蔣 鑫，韓 毅

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司上海分公司 上海 200060）

1 引言

家庭基站（home nodeB，HNB）系統(tǒng)又稱為毫微微系統(tǒng)或Femto系統(tǒng)，主要通過放置在用戶家庭內(nèi)的家庭基站為用戶提供無線接入，以改善用戶的室內(nèi)覆蓋效果，提升用戶的使用體驗(yàn)。

HNB系統(tǒng)主要由放置在用戶家庭內(nèi)用于為用戶提供空中接口接入的各家庭基站和用于控制各家庭基站的Femto網(wǎng)關(guān)組成。在家庭場(chǎng)景中部署的家庭基站如圖1所示，當(dāng)移動(dòng)終端從室外進(jìn)入室內(nèi)后，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)從宏基站轉(zhuǎn)入家庭基站，由家庭基站提供全部的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)服務(wù)，通過運(yùn)營商“最后一公里”的傳輸網(wǎng)絡(luò)，匯聚到Femto網(wǎng)關(guān)，再由標(biāo)準(zhǔn)的Iu接口接入移動(dòng)核心網(wǎng)。

目前家庭基站發(fā)射功率為毫瓦級(jí)，接通電源后，可設(shè)置發(fā)射功率為默認(rèn)值，一般家庭場(chǎng)景下為20～30 mW，中小企業(yè)場(chǎng)景下為100 mW，或按照家庭基站網(wǎng)管的配置信息配置發(fā)射功率。

現(xiàn)有的解決方案中，家庭基站上電之后，經(jīng)過無線測(cè)量、IPSec隧道建立、網(wǎng)管配置信息下發(fā)等過程，建立微小區(qū)，開始正常工作，其發(fā)射功率是一個(gè)相對(duì)恒定的功率值，不因是否有家庭終端進(jìn)入或者離開家庭基站微小區(qū)而改變。實(shí)際上，當(dāng)家庭終端離開HNB微小區(qū)或者關(guān)機(jī)、掉電等情況出現(xiàn)時(shí)，家庭基站已空載，此時(shí)如果仍然按照固定的發(fā)射功率工作，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。

這個(gè)問題在HNB系統(tǒng)試點(diǎn)過程中已被發(fā)現(xiàn)，如何使得家庭基站可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)，在有家庭終端接入時(shí)正常工作，在沒有家庭終端接入時(shí)進(jìn)入更低功耗、更低干擾、更環(huán)保的工作狀態(tài)，已成為商用階段關(guān)注的問題之一。

本領(lǐng)域技術(shù)人員提出了一些HNB功率控制、調(diào)整的方案，如調(diào)整HNB的發(fā)射功率，以降低對(duì)宏小區(qū)的干擾，如圖2所示。

圖1 家庭基站系統(tǒng)示意

圖2 一種家庭基站功率控制方案

圖2的方案雖然能控制HNB功率，減少無權(quán)UE在HNB微小區(qū)覆蓋區(qū)域的掉話現(xiàn)象，但并未涉及家庭終端（具有接入所述HNB權(quán)限的UE）是否駐留在HNB微小區(qū)，是否使用HNB的無線資源對(duì)HNB進(jìn)行功率控制，從而降低HNB功耗，而實(shí)際上，這正是很多HNB用戶更關(guān)注的問題，亟待針對(duì)性的解決方案?；诖诵枨螅疚奶岢隽艘环N基于家庭終端接入狀態(tài)觸發(fā)的節(jié)電方案。

2 基于終端接入狀態(tài)觸發(fā)的節(jié)電方案

由于HNB兼有傳統(tǒng)通信基站和通信終端的部分功能，可以通過為通信終端設(shè)置不同工作狀態(tài)的方法，達(dá)到節(jié)電、降低干擾的目的。

首先，將HNB的工作模式分為待機(jī)狀態(tài)和正常工作狀態(tài)。待機(jī)狀態(tài)下，僅廣播或接收導(dǎo)頻信號(hào)，降低射頻發(fā)射功率，停止部分基帶處理能力，降低和核心網(wǎng)信令對(duì)接的心跳信號(hào)頻度，從而降低整體帶電功耗；當(dāng)家庭終端進(jìn)入HNB覆蓋區(qū)，HNB切換進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí)，恢復(fù)廣播信道和業(yè)務(wù)信道的功率控制功能，恢復(fù)正常的射頻發(fā)射功率，激活基帶處理能力，并啟用和核心網(wǎng)之間的信令對(duì)接心跳頻度，提供完整的用戶服務(wù)能力。HNB工作模式設(shè)置及切換流程如圖 3所示。

圖3 家庭基站工作模式設(shè)置及切換方法流程

其次，在HNB系統(tǒng)內(nèi)新增3個(gè)主要功能模塊，實(shí)現(xiàn)基于終端接入狀態(tài)觸發(fā)家庭基站的工作模式。

·工作模式判斷子模塊，根據(jù)家庭基站和家庭終端之間信令信息的終端駐留狀態(tài)進(jìn)行判斷。

·計(jì)時(shí)子模塊，超時(shí)時(shí)對(duì)工作模式的狀態(tài)進(jìn)行判斷。

·功率調(diào)整子模塊，根據(jù)工作模式，對(duì)家庭基站的廣播/業(yè)務(wù)信道射頻發(fā)射功率、基帶處理功能、基站與核心網(wǎng)間心跳信令頻度進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

實(shí)現(xiàn)上述方案的關(guān)鍵在于HNB如何準(zhǔn)確地判斷家庭終端的進(jìn)入和離去，根據(jù)家庭基站和家庭終端間已有的通信信令流程，工作模式判斷子模塊可以通過在系統(tǒng)內(nèi)增加交互事件觸發(fā)點(diǎn)的獲取和判斷功能進(jìn)行準(zhǔn)確判決，有效的交互事件觸發(fā)點(diǎn)可以根據(jù)需求設(shè)置，具體介紹如下。

（1）家庭終端發(fā)送位置更新消息

舉例來說，家庭終端在進(jìn)入家庭基站微小區(qū)時(shí)，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送位置更新（location area update，LAU）請(qǐng)求，通過動(dòng)態(tài)地在RACH信道（隨機(jī)接入信道）上發(fā)送一個(gè)隨機(jī)接入脈沖向家庭基站申請(qǐng)一條信道，信道請(qǐng)求消息中包括信道建立的原因，這個(gè)原因可能是 “尋呼響應(yīng)”、“緊急呼叫”、“移動(dòng)主叫”、“短消息業(yè)務(wù)”或“其他”，比如“位置更新”。家庭基站收到信道請(qǐng)求消息后，按照一定的條件為此次呼叫尋找和分配SDCCH信道，同時(shí)向家庭終端發(fā)送一條信道激活消息，此消息中包含的參數(shù)有DTX控制、信道的ID、信道描述和移動(dòng)分配、家庭終端的最大功率電平等。

可以將上述事件的發(fā)生作為判斷有家庭終端進(jìn)入家庭基站微小區(qū)的觸發(fā)點(diǎn)。

（2）家庭終端發(fā)送無線資源控制建立請(qǐng)求消息

家庭終端在進(jìn)入家庭基站微小區(qū)后，發(fā)起呼叫前，需向家庭基站發(fā)送無線資源控制 （radio resource control，RRC）連接建立請(qǐng)求消息，發(fā)起RRC連接建立過程，建立起與家庭基站間的信令連接。該過程中，家庭終端通過上行CCCH發(fā)送RRC連接請(qǐng)求消息 （RRC Connection Request），請(qǐng)求建立一個(gè)RRC連接，家庭基站根據(jù)RRC連接請(qǐng)求的原因以及系統(tǒng)資源狀態(tài)，決定家庭終端建立在專用信道或公共信道上，并分配RNTI、無線資源和其他資源（L1、L2資源）。家庭終端通過下行CCCH信道向家庭基站發(fā)送RRC連接建立消息 （RRC Connection Setup），確認(rèn)RRC連接建立成功后，在剛剛建立的上行DCCH信道向家庭基站發(fā)送RRC連接建立完成消息 （RRC Connection Setup Complete）。RRC連接建立過程結(jié)束。

上述事件也可以作為判斷有家庭終端進(jìn)入家庭基站微小區(qū)的觸發(fā)點(diǎn)。

（3）家庭終端發(fā)送用戶設(shè)備去注冊(cè)消息

家庭終端在離開家庭基站微小區(qū)或者關(guān)機(jī)時(shí)，將向家庭基站發(fā)送用戶設(shè)備去注冊(cè)（UE De-Register）消息。顯然，家庭基站接收到該消息可以作為判斷家庭終端離開微小區(qū)的觸發(fā)點(diǎn)。

家庭基站工作模式設(shè)置及切換實(shí)施流程如圖4所示，具體介紹如下。

·家庭基站開機(jī)上電后開始正常工作時(shí)，判斷子模塊判斷家庭基站應(yīng)進(jìn)入模式一（正常工作狀態(tài)），功率調(diào)整子模塊設(shè)置發(fā)射功率及其他一些工作參數(shù)，為模式一預(yù)設(shè)工作值。

·預(yù)設(shè)時(shí)間間隔T0，計(jì)時(shí)子模塊從家庭基站進(jìn)入模式一的時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，T0時(shí)間內(nèi)，有家庭終端接入，判斷子模塊判斷家庭基站應(yīng)維持在模式一，功率調(diào)整子模塊對(duì)工作參數(shù)不做調(diào)整，計(jì)時(shí)子模塊停止計(jì)時(shí)。

圖4 家庭基站工作模式設(shè)置及切換實(shí)施流程

·超過T0沒有家庭終端接入家庭基站，判斷子模塊判斷家庭基站已空載，應(yīng)進(jìn)入模式二（待機(jī)狀態(tài)），功率調(diào)整子模塊設(shè)置發(fā)射功率及其他一些工作參數(shù)，為模式二預(yù)設(shè)待機(jī)值，計(jì)時(shí)子模塊停止計(jì)時(shí)。

·駐留在家庭基站微小區(qū)的家庭終端關(guān)機(jī)、斷電或者離開微小區(qū)等情況出現(xiàn)時(shí)，判斷子模塊判斷家庭基站已空載，應(yīng)進(jìn)入模式二（待機(jī)狀態(tài)），功率調(diào)整子模塊設(shè)置發(fā)射功率及其他一些工作參數(shù)，為模式二預(yù)設(shè)待機(jī)值。

·有家庭終端進(jìn)入家庭基站微小區(qū)并被允許接入時(shí)，判斷子模塊判斷家庭基站應(yīng)進(jìn)入模式一（正常工作狀態(tài)），功率調(diào)整子模塊設(shè)置發(fā)射功率及其他一些工作參數(shù)，為模式一預(yù)設(shè)工作值。

上述方案中提到的判斷子模塊、計(jì)時(shí)子模塊、功率調(diào)整子模塊，僅僅是示意性的，作為分離部件說明的單元可以是也可以不是物理上分開的，所述的裝置及系統(tǒng)可以內(nèi)置于家庭基站中，也可以是獨(dú)立于家庭基站的功能實(shí)體。

應(yīng)用本方案，家庭基站可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)，在有家庭終端接入時(shí)正常工作，在沒有家庭終端接入時(shí)進(jìn)入特定狀態(tài)，以降低家庭基站的整機(jī)功耗。目前本方案已實(shí)現(xiàn)可行性論證，業(yè)界廠商正積極研究設(shè)備實(shí)現(xiàn)方案，實(shí)現(xiàn)后將進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試工作。

3 結(jié)束語

本解決方案有效解決了HNB空載時(shí)仍然按照穩(wěn)定的發(fā)射功率工作造成的電能浪費(fèi)問題。家庭基站產(chǎn)品正在產(chǎn)業(yè)鏈各方的共同努力下，向著更智能、更貼近用戶需求的方向演進(jìn)，就節(jié)電方案而言，可以通過統(tǒng)計(jì)用戶使用習(xí)慣自適應(yīng)調(diào)整，更貼近用戶需求，甚至進(jìn)一步地通過統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，預(yù)測(cè)用戶可能的使用需求，調(diào)整工作模式。在節(jié)電之外，家庭基站可以開發(fā)更多特色功能，如“歡迎回家”（特定用戶進(jìn)入HNB覆蓋微小區(qū)后或預(yù)測(cè)即將進(jìn)入HNB覆蓋微小區(qū)時(shí)，用戶手機(jī)收到其預(yù)訂的各種信息），使得家庭基站真正成為智能家居服務(wù)中心。

1 高波,芮鶴齡,蔣鑫等.中國移動(dòng)TD-SCDMA Femto基站設(shè)備技術(shù)規(guī)范,2010

2 沈寒冰,王小奇,宋智源等.中國移動(dòng)TD-SCDMA Femto Iuh接口技術(shù)規(guī)范,2010

3 徐菲,蔣鑫,賀剛等.TD-SCDMA Home NodeB研究報(bào)告,2010