家庭基站

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家庭基站（Femtocell，又譯為毫微微蜂巢式基地台），最初叫接入點基站（Access Point Base Station），是一個小型的蜂窩基站，一般被設計為在家庭室內或小的商業機構中使用。通過寬頻接入（如DSL，有線電纜，光纖）連接到運營商的網路，可以整合2G、3G、WiFi於一機。

2008年全球行動通訊大會（Mobile World Congress；MWC）首次展出Femtocell技術，得到Orange、T-Mobile青睞，「Femto」本意是指10的負15次方，又稱為毫微微。家庭基站最早在歐洲流行，是一種超小型手機基站設備，相比Microcell基地台(指通常覆蓋範圍2公里以內)以及Picocell微型基地台（指通常覆蓋範圍200米以內）更小型，家庭基站的覆蓋範圍約12米。部分情況下，Femtocell可以提供更大範圍的覆蓋，以滿足辦公環境的需要。

家庭基站可使用3G或LTE訊號，取代使用者家中原本的ADSL或同軸上網或光纖上網頻寬為對外的無線訊號，對內則為Wi-Fi，適用於家庭及辦公室環境。

家庭基站結構簡單，僅是基於IP協議，發射功率為10mW～100mW，也可在提供3G網路服務同時提供Wi-Fi功能，相對於傳統基站成本低廉是Femtocell成為極具吸引力的解決方案。

## Femtocell的特徵

### 使用標準的移動技術

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Femtocell在空中接口使用標準的無線協議與手機或其他的移動終端進行通訊。標準的無線協議包括：GSM，CDMA，WCDMA，EVDO，LTE，WiMax和其他由3GPP，3GPP2，WiMax論壇制定的協議標準。使用標準的無線協議可以使手機等移動終端無需任何改動就可以接入femtocell，並且可以實現從宏蜂窩自由的切入/切出femtocell。

### 工作在授權的頻譜上

工作在授權的頻譜上可以保證運營商通過抗干擾技術來保證服務質量，同時使得運營商高價購買的頻譜可以得到充分的使用，進一步的保護了運營商的投資。對於使用者來說，工作在授權的頻譜上可以保證使用者得到充分的安全保證。使用者數據在無線口上的傳輸經過嚴格的加密保護和完整性驗證。

### 保證室內無線覆蓋的效果

如何保證室內無線覆蓋的效果一直是一個難以解決的問題。尤其在建築物密集的區域，無線規劃更是一個難題。簡單的增大宏基站的發射功率並不能解決問題。室內覆蓋的問題在3G時代更加突出。因為3G頻譜大多被分配在高頻率上，牆體等障礙物對信號的衰減作用更加明顯。Femtocell可以完美的解決這個問題。Femtocell從誕生那天起，就是設計為解決室內覆蓋的難題。簡單的增加一個Femto就可以解決100 – 250平方米的室內覆蓋問題。有些廠家設計的用於商業環境的femtocell可以提供更大範圍的室內覆蓋。

### 基於Internet的傳輸

Femtocell通過傳統的Internet和標準的IP協議傳輸數據到運營商的核心網。目前宏基站需要通過微波、E1/T1等昂貴的技術與無線網絡控制器連接。基於Internet的傳輸可以降低運營商的建網成本，同時降低使用者的使用費用。

### 低成本

如前所述，使用femtocell可以極大的節省運營商保證室內無線覆蓋質量所需要的投入，並保護運營商已有的投資。因此在室內使用無線業務的使用者也可以節省費用。如目前的無線數據業務由於受限於網路容量，大多是基於數據流量進行計費的。使用femtocell可以極大的提高室內的無線容量，運營商可以推出相應的室內套餐。在室內進行無線數據業務的使用者可以按時間計費，或享受無限制的包月包年服務。可以想像，在不遠的未來，使用者可以像現在使用固定寬頻一樣使用無線寬頻數據業務。

### 可管理

與其他的無線接入設備不同的是femtocell對於運營商而言是完全可見的。運營商需要對femtocell進行參數配置，來保證femtocell不會與宏蜂窩或其他femtocell產生干擾。同時運營商可以通過網管系統對每個femtocell進行軟體升級，配置修改，性能檢測，故障修復等。對於使用者來說，使用者也可以根據自己的需要對femtocell進行配置、管理。比如femtocell的擁有者可以配置哪些使用者可以使用本地的femtocell的業務。

### 自我配置與優化

Femtocell可以由普通使用者自行安裝，無需專業人士到現場進行安裝。這需要femtocell擁有強大的自我優化的能力。第一次安裝femtocell的時候，femtocell會自行下載需要的配置數據和其他軟體。在運行過程中，femtocell會定時的檢測周圍的無線環境。一旦周圍的無線環境發生變化，femtocell為了保證服務質量會調整當前使用的無線參數。Femtocell的自我配置與優化能力十分重要，因為如果需要派專業的工程師去使用者家中安裝femtocell會提高femtocell的使用成本。「傻瓜式」的安裝是保證femtocell可以被大範圍的部署的關鍵。

### 支持開放式和封閉式接入

由於femtocell可以被廣泛應用於家庭環境，使用者需要配置哪些人可以使用家裡的femtocell。Femtocell會保存一個允許列表記錄哪些終端號碼可以接入到femtocell。不在允許列表中的號碼無法通過femtocell進行語音或數據業務，但可以撥打緊急號碼，如：110，119。這種接入方式叫做封閉式接入。除了家庭環境，femtocell還可以被應用於商業環境，如：商場、餐廳、辦公室等。商業環境中的femtocell一般不需要限制使用者接入。例如任何進入到商場裡的顧客都可以使用商場femtocell提供的信號。

## 空中接口

雖然對於Femtocell關注主要集中在WCDMA網路的起步較早，但是第一個商用的Femtocell網路是Sprint基於CDMA2000網路提供的AIRAVE服務。

除了以上網路，只要空中接口符合3GPP/3GPP2、WiMAX、LTE標準，均有適用的各種接入終端，包括: GSM，TD-SCDMA，WiMAX 和 LTE。

## 網路架構

### 無線接入點

由於無線接入點（Access Point，AP或稱Home Node B，HNB/HeNB）部署的不規則性，需要與運營商的核心網之間有一個更有效地接入方式。因此引進了一個HNB網關，大量的HNB通過該網關與GGSN或者MME相連接。HNB幾乎可以實現所有3G網路功能，並且針對家庭環境進行優化。

#### 標準

在3GPP的RAN第3工作組（WG3）已接受開發一個3G家庭基站和移動核心網之間標準接口的任務。

WG3組已經完成一個基於新HNB標準的可行性研究和參考架構開發。對完成一個完整的HNB標準的，這是一個重要的里程碑。

第2階段和第3階段的完善工作，計劃在2008年12月完成。

目前部分可用3GPP文件如下：

- 3GPP TR 25.820: 3G Home Node B (HNB) study item Technical Report - 一份關於連接家庭基站到核心網路之間接口的技術報告
- 3GPP TS 22.220: Service requirements for Home NodeBs (UMTS) and eNodeBs (LTE) - 端到端架構
- 3GPP TS 25.467: UTRAN architecture for 3G Home Node B (HNB); Stage 2 - UTRAN架構的3G家庭基站（HNB）
- 3GPP TS 25.469: UTRAN Iuh interface Home Node B (HNB) Application Part (HNBAP) signalling - HNB 與 HNB網關接口

在3GPP的第9版文檔中，規定了一個「Iuh」鏈路，用於HNB和HNB網關之間的聯繫。在LTE網路中，該鏈路是通過「S1接口」實現HNB與基站的連接。

在2010年3月，為了推進Iuh標準的協同能力，Femto論壇和ETSI共同舉辦了第一屆Plugfest會議。

### 摺疊棧

在3GPP的第8版協議中，對於Femto網路規定了一套壓縮的網路架構，稱作摺疊棧（collapsed stack）或者基站路由（Base Station Router）。其架構不僅包含有通常基站的部分（如：Node B，BTS），還包括有網路控制部件（如：RNC）的部分功能。使其可以在前端完成部分的無線資源管理功能。並通過高速網路接口（如WCDMA網路的Iu接口）向運營商的核心網發送客戶驗證資訊，用於網路的管理。

### 曾經使用過的網路結構/微蜂窩基站

家庭基站曾經具有傳統的基站結構。通常是經過標準接口接入核心網路。比如在WCDMA網路中，Node B是經由迴路（Iub接口）與RNC連接的，與傳統基站相比僅有一些微小的差別。傳統基站的迴路是基於寬帶網路（Iub是基於IP網路），其在傳輸質量和安全性方面都有缺陷。但最大的缺陷在於這樣的網路結構只能支持有限數量的傳統基站，不適於支持大量簡單架構的微型基站。這樣的網路結構曾經被用於Picocell網路和早期Femtocell網路的構建，不過現在正在逐步被摺疊棧所替代。

### SIP與IMS

在將來，這樣複雜的網路架構都將被IP架構所替代。家庭基站網路結構很複雜，但是其核心服務是基於IP網路架構的。比如：SIP，IMS和H.323。SIP的基礎架構已經被3GPP2協議接納，並在被3GPP組織探討。

運營商們表示在將來使其核心網路全部替換為基於IMS和SIP基本協議的網路架構。SIP也承諾將為更大規模的組網方式提供更低成本的解決方案。

## 外部連結

- University of Texas: Overview of the technical and business arguments for femtocells
- ThinkFemtocell: Technical detail, business case and analysis
- BBC News: Home Cells Signal Mobile Change
- Reuters: Video news and femtocell demonstration
- 最專業的femtocell中文網