蜂窝电话现在非常普及，Femtocell(毫微微蜂窝基站，也被称作家庭基站或3G接入点)可能紧随其后。这些针对家庭和小型商业单位设计的台式蜂窝电话基站将通过使用DSL或电缆电视modem的现有高速互联网链路连接到蜂窝电话网络。

Femtocell是在大楼和其它人口密集环境中使用的家庭版微蜂窝和微微蜂窝。它们可以让网络容纳更多的用户，还能提高室内手机的性能。它们不仅能显著改善家庭蜂窝网络的连接性能，还能帮助减轻运营商已经非常繁重的回传通道业务量。

Femtocell可以实现空前的楼宇内覆盖率(也就是在家庭或办公室保证达到5个9的覆盖率)、专门的高速3G数据服务以及允许无限时通话和数据传输的固定价率、极具吸引力的捆绑式价格包。除了这三大优势外，Femtocell也可以作为服务创新的一个平台，开创了在用户的住宅或办公室部署蜂窝网络设备的先例。

市场上已经有多种可选的架构，并且业界正在考虑标准化(见表)。这些架构包括了通用移动电信系统(UMTS)、Iub-over-IP、Iu-over-IP、免许可移动接入/通用接入网络(UMA/GAN)以及IP多媒体子系统(IMS)。

基于UMTS的Femtocell

UMTS架构支持者的理由是，Femtocell可以利用现有的移动核心网络设备、标准，能够在增加最少的设备投资条件下更快地提供Femtocell服务。基于UMTS的方案提供了向宏网络等效服务过渡的捷径，因此运营商可以更早地向用户体现Femtocell的价值。

第一个基于UMTS的方案是Iub-over-IP架构(图1)。Femtocell接入点(FAP)，也称为家庭节点B(HNB)，扮演的是节点B的角色(即3G基站)。Femtocell网关(FGW)，也称为家庭节点B网关(HNB-GW)，位于FAP和无线网络控制器(RNC)之间。




这种方案特别适合小型办公室/家庭办公室(SOHO)或单个家庭环境，在这种环境中只有少数几个用户需要通过FAP接入服务。根据与FGW连接的FAP数量，RNC和FGW甚至可以合并成一个设备。

FAP使用一个唯一标识Femtocell的16位蜂窝ID与FGW通信。FGW把来自不同FAP的业务流复接起来，并使用成帧协议(FP)转发给RNC。FGW不会修改任何FP数据包，尤其是FAP识别号。在设备启动时，FAP会与FGW建立一条安全连接，以避免在公共IP网络上危及用户信息的安全。FAP将使用TR-069或类似的其它一些机制来发现自动配置服务器(ACS)并从中获取IP地址。

RNC主要是处理资源管理(承载者和控制)功能。RNC和FGW应重点关注承载者业务和控制信令(特别是强制/硬切换移动管理)的延时抖动性能。

为了与不支持IP传输的pre-R4核心网络(CN)通信，RNC必须完成IP到ATM以及ATM到IP的传输转换功能。在这种架构中，FAP看起来就象是CN的一个普通基站。另外，包括切换在内的所有移动管理(MM)和呼叫控制(CC)功能也都保留在CN设备域。

第二种基于UMTS的方法是Iu-over-IP(图2)。FAP同时扮演NodeB和RNC的角色。这种混合架构可以卸载现有的RNC，释放出更多的宏网络容量，同时仍能利用现有协议和蜂窝MM及CC过程。




这种配置适合小中型商业(SMB)和多用户住宅区(MDU)环境，在这种环境中有许多用户需要通过FAP接入服务。Iu-over-IP配置对FAP提出了更高的要求，需要处理频繁的MM和资源管理(RM)过程，并对FAP本身的先进服务质量(QoS)功能给予了更高的期望。FAP使用12位的RNC-ID与FGW通信。FGW在FAP和CN之间提供无线接入网络应用部分(RANAP)信令隧道。如果CN不支持IP传输，FGW也需使用SIGTRAN功能完成IP与ATM之间的双向转换。

在启动时，FAP将与FGW建立一条安全的连接，以避免在公共IP网络上危及用户信息的安全。FAP可以使用TR-069或其它一些类似机制发现ACS，并从ACS中获得FGW的IP地址。另外，FAP还使用ACS获取Femtocell环境中使用的RM参数和算法。

在这种方案中，FAP在Femtocell环境中处理大多数RM(即承载者和控制)功能。在Femtocell到宏蜂窝切换的过程中，FAP将这些过程转移到CN上完成。

基于UMA/GAN的Femtocell

基于UMA/GAN的架构可以充分利用已被验证的标准方案在尽力而为的互联网上提供蜂窝级服务(图3)。UMA是一种趋于固定-移动融合的方案，它架起了蜂窝无线和免许可802.11 Wi-Fi技术连接的桥梁。




标准UMA架构需要使用双模手机，并且用户在蜂窝与Wi-Fi网络间移动时需要手机上运行专用的客户端软件管理切换和呼叫控制。基于UMA/GAN的Femtocell架构将专用的客户端或UMA客户端从手机转移到了FAP上，因而取消了对双模手机的要求，同时又能利用UMA的信令和QoS创新成果。

UMA/GAN非常象Femtocell方案，虽然Femtocell将需许可的2G/3G无线频谱扩展到了用户设备，而不是桥接需许可和免许可的无线技术。因此，底层的UMA/GAN架构同样可以通过扩展支持Femtocell方案，只需将Iu FGW功能转移到GAN控制器(GANC)上。

这种架构最适合拥有现有GAN架构、但又想使用高速数据包接入(HSPA)功能提供创新型高价值、高带宽服务的服务提供商。这种功能要求提供比目前802.11网络更大的带宽。

FAP向FGW(也用作GANC)提供Up(上联)接口。FGW使用Iu接口与CN进行通信。在启动时，FAP将与FGW建立一条安全连接，以避免在公共IP网络上危及用户信息的安全。FAP可能使用TR-069或其它一些类似机制发现ACS，并从中获取FGW的IP地址。FGW将Femtocell看作是一台IP设备，并且这些节点使用IP地址和端口号进行通信。

FAP将语音数据包转换成RTP数据包，然后转发给FGW。根据CN传输网络要求，FGW可能又须将RTP数据包转换回语音数据包。由于不同的传输网络导致的多次数据转换将降低语音质量，这个问题可以在Up接口中实现严格的QoS来解决。

基于IMS的Femtocell

IMS架构的支持者期待充分发挥移动运营商转向全IP核心网络的优势(图4)。通过开发容易扩展的会话发起协议(SIP)等技术，不断演进的IMS CN为服务创新提供了一个优秀的平台。




基于IMS的架构面临着缺少经验证的MM和CC模型以及有关切换的有限标准。然而，Femtocell商业案例与在基于IMS的Femtocell中提供新业务的能力相互交织在一起。

在这种方案中，FAP在公共IP网络上利用SIP信令协议与UMTS信令层交互。在IMS核心侧，FAP将直接与提供使用SIP的呼叫会话控制功能(CSCF)的软交换直接相连，并与使用Diameter协议的家庭用户服务器(HSS)直接相连，从而实现认证、授权和计费(AAA)功能。

另外，FAP也可以选择通过集合包数据网关与这些设备连接。

在承载者层面，FAP将语音业务以实时协议(RTP)包的方式转发给IMS内核。QoS取决于公共IP网络的功能，包括可靠性以及包延时和丢包率的最小化。TR-069可以再次用于零接触初始系统配置和FAP的服务配置。

IMS方案中的切换一般是在CN之间进行，也就是在移动交换中心(MSC)和服务GPRS支持节点(SGSN)之间。FAP将在Femtocell环境中处理大多数RM(承载者和控制)功能，并在Femtocell到宏单元的切换过程中移交给CN。从标准化角度看，如果该模型想要获得运营商的广泛接受，后者是一个需要解决的关键问题。

结束语

Femtocell为移动运营商争取家庭用户的额外使用时间提供了一个有力的武器。它们能帮助运营商提高覆盖率、增加网络容量、减少用户额外费用，并提供创新的高质量服务，进而增加每用户平均收入值(ARPU)。
当然挑战仍然存在。在住宅大楼中紧邻安装的femto之间会产生多大的干扰？对此有何良策？在3G数据业务和视频等服务大量增加的前提下有多少运营商的回传业务可以减轻？

成功将取决于进一步的创新和架构标准化。好消息是第三代合作伙伴项目(3GPP)和3GPP2已经向公共标准迈出了一大步。特别是3GPP宣布已经达成了有关标准架构的协议，该架构将利用现有的UMTS功能以及来自UMA方案的创新成果。

FAP和FGW之间的新接口Iu-h仍需要进一步规定，而这代表了向统一单架构迈出的重要一步。在有关新的Iu-h接口细节方面以及推动基于SIP/IMS的下一代标准的开放行动方面还有许多工作要做。而向初始标准的快速转变代表了业界成功推出Femtocell的强烈愿望。

然而在标准统一之前，Femtocell设备制造商必须能够支持多种架构方案，因为运营商现在就想进行试点，而且每个运营商对想要使用的架构有不同的要求。他们的选择更多地取决于运营商的现有网络资产和发展计划，而不只是取决于不同Femtocell架构各自的优点。

因此，Femtocell设备制造商需要能够宽范围地支持不同的协议，这是即复杂又耗时的任务，或者直接与支持所有不同方案的主要电信技术专家合作。