TD-SCDMA Femto网络部署方案研究

2012-01-19沈蕾李晖晖

电信工程技术与标准化 2012年8期

沈蕾，李晖晖

（1 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；2 中国移动通信集团广东有限公司，广州 510630）

中国移动TD-SCDMA Femto经过两阶段的试点部署，已验证了TD-SCDMA Femto系统的设备功能、组网、业务承载能力、与R4核心网的互操作能力、网管和计费等方面的能力。TD-SCDMA Femto系统是TD-SCDMA现网在室内覆盖的补充，与宏网络协同为用户提供室内立体深度覆盖。本文将结合网络现状及Femto技术和产业发展进程，提出并分析Femto网络的部署方案，为后续Femto商用网络部署提供方案建议。

1 TD-SCDMA Femto网络架构

Femto意为“千万亿分之一”，单位为“飞”，表示极微小的意思，TD-SCDMA Femto作为蜂窝网在室内覆盖的补充，借助固定宽带接入为室内环境提供移动业务。TD-SCDMA Femto系统由TD-SCDMA Femto基站、TD-SCDMA Femto网关、安全网关（可内置在TD-SCDMA Femto网关中）、Femto管理系统、AAA服务器、Femto HLR等设备组成。具体如图1所示。

图1 TD-SCDMA Femto网络架构图

2 TD-SCDMA Femto系统主要网元功能

TD-SCDMA Femto基站：Femto基站是一种小型、低功率蜂窝基站，工作于授权频段，主要用于家庭及办公室等室内场所。作为蜂窝网在室内覆盖的补充，为用户提供话音及数据服务。

图2 Femto系统与其他网络关系示意图

TD-SCDMA Femto网关：负责对Femto基站和CN之间的信令和数据进行汇聚和分发，同时负责对Femto基站、UE注册和接入控制等。

安全网关：与Femto基站之间建立IPSec安全隧道，保证Femto基站传输数据的安全性、完整性，同时提供防火墙功能，抵抗来自IP网络的恶意攻击，保证核心网设备的安全性。安全网关与AAA服务器连接，从Femto HLR中获取鉴权数据完成Femto基站与网络之间的鉴权。

Femto管理系统：负责对Femto基站、Femto网关设备进行配置管理、性能管理、告警管理、安全管理、版本管理及软件升级。

Femto HLR：Femto家庭基站及用户签约信息的存储和管理，包括Femto家庭基站的开户信息、Femto家庭基站区域信息、用户准入列表等。

AAA服务器：是Femto基站的鉴权服务器，在采用USIM卡认证的场景中，AAA从Femto HLR中获取鉴权数据完成Femto基站与网络之间的鉴权。

3 TD-SCDMA Femto系统与其它网络的关系

TD-SCDMA Femto提供的业务继承原有TDSCDMA/GSM/GPRS网络的所有业务，Femto系统与其它网络的关系如图2所示。

普通的TD-SCDMA终端（包括手持移动终端、无线数据卡等）均可接入TD-SCDMA Femto网络。安放在家庭或中小企业室内的即插即用Femto基站，通过移动、铁通自建城域网或其他运营商的IP网络接入Femto网关系统，Femto网关通过标准Iu-CS/Iu-PS接口连接现有核心网。

当TD-SCDMA Femto用户从宏网重选到Femto网络中时，除可使用中国移动原有TD-SCDMA/GSM/GPRS网络的所有业务外，还可以享受Femto提供的特色业务。

4 TD-SCDMA Femto组网方案

4.1 网元部署方案

4.1.1 TD-SCDMA Femto基站部署方案

TD-SCDMA Femto基站根据市场需要，在家庭和中小企业部署，具有体积小、安装方便、自动配置、自动网规、即插即用的特点。它既可以作为基站单独使用，也可以集成在家庭网关中作为家庭网络的一部分。TD-SCDMA Femto基站与Femto网关之间采用标准IU-h接口，经互通测试后，可与Femto网关采用异厂家设备。

4.1.2 TD-SCDMA Femto网关部署方案

TD-SCDMA Femto网关从部署方式上可分为集中部署和本地网部署两种方式。

集中部署方式适用于商用初期，单省在多个本地网开放业务，但单个本地网的Femto基站数量较少的场景。在此场景下，假如每个开放业务本地网都部署Femto网关设备，则需要根据本地网数量部署多套设备，且每套设备的容量及利用率均较低，造成一定的投资浪费。

集中部署方式要求TD-SCDMA Femto网关支持虚拟Femto网关能力，Femto网关根据本地网数量虚拟成多套虚拟网关，通过相应的数据配置连接至多个本地网，有效地降低建设成本、减少信令负荷、提高资源利用率及可靠性。虚拟Femto网关连接方式如图3所示。

单套TD-SCDMA Femto网关逻辑上虚拟成多套虚拟Femto网关，每套虚拟网关连接单个地市的TDSCDMA Femto基站设备，并建立与一个本地网的核心网CS/PS设备连接。虚拟Femto网关根据TDSCDMA Femto基站接入时或者更新参数时上报的MCC、MNC、RNC ID、LAC等信息，为基站下的UE选择对应的本地网核心网设备建立连接。

图3 虚拟Femto网关连接示意图

目前，各厂家均已支持虚拟Femto网关的设备，支持情况如下：

本地网部署适用于试点或试商用初期，省内仅在少量地市开展业务，或网络规模扩大后，单个本地网的Femto基站数量较多的场景下。本地网部署方式下，每个地市根据业务需求及网元处理能力设置一套或多套Femto网关设备。TD-SCDMA Femto网关的设置需考虑其控制范围的设计和负载的合理控制。如采用多个Femto网关，在满足厂家设备技术指标的前提下，应遵循以下原则：

(1) 每个TD-SCDMA Femto网关控制的基站覆盖的地理位置相对集中，尽量避免与其它网关所辖Femto基站在地理位置上的交叉；

(2) 每个TD-SCDMA Femto网关控制的Femto基站的总话务量和负荷比较均衡。

4.1.3 TD-SCDMA Femto安全网关部署方案

建议安全网关尽量与TD-SCDMA Femto网关同局址设置；物理上可以集成在TD-SCDMA Femto网关，也可作为独立网元存在。防火墙可以集成在安全网关中，也可以作为独立网元设置。

4.1.4 Femto网管系统部署方案

Femto网管系统包括Femto网关网管及Femto基站网管，网关网管与基站网管物理上可分开设置，也可合并设置。

建议在省中心集中部署1套与Femto网关同厂家的网关网管设备，负责管理Femto网关、安全网关、Femto HLR、AAA服务器。

在省中心集中设置1套Femto基站网管，负责管理本省Femto基站设备。Femto基站网管与Femto基站（可以是同厂家或异厂家Femto基站）之间采用标准TR-69接口，Femto基站网管经安全网关连接公网，实现Femto基站的配置开通、位置认证功能、性能管理、告警管理等功能。

在各个开放业务的地市网管中心设置网管返拉终端，负责本地Femto基站的运维管理，网管系统通过分权分域设置分配各地市的管理范围和配置查看权限。

表1 各厂家支持虚拟Femto GW情况

4.1.5 Femto HLR、AAA服务器部署方案

建议Femto HLR及AAA服务器与TD-SCDMA Femto网关同局址设置。

4.2 网络连接方案

4.2.1 TD-SCDMA Femto基站与网关连接方案

TD-SCDMA Femto基站使用IP，通过用户已有的xDSL、LAN、FTTx等宽带网络连接到网关系统。在应用于家庭和中小企业两类场景时，应分别针对用户的不同业务需求等级提供不同接入带宽。两种场景下均分为高速用户、中速用户和低速用户。

在家庭场景下，回传网络带宽要求如下：

(1) 高速率用户（考虑1路高清、2路标清、高速上网、AMR话音业务、HSPA业务）接入带宽要求：下行14Mbit/s，上行3Mbit/s；

(2) 中速率用户（考虑2路标清、高速上网、AMR话音业务、HSPA业务）接入带宽要求：下行6Mbit/s，上行3Mbit/s；

(3) 低速率用户（考虑高速上网、AMR话音业务、HSPA业务）接入带宽要求：下行3Mbit/s，上行2Mbit/s。

在中小企业场景下，回传网络带宽要求如下：

(1) 高速率用户（考虑1路高清、视频通信、高速上网、AMR语音业务、HSPA等业务）接入带宽要求：下行16Mbit/s，上行4Mbit/s；

(2) 中速率用户（考虑1路标清、视频通信、高速上网、AMR话音业务、HSPA等业务）接入带宽要求：下行7Mbit/s，上行4Mbit/s；

(3) 低速率用户（考虑高速上网、AMR话音业务、HSPA等业务）接入带宽要求：下行4Mbit/s，上行2Mbit/s。

在满足传输带宽的前提下，TD-SCDMA Femto基站通过宽带接入网关接入任意运营商网络均可实现业务应用。但为保证业务质量，建议使用移动自有固定宽带（含铁通）进行回传。城域数据网应通过合理规划网络结构、合理配置网络带宽来提供基本的QoS保证。随着Femto业务的逐步开展，城域数据网应提供基于DiffServ的QoS保障。

4.2.2 TD-SCDMA Femto网关与核心网连接方案

TD-SCDMA Femto网关与MSC Server/MGW之间采用标准Iu-CS接口,应同时支持ATM和IP两种承载方案，并结合现网Iu-CS接口IP化进度选择相应的承载方案。当现网Iu-CS接口IP化改造完成前，选用ATM承载方式连接现网MSC，当Iu-CS接口IP化完成后,选用IP方式连接现网MSC。

TD-SCDMA Femto部署初期，在每个开放业务的本地网可选择1个MSC Server/MGW与TDSCDMA Femto网关连接。为减少Server间切换，应尽量选择与TD-SCDMA Femto覆盖范围相同的RNC归属的MSC 。现网MSC Server/MGW需配置与新增TD-SCDMA Femto网关的连接关系，并配置与本地网其它MSC的相邻关系。

TD-SCDMA Femto网关与SGSN之间采用标准Iu-PS接口,通过IP方式连接现网SGSN。TDSCDMA Femto部署初期，在每个开放业务的本地网选择1个SGSN与Femto网关连接。为减少SGSN间切换，应尽量选择与TD-SCDMA Femto覆盖范围相同的RNC归属的SGSN。现网SGSN需配置与新增TDSCDMA Femto网关的连接关系，并配置与本地网其它SGSN的相邻关系。

TD-SCDMA Femto覆盖范围扩大后，应逐步考虑网关支持IU-Flex功能，接入MSC Pool及SGSN Pool。

4.2.3 网管连接方案

Femto网关网管和Femto基站网管通过标准化北向接口（CORBA/SNMP）经网管网连接省综合网管系统，省综合网管做相应改造。各地市网管中心设置网管返拉终端，负责本地Femto基站的运维管理。

Femto基站网管北向连接省综合网管系统，南向经安全网关，通过宽带网络连接Femto基站，实现Femto基站的配置开通、位置认证功能、性能管理、告警管理等功能。网管组网方式如图4所示。

4.2.4 计费连接方案

Femto系统本身不产生话单，由现有核心网MSC Server/SGSN等设备产生话单，现有计费连接不变。BOSS应根据Femto业务套餐资费情况对账务系统进行改造，并根据具体需求考虑结合用户签约类型（指家庭用户、友好用户、拜访用户等类型）进行分用户类型的计费。

4.2.5 业务开通连接方案

Femto HLR经MDCN连接BOSS，与BOSS之间传送用户签约信息或用户设置信息。现有BOSS进行相应改造。

5 结束语

TD-SCDMA Femto目前仍处于试商用部署阶段，初期部署应逐步填补TD-SCDMA网络室内覆盖的不足并加快固移融合，推动家庭室内流量业务发展。在积累了一定的网络运营经验后，应探索发展基于Femto的特色业务和增值业务，并为未来TD-LTE Femto的发展积累经验，为稳固全网客户和提升客户价值作出贡献。