CDMA Femtocell号码资源分配研究

摘要：为了解决CDMA Femtocell大规模应用中遇到的MSC不能配置多个FAP，且与现有宏网络难以互相切换的问题，对CDMA Femtocell号码资源分配进行了研究，包括PN，小区标识，登记区，UATI，色码等内容，提出与现有宏蜂窝网络不同的分配方案和建议。方案对现有宏蜂窝网络的影响最小，而且易于实施，能够节省运营商的投资和维护，促进CDMA Femtocell的商用。
关键词：CDMA；Femtocell；FAP；PN；号码分配

0 引言
据全球Femtocell论坛2010年发布的数据，全球已有60余张Femtocell网络。
CDMA制式的Femtocell近年来也呈现出蓬勃发展的趋势。2008年，美国Sprint公司以提升家庭用户数据体验为目标，推出了全球第一款基于CDMA制式的Femtocell，规模至今已超过20万；2009年，Verizon公司为解决家庭覆盖不足的问题也推出了CDMA Femtocell，规模已超过10万。国内，中国电信已于2009年完成了CMDA Fetmocell的试验室测试工作，目前正在全国包括北京等6个省／市进行试商用验证。
为了应对即将到来的CDMA Femtocell国内规模商用，现阶段对Femtocell应用的问题和难点进行分析和研究是非常有必要的。本文主要针对Femtocell号码资源分配进行了研究，包括PN、小区标识、UATI分配等内容。

1 网络架构
CDMA Femtocell网络架构模型如图1所示。

图中，FAP为Femtocell接入点，集成了BTS，BSC／PCF，以及AN的功能。FGW为Femtocell网关，SeGW为Femtocell安全网关，FMS为Femto cell管理系统设备，均为网络侧设备。
HRPD及1X分组域中，FAP通过A接口接入网络。1x电路域架构有两种接入方式，一种通过SIP接口接入IMS域，一种是通过A接口接入电路域
MSC，即图1中Fx1在不同接入方式下使用不同的接口。鉴于中国运营商没有成熟的IMS网络，本文对1x Femtocell电路域的研究仅基于通过A接口接入MSC的方式。

2 存在的问题
FAP为用户端设备，具备即插即用的特点。用户购买FAP并与运营商签约后，就可以自行安装使用了。由于用户有控制权，Femtocell系统的数据是动态变化的，而且即使覆盖范围小，FAP数量也会非常宠大。这些特点使得Femtocell系统与原有宏蜂窝网络有很多不同之处，并且做为一个新的系统，建设Femtocell网络不应该对现有宏蜂窝网络产生过多影响。
因此，在应用Femtocell时，有以下主要问题：频率使用问题，与宏网同频或异频时，如何减少两网络间的干扰；在部署专用频率时，终端如何能及时发现异频的Femtocell信号，以便进行正确地切换；由于很可能采用不同资费，对传统终端如何提醒用户进或出Femtocell区域；FAP如何获取同步；支持与宏网络间无缝切换，如何对Femtocell系统号码进行分配，以及部署Femtocell系统后对宏网络配置的影响等。
本文主要针对上述号码规划问题进行研究，包括PN分配、1x系统的小区标识、LAC划分、HRPD系统的色码、UATI分配等问题。

3 号码资源分配研究
3．1 PN分配
FAP的数量众多，而CDMA系统PN码资源有限，Femtocell系统必须支持PN复用。
Ferntocell系统与宏网络间需要支持无缝切换。但实际上，根据CDMA规范，宏基站可下发的邻区数目是有限的，不可能配置过多的Femto cell邻区。而且由于数据是动态变化的，在宏网上实时配置Ferntocell邻区信息基本是不可实现的。因此，建议Femtocell单独进行PN规划，由运营商划分出少量的专用PN供Femtocell使用。
在3GPP2中也有PN规划的讨论，但方案比较复杂，实施较困难。基于现有的标准，针对现有终端，研究认为，在实际的家庭场景应用时，家庭与家庭间以及楼层间的穿透损耗可达10～15 dB，对信号传播影响较大。FAP发射功率较小，覆盖范围有限，并且家庭应用中，FAP间切换的情况也基本上可以不予考虑。因此，家庭应用的Femtocell PN规划可以较简化处理。
Femtocell PN规划中，由于相邻两个小区的PN不相同，基本就可以避免同PN混淆问题。由于覆盖半径比较小，Pilot_INC可以取值为1，不会造成相邻PN干扰的问题。
假设一个家庭应用的较极端场景：一幢高层楼房，每层有多排，每排有多户，每户均安装了FAP，FAP覆盖范围10 m×10 m。取一处于中间位置的FAP，其上下左右前后都有其他FAP覆盖，考虑其PN不能与相邻FAP重复，则至少需要27个PN，如图2所示。

现有宏网络中，Pilot_INC一般取值为3或4。可以得出，对家庭应用，宏网划分出8～10个PN单独给Femtocell系统使用，可以满足Femto cell需求，对宏网的影响也很小。
实际操作时，宏网络应事先知晓Femtocell的专用PN划分以及Pilot_INC信息，Femtocell系统也应知晓宏网络的Pilot_INC信息，以方便PN_Offset判决以及Femtocell系统的自动PN规划。自动PN规划应尽量让同PN的FAP间隔尽可能地大。
3．2 1x号码分配
3．2．1 Cell ID
1x系统小区标识Cell ID由16 b组成，前12 b表示Cell，后4 b表示Sector。在一个MSC下Cell ID是惟一的，一个MSC下最多可以携带65 535个CellID。一个FGW下可能有成千上万个FAP，给每个FAP分配一个惟一的Cell ID是不现实的。而且为了尽量减少对现有网络的影响，为Femtocell系统新增MSC也是不可实现的。因此，Femtocell需要支持CellID复用。
Cell ID分配方法为由FGW实现Cell ID的汇聚。FGW下的各个FAP使用Cell ID或FAP ID做标识在FAP-FGW间使用，以区分FAP，如图3中FAP CellID。MSC惟一识别的小区标识为FGW-MSC间CellID如图3中FGW Cell ID。FGW中应保存一个小区标识映射表，将FGW Cell ID与FAP Cell ID相对应。FGW在收到FAP向MSC发送的IOS消息时，替换收到的消息中的FAP Cell ID信息为在MSC惟一识别的FGW Cell ID信息后，将消息转发给MSC。FGW在收到MSC向FAP发送的IOS消息时，替换FGW Cell ID为FAP Cell ID，再将消息发送给FAP。这样，从MSC和宏网的角度来看，Femtoc ell系统的Cell ID数目是有限的，对现网影响很小。
实现该分配方法，同时还要求使用相同PN的FAP使用相同的FAP Cell ID，也就是使用相同FGWCell ID。并且，如果一个MSC下有多个FG W，两个FGW可以共享PN，但不能共享Ceil ID。对于宏网BSC，需要由组网保证同一个Cell的相邻关系中不出现两个FGW的信息，即一个FGW对应一个BSC。
1x Femtocell系统编号示例如图3所示。