TD-SCDMA Femto網(wǎng)絡部署方案研究

沈蕾，李暉暉

（1 中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080；2 中國移動通信集團廣東有限公司，廣州 510630）

中國移動TD-SCDMA Femto經(jīng)過兩階段的試點部署，已驗證了TD-SCDMA Femto系統(tǒng)的設備功能、組網(wǎng)、業(yè)務承載能力、與R4核心網(wǎng)的互操作能力、網(wǎng)管和計費等方面的能力。TD-SCDMA Femto系統(tǒng)是TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)在室內(nèi)覆蓋的補充，與宏網(wǎng)絡協(xié)同為用戶提供室內(nèi)立體深度覆蓋。本文將結(jié)合網(wǎng)絡現(xiàn)狀及Femto技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程，提出并分析Femto網(wǎng)絡的部署方案，為后續(xù)Femto商用網(wǎng)絡部署提供方案建議。

1 TD-SCDMA Femto網(wǎng)絡架構

Femto意為“千萬億分之一”，單位為“飛”，表示極微小的意思，TD-SCDMA Femto作為蜂窩網(wǎng)在室內(nèi)覆蓋的補充，借助固定寬帶接入為室內(nèi)環(huán)境提供移動業(yè)務。TD-SCDMA Femto系統(tǒng)由TD-SCDMA Femto基站、TD-SCDMA Femto網(wǎng)關、安全網(wǎng)關（可內(nèi)置在TD-SCDMA Femto網(wǎng)關中）、Femto管理系統(tǒng)、AAA服務器、Femto HLR等設備組成。具體如圖1所示。

圖1 TD-SCDMA Femto網(wǎng)絡架構圖

2 TD-SCDMA Femto系統(tǒng)主要網(wǎng)元功能

TD-SCDMA Femto基站：Femto基站是一種小型、低功率蜂窩基站，工作于授權頻段，主要用于家庭及辦公室等室內(nèi)場所。作為蜂窩網(wǎng)在室內(nèi)覆蓋的補充，為用戶提供話音及數(shù)據(jù)服務。

圖2 Femto系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡關系示意圖

TD-SCDMA Femto網(wǎng)關：負責對Femto基站和CN之間的信令和數(shù)據(jù)進行匯聚和分發(fā)，同時負責對Femto基站、UE注冊和接入控制等。

安全網(wǎng)關：與Femto基站之間建立IPSec安全隧道，保證Femto基站傳輸數(shù)據(jù)的安全性、完整性，同時提供防火墻功能，抵抗來自IP網(wǎng)絡的惡意攻擊，保證核心網(wǎng)設備的安全性。安全網(wǎng)關與AAA服務器連接，從Femto HLR中獲取鑒權數(shù)據(jù)完成Femto基站與網(wǎng)絡之間的鑒權。

Femto管理系統(tǒng)：負責對Femto基站、Femto網(wǎng)關設備進行配置管理、性能管理、告警管理、安全管理、版本管理及軟件升級。

Femto HLR：Femto家庭基站及用戶簽約信息的存儲和管理，包括Femto家庭基站的開戶信息、Femto家庭基站區(qū)域信息、用戶準入列表等。

AAA服務器：是Femto基站的鑒權服務器，在采用USIM卡認證的場景中，AAA從Femto HLR中獲取鑒權數(shù)據(jù)完成Femto基站與網(wǎng)絡之間的鑒權。

3 TD-SCDMA Femto系統(tǒng)與其它網(wǎng)絡的關系

TD-SCDMA Femto提供的業(yè)務繼承原有TDSCDMA/GSM/GPRS網(wǎng)絡的所有業(yè)務，F(xiàn)emto系統(tǒng)與其它網(wǎng)絡的關系如圖2所示。

普通的TD-SCDMA終端（包括手持移動終端、無線數(shù)據(jù)卡等）均可接入TD-SCDMA Femto網(wǎng)絡。安放在家庭或中小企業(yè)室內(nèi)的即插即用Femto基站，通過移動、鐵通自建城域網(wǎng)或其他運營商的IP網(wǎng)絡接入Femto網(wǎng)關系統(tǒng)，F(xiàn)emto網(wǎng)關通過標準Iu-CS/Iu-PS接口連接現(xiàn)有核心網(wǎng)。

當TD-SCDMA Femto用戶從宏網(wǎng)重選到Femto網(wǎng)絡中時，除可使用中國移動原有TD-SCDMA/GSM/GPRS網(wǎng)絡的所有業(yè)務外，還可以享受Femto提供的特色業(yè)務。

4 TD-SCDMA Femto組網(wǎng)方案

4.1 網(wǎng)元部署方案

4.1.1 TD-SCDMA Femto基站部署方案

TD-SCDMA Femto基站根據(jù)市場需要，在家庭和中小企業(yè)部署，具有體積小、安裝方便、自動配置、自動網(wǎng)規(guī)、即插即用的特點。它既可以作為基站單獨使用，也可以集成在家庭網(wǎng)關中作為家庭網(wǎng)絡的一部分。TD-SCDMA Femto基站與Femto網(wǎng)關之間采用標準IU-h接口，經(jīng)互通測試后，可與Femto網(wǎng)關采用異廠家設備。

4.1.2 TD-SCDMA Femto網(wǎng)關部署方案

TD-SCDMA Femto網(wǎng)關從部署方式上可分為集中部署和本地網(wǎng)部署兩種方式。

集中部署方式適用于商用初期，單省在多個本地網(wǎng)開放業(yè)務，但單個本地網(wǎng)的Femto基站數(shù)量較少的場景。在此場景下，假如每個開放業(yè)務本地網(wǎng)都部署Femto網(wǎng)關設備，則需要根據(jù)本地網(wǎng)數(shù)量部署多套設備，且每套設備的容量及利用率均較低，造成一定的投資浪費。

集中部署方式要求TD-SCDMA Femto網(wǎng)關支持虛擬Femto網(wǎng)關能力，F(xiàn)emto網(wǎng)關根據(jù)本地網(wǎng)數(shù)量虛擬成多套虛擬網(wǎng)關，通過相應的數(shù)據(jù)配置連接至多個本地網(wǎng)，有效地降低建設成本、減少信令負荷、提高資源利用率及可靠性。虛擬Femto網(wǎng)關連接方式如圖3所示。

單套TD-SCDMA Femto網(wǎng)關邏輯上虛擬成多套虛擬Femto網(wǎng)關，每套虛擬網(wǎng)關連接單個地市的TDSCDMA Femto基站設備，并建立與一個本地網(wǎng)的核心網(wǎng)CS/PS設備連接。虛擬Femto網(wǎng)關根據(jù)TDSCDMA Femto基站接入時或者更新參數(shù)時上報的MCC、MNC、RNC ID、LAC等信息，為基站下的UE選擇對應的本地網(wǎng)核心網(wǎng)設備建立連接。

圖3 虛擬Femto網(wǎng)關連接示意圖

目前，各廠家均已支持虛擬Femto網(wǎng)關的設備，支持情況如下：

本地網(wǎng)部署適用于試點或試商用初期，省內(nèi)僅在少量地市開展業(yè)務，或網(wǎng)絡規(guī)模擴大后，單個本地網(wǎng)的Femto基站數(shù)量較多的場景下。本地網(wǎng)部署方式下，每個地市根據(jù)業(yè)務需求及網(wǎng)元處理能力設置一套或多套Femto網(wǎng)關設備。TD-SCDMA Femto網(wǎng)關的設置需考慮其控制范圍的設計和負載的合理控制。如采用多個Femto網(wǎng)關，在滿足廠家設備技術指標的前提下，應遵循以下原則：

(1) 每個TD-SCDMA Femto網(wǎng)關控制的基站覆蓋的地理位置相對集中，盡量避免與其它網(wǎng)關所轄Femto基站在地理位置上的交叉；

(2) 每個TD-SCDMA Femto網(wǎng)關控制的Femto基站的總話務量和負荷比較均衡。

4.1.3 TD-SCDMA Femto安全網(wǎng)關部署方案

建議安全網(wǎng)關盡量與TD-SCDMA Femto網(wǎng)關同局址設置；物理上可以集成在TD-SCDMA Femto網(wǎng)關，也可作為獨立網(wǎng)元存在。防火墻可以集成在安全網(wǎng)關中，也可以作為獨立網(wǎng)元設置。

4.1.4 Femto網(wǎng)管系統(tǒng)部署方案

Femto網(wǎng)管系統(tǒng)包括Femto網(wǎng)關網(wǎng)管及Femto基站網(wǎng)管，網(wǎng)關網(wǎng)管與基站網(wǎng)管物理上可分開設置，也可合并設置。

建議在省中心集中部署1套與Femto網(wǎng)關同廠家的網(wǎng)關網(wǎng)管設備，負責管理Femto網(wǎng)關、安全網(wǎng)關、Femto HLR、AAA服務器。

在省中心集中設置1套Femto基站網(wǎng)管，負責管理本省Femto基站設備。Femto基站網(wǎng)管與Femto基站（可以是同廠家或異廠家Femto基站）之間采用標準TR-69接口，F(xiàn)emto基站網(wǎng)管經(jīng)安全網(wǎng)關連接公網(wǎng)，實現(xiàn)Femto基站的配置開通、位置認證功能、性能管理、告警管理等功能。

在各個開放業(yè)務的地市網(wǎng)管中心設置網(wǎng)管返拉終端，負責本地Femto基站的運維管理，網(wǎng)管系統(tǒng)通過分權分域設置分配各地市的管理范圍和配置查看權限。

表1 各廠家支持虛擬Femto GW情況

4.1.5 Femto HLR、AAA服務器部署方案

建議Femto HLR及AAA服務器與TD-SCDMA Femto網(wǎng)關同局址設置。

4.2 網(wǎng)絡連接方案

4.2.1 TD-SCDMA Femto基站與網(wǎng)關連接方案

TD-SCDMA Femto基站使用IP，通過用戶已有的xDSL、LAN、FTTx等寬帶網(wǎng)絡連接到網(wǎng)關系統(tǒng)。在應用于家庭和中小企業(yè)兩類場景時，應分別針對用戶的不同業(yè)務需求等級提供不同接入帶寬。兩種場景下均分為高速用戶、中速用戶和低速用戶。

在家庭場景下，回傳網(wǎng)絡帶寬要求如下：

(1) 高速率用戶（考慮1路高清、2路標清、高速上網(wǎng)、AMR話音業(yè)務、HSPA業(yè)務）接入帶寬要求：下行14Mbit/s，上行3Mbit/s；

(2) 中速率用戶（考慮2路標清、高速上網(wǎng)、AMR話音業(yè)務、HSPA業(yè)務）接入帶寬要求：下行6Mbit/s，上行3Mbit/s；

(3) 低速率用戶（考慮高速上網(wǎng)、AMR話音業(yè)務、HSPA業(yè)務）接入帶寬要求：下行3Mbit/s，上行2Mbit/s。

在中小企業(yè)場景下，回傳網(wǎng)絡帶寬要求如下：

(1) 高速率用戶（考慮1路高清、視頻通信、高速上網(wǎng)、AMR語音業(yè)務、HSPA等業(yè)務）接入帶寬要求：下行16Mbit/s，上行4Mbit/s；

(2) 中速率用戶（考慮1路標清、視頻通信、高速上網(wǎng)、AMR話音業(yè)務、HSPA等業(yè)務）接入帶寬要求：下行7Mbit/s，上行4Mbit/s；

(3) 低速率用戶（考慮高速上網(wǎng)、AMR話音業(yè)務、HSPA等業(yè)務）接入帶寬要求：下行4Mbit/s，上行2Mbit/s。

在滿足傳輸帶寬的前提下，TD-SCDMA Femto基站通過寬帶接入網(wǎng)關接入任意運營商網(wǎng)絡均可實現(xiàn)業(yè)務應用。但為保證業(yè)務質(zhì)量，建議使用移動自有固定寬帶（含鐵通）進行回傳。城域數(shù)據(jù)網(wǎng)應通過合理規(guī)劃網(wǎng)絡結(jié)構、合理配置網(wǎng)絡帶寬來提供基本的QoS保證。隨著Femto業(yè)務的逐步開展，城域數(shù)據(jù)網(wǎng)應提供基于DiffServ的QoS保障。

4.2.2 TD-SCDMA Femto網(wǎng)關與核心網(wǎng)連接方案

TD-SCDMA Femto網(wǎng)關與MSC Server/MGW之間采用標準Iu-CS接口,應同時支持ATM和IP兩種承載方案，并結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)Iu-CS接口IP化進度選擇相應的承載方案。當現(xiàn)網(wǎng)Iu-CS接口IP化改造完成前，選用ATM承載方式連接現(xiàn)網(wǎng)MSC，當Iu-CS接口IP化完成后,選用IP方式連接現(xiàn)網(wǎng)MSC。

TD-SCDMA Femto部署初期，在每個開放業(yè)務的本地網(wǎng)可選擇1個MSC Server/MGW與TDSCDMA Femto網(wǎng)關連接。為減少Server間切換，應盡量選擇與TD-SCDMA Femto覆蓋范圍相同的RNC歸屬的MSC ?，F(xiàn)網(wǎng)MSC Server/MGW需配置與新增TD-SCDMA Femto網(wǎng)關的連接關系，并配置與本地網(wǎng)其它MSC的相鄰關系。

TD-SCDMA Femto網(wǎng)關與SGSN之間采用標準Iu-PS接口,通過IP方式連接現(xiàn)網(wǎng)SGSN。TDSCDMA Femto部署初期，在每個開放業(yè)務的本地網(wǎng)選擇1個SGSN與Femto網(wǎng)關連接。為減少SGSN間切換，應盡量選擇與TD-SCDMA Femto覆蓋范圍相同的RNC歸屬的SGSN?，F(xiàn)網(wǎng)SGSN需配置與新增TDSCDMA Femto網(wǎng)關的連接關系，并配置與本地網(wǎng)其它SGSN的相鄰關系。

TD-SCDMA Femto覆蓋范圍擴大后，應逐步考慮網(wǎng)關支持IU-Flex功能，接入MSC Pool及SGSN Pool。

4.2.3 網(wǎng)管連接方案

Femto網(wǎng)關網(wǎng)管和Femto基站網(wǎng)管通過標準化北向接口（CORBA/SNMP）經(jīng)網(wǎng)管網(wǎng)連接省綜合網(wǎng)管系統(tǒng)，省綜合網(wǎng)管做相應改造。各地市網(wǎng)管中心設置網(wǎng)管返拉終端，負責本地Femto基站的運維管理。

Femto基站網(wǎng)管北向連接省綜合網(wǎng)管系統(tǒng)，南向經(jīng)安全網(wǎng)關，通過寬帶網(wǎng)絡連接Femto基站，實現(xiàn)Femto基站的配置開通、位置認證功能、性能管理、告警管理等功能。網(wǎng)管組網(wǎng)方式如圖4所示。

4.2.4 計費連接方案

Femto系統(tǒng)本身不產(chǎn)生話單，由現(xiàn)有核心網(wǎng)MSC Server/SGSN等設備產(chǎn)生話單，現(xiàn)有計費連接不變。BOSS應根據(jù)Femto業(yè)務套餐資費情況對賬務系統(tǒng)進行改造，并根據(jù)具體需求考慮結(jié)合用戶簽約類型（指家庭用戶、友好用戶、拜訪用戶等類型）進行分用戶類型的計費。

4.2.5 業(yè)務開通連接方案

Femto HLR經(jīng)MDCN連接BOSS，與BOSS之間傳送用戶簽約信息或用戶設置信息。現(xiàn)有BOSS進行相應改造。

5 結(jié)束語

TD-SCDMA Femto目前仍處于試商用部署階段，初期部署應逐步填補TD-SCDMA網(wǎng)絡室內(nèi)覆蓋的不足并加快固移融合，推動家庭室內(nèi)流量業(yè)務發(fā)展。在積累了一定的網(wǎng)絡運營經(jīng)驗后，應探索發(fā)展基于Femto的特色業(yè)務和增值業(yè)務，并為未來TD-LTE Femto的發(fā)展積累經(jīng)驗，為穩(wěn)固全網(wǎng)客戶和提升客戶價值作出貢獻。

圖4 Femto網(wǎng)管組網(wǎng)示意圖

[1] 魏冰, 黨京等. 中國移動TD-SCDMA Femto試驗網(wǎng)技術體制[Z].

[2] Simon Saunders等. Femtocells-Opportunities and Challenges for Business and Technology [M]. John Wiley&Sons Ltd. 2009.