CDMA Femtocell标准及关键技术

摘要：首先阐述了CDMA Femtocell标准的制定历程和发展现状，再从应用和开发的角度出发，对CDMA Femtocell网络架构和关键技术进行深入分析。对3GPP2标准中未明确但十分重要的内容，如汇聚管理、移动性管理等给出具体实现方案，有益于Femtocell产品开发和实现。
关键词：CDMA；Femtocell；FAP；架构；汇聚；切换

0 引言
Femtocell(毫微微蜂窝)是一种新型的小型化、低功率基站，利用有线宽带接入作为回传，具有低成本、接入方便、覆盖灵活等特点，主要部署在家庭或企业等室内环境，可以帮助运营商扩大无线网络覆盖，提高容量，提高运营商的竞争力。
Femtocell技术出现后，各国际标准组织制定了相关技术规范。本文介绍了CDMA Femtocell标准的现状，深入剖析3GPP2 Femtocell网络架构以及实现关键技术，并探讨了标准的未来演进方向。

1 标准现状
与CDMA Femtocell相关的标准化组织有3GPP2、Femto Forum和Broadband Forum等。Femto Forum是发起者。在产业内部协调需求，研究技术及市场应用。Broadband Forum与3GPP2合作，制定Femtocell与网管系统之间的TR-069数据模型，提供接口开放建议。3GPP2定义需求，制定CDMA Femtocell相关技术规范。
3GPP2 CDMA Femtocell需求规范S．R0126-0于2008月5月发布。规范分两个阶段进行。Phase 1主要支持基于IMS的1X电路域Femtocell和基于IOS的分组Femtocell(HRPD和1X分组域)，于2010年4月前发布。Phase 2主要支持基于IOS的1X电路域Femtocell、扁平架构Femtocell和HRPD Femtocell增强特性。
CDMA Femtocell规范主要包括空口、接入网IOS和核心网部分。空口规范主要涉及支持Fetmocell增强特性的1XC．S0005-E规范，HRPD C．S0024-C规范，增强系统选择C．S0016-D以及最小性能规范C．S0010-D和C．S0032-C。接入网IOS规范主要涉及同时支持基于现有终端和增强特性终端的A．S0024规范。核心网规范为X．S0059-100～500，包括Femtocell网络框架、Femtocell IP技术、Femtocell配置参数、基于IMS的1X Femtocell规范。

2 Femtocell网络架构
CDMA Femtoeell网络架构包括1x电路域架构，1x分组域架构和HRPD架构。
1x分组域架构与HRPD架构相同，如图1所示。其中FAP(Femtocell接入点)是用户端设备，集成BTS和BSC／PCF的功能，通过A接口接入FGW(Femtocell网关)。SeGW(Femtocell安全网关)为FAP连接运营商网络提供安全接入。Femtocell AAA是FetmoCell认证服务器，提供FAP认汪与授权功能，也可以发送策略信息给SeGW。FMS(Femtocell管理系统)为FAP提供管理和参数配置，基于TR-069网管接口标准。

1x电路域FemtoceIl架构有两种方式，即通过SIP接入IMS和通过A接口接入MSC。
Femtocell通过SIP接入IMS，FAP实现SIP客户端功能，将传统1x空口协议转换为SIP协议接入IMS。其优点是Femtocell直接接入新的独立的IMS网络，对现有网络影响小；使用SIP协议，可扩展性好。
缺点是接入过程复杂，性能低于现有1x网络；传输效率低，时延大；与宏网之间的切换流程复杂，时间长；在业务方面也不能重用现网业务，需要重新开发补充业务。但现实中，对没有部署IMS的运营商，该架构优势难以发挥，部署时还需要新增转换设备，将SIP信令转换后接入现有核心网，但不适合中国使用。
Femtocell通过A接口接入MSC，FAP完成BTS和BSC功能，提供标准A接口，FGW完成A接口代理功能接入MSC。优点是采用标准A接口，业务接入与处理与宏网络完全相同；与宏网间的切换与现有切换类似，切换时间较短；FGW功能简单，对现网MSC影响较小。在具体使用时，FAP与FGW问A接口的底层承载方式可以有不同方式。该架构受到更多运营商和设备商的支持，如图2所示。本文中后续的分析也将基于该架构。

3 Femtocell关键技术
Femtocell做为移动网络的一部分，应能支持移动网现网所有业务。Femtocell的部署应尽量减少对已有系统的影响，在不修改已有移动核心网和终端的前提下，实现Femtocell与宏站之间的双向切换，实现Femtocell与Femtocell之间的无缝切换。Femtocell还应具备一定的自组网能力，减少与宏基站之问的干扰。适合于在用户侧安装和使用，支持即插即用、用户接入控制、远程管理等功能，并支持基于Femtocell的差异计费。
3．1 即插即用
用户购买FAP设备，提供签约信息，如家庭地址、接入控制列表、FAP机身编号等，由运营商客服人员把这些信息提供给客服平台处理。
用户将FAP开机，FAP执行邻区发现过程，搜索并获得无线相邻小区信息。FAP根据预配置，通过DNS解析或其他方式发现SeGW IP地址，在FAP与SeGW之间建立IPSec安全隧道。通过安全IP隧道，FAP用DNS方式找到FMS并且上传其相邻小区搜索结果给FMS。FMS配置好FAP的空口和网络参数后下发到FAP。FAP从FMS的配置信息中得知FGW地址，到FGW进行注册，注册完成后，FAP可以在指定的频率上开始工作。
FAP还要支持自动优化功能，当FAP周围的无线环境发生变化时或周期性的在运行过程中处于无业务状态时，自动对频点、PN、邻区等做自动优化和配置，并将最终的结果上报给FMS。
3．2 汇聚管理
同一个MSC可支持小区数是受限的，而网络实际部署后FAP数量可能远超出这个限制。需要FGW实现汇聚功能，使多个FAP可以共享相同的小区标识(CellID)。FGW应保留一张FAP-FGW间使用的小区标识与FGW-MSC间使用的小区标识的映射表。FGW在收到FAP向MSC发送的A接口消息时，将消息中的小区标识字段替换为FGW-MSC间使用的小区标识后把消息发给MSC。反之，FGW在收到MSC向FAP发送的A接口消息时，将消息中的小区标识字段替换为FAP-FGW间使用的小区标识后把消息发给FAP。
PDSN支持的PZID也是有限的，多个FAP需要共享相同的PZID以及PCF IP地址，FGW应支持A10／A11接口汇聚功能。经过接口汇聚后，无论FGW下部署多少FAP，对PDSN都只呈现以FGW的IP地址为PCF IP地址的一个或几个PCF。A10／A11接口汇聚功能需要由FGW重新分配A10 KEY，替换转交地址和FAP分配的A10 KEY来实现。如图3所示。