家庭基站

**家庭基站**（英語：Femtocell，又譯為**毫微微蜂巢式基地台**），最初叫**接入點基站**（英語：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。通過寬帶接入（如 DSL，有線電纜，光纖）連接到運營商的網絡，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，取代用戶家中原本的 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 網絡服務同時提供 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

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。對於用戶來說，工作在授權的頻譜上可以保證用戶得到充分的安全保證。用戶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，同時降低用戶的使用費用。

### 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用戶也可以節省費用。如目前的無線數據業務由於受限於網絡容量，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用戶可以按時間計費，或享受無限制的包月包年服務。可以想像，在不遠的未來，用戶可以像現在使用固定寬帶一樣使用無線寬帶數據業務。

### 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。對於用戶來說，用戶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用戶可以使用本地的 femtocell 的業務。

### 自我配置與優化

Femtocell 可以由普通用戶自行安裝，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用戶家中安裝 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，用戶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 一般不需要限制用戶接入。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 網絡的起步較早，但是第一個商用的 Femtocell 網絡是 Sprint 基於 CDMA2000 網絡提供的 AIRAVE 服務。

除了以上網絡，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。

## 網絡架構

### 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 網絡功能，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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 一份關於連接家庭基站到核心網絡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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 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 網絡中，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 網絡規定了一套壓縮的網絡架構，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），還包括有網絡控制部件（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。並通過高速網絡接口（如 WCDMA 網絡的 Iu 接口）向運營商的核心網發送客戶驗證信息，用於網絡的管理。

### 曾經使用過的網絡結構 / 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絡。比如在 WCDMA 網絡中，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絡（Iub 是基於 IP 網絡），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絡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。這樣的網絡結構曾經被用於 Picocell 網絡和早期 Femtocell 網絡的構建，不過現在正在逐步被摺疊棧所替代。

### SIP 與 IMS

在將來，這樣複雜的網絡架構都將被 IP 架構所替代。家庭基站網絡結構很複雜，但是其核心服務是基於 IP 網絡架構的。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絡全部替換為基於 IMS 和 SIP 基本協議的網絡架構。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。

## 參考資料

## 外部連結

* University of Texas: Overview of the technical and business arguments for femtocells（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* ThinkFemtocell: Technical detail, business case and analysis（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* BBC News: Home Cells Signal Mobile Change（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Reuters: Video news and femtocell demonstration（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 最專業的 femtocell 中文網