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侯自强Femtocell家庭基站技术演进

发布时间:2020-02-10 18:35:40 阅读: 来源:客车厂家

Femtocell家庭基站,是放置在家庭(或SOHO)环境中的无线接入设备,工作于授权频段。一个Femtocell 一般最多支持4—6个移动用户,其空中接口Iu 符合3GPP标准,适用于现有的移动终端。Femtocell 使用家庭固定宽带接入作为其回传网络,由网络侧的Femtocell网关汇聚并提供标准的面向移动核心网的接口。要将家庭基站以自组织方式连接入移动运营商的网络需要解决低成本的基站、可管理的RF、网络的同步、部署和安全服务以及网络的连接等问题。

低成本家庭基站

家庭基站能否大规模推广关键在降低成本,其设计应该更像手机而不是基站,但是应该能够软件升级。目前家庭基站的芯片的主要供应商是Picochip。下图1给出采用 picoChip PC8208/PC8209芯片的参考设计,其核心是多核DSP(图中PC202)。多核DSP使多个DSP构成阵列(picoArray),与ARM CPU配合具有很强的可编程处理能力。

其WCDMA参考设计符合3GPP Release 5 的要求,HSDPA速率7.21Mbps,最多支持4个用户。它提供全部基带处理功能和 MAC-hs 调度,运行和管理 (OAM)功能。可以软件升级支持HSUPA,乃至进一步演进到 HSPA+ 和 LTE。主要参数如下表所示

这种家庭基站的批量生产BOM价格为200美元,与WiFi的AP相比虽然还偏高,但已经接近初始用户可以接受的生平。

射频 RF管理

宏蜂窝网络和家庭基站使用不同频率是避免干扰的主要方法。这要求在家庭基站和宏基站之间进行硬切换,以及具有一定智能以管理相邻家庭基站之间的干扰。家庭基站应该拥有“网络监听”模式,在用户设备要通信时和最强的基站同步,确定广播和控制信道的初始加扰码以减少干扰。一般说,由于使用频率的许可证属于移动运营商,家庭基站应该由运营商拥有,由运营商提供。

网络的同步

3GPP 要求基站的发射必须与十分精确并且同步,要求精密的钟频提供参考。对大基站要求 0.05ppm 对于家庭基站可以放宽到 0.1ppm 。这个标准有可能进一步放宽。同步装置在家庭基站成本中比重很大。需要有低成本同步方案。目前的方法有: 采用 IEEE 1588 精密钟同步协议,在网络上设置高精度时基,可以容忍宽带互联网连接的更大的时延和抖动。另外一直方法是使用GPS时间参考。第三种方法是接收附近的宏基站信号进行定时。

方便布设安装

家庭基站的安装要求和WiFi一样方便。注册和授权可以和ADSL类似,使用密码来实现。另外一种方法是在家庭基站中使用SIM卡,通过SIM卡进行认证授权和建立安全连接。一些运营商考虑利用其安全功能扩展新业务,如提供VPN 。

网络的连接

在蜂窝移动通信系统中一个RNC/BSC控制几百个宏基站,接口是3GPP Iu 标准(TS 25.434), 通过ATM专线连接。 现在要通过互联网连接几十万个家庭基站必须解决一些问题:可扩展性,安全性和标准化。

以WCDMA Femtocell为例,目前业界主流的设备商主要采用的是把NodeB和RNC功能集成进家庭基站的扁平化架构,由 Femtocell 网关提供标准的Iu 接口。这种扁平的网络架构与I-HSPA和LTE SAE很相似。扁平化架构的优势是它符合下一代移动网络的发展趋势。减少层次即减少设备,一方面可以降低成本,另一方面可以降低端到端时延(40%左右),增强用户在使用高速数据业务和实时业务时的体验。 此外还提高了网络的可靠性。图2为 WCDMA Femtocell的网络架构。

家庭基站的网络架构

Femtocell CPE为家庭基站,它为移动终端提供标准的空中接口。可以是单独的设备,也可以和ADSL Modem或家庭网关集成。家庭基站同时融合了NodeB基站,RNC和GSN的功能,直接通过固网宽带接入互联网。移动运营商在互联网上设置Femtocell网关,连接各个家庭基站。网关同时提供安全网关的功能,用于在互联网上建立家庭基站和Femtocell网关之间的安全隧道。进一步家庭基站还可以增加SIP的功能。

用户的移动终端通过家庭基站直接接入互联网,用户接入移动互联网不再需要通过移动运营商的核心网可以减少时延,降低成本。只有需要得到移动运营商的专门服务时(如传统的话音、短信等)才通过Femtocell 网关进入移动核心网。

运营模式

1)全业务运营商FMC业务

这种架构非常适合全业务运营商将移动通信和固网宽带接入捆绑的业务。这种固定移动融合FMC业务,为全业务运营商进入移动互联网生产提供强有力的竞争手段。中国电信和新联通利用其在固网上的优势发展这种FMC业务可以大大提高移动业务尤其是接入移动互联网业务的竞争能力

在这种模式中家庭基站做为运营商的客户端设备CPE应该由运营商提供像今天的ADSL设备一样。今后可能出现ADSL与家庭基站一体的设备由运营商提供给用户。

2)移动运营商

移动运营商利用其它固网运营商的宽带接入网络做为家庭基站的上联电路。这就需要解决一个法律和政策问题,移动运营商是否一定需要取得固网运营商的同意才能扩展此项业务。

3)用户自己安装使用家庭基站

用户自己购买安装和使用家庭基站,就像今天使用WiFi一样。这种模式主要用于移动互联网业务。用户不需要取得移动运营商的同意也不需要向移动运营商付费。对固网运营商也不需要另外付费。当然对于这种模式家庭基站需要专门设计,也存在一个法律和政策问题使用用许可证频率是否合法。如果这种模式能够存在,就存在发展FON模式的可能性。这种家庭基站需要专门设计。

链接:

Femto 的意思是飞秒(10-12秒),Femtocell就是超微蜂窝,可以称为家庭基站。从2G GSM, 3G到WiMax都在发展这种家庭基站。

3G蜂窝移动通信使用的标准的NodeB基站可以称为是宏蜂窝(Macrocell)基站,发射功率+45dbm ,室外覆盖范围约5公里。为了改进覆盖发展了微蜂窝(Picocell)基站,功率+39dbm,校园覆盖500公尺。而超微蜂窝(Femtocell)功率仅+15dbm,主要用于室内覆盖,范围50公尺以内。

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