Femtocell

 一、定义

　　Femtocell是蜂窝网接入点，将标准移动设备连接至移动运营商网络，所以用的方法有：住宅DSL，电缆宽带连接、光纤或者无线“最后一英里”技术等。
　　Femtocell是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的超小型化移动基站。femtoforum是积极推进其产品化的组织，目前会员包括阿尔卡特朗讯、AT&T、英国电信、思科、爱立信、华为、中兴、摩托罗拉、NEC、三星、沃达丰等电信运营商和设备制造商。 　　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网到移动网的联通。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有适用于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。它具有1个载波，发射功率为10~100毫瓦（与WiFi的AP差不多），覆盖半径为50~200米，支持4～6个活动用户，允许的最大用户运动速度为10公里/小时。

二、Femtocell微蜂窝型基站

　　蜂窝型基站（Femtocel）是利用微蜂窝技术实现微蜂窝小区覆盖的移动通信系统，它可以达到小范围即微蜂窝小区内提供高密度话务量的目的。
　　微蜂窝型基站系统应用的目的是解决一些信号难以覆盖的盲点区和阴影区，比如隧道、地下车库、地下通道、地下商场、高层建筑物低层和顶层等区域；其次还可以解决商业中心、交通要道、娱乐中心、会议中心的话务热点区域的信号覆盖，可以降低这些区域的通信阻塞率和改善通信质量；最后，微蜂窝型室内分布系统也常部署于高层建筑的中间层，可以有效避免手机的频繁切换甚至掉话。

三、Femtocel网络结构

　　Femtocell是一种小型、低功率的3G无线设备，可以把用户手机发出的话音和数据呼叫传输到基于标准接口的3G核心网络，且它的家庭接入点可以即插即用，可连接到任何现有的基于IP的传送网络，提供家庭范围的移动通信服务。
1、Femtocell设备
　　Femtocell系统在网元功能配置上与传统宏蜂窝网络有很大的不同，它的环境定位是家庭或中小企业使用，室内通信的特点不同于室外环境，对容量需求小，且没有用户突然增加的情况，不需要过多考虑呼吸效应、切换等问题。Femtocell设备数量众多，一般采用偏平化的网络结构，即Femtocell设备集成了传统宏蜂窝网络中多个网元的功能，如NodeB、RNC、SGSN、GGSN等。对于Femtocell设备的功能组成及其设备接口，各厂家都有不同的实现方式，通常功能集成方案有两种，第一种是集成NodeB、RNC功能，第二种是集成NodeB、RNC、SGSN与GGSN功能。
2、Femtocell 网络结构
　　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
　　  Femtocell 网络结构平化，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。 Femtocell设备功能集成度与其接入到核心网的方式是相对应的。本文总结了近些年来提出的Femtocell的各种接入方式，主要可以归纳为3种。
　　（1）Iu-boverIP方式
　　Femtocell设备只具备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资小，Femtocell可以与宏蜂窝共用RNC设备，网络结构清晰。其缺点是经济性能较差，由于RNC具有容量与端口的限制，理想情况是由大容量宏蜂窝基站占用端口，Femtocell恰恰是端口消耗型的低容量配置设备，数目众多且同时在线用户很少，造成RNC设备端口与容量的浪费。核心网与RNC都把Femtocell设备看做普通NodeB来处理，其网络结构与传统3G网相同。此方式可实施性差。
　　（2）RAN网关方式
　　Femtocell设备集成了NodeB和RNC的部分功能，最新提出的Femtocell接入方案是在核心网与IP接入网之间引入一个新的网元即RAN网关。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。RANGateWay（RGW）方式初期投资小，对核心网影响小。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。
　　（3）SIP/IMS方式
　　Femtocell设备集成了NodeB和RNC的功能，是在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。
　　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。

四、新型3G接入点对现网规划的影响

　　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。
　　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。
　　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。

五、Femtocell的应用

1、技术
　　从技术角度看，Femtocell在中国推广使用需要解决以下问题。
　　与宏蜂窝的区分，可以采用与外网使用不同的系统/网络标识、使用独立频点等方式实现。
　　规避与宏蜂窝网络的相互干扰。针对中国市区建筑密集的国情，干扰问题是Femtocell必须克服的一个难题，尤其在基站附近室内信号也比较强的区域，避免出现乒乓切换等影响网络质量的问题。
　　实现与宏蜂窝网络的切换。Femtocell技术的初衷是要实现与宏蜂窝网络的无缝切换，但由于Femtocell设备数量庞大，基站邻小区列表配置不具备可实施性，目前宏蜂窝到Femtocell的切换尚存在难度。
　　运营商需要制定合理的用户接入策略。这一方面可以很大程度上规避Femtocell信号对非Femtocell用户产生的强干扰，一方面有利于保证Femtocell与宏蜂窝网络的服务质量，保护运营商的品牌形象。
2、应用
　　对运营商来说，使用Femtocell可以带来以下优势：提高服务质量，由于改善了室内信号覆盖质量，可以明
　　  femtocell家庭应用显提高用户的宽带和语音服务质量；增加网络容量，每个Femtocell相当于增加基站，当然也增加全网的容量；快速扩充网络，由于用户参与，一旦用户认可，将显出“人民战争”的威力；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。
　　对用户来说，使用Femtocell有以下好处：室内处处满格信号，Femtocell可以提供遍及全家各处的优质信号覆盖；更优质丰富的服务，由于Femtocell的特性，用户可以获得较普通基站功能更强、内容更丰富的语音和互联网服务；更经济的服务，由于Femtocell放置在用户家中，运营商可能给予用户补贴、优惠和更经济实惠的家庭域套餐；改善宽带体验，由于覆盖的用户少，Femtocell可以为每个用户提供更高速率的宽带服务和给用户更好的宽带体验；优质的语音质量，由于每个Femtocell只连接几个用户，Femtocell采用新一代的语音编码技术，使语音质量更好；终端通用，Femtocell与现有网上的移动终端通用，用户无论在外面还是在家中，都可以把手机作为主要通信工具，实现一个手机、一个号码、一个通信录、一个账单的便利；节省电池，Femtocell覆盖半径小，接入的手机会降低其发射功率，从而节省电池，减少对人体的辐射。[1]
3、商业模式
　　从商业模式角度看，Femtocell作为一种新的接入方式要想获得成功，需要满足以下两个条件。
　　3G数据业务形成主流。当数据业务量和3G用户渗透率都比较高的时候，运营商可以从Femtocell获得可观的收益。如果3G市场没有得到充分发展，Femtocell经济效益不明显，其所节省的宏蜂窝网络建设成本可能远远低于Femtocell所需的投入。
　　宏蜂窝网络容量或覆盖存在不足。如果宏蜂窝小区间距满足要求且容量配置充足，那么依靠宏蜂窝基站完全可以解决室内外覆盖需求，Femtocell对运营商也就失去了意义。
　　除了运营商的支持，Femtocell的大发展还需要用户的广泛接纳，即Femtocell的发展还取决于用户是否愿意为Femtocell买单。随着集成WiFi功能的终端的日益丰富，Femtocell的优势也大打折扣。因此，运营商需要为Femtocell制定完善的商业模式与具有竞争力的销售策略，吸引用户目光，提高用户试用的积极性，通过提供丰富多彩的特色业务、优惠的价格、良好的客户体验等手段来增强用户认知度，逐步扩大客户规模。
　　因此Femtocell能否在国内获得发展取决于诸多因素，但无论如何，在日益激烈的移动市场竞争中，它的出现为运营商提供了一种新的选择。[2]