黑龙江移动TD-Femto项目结题报告1．中国移动TD-Femto发展情况概述
从2008年开始，移动集团就开始着手研究和探讨TD-Femto的可行性，到2012年1月苏州移动正式商用中国第一个TD-Femto网络，期间经历了近4年研究、试点和经验积累，下图是移动TD-Femto发展主要的里程碑：
根据各地研究和试点的经验总结，TD-Femto对于中移动的价值主要有以下几个方面：
随着2012年1月份江苏苏州移动开始正式商用TD-Femto，目前各地对于TD-Femto的关注和兴趣日渐提升，部分省市已经开始计划和规模部署，下面是中移动各地TD-Femto项目的进展概况：
2．创新内容
2.1 技术创新背景
2.1.1黑龙江移动现状
TD-SCDMA技术本身有应用频段较高，信号绕过障碍物的能力较差的劣势，在广大的室内区域，如Home、SOHO（Small Office and Home Office）、SME（Small and Medium Enterprise）等区普遍存在TD-SCDMA信号弱，无法保证UE用户的使用感受，从而在3G用户的竞争中处于不利地位。
但是室内与室外的信号覆盖特点差异较大，目前室外覆盖主要为大区域形式
的“面覆盖”，而室内的TD-SCDMA应用特点主要为小容量、微区域，要求无线覆盖形式为“点覆盖”。而目前的室分系统主要面向于整栋楼宇或者整体区域的整体解决方案，存在着物业协调难，施工强度大，周期长的问题。显然采用宏蜂窝网络和传统室分的解决方案显然不适合解决目前室内深度覆盖问题，需要寻求更好的深度室内覆盖方案。
另外一个方面，随着TD-SCDMA无线网络的广泛应用，和TD用户的高速增长，室内UE用户需要享受高速、便捷、低成本的无线数据服务，但由于宏蜂窝网络内UE用户量较大，HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）和HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）的带宽资源是很多UE用户共享，实际分配到每个UE用户的带宽还比较低，从容量上难以满足UE用户对高速率业务的使用需求和保障体验的要求。
同时在解决室内覆盖问题时，除了需要考虑设备本身的投资成本外，还需关注安装、维护等运营成本，需要引入低成本高效益的解决方案。针对这些问题，黑龙江移动计划引入了TD-SCDMA Femto解决方案，不仅能有效地解决困扰UE 用户的TD-SCDMA信号室内覆盖和容量问题，而且可以解决目前移动TD-SCDMA 网络覆盖容量所带来的高成本的问题。
2.1.2 TD Femto架构
从目前TD-Femto在全国商用和预商用的部署情况我们了解到，江苏、上海和广东移动采用的都是标准的Femto大网关系统。目前TD-Femto的行业标准接入架构主要包括两部分，用户侧设备TD-Femto接入点（AP）和局端设备TD-Femto 接入网关系统（Gateway），其中接入网关系统又包含了安全网关，接入网关，认证AAA/HLR和管理系统等四部分的功能，网络架构详见下图：
各网元的基本功能介绍如下：
客户端设备：
●Femto基站：属于用户端设备，集成了NodeB的功能和RNC的主要无线功能，并通过公共IP网络接入3G 网络。Femto 基站支持功能如下：用户端设备，为UE提供Uu接口；提供到Femto网关的Iuh接口；具备NodeB 功能，并支持RNC的主要无线功能。
网络侧设备有：
●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Femto网关负责对Femto基站和UE的注册和接入控制
●安全网关(SeGW)：在Femto基站和Femto网关之间增加了安全网关，负责建立IPsec安全隧道，保证Femto基站到HMS和Femto网关的安全接入
●AAA/HLR服务器：AAA 服务器主要功能是对Femto基站认证与授权；HLR负责管理Femto基站设备和用户数据的数据库系统。Femto HLR还能产生用于Femto基站鉴权的安全信息
●Femto网管设备（FMS）：Femto管理系统实现Femto网元管理系统（HMS）的系统管理功能、Femto基站系统管理、Femto基站软件管理功能、Femto基站故障管理功能、Femto基站性能管理功能、Femto基站拓扑管理功能、Femto基站日志管理功能、HMS操作维护、南向接口功能和北向接口功能等要求。
但是这种标准架构的网关系统成本较高，网络较复杂，需打通BOSS、OSS 等接口，建设周期较长。即使最小规模比如广东移动要求支持5千个AP的最小配置，也需要至少6百万RMB的投资。标准架构的网关系统适合集中建设和支持大规模布放TD-Femto进入家庭的模式，比如苏州模式，通过采用FMC的套餐赠送Femto AP捆绑移动自建FTTX宽带用户，规模进入中移动客户的家庭，从2012年1月开始商用，短短半年实际开户用户数也已接近2万。因为只有这样超过几万级以上的Femto AP的规模布放，才能够摊薄网关系统折算到单位AP 建设的投资。
结合黑龙江移动目前的实际情况，主在重点解决价值区域和价值客户的弱覆盖问题，不具备大规模AP部署条件，也不适合高额的投入成本。
2.2技术成果
我们了解到博威通讯是国内最早从事TD Femtocell相关产品研制的企业，在TD-SCDMA Femtocell领域积累了丰富的经验，并有苏州移动大型网管的成功商用案例。结合黑龙江移动的实际情况，我们协同博威通讯拟共同开发一种低成本、简化的Femto架构、快速部署的实现盲区覆盖和容量提升的有效解决方案。
S-RAN即是黑龙江移动和博威通讯共同开发成功的小型一体化网关解决方案，单位网关成本低，简单灵活，可以采用各本地网各自建设S-RAN小网关接入本地的Femto AP/sNode，创造出一种有别于标准的大网关集中建设模式—即分布式Femto网关建网模式，实现成本和风险各本地网分担，对于面向解决覆盖的中小规模（千级规模）布放Femto AP是一种新的选择和高性价比方案。
S-RAN主要包括sNode（Smart Node）和IAG（Integrated Access Gateway）两种关键设备。sNode和Femto HNB功能类似，是一种无线网络接入设备，为用户提供标准的TD-SCDMA+WLAN业务。sNode通过宽带连接或者通过企业以太网等方式接入到Internet，再经Internet 接入到IAG。IAG 实现对sNode 的控制、管理以及向核心网络的路由功能。IAG 提供标准的Iu 接口与核心网络通信。
IAG是博威S-RAN解决方案最核心的组成单元。IAG利用先进的电信集成技术，在一个4U的机框里集成了标准Femto架构中的安全网关（SeGW）、Femtocell 接入网关(FGW)及AAA/HLR等单元功能。通过将IAG和不同的sNode组合，可以组合成多种类型的Small Cell基站应用于不同的覆盖场景。单个IAG支持1000个sNode，2个IAG可以组成支持2000个sNode，因此，可以通过叠加IAG的方式极易的实现系统扩容，从而带来更优越的产品拓展性能。
所以，S-RAN更是全球第一款微型Femtocell系统（简单化、小型化、低成本），采用简化的系统组网方案，为运营商提供了一种快速部署、低成本、面向覆盖和容量（为TD宏站负载分担流量压力）的解决方案。同时，S-RAN可以提升网络性能并为移动互联时代的终端用户提供更好的业务体验。
2.3可行性验证
除了针对于S-RAN本身的技术问题和解决方案进行了研究之外，本项目针对于S-RAN的应用场景和方式也做了有益的探索，在本项目中，采取IAG网关系统
安装在江北局7楼核心网机房，TD-Femto接入点sNode则在4个典型的弱覆盖
区域进行覆盖测试。如下图所示：
本次哈尔滨移动S-RAN实验网覆盖测试分别选取了不同场景，有写字办公楼、酒店、小区住宅单元和单身公寓等4个典型场景进行了CQT和DT测试，每个测试点分别进行开通前和开通后的比对测试。
通过在各场景测试结果对比可知，在宏网弱覆盖区域和导频干扰严重区域，Femto的引入对于覆盖有相当大的改善，可以在10～15 米半径内形成优覆盖区域。Femto的引入很好的解决了难点弱覆盖区域，还有效降低手机发射功率(UE_TxPower)，当手机利用Femto信号时，手机发射功率可以相对减少20～40dB。
测试的KPI指标中掉话率为0、呼叫成功率100%、接通率100%、切换成功率83%（主要原因为Femto覆盖区域周围宏网信号太弱造成），数据业务测试中HSDPA下行平均速率在360kbps-700 kbps，最高峰值1.18mbps；上行平均速率在20-56 kbps，其中办公室、酒店等场所由于本身宽带网络网速限制原因，相对速
率较低，家庭宽带平均下载速率可达500kbps-700kbps，上传速率50kbps左右。详见附表！
表一：S-RAN设备开启前后覆盖测试指标效果对比
表二：S-RAN测试评估指标详情
表三：S-RAN室内FTP上传下载数据业务测试指标详情
经上述覆盖方案测试验证，对于解决的TD-SCDMA室内弱覆盖场景，sNode/TD-Femto AP有突出的优势：
1)单点布设，无需布线，在有宽带接入的地方均可以接入并提供有效的
TD-SCDMA覆盖服务；
2)单点双模，同时提供TD和Wi-Fi两种信号，方便家庭客户使用；
3)散点安装，不受限与工程条件，相对于用户投诉响应快，解决快，成
本低；
4) 后续根据发展还可以提供基于家庭的增值业务；
2.2应用创新
2.2.1快速补盲覆盖解决方案
一些区域，如别墅、高层住宅、KTV 、地下室、商铺、电梯等，由于墙体信号屏蔽严重，室内TD 信号严重不足。S-RAN 解决方案中sNode 具有体积小，重量轻，支持贴墙、悬挂以及桌面等多种安装方式；支持全IP 传输，有效利用IP 传输网络实现低成本、快速建网。避免了传统直放站对宏网影响大，降低了宏网KPI ，干扰大网等诸多问题。
2.2.2 室内覆盖整体解决方案
采用S-RAN 解决方案能够快速有效地解决室内覆盖DAS 系统（Distributed Antenna System ，分布式天线系统）进场难、成本高、周期长的问题。同时有效支撑TD-SDCMA 业务快速发展，为客户带来TD+Wifi 双模的移动宽带互联网体验。
2.2.3 热点区域覆盖解决方案（TD+Wi-Fi ）
城市的热点地区（如机场、酒店、购物中心、高校、会展中心等），休闲场所（如酒吧、咖啡厅、茶吧、健身中心等），以及公共交通枢纽（火车站、汽车站、港口码头），这些热点区域现有基站容量无法满足年轻和商务人士对数据业务的爆炸式容量和速度需求，且这些热点场所都存在的综合布线困难，成本高的问题。而S-RAN 具有快速、低成本的实现TD-SCDMA+Wifi 单点双模的网络部署。并与现网无缝融合，提升用户体验；支持SON 自组网，自配置，自管理，提升整网性能及用户满意度。切合年轻一族和高价值商务人士在热点地区的需求。
针对已有Wifi
部署完毕的热点区域，可以利用已有的站址资源，将原有
Core Network
Wifi AP替换为博威公司的企业级TD-SCDMA+Wifi双模AP，在提供宽带数据业务的同时实现热点话务吸收，卸载宏网负荷。
3．试点方案
3.1试点系统选择
考虑到黑龙江移动引入TD-Femto重点解决价值区域和价值客户的弱覆盖问题，结合目前自身TD业务发展情况，和自建FTTX的宽带用户资源，我们采用了以上与博威公司共同创新的S-RAN小型化TD-Femto接入覆盖系统，S-RAN解决方案吸收了传统标准TD-Femto系统的技术优势，使用简化的网关系统方案，为运营商提供一种低成本、快速部署，面向于家庭、中小企业室内覆盖的中小容量TD-Femto解决方案。其系统结构图如下：
IAG2200作为综合接入网关，集成了安全网关（SeGW）和Femtocell接入网关(FGW)的功能及AAA/HLR部分功能，从而简化了网关系统，降低网络复杂性，缩短建网周期，减少初始投资。TD-Femto节点（FAP/sNode）通过公共Internet 网络接入到IAG2200系统，IAG2200系统汇聚所有TD-Femto节点业务之后，通过标准的Iu-CS和Iu-PS接口接入到现网的SGSN和MSC，提供与现网完全兼容的TD-SCDMA覆盖和业务。
其中IAG2200系统的规格如下：
TD-Femto接入点sN100-T/HN1200的参数如下：
3.2 S-RAN系统的特点
3.2.1对核心网无影响
S-RAN系统使用和目前宏网UTRAN不同的网络架构，IAG作为Femto的汇聚网关替代了原来RNC的位置与核心网相连，而实际上原有RNC的功能被分解到了TD-Femto接入点sNode和IAG中执行，但无论怎样，针对于UTRAN架构的变化并未影响到核心网，核心网无需改造，从核心网来看，就是IAG替代了原有RNC的位置，而且IAG使用与宏网络相同的Iu-CS和Iu-PS接口。
3.2.2sNode支持灵活的回传方式
sNode回传非常灵活，可以支持各种运营商的宽带接入资源，比如中移动自建以太网宽带、FTTX、铁通宽带、广电宽带Cable Modem和其他运营商的XDSL 等等，从宽带接入技术上看，可以支持以太网、FTTX、Cable Modem、XDSL、以及无线宽带的IP 微波和WLAN等回传技术，从而可以支持中移动在各种场景灵活布放sNode，实现“有Internet网的地方，就有TD-SCDMA信号”的目标。
3.2.3自动网络规划
与传统基站的网络规划和建设方式相比，sNode的布设遵从自组织网络的原则，在尽可能小的人工干预下，可以自动设置频点，发射功率以及扰码等相关小区信息，并与后端网络建立连接并提供与宏网络基本相等的服务，从而避免了复杂的链路规划及网络规划等问题；
另外独特的A+F频段自学习功能可以使AP根据接入手机的频段支持情况自动选择使用A频段或者F频段提供服务，极大的改善了无线环境。
由于TD-Femto的引入，针对于TD-Femto与宏网之间的平滑互操作成为制约TD-Femto的关键问题，在本项目中，针对于TD-Femto与宏网的互操作也进行了深入的测试，最终证明采用博威的Femto AP/sNode频点和扰码自配置功能可以实现在UE空闲态的平滑互操作（即UE双向快速无感知重选）。
方案流程图如下：
当Femto AP启动时，会自动扫描周边的宏小区，当宏小区的功率大于某个阀值Thre macrohigh时，认为该宏小区是强小区，加入强小区列表，按照接收电平为准则，对强小区列表进行排序。
根据需要给AP设置一个频点/扰码池，一般数目不超过3个，作为AP频点和扰码的缺省配置。
根据上述的配置流程，下面是一个效果的验证示例：
在上图中每个宏小区的邻区列表如下：
缺省配置有三个，其中1个和邻区5相同。邻区列表数目假定为9。
1.FAP1首先开启，采用基于缺省配置的同频同扰选择，采用邻区5作为
频点选择。FAP1的邻区列表加入三个宏小区、三个缺省配置，邻区1、
2、3。
2.FAP2稍后开启，由于缺省配置接收电平此时大于阀值，所以进入基于
邻区的同频同扰选择。此时10055是频点最小的小区，按照顺序进行
选择，发现邻区1接收电平大于阀值，而邻区2接收电平小于阀值，
则采用邻区2的配置。FAP2的邻区列表加入三个宏小区，三个缺省配
置，邻区1、2、3。
3.FAP3最后开始，和FAP2相似，发现邻区1和邻区2接收电平均大于
阀值，则采用邻区3的配置。FAP3的邻区列表加入三个宏小区，三个
缺省配置，邻区1、2、3 。
显然，此时FAP1、FAP2、FAP3以及宏小区之间互为邻区，可以实现正常的双向重选。
双向重选的测试结果详见《黑龙江移动TD Fmeto S-RAN系统功能测试报告》中2.6：S-RAN小区和宏小区之间的重选。
3.2.4自动干扰管理
在sNode启动及提供服务过程中，sNode独特的下行侦听功能可以检查周
围无线环境，并根据周围干扰的强度选择合适的发射功率扩大或者缩小覆盖范围，从而优化sNode与宏网之间的干扰。
3.2.5双向小区重选
博威sNode使用独特的同频同扰及定频定扰机制，可以支持UE从sNode到宏网络及从宏网络到sNode双向小区重选，确保在任何情况下，UE均能够无感
知自由的在sNode 和宏网之间无缝漫游。
TD-Femto 与宏网之间的切换性能也是本项目重点研究的问题，由于Femto 的特点，目前TD-Femto 系统中仅支持从TD-Femto 切出到宏网的单向切换，从宏网到TD-Femto 的切换由于需要针对于宏网修改邻区配置，根据网络状况的权衡，目前还不支持。在实验网测试中，TD-Femto 到宏网的切换流程如下：
UE 在AP 和宏网之间的切换采用IU 口的Relocation 机制。采用上述的方法，连接模式的UE 可以从AP 切换到宏网中，基本流程和一般RNC 之间的Relocation 一样。
异频切换采用2D/2F/2A （或2B ）事件。 2D 事件的报告内容是当前使用频率的估计质量低于一定门限；2F 事件的报告内容是当前使用频率的估计质量高于一定门限；2A 事件的报告内容是最佳频率变化。 2B 事件的报告内容是当前使用频率的估计质量低于一定门限，未使用频率的估计质量高于一定门限。
采用2B 事件时，异频切换根据Measurement Report ，做如下判断：
1) 如果最佳频点/扰码为当前小区，并且没有进入切换状态，则什么都不做（如果进入切换状态，则发送Relocation Cancel ）。
2) 否则，如果最佳频点/扰码不是当前小区的邻区，则什么都不做。
3) 否则，执行切换。
NB 2.RANAP: Relocation Required
Relocation Req-Ack
8.RANAP: Iu Relocation Detect Relocation Completed
13.RANAP: Iu 14.RANAP: Iu
采用2D/2F/2A事件时，异频切换根据Measurement Report，做如下判断：
1)Measurement Report上报2F事件，说明当前频率质量高于门限，如果
已经进入切换状态，则发送Relocation Cancel取消切换（如果未进入切
换状态，则什么都不做）。
2)Measurement Report上报2D事件，说明当前频率质量低于门限，如果
已经进入切换状态，则什么都不做。如果未进入切换状态，则向UE发
送Measurement Control，要求测量2A事件。
3)Measurement Report上报2A事件，说明最佳频率变化，根据上报的最
佳频点/扰码判断：
a)如果最佳频点/扰码为当前小区，则什么都不做。
b)否则，如果最佳频点/扰码不是当前小区的邻区，则什么都不做。
c)否则，执行切换。
切换的测试结果详见《黑龙江移动TD Fmeto S-RAN系统功能测试报告》2.5：S-RAN小区到3G宏小区的切换和《黑龙江移动TD-Femto场景覆盖测试报告》中切换相关部分。
3.2.6高安全性
由于sNode使用公共Internet网络接入到移动IAG接入系统，所以博威IAG 系统内置安全网关功能，用于与sNode之间建立IPSec安全隧道，保证sNode传输数据的安全性、完整性，同时提供防火墙功能，抵抗来自Internet网络的恶意攻击，保证核心网设备的安全性。另外对sNode接入采用博威独创的PSK+SN联合鉴权认证，以确保合法sNode的接入。以上技术确保S-RAN系统的安全性。
3.2.7远程管理
博威S-RAN系统采用Braodband Forum TR-069协议对sNode进行远程管理，包括配置管理，告警管理，性能管理，日志上传，拓扑管理，升级管理等网络管理功能，实现网络管理的自动化和高效。
3.3 S-RAN相对传统移动网络的优势
sNode（又称接入点AP）相对于传统的2G、3G基站具有下列特点：
?无需铺设专用线路提供回传，利用已有宽带连接，如DSL/PON/Ethernet
等直接通过ISP网络接入到运营商核心网络，提供回传服务；
?用户插上网线和电源即可工作；
?自动初始化IP地址，连接到核心网络；
?自动配置无线频率、功率等参数及邻区并提供服务；
?运营商可通过网关系统下载更新软件版本或者配置；
?通过Femtocell系统，运营商可以很明显地得到下列好处：
提升覆盖，减少用户流失率；
分担宏网络负荷，提升宏网服务容量和性能；
设计基于Femto的订户方案，增加ARPU；
最大化运营商频谱利用率；
节约运营商建网及维护成本(Capex/Opex)，没有了昂贵的站址费用和中继费用，也没有了电费(用户买单）；
FMC融合产品，开发基于多种服务绑定的套餐；
Femtocells 为宏小区网络分流业务流量；
开发基于Femto增值服务；
而终端用户不需要更换自己的手机，即可明显感觉到室内信号覆盖增强，而且可以独享一个TD-SCDMA的小区流量，用户体验显著提升，还可以享有Femtocell各种特有的增值服务，另外，由于Femto cell覆盖半径小，接入的手机会降低其发射功率，从而节省电池，并减少对人体的辐射。