠程供電或本地取電，解決了選址困難、取電難的問題；

（4）設備支持2G/3G/4G多制式多業(yè)務，利用雙網(wǎng)線傳輸4G可實現(xiàn)LTE MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出），滿足了高帶寬、高速率的覆蓋要求；

（5）設備組網(wǎng)靈活，可采用分布式建設模式，將擴展單元、遠端單元設備分布到平層，解決了傳統(tǒng)設備集中放置機房空間不足的問題。

4.4 多模分布式HNB設備應用場景

多模分布式HNB設備主要解決覆蓋問題和容量問題，其主要適用于以下場景：

（1）需要用低成本達到快速建網(wǎng)解決室內(nèi)覆蓋的小型私有場景，如酒店、商務休閑場所等；

（2）小型公共場景，如營業(yè)廳、事業(yè)單位辦公網(wǎng)點、連鎖超市等；

（3）需要整體覆蓋、解決室內(nèi)外大容量需求的場景，如中小企業(yè)、校園等；

（4）物業(yè)要求高、站址協(xié)調難、布線困難的場景，如大型寫字樓、政府機關等；

（5）需要對數(shù)據(jù)流量話務量較高區(qū)域分擔分流壓力的場景；

（6）對覆蓋不足的區(qū)域進行補盲。

5 結束語

本文從系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡架構、優(yōu)勢對比和實際運用等方面介紹了一款多模分布式HNB設備，該設備采用扁平化、分布式架構，具有體積小、安裝開通方便、成本低的特點，可以很好地解決運營商關注的多模共建共享、取電難的問題，是運營商利用Femto技術解決室內(nèi)覆蓋的有效手段。多制式、多頻段、高容量將是室內(nèi)覆蓋產(chǎn)品后續(xù)發(fā)展的趨勢。

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作者簡介

王傳江：工程師，學士畢業(yè)于中北大學，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術有限責任公司，主要從事無線通信類相關產(chǎn)品的開發(fā)、系統(tǒng)設計工作。

余剛：工程師，碩士畢業(yè)于華中科技大學，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術有限責任公司，主要從事無線通信協(xié)議、設備、組網(wǎng)相關研究工作。

徐紅波：工程師，學士畢業(yè)于武漢工程大學，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術有限責任公司研發(fā)部，主要從事RRU接收機射頻系統(tǒng)的設計工作。

作者：王傳江 余剛 徐紅波 來源：《移動通信》