基于终端接入状态触发的家庭基站节电解决方案研究*

蒋 鑫，韩 毅

（中国移动通信集团公司上海分公司 上海 200060）

1 引言

家庭基站（home nodeB，HNB）系统又称为毫微微系统或Femto系统，主要通过放置在用户家庭内的家庭基站为用户提供无线接入，以改善用户的室内覆盖效果，提升用户的使用体验。

HNB系统主要由放置在用户家庭内用于为用户提供空中接口接入的各家庭基站和用于控制各家庭基站的Femto网关组成。在家庭场景中部署的家庭基站如图1所示，当移动终端从室外进入室内后，服务网络从宏基站转入家庭基站，由家庭基站提供全部的移动网络相关服务，通过运营商“最后一公里”的传输网络，汇聚到Femto网关，再由标准的Iu接口接入移动核心网。

目前家庭基站发射功率为毫瓦级，接通电源后，可设置发射功率为默认值，一般家庭场景下为20～30 mW，中小企业场景下为100 mW，或按照家庭基站网管的配置信息配置发射功率。

现有的解决方案中，家庭基站上电之后，经过无线测量、IPSec隧道建立、网管配置信息下发等过程，建立微小区，开始正常工作，其发射功率是一个相对恒定的功率值，不因是否有家庭终端进入或者离开家庭基站微小区而改变。实际上，当家庭终端离开HNB微小区或者关机、掉电等情况出现时，家庭基站已空载，此时如果仍然按照固定的发射功率工作，会造成不必要的浪费。

这个问题在HNB系统试点过程中已被发现，如何使得家庭基站可以自适应调节，在有家庭终端接入时正常工作，在没有家庭终端接入时进入更低功耗、更低干扰、更环保的工作状态，已成为商用阶段关注的问题之一。

本领域技术人员提出了一些HNB功率控制、调整的方案，如调整HNB的发射功率，以降低对宏小区的干扰，如图2所示。

图1 家庭基站系统示意

图2 一种家庭基站功率控制方案

图2的方案虽然能控制HNB功率，减少无权UE在HNB微小区覆盖区域的掉话现象，但并未涉及家庭终端（具有接入所述HNB权限的UE）是否驻留在HNB微小区，是否使用HNB的无线资源对HNB进行功率控制，从而降低HNB功耗，而实际上，这正是很多HNB用户更关注的问题，亟待针对性的解决方案。基于此需求，本文提出了一种基于家庭终端接入状态触发的节电方案。

2 基于终端接入状态触发的节电方案

由于HNB兼有传统通信基站和通信终端的部分功能，可以通过为通信终端设置不同工作状态的方法，达到节电、降低干扰的目的。

首先，将HNB的工作模式分为待机状态和正常工作状态。待机状态下，仅广播或接收导频信号，降低射频发射功率，停止部分基带处理能力，降低和核心网信令对接的心跳信号频度，从而降低整体带电功耗；当家庭终端进入HNB覆盖区，HNB切换进入正常工作状态时，恢复广播信道和业务信道的功率控制功能，恢复正常的射频发射功率，激活基带处理能力，并启用和核心网之间的信令对接心跳频度，提供完整的用户服务能力。HNB工作模式设置及切换流程如图 3所示。

图3 家庭基站工作模式设置及切换方法流程

其次，在HNB系统内新增3个主要功能模块，实现基于终端接入状态触发家庭基站的工作模式。

·工作模式判断子模块，根据家庭基站和家庭终端之间信令信息的终端驻留状态进行判断。

·计时子模块，超时时对工作模式的状态进行判断。

·功率调整子模块，根据工作模式，对家庭基站的广播/业务信道射频发射功率、基带处理功能、基站与核心网间心跳信令频度进行参数调整。

实现上述方案的关键在于HNB如何准确地判断家庭终端的进入和离去，根据家庭基站和家庭终端间已有的通信信令流程，工作模式判断子模块可以通过在系统内增加交互事件触发点的获取和判断功能进行准确判决，有效的交互事件触发点可以根据需求设置，具体介绍如下。

（1）家庭终端发送位置更新消息

举例来说，家庭终端在进入家庭基站微小区时，向网络发送位置更新（location area update，LAU）请求，通过动态地在RACH信道（随机接入信道）上发送一个随机接入脉冲向家庭基站申请一条信道，信道请求消息中包括信道建立的原因，这个原因可能是 “寻呼响应”、“紧急呼叫”、“移动主叫”、“短消息业务”或“其他”，比如“位置更新”。家庭基站收到信道请求消息后，按照一定的条件为此次呼叫寻找和分配SDCCH信道，同时向家庭终端发送一条信道激活消息，此消息中包含的参数有DTX控制、信道的ID、信道描述和移动分配、家庭终端的最大功率电平等。

可以将上述事件的发生作为判断有家庭终端进入家庭基站微小区的触发点。

（2）家庭终端发送无线资源控制建立请求消息

家庭终端在进入家庭基站微小区后，发起呼叫前，需向家庭基站发送无线资源控制 （radio resource control，RRC）连接建立请求消息，发起RRC连接建立过程，建立起与家庭基站间的信令连接。该过程中，家庭终端通过上行CCCH发送RRC连接请求消息 （RRC Connection Request），请求建立一个RRC连接，家庭基站根据RRC连接请求的原因以及系统资源状态，决定家庭终端建立在专用信道或公共信道上，并分配RNTI、无线资源和其他资源（L1、L2资源）。家庭终端通过下行CCCH信道向家庭基站发送RRC连接建立消息 （RRC Connection Setup），确认RRC连接建立成功后，在刚刚建立的上行DCCH信道向家庭基站发送RRC连接建立完成消息 （RRC Connection Setup Complete）。RRC连接建立过程结束。

上述事件也可以作为判断有家庭终端进入家庭基站微小区的触发点。

（3）家庭终端发送用户设备去注册消息

家庭终端在离开家庭基站微小区或者关机时，将向家庭基站发送用户设备去注册（UE De-Register）消息。显然，家庭基站接收到该消息可以作为判断家庭终端离开微小区的触发点。

家庭基站工作模式设置及切换实施流程如图4所示，具体介绍如下。

·家庭基站开机上电后开始正常工作时，判断子模块判断家庭基站应进入模式一（正常工作状态），功率调整子模块设置发射功率及其他一些工作参数，为模式一预设工作值。

·预设时间间隔T0，计时子模块从家庭基站进入模式一的时刻开始计时，T0时间内，有家庭终端接入，判断子模块判断家庭基站应维持在模式一，功率调整子模块对工作参数不做调整，计时子模块停止计时。

图4 家庭基站工作模式设置及切换实施流程

·超过T0没有家庭终端接入家庭基站，判断子模块判断家庭基站已空载，应进入模式二（待机状态），功率调整子模块设置发射功率及其他一些工作参数，为模式二预设待机值，计时子模块停止计时。

·驻留在家庭基站微小区的家庭终端关机、断电或者离开微小区等情况出现时，判断子模块判断家庭基站已空载，应进入模式二（待机状态），功率调整子模块设置发射功率及其他一些工作参数，为模式二预设待机值。

·有家庭终端进入家庭基站微小区并被允许接入时，判断子模块判断家庭基站应进入模式一（正常工作状态），功率调整子模块设置发射功率及其他一些工作参数，为模式一预设工作值。

上述方案中提到的判断子模块、计时子模块、功率调整子模块，仅仅是示意性的，作为分离部件说明的单元可以是也可以不是物理上分开的，所述的装置及系统可以内置于家庭基站中，也可以是独立于家庭基站的功能实体。

应用本方案，家庭基站可以自适应调节，在有家庭终端接入时正常工作，在没有家庭终端接入时进入特定状态，以降低家庭基站的整机功耗。目前本方案已实现可行性论证，业界厂商正积极研究设备实现方案，实现后将进行相关的测试工作。

3 结束语

本解决方案有效解决了HNB空载时仍然按照稳定的发射功率工作造成的电能浪费问题。家庭基站产品正在产业链各方的共同努力下，向着更智能、更贴近用户需求的方向演进，就节电方案而言，可以通过统计用户使用习惯自适应调整，更贴近用户需求，甚至进一步地通过统计、计算，预测用户可能的使用需求，调整工作模式。在节电之外，家庭基站可以开发更多特色功能，如“欢迎回家”（特定用户进入HNB覆盖微小区后或预测即将进入HNB覆盖微小区时，用户手机收到其预订的各种信息），使得家庭基站真正成为智能家居服务中心。

1 高波,芮鹤龄,蒋鑫等.中国移动TD-SCDMA Femto基站设备技术规范,2010

2 沈寒冰,王小奇,宋智源等.中国移动TD-SCDMA Femto Iuh接口技术规范,2010

3 徐菲,蒋鑫,贺刚等.TD-SCDMA Home NodeB研究报告,2010