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【摘要】为了解决传统Femto用户侧HNB设备制式单一、容量低的问题，介绍了一款新型分布式Femto用户侧多模HNB设备，通过对该设备的系统组成、网络架构、优势对比和实际运用场景等方面进行分析，该设备采用扁平化和分布式架构，能够有效解决运营商共建共享的问题，并降低施工成本和难度。
【关键词】Femto 多模 HNB 扁平化 分布式 共建共享
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.22.004 中图分类号：TN838 文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2017)22-0014-04
引用格式：王传江,余刚,徐红波. 一种分布式Femto用户侧多模HNB设备及其应用[J]. 移动通信, 2017,41(22): 14-17.
1 引言
Femto（家庭基站）是解决室内覆盖的有效手段之一，它实现了传统固定网络与移动网络的有效融合。Femto技术的优势在于不仅能够利用固网资源吸收数据业务，减轻宏站的业务流量压力，而且还能够弥补宏站网络覆盖的不足，提高用户的业务体验。Femto产品具有发射功率低、体积小巧、施工便捷等特点，近年来得到了运营商的广泛运用。
随着4G网络的快速发展以及大数据时代的来临，数据需求呈几何倍数发展，尤其是室内数据业务需求增长迅速，所以运营商对室内覆盖十分重视。当前较多室内环境中各运营商的2G/3G和4G业务共存，移动网络的室内分布系统逐渐向多技术、多系统融合的方向演进。如果三家运营商各自独立建设，则重复建设和施工、物业协调难、成本高等问题将会更加突出。此外，由于传统Femto用户侧HNB设备支持的制式单一，仅能支持2G/3G或4G中的一种频段制式，带宽小、系统容量低，已不能满足用户的需求，市场亟需一种多模设备来解决上述问题。基于此，本文提出了一种分布式Femto用户侧多模HNB设备，可以很好地满足运营商的需求。
2 用户侧设备HNB在网络中的位置
以3G移动网络为例，Femto接入网络主要由HNB、家庭网关（HNB GW）、安全网关（SeGW）和家庭基站网管系统（HMS）构成，其网络架构图如图1所示：
图1 Femto接入网络架构图
HNB为无线接入设备，HNB与UE采用标准的Uu接口进行通信，从UE侧来看，HNB接入网设备是类似移动通信系统中的Node B。HNB主要实现无线承载、寻呼，进行无线资源管理、移动性管理，实现相关物料层功能并与网关之间进行相关鉴权、位置限制等，并且其还提供HNB GW的Iuh接口。
HNB GW是为HNB系统新增的网关设备，主要实现将众多HNB的业务进行汇聚，进行相关接入控制后通过标准的Iu_CS和Iu_PS接口传回到核心网。HNB GW主要功能有：移动性管理、编码转换、用户终端准入控制、Femtocell注册功能和安全网关接入认证等。
LTE Femto中用户侧设备HeNB在网络中的位置和作用同HNB，只是HeNB-GW网关在LTE Femto中是可选设备，HeNB可直接接入核心网，本文在此不再赘述。
3 运营商对室内覆盖方案的要求
随着4G的快速发展和大数据时代的到来，运营商对室内覆盖的建设要求越来越高。针对目前室内覆盖的现状，运营商十分关注以下需求：
一是2G/3G/4G多网融合共建共享，尤其是新建场所希望一套系统产品能够解决多制式的覆盖，避免重复施工，进而减少投资；
二是设备体积小、安装简单，解决施工难、入户难的问题；
三是终端能远程取电，解决选址困难、取电难的问题。
目前室内覆盖解决方案主要如下：
（1）基于分布式基站的BBU+RRU+天馈系统：该方案采用“信源+合路”方式，在建网之初天馈要考虑几大运营商的共建共享问题，POI（Point Of Interface，多系统合路平台）合路要预留通道；
（2）基于分布式基站BBU+RRU+分布式系统产品：由于分布式产品体积小巧、安装方便，特别适用于人员密集场所如高档酒店、写字楼等，近年来运用十分广泛；
（3）基于Femto技术的HNB-AP：该方案利用HNB-AP终端对移动信号进行放大、覆盖，随着4G的快速发展，传统HNB-AP设备制式单一，不能满足共建共享的要求，其体积较大且不支持远程取电。
4 一种多模分布式HNB室内覆盖设备
4.1 HNB设备的组成
一种多模分布式用户侧HNB设备分为AU（Accent Unit，接入单元）、EU（Extended Unit，扩展单元）和RU（Remote Unit，远端单元）三部分，其中AU与EU之间通过光纤连接传输，EU与RU之间通过网线连接传输。HNB的功能由三部分完成，各部分功能具体如下：
（1）接入单元（AU）
按照网络中接入制式的不同，接入单元（AU）又可以分为2G接入单元、3G接入单元和4G接入单元，AU通过光纤与扩展单元（EU）连接，两者之间通过标准的CPRI（Common Public Radio Interface，通用公共无线电接口）协议进行通信。AU通过光纤或网线与HNB-SeGW网关、HMS网管连接，实现业务与监控信号的交互。2G/3G与4G接入单元工作原理虽有差异，但其完成的主要功能是一致的。其主要完成物理层接入、无线资源管理和移动性管理三大方面的功能，具体如下：
◆物理层接入：主要进行UE接入与鉴权、信道编码、调制、无线链路控制和系统的同步；
◆无线资源管理：主要实现无线链路测量、功率控制、信道分配和管理；
◆移动性管理：主要实现小区切换和重选。
（2）扩展单元（EU）
扩展单元（EU）实现与接入单元和远端单元的信息交互功能，与RU通过五类或六类网线连接并实现远端的POE（Power Over Ethernet，有源以太网）供电功能。EU支持EU级联，并可实现同时与2G/3G或4G接入单元MU（Main Unit，主单元）的连接组网。
（3）远端单元（RU）
远端单元（RU）实现与UE通过标准的Uu接口进行信号的交互，具体为：将扩展单元下发的数字信号转成射频信号，实现2G、3G、LTE等制式的无线覆盖（视网络需求，2G/3G或4G射频部分可灵活选配）；同时将接收的上行射频信号转成数字信号传至扩展单元，实现特定小区工作信号的接入和覆盖。
4.2 组网及应用
采用扁平化和分布式架构的多模HNB设备组网灵活，可采用星型、链型及混合型组网，根据不同的应用场景选取不同的制式频段设备，即可解决多制式共建共享的组网需求。
下面以实际应用较多的2G和4G室内覆盖需求为例，需要选用的设备为2G/4G远端单元、EU扩展单元、2G接入单元和4G接入单元，其组网连接示意图如图2所示：
图2 多模分布式HNB设备组网连接示意图
4.3 多模分布式HNB设备优势分析
多模分布式HNB设备的优势具体如下：
（1）根据不同的应用场景选取不同的制式频段设备，可实现多系统融合共建共享的需求，并且不同的产品可实现共平台，极大地减少了设备投资；
（2）充分利用驻地网网线和光纤资源，物业协调难度降低，一次布放、施工安装方便快捷，可节省建设周期；
（3）远端可实现POE远程供电或本地取电，解决了选址困难、取电难的问题；
（4）设备支持2G/3G/4G多制式多业务，利用双网线传输4G可实现LTE MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出），满足了高带宽、高速率的覆盖要求；
（5）设备组网灵活，可采用分布式建设模式，将扩展单元、远端单元设备分布到平层，解决了传统设备集中放置机房空间不足的问题。
4.4 多模分布式HNB设备应用场景
多模分布式HNB设备主要解决覆盖问题和容量问题，其主要适用于以下场景：
（1）需要用低成本达到快速建网解决室内覆盖的小型私有场景，如酒店、商务休闲场所等；
（2）小型公共场景，如营业厅、事业单位办公网点、连锁超市等；
（3）需要整体覆盖、解决室内外大容量需求的场景，如中小企业、校园等；
（4）物业要求高、站址协调难、布线困难的场景，如大型写字楼、政府机关等；
（5）需要对数据流量话务量较高区域分担分流压力的场景；
（6）对覆盖不足的区域进行补盲。
5 结束语
本文从系统组成、网络架构、优势对比和实际运用等方面介绍了一款多模分布式HNB设备，该设备采用扁平化、分布式架构，具有体积小、安装开通方便、成本低的特点，可以很好地解决运营商关注的多模共建共享、取电难的问题，是运营商利用Femto技术解决室内覆盖的有效手段。多制式、多频段、高容量将是室内覆盖产品后续发展的趋势。
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作者简介
王传江：工程师，学士毕业于中北大学，现任职于武汉虹信通信技术有限责任公司，主要从事无线通信类相关产品的开发、系统设计工作。
余刚：工程师，硕士毕业于华中科技大学，现任职于武汉虹信通信技术有限责任公司，主要从事无线通信协议、设备、组网相关研究工作。
徐红波：工程师，学士毕业于武汉工程大学，现任职于武汉虹信通信技术有限责任公司研发部，主要从事RRU接收机射频系统的设计工作。 
作者：王传江 余刚 徐红波 来源：《移动通信》
