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一种分布式Femto用户侧多模HNB设备及其应用

( 2018/2/1 14:25 )

【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:

多模分布式HNB设备组网连接示意图

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。

参考文献:

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[10] 闵仕君,彭木根,王文博. LTE家庭基站研究[J]. 数据通信, 2011(2): 26-29.★

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》

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