TD-SCDMA Femto系统部署存在的问题及解决方案
2013-08-09邓安达张新程林菁马颖
邓安达，张新程，林菁，马颖
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）
1 引言
中国移动的TD-SCDMA宏蜂窝网络部署于1.9 GHz、2 GHz频段，信号传播和穿透能力差，利用室外宏站覆盖室内效果欠佳。而室内覆盖系统由于受到物业阻挠、投资过大等原因限制，难以在城中村、居民区等特定场景展开大规模建设。TD-SCDMA Femto系统为特定场景补盲提供了一种可能的手段。
Femto系统由Femto基站（又称家庭基站、Femto家庭网关或Femto AP）及Femto核心网组成。Femto基站是一种小型、低功率、可放置于室内的基站，它集成了Node B与RNC的部分功能，可通过各种基于IP的宽带回传网络接入Femto核心网。Femto核心网由Femto系统网关、Femto网管系统、AAA服务器及防火墙等组成。TD-SCDMA Femto基站通过Femto核心网，连接至TD-SCDMA核心网的CS域及PS域。
中国移动从2008年开始启动TD-SCDMA Femto系统研究，至2011年进行Femto规模试点，迄今已发展用户2万多户。本文分析了TD-SCDMA系统部署中，在移动性管理、时间同步、回传时延、跨地区接入等方面遇到的若干问题，并总结了其解决方案。
2 预留频率、扰码资源，便于Femto基站与宏蜂窝小区间的重选和切换
2.1 问题提出
Femto基站由用户带走并安放在家中，运营商事先并不知道其安放位置，无法静态地预先为Femto基站及宏蜂窝小区添加对应邻区，用户在Femto基站及宏蜂窝小区之间移动时将引发小区重选和切换问题。
根据Femto现有机制，Femto基站具有侦听功能，可以自动添加宏蜂窝作为邻区，从而实现从Femto基站到宏蜂窝小区的重选和切换。
但从宏蜂窝小区到Femto基站，由于宏蜂窝小区无法自动添加Femto基站为邻区，因此无法进行从宏蜂窝小区到Femto基站的小区重选及切换，如图1所示。
2.2 解决方案
为Femto基站统一规划特定的频率、扰码资源；且不论宏蜂窝小区周围存在哪些Femto基站，都将这些频率和扰码配置为邻区，即为宏蜂窝小区统一配置虚拟邻区组。
对于在宏蜂窝覆盖边缘，利用少量Femto基站来“补盲”的场景，因为同覆盖范围内的Femto数量很少，Femto基站之间不存在频率和扰码干扰，可以较好地实现从宏蜂窝小区到Femto的重选或切换。
对于利用Femto基站分流宏蜂窝小区业务流量、宏蜂窝小区周围有很多Femto基站的“补热”场景，由于为Femto基站预留的频率、扰码资源有限，会带来众多Femto基站之间较强的相互干扰；对于宏蜂窝小区而言，如果邻区中有同频同扰码组的多个Femto小区存在，会导致终端无法正确识别目标小区，会出现切换到非目标小区情况。因此，“补热”场景下从宏蜂窝小区向Femto基站的重选或切换，仍需再继续寻求创新的途径。
3 利用多种方式实现时间同步
3.1 问题提出
TD-SCDMA系统是个时分系统，要求严格的时间同步。宏蜂窝网络中主要利用GPS来实现时间同步。而Femto基站由用户安放在室内非确定位置，并且由于设备成本原因，无法要求每个Femto基站都设置GPS，或能够接收到GPS信号。Femto基站除了GPS，还有哪些可行的时间同步方式？
3.2 解决方案
3.2.1 宏基站侦听
在Femto基站中嵌入自动搜索信号频点的功能模块，实现对周围宏基站下行广播信道的侦听，并提取出同步信号。
该方案适宜在已有TD-SCDMA宏基站覆盖区内部署。3.2.2 IEEE 1588v2
IEEE 1588v2能够通过IP网络实现高精度时间同步信息的传输。可在满足IEEE 1588v2协议的传输系统的某一节点上增设“时钟同步处理装置”，输出精准的时间信息，并传送至Femto基站。
目前中国移动新建的PTN及PON网络均支持IEEE 1588 v2协议，该方案适宜在Femto基站的宽带回传网络为中国移动自己新建时部署。
4 利用宽带转接服务器降低宽带回传时延
4.1 问题提出
中国移动自有宽带接入资源较少，从Femto基站到Femto核心网的宽带回传常需借助其他运营商宽带网络。跨运营商时带宽不足、信道拥塞将一定程度上影响业务体验，分别如表1和表2所示。
表1 某场景下不同运营商宽带回传平均时延（ms）
表2 某场景下不同运营商宽带回传平均分组丢失率
4.2 解决方案
如图2所示，建设本地转接服务器，减少路由迂回，保证时延、带宽、抖动等指标，提高业务质量。
5 通过虚拟网关技术实现跨地区接入
5.1 问题提出
在Femto部署初期，单个城市的Femto基站需求量不大，如果在每个城市都设置Femto核心网，将导致投资较大；如果集中在省会城市设置一套Femto核心网，且设置该Femto网关只与省会城市的一套MGW相连，将额外带来其他城市Femto用户漫游问题，影响计费。
图2 设置本地转接服务器减少时延
5.2 解决方案
采用虚拟网关技术，通过虚拟出多个逻辑网关接入不同地市的核心网；各地市部署的Femto基站通过公网进入Femto系统网关，并根据其所属地LAC判断进入本地的MGW/MSC Server。
既便于集中快速部署，又满足跨区计费需求，可在保证用户感知的同时快速扩大部署范围。
图3 虚拟网关设置示意图
图3为虚拟网关设置示意图。
6 小结与展望
本文分析总结了TD-SCDMA Femto系统部署时存在的一些问题及其解决方案。解决了这些问题，将TD-SCDMA Femto系统应用于“补盲”场景已经较为可行。
但本文尚未涉及针对TD-SCDMA Femto基站的宏微协调、干扰抑制及自优化机制等方面的研究，对于Femto基站如何在“补热”场景中应用，可展开进一步研究。
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