【摘要】為了解決傳統(tǒng)Femto用戶側(cè)HNB設(shè)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(cè)多模HNB設(shè)備，通過對該設(shè)備的系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、優(yōu)勢對比和實際運用場景等方面進行分析，該設(shè)備采用扁平化和分布式架構(gòu)，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(guān)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(cè)多模HNB設(shè)備及其應(yīng)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(luò)與移動網(wǎng)絡(luò)的有效融合。Femto技術(shù)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(wù)，減輕宏站的業(yè)務(wù)流量壓力，而且還能夠彌補宏站網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不足，提高用戶的業(yè)務(wù)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(luò)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(wù)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(wù)共存，移動網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布系統(tǒng)逐漸向多技術(shù)、多系統(tǒng)融合的方向演進。如果三家運營商各自獨立建設(shè)，則重復(fù)建設(shè)和施工、物業(yè)協(xié)調(diào)難、成本高等問題將會更加突出。此外，由于傳統(tǒng)Femto用戶側(cè)HNB設(shè)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(shè)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(cè)多模HNB設(shè)備，可以很好地滿足運營商的需求。
2 用戶側(cè)設(shè)備HNB在網(wǎng)絡(luò)中的位置
以3G移動網(wǎng)絡(luò)為例，F(xiàn)emto接入網(wǎng)絡(luò)主要由HNB、家庭網(wǎng)關(guān)（HNB GW）、安全網(wǎng)關(guān)（SeGW）和家庭基站網(wǎng)管系統(tǒng)（HMS）構(gòu)成。
HNB為無線接入設(shè)備，HNB與UE采用標準的Uu接口進行通信，從UE側(cè)來看，HNB接入網(wǎng)設(shè)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(guān)物料層功能并與網(wǎng)關(guān)之間進行相關(guān)鑒權(quán)、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(guān)設(shè)備，主要實現(xiàn)將眾多HNB的業(yè)務(wù)進行匯聚，進行相關(guān)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(zhuǎn)換、用戶終端準入控制、Femtocell注冊功能和安全網(wǎng)關(guān)接入認證等。
LTE Femto中用戶側(cè)設(shè)備HeNB在網(wǎng)絡(luò)中的位置和作用同HNB，只是HeNB-GW網(wǎng)關(guān)在LTE Femto中是可選設(shè)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(shè)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(guān)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(fù)施工，進而減少投資；
二是設(shè)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(yù)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(shù)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(shè)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(shè)備
4.1 HNB設(shè)備的組成
一種多模分布式用戶側(cè)HNB設(shè)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(luò)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(guān)、HMS網(wǎng)管連接，實現(xiàn)業(yè)務(wù)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(quán)、信道編碼、調(diào)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(zhuǎn)成射頻信號，實現(xiàn)2G、3G、LTE等制式的無線覆蓋（視網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)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(yīng)用
采用扁平化和分布式架構(gòu)的多模HNB設(shè)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(yīng)用場景選取不同的制式頻段設(shè)備，即可解決多制式共建共享的組網(wǎng)需求。
下面以實際應(yīng)用較多的2G和4G室內(nèi)覆蓋需求為例，需要選用的設(shè)備為2G/4G遠端單元、EU擴展單元、2G接入單元和4G接入單元。
4.3 多模分布式HNB設(shè)備優(yōu)勢分析
多模分布式HNB設(shè)備的優(yōu)勢具體如下：
（1）根據(jù)不同的應(yīng)用場景選取不同的制式頻段設(shè)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(shè)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(diào)難度降低，一次布放、施工安裝方便快捷，可節(jié)省建設(shè)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(shè)備支持2G/3G/4G多制式多業(yè)務(wù)，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(shè)備組網(wǎng)靈活，可采用分布式建設(shè)模式，將擴展單元、遠端單元設(shè)備分布到平層，解決了傳統(tǒng)設(shè)備集中放置機房空間不足的問題。
4.4 多模分布式HNB設(shè)備應(yīng)用場景
多模分布式HNB設(shè)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(wù)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(diào)難、布線困難的場景，如大型寫字樓、政府機關(guān)等；
（5）需要對數(shù)據(jù)流量話務(wù)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(jié)束語
本文從系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、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(shè)備，該設(shè)備采用扁平化、分布式架構(gòu)，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(guān)注的多模共建共享、取電難的問題，是運營商利用Femto技術(shù)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。
參考文獻：
[1] 張振,方瑋,秦光宇,等. Femto技術(shù)分析及其在UMTS網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J]. 廣東通信技術(shù), 2015,35(3): 54-58.
[2] 中國移動山東分公司. 2016 Femto設(shè)備采購技術(shù)規(guī)范書[S]. 2016.
[3] 楊俊. Macrocell/Femtocell分層網(wǎng)絡(luò)中的資源分配研究[D]. 成都: 西南交通大學(xué), 2011.
[4] Zhang J, Roche G D L. Femtocells: Technologies and Deployment[M]. New Jersey: Wiley Publishing, 2010.
[5] Claussen H, Ho L T W, Samuel L G. An overview of the femtocell concept[J]. Bell Labs Technical Journal, 2008,13(1): 221-245.
[6] 任偉,繆洪兵. TD-SCDMA Femtocell關(guān)鍵技術(shù)介紹及未來發(fā)展趨勢簡析[J]. 通信與廣播電視, 2012(2): 1-7.
[7] 李露. 探討Femtocell網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[J]. 科協(xié)論壇, 2010(7): 44-45.
[8] 高波. 家庭基站的商用部署問題及解決方案[J]. 電信工程技術(shù)與標準化, 2010,23(12): 10-12.
[9] 張帆. LTE系統(tǒng)中家庭基站技術(shù)的研究[D]. 北京: 北京郵電大學(xué), 2011.
[10] 閔仕君,彭木根,王文博. LTE家庭基站研究[J]. 數(shù)據(jù)通信, 2011(2): 26-29.★
作者簡介
王傳江：工程師，學(xué)士畢業(yè)于中北大學(xué)，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)有限責任公司，主要從事無線通信類相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計工作。
余剛：工程師，碩士畢業(yè)于華中科技大學(xué)，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)有限責任公司，主要從事無線通信協(xié)議、設(shè)備、組網(wǎng)相關(guān)研究工作。
徐紅波：工程師，學(xué)士畢業(yè)于武漢工程大學(xué)，現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)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(shè)計工作。
