悠然自在的手機通訊服務

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悠然自在的手機通訊服務 - FemtoCell

卷期：v0014
出版日期：2010-09-20

作者：劉書銘 / 臺灣大學計算機及資訊網路中心資訊網路組研究助理

2010年新寵兒FemtoCell不但解決了室內收訊不良的問題，更整合了現有的無線技術，近幾年將很可能會在無線網路界大放異彩。本文將針對FemtoCell做一簡介，包含了技術運作，面臨的困難以及發展現況。期望讀者能對於FemtoCell有一個基本上的認識。

週末下午，悠閒的躺在家裡沙發上，享受這難得的輕鬆時刻，來打個電話給朋友聯絡感情吧！撥了手機，「喂喂喂…你聽的到我講話嗎？」，「喂…怎麼收訊這麼差！」總是要走到特定點或喬個角度才會收訊好一點，未來這種煞風景的事情將不再出現於生活中。為了解決室內收訊不好的問題，提昇電信業者訊號覆蓋率(Coverage)，FemtoCell(毫微微蜂巢式基地台)因此應運而生。FemtoCell是個類似無線存取點(Access Point, AP)的設備，可作用的範圍約在10公尺之內，整合了2G、3G、甚至是未來的4G訊號，還可以提供Wi-Fi的上網功能，只需要簡單的將FemtoCell連接上室內的實體線路，像Cable線或是光纖等等，即可簡易的提昇室內通訊服務的品質。

室內收訊不再亂糟糟

為了增強無線網路的訊號強度，通常會在室內設置一台AP，可大幅減少建築物遮蔽或離基地台太遠等使無線訊號強度降低的因素。FemtoCell也是一樣，更精確的來說，FemtoCell是一種用戶住宅蜂巢式接取點，作用在需授權的頻帶，外型也類似AP，如下圖。

http://www.haysystems.com/mobile-networks/hsl-femtocell/

不同的是，FemtoCell將不只侷限於手機通訊而已。除了常見的GSM/W-CDMA等，也支援HSPA/EDGE，甚至未來還會支援WiMAX/LTE-Advanced等更快速的網路服務。Wi-Fi無疑地是個很好的無線系統，可有效地取代乙太實體網路，但該技術是針對可以外接電源或具有大電池容量的設備(如：筆記型電腦)，以至於電源消耗將是一大考量。而蜂巢式則比較靈敏，若是靠近基地台，則設備的輸出功率會降低一些以減少電源消耗。運用了FemtoCell的技術，將可提昇手機電池的使用時間。除此之外，因為FemtoCell支援所有的標準3G手機，就不需要像WiFi一樣增加額外的整合費用。
　

FemtoCell努力中

FemtoCell的工作方式可用下圖簡易表示

FemtoCell工作示意圖 http://www.femtoforum.org/femto/

在室內所設置的FemtoCell將提供足夠的訊號強度給其他使用者，背後連接著實體線路至Internet，再視其提供服務的電信種類連接至不同的移動網路服務中。如此一來將可整合不同種類的服務系統至同一FemtoCell中，大大的提昇了訊號的使用率。

在提供這麼方便的服務同時，其背後所要克服的困難也是相當艱巨。主要可以分成幾項：降低干擾、功率消耗以及標準化管理。

降低干擾：在傳統的大型蜂巢式網路佈建中，需要有經驗的工程師對每個基地台進行大量設置並最佳化，以做到最小干擾為原則。而FemtoCell是屬於「Zero-Touch」的方式，也就是各用戶只要自行接上線路就可以使用的，並不需要經過專業人士的評估及指導。如此一來，要如何降低FemtoCell與FemtoCell間的干擾，以及FemtoCell與外部大型蜂巢式網路的干擾，何時需要將功率升高一些以提昇訊號強度，何時需要降低功率以減少干擾，將是一大挑戰。目前解決這些問題的方法，是利用所謂的「感知無線電」的技術，也就是不斷的監聽附近的射頻環境，並適當地調整自己的功率大小，以確保FemtoCell能工作在最適當的環境。

功率消耗：以消費者而言，最關心的事情莫過於電磁波強度大不大，對人體會不會造成傷害。在Femto Forum 2010〈訂定FemtoCell標準的組織〉提出了對於人體健康的安全考量：對於FemtoCell釋出電磁波的強度，絕對會小於安全值，而且這標準是由ICNIRP〈國際非游離幅射防護委員會〉以及WHO〈世界衛生組織〉所制定出來的，並在全世界的行政組織中所採用。畢竟是在自家環境所安裝的設備，如果是非常在意幅射線的人，即使公司宣稱對人體無害，應該還是個很煎熬的選擇吧。

標準化管理：與傳統蜂巢式網路不同，FemtoCell部署的數量很龐大，用戶端自行安裝完成之後，從監控配置到後端管理都須自動完成並由行動廠商進行遠端管理。不同的FemtoCell供應商採用不同的方式，一些供應商使用開發專用方案，一些供應商選擇現有標準，無論如何，FemtoCell間的互通作業性風險仍然存在。在2008年11月的一份報告指出，這一次供應商承諾採用針對整個IT產業，特別是ISP如何管理上百萬台DSL數據機的標準化方案，即TR-069協議。Ubiquisys公司已經意識到這是一個理想的解決方案，並採用了該標準，這種做法隨後也被Femto Forum所接納。這個被全球大約3千萬套固定寬頻設備所採用的TR-069標準已經證明它可以幫助廠商提供更簡單的安裝和配置，實現先進的故障診斷，並以特別高性價比的方式對數百萬終端設備進行韌體和服務的遠端升級。在此並不將TR-069的內容多做介紹。

不只有FemtoCell

將固定式網路與行動通訊結合(簡稱FMC)的技術，在亞太地區，FMC已是大勢所趨，許多電信業者正計劃或著手導入FMC。FMC扮演著重要的角色，結合無線與有線電信業者的網路服務，將可擴大使用者網路連結範圍，達到無縫(Seamless)網路環境。在FemtoCell發展的同時，另一項技術其實也早已行之有年，也就是通用接取網路（General Access Network, GAN），也有人稱為UMA/GAN。因為一開始是被稱為免授權行動接取網路（Unlicensed Mobile Access network, UMA），後來才被3GPP改名為通用接取網路。UMA/GAN是一種能讓行動電話在傳輸語音、資料在蜂巢式網路和無線網路之間無縫切換的系統，作為網路融合發展過程中的一種革命性技術，UMA/GAN能讓手機用戶享受固定寬頻網路提供的服務。但對於用戶想要享受這項技術的好處，意味著用戶必須購買支授UMA雙模的手機，才有辦法使用這項技術。而Femtocell是針對部署在建築物內部以增加覆蓋率和數據率而最佳化的小型3G或WiMAX基地台。對行動通訊業者來說，Femtocell最大的吸引力在於改善覆蓋率與提升系統容量，尤其是在室內通訊；對用戶來說，只需要簡單的安裝，就可以享受該技術所帶來的好處。並不需要任何額外的設備。

FemtoCell也有法律議題

在台灣現行電信法裡，FemtoCell是屬於第一類電信事業設備還是或電信終端設備？歸類於哪一類的設備，將會影響推行FemtoCell的可行性。由於FemtoCell是運行在需授權的頻段上，這方面是類似於「基地台」；就技術層面來說，比較類似於無線存取點，似乎又比較像終端設備。若是安裝一台FemtoCell需經過主管機關的審查、管制、專人安裝之類的管制措施，也顯得太過繁複。NCC（National Communications Commission）目前傾向於歸類為第一類電信事業，需制定相關法律來管理。包括後續的管理，監控隱私的問題，這都還需要NCC制定出一套有效的管理辦法。

FemtoCell發展現況

FemtoCell從2005年提出，到2007年漸漸的被重視，但也一直到2009年才由3GPP〈3rd Generation Partnership Project〉訂出正式的標準(Release 8)。早在2008年，Femto Forum就已經和NGMN（下一世代移動網路網盟）商討要如何在FemtoCell上結合LTE和WiMAX，藉由將蜂巢式基地台擴展至消費端，FemtoCell一直以來都和3G/4G系統有著密切的關係，自然而然地，FemtoCell也就會和下一世代的候選人LTE-Advanced連結在一起。FemtoCell在全球電信業都還算是個新興的技術，像美國、日本、新加坡都已經推出付費的femtocell服務，隨著2009年標準制定之後，預計在2010年之後會有更多國家投入FemtoCell。

市場對毫微微蜂巢式基地台的需求動力，是來自網路服務業者在現有 3G 基地台據點部署 LTE 與 WiMax 等4G技術的行動；採行這種策略的原因是速度較快、成本也相對較低，而且能很快達到廣泛的覆蓋率。因此，在2010年LTE以及WiMAX明朗化的情況下，2010年FemcoCell的出貨量增加，包括美國與全球各地的領先無線通訊服務業者，例如英國的Vodafone Group，都已經推出毫微微蜂巢式基地台產品；世界各國業者的商用部署情況也在增加中。這都要歸功於英國晶片供應商PicoChip Designs的基地台晶片組，獲得不少設備製造商青睞，其他晶片廠商如QualComm及TI也打算進入該市場。可以期待的是，2010年勢必是FemtoCell的關鍵年，未來將會成為無線訊號接取至網路基礎架構中所不可或缺的部份。