在2002年，一群工程師在Motorola進行一項研究計畫，該計畫的主要成果之一，是一座全世界上最小的3G基地台；這個基地台的外形與家用的WiFi AP相似，卻提供了蜂巢式行動通訊系統的服務，可以說是Femtocell的雛形。Femtocell 這個字是由物理單位中的femto，再加上行動通訊系統中的cell而形成的一個組合字；其中femto在物理單位中的涵義是10的負15次方，在這邊意指cell的佈建數量可以達到非常多。

隨著Femtocell的概念日趨成熟，許多廠商自行提出了針對這個概念所設計的網路架構與介面，但彼此沒有統一的標準，這樣勢必會影響發展性、實際應用以及商品化的困難。因此，3GPP標準組織為了Femtocell日後的發展，進而制定了Femtocell相關的網路架構與介面標準，同時將Femtocell命名為Home NodeB（HNB），意指為家用基地站。HNB透過新制定的Iuh介面與電信網路中新增的Home NodeB Gateway(HNB-GW)連接，未來只要是遵循Iuh標準介面所設計出來的HNB，就可以輕易地與電信網路連接，讓室內的使用者享受到更多元化的3G行動通訊應用服務。

《圖一 4 個DC/DC uModule穩壓器系統均流，以在48A時調節1.5V電壓，每個元件高度僅2.8mm，佔用 15mm x 15mm電路板面積。每個uModule穩壓器僅重 1.7g，具有IC外形尺寸，在電路板組裝時，可以非常容易地用任何抓放式（pick-and-place）機器抓取和放置。》

如圖一的HNB示意圖所示，HNB裝置一方面透過DSL或Cable連接到行動通訊網路中的HNB-GW，另一方面透過裝置本身的射頻收發設備，與用戶的行動裝置進行無線傳輸，這兩個要件整合成為一個類似於現有基地台子系統的環境，讓使用者在該環境中能擷取行動通訊的服務內容。使用者可以在HNB裝置所提供的訊號範圍內，擁有較好的收訊品質以及資料傳輸的頻寬保證。但在這邊必須說明，目前所制定的HNB與現有的基地台子系統，兩者所能提供的功能與硬體效能並非完全相同，目前的HNB算是精簡過後的基地台子系統，未來3GPP也會陸續將HNB的功能制訂地更加完整。

HNB的網路架構

圖二顯示了HNB存取網路中的各項功能個體。HNB與HNB-GW之間是多對一的對應關係，其中HNB-GW對核心網路而言就如同3G RNC的角色，而他們之間的介面也沿襲原本核心網路與RNC間的Iu介面。

《圖二 原理圖，簡單地並聯多個 DC/DC uModule穩壓器系統，以實現更高的輸出電流。電路板佈局就像複製和粘貼每個uModule穩壓器的佈局一樣容易，僅需要非常少的外部元件。》

HNB存取網路中所包含的功能個體，其功能分別說明如下：

HNB管理系統（HMS）

 遵循TR-069系列的標準

 協助HNB-GW的尋找（Discovery）

 提供組態相關的資料給HNB

 識別HNB的位置及指定適當的服務（Serving）元素，包含HMS、Security Gateway，及HNB-GW

Security Gateway（SeGW）

 建構TR-069以及Iuh介面的安全通道

 HNB的認證

 提供HMS及HNB-GW的存取

HNB Gateway（HNB-GW）

 利用現有的Iu介面與現存的核心網路連接

 提供註冊相關服務給HNB

HNB

 透過Uu介面與UE聯繫

 利用Iuh介面來提供RAN連線

 支援與RNC類似的協定功能

 經由Iuh來支援HNB註冊及UE註冊

HNB之Iuh介面技術規範

上章節介紹HNB共包含兩個介面協定，一個是與手機連通的無線Uu界面，一個是與HNB Gateway連通的Iuh介面。Iuh介面是為了發展HNB所新增的協定標準，裡面沿用了3G RNC部分的Iu介面協定，以及新制訂兩個技術規範：HNBAP及RUA協定。圖（三）即為HNB通訊協定架構圖：

《圖三 標記：綠色為時脈，紫色為uModule開關頻率，黃色是輸出漣波。12VIN、1.5VOUT，uModule開關頻率擴展為與時脈 90o 異相，由 LTC6909 振盪器同步，這降低了電壓漣波，因此降低了最大的電容電壓額定值。》 - BigPic:699x505

其中Iuh介面規範可分成控制層與用戶層兩個部分，控制層包含RANAP、RUA、HNBAP、SCTP等協定，而用戶層則包含Iu-UP、GTP-U、RTP等協定。RANAP提供傳統的RNC UTRAN功能，HNBAP提供HNB所需要的註冊功能，RUA則取代原本RNC的SCCP傳輸協定，在HNB和HNB Gateway間提供傳送RANAP訊息的服務。本章節將針對Iuh控制層來作說明，分別介紹HNBAP、RANAP、RUA以及SCTP協定。

中標:HNBAP協定

HNB在每次開啟使用時，必須先經過網路認證機制的檢驗，認證成功後才是一個合法的HNB裝置；相同地，想透過HNB來擷取服務的使用者，在這裡的使用者通常指的是一組IMSI或是一組TMSI代碼，經過網路認證機制的檢驗，認證成功後方可透過合法的HNB來擷取行動通訊服務。之所以有這樣的設計，是因為HNB可以為用戶自行向系統業者租借或是購買的個人行為，透過該用戶個人的網路連接到該系統業者的核心網路；因此，並非該系統業者的所有合法用戶都有權利透過他人的HNB裝置來擷取服務，於是制訂出了HNBAP協定，用來確認HNB以及使用者的合法性。

HNBAP具有三個主要的功能，分別為HNB註冊功能、UE註冊功能以及錯誤回報等機制，表(一)即列出這三種主要功能；另外HNBAP的訊息傳遞是透過底層所建立的SCTP連線來與網路端連接。

RANAP協定

RANAP負責執行HNB和核心網路之間的控制信令流程。其中HNB Gateway只負責RANAP訊息的轉送，並不會執行RANAP相關的程序，實際執行RANAP流程則是在HNB與核心網路中，相當於原本3G系統網路的Iu介面。除此之外，RANAP在原本3G網路中的Handover與SRNS Relocation流程扮演重要角色，但是在HNB系統中，由於網路架構的限制，目前尚無Handover與SRNS Relocation程序的相關規範。

RANAP提供的Service可分為四類：

一般控制流程

類流程主要功能在於控制HNB和核心網路之間所有Iu介面連線的instance，這類流程的訊息皆經由RUA提供的非連線導向模式傳送。

通知流程

這類流程主要功能在於通知特定手機或是特定範圍內的所有手機，這類流程的訊息皆經由RUA提供的非連線導向模式傳送。

專屬控制流程

這類流程主要功能在於控制特定手機，專屬於某一個Iu介面的instance。這類流程的訊息皆經由RUA提供的連線導向模式傳送。

MBMS控制流程

這類流程主要功能在於控制MBMS Session Bearer。這類流程的訊息皆經由RUA提供的連線導向模式傳送。

RANAP主要功能如下表所示：

RUA協定

在HNB的Iuh介面規範中，RUA為新增的協定模組，取代原本3G RNC的SCCP傳輸協定，負責HNB與HNB GW之間的控制信令傳輸服務，而RUA本身的訊息傳遞是透過底層所建立的SCTP連線來與網路端連接。RUA主要功能為提供連線導向以及非連線導向的傳輸服務給RANAP協定，並處理錯誤回報等機制。在這裡所提到的連線導向服務，是針對某個特定手機所使用的連線服務，此連線可對應到RANAP協定所使用的Iu連線；至於非連線導向服務，則不需事先建立連線，即可直些傳送訊息給對方，通常在對一群UE或整個介面作設定時才會用到。下表列出RUA的基本流程與說明：

SCTP協定

SCTP全名為Stream Control Transmission Protocol，其所提供的服務與UDP及TCP類似。SCTP將Client與Server之間的關係稱做為關聯（Association）。和TCP一樣，SCTP也提供給應用程式一些功能，如：可靠性、排序（Sequencing）、流量控制，及全雙工的資料傳輸。一條連線（Connection）僅能代表兩個IP位址之間的溝通，因此，為了避免不必要的誤解，SCTP採用關聯而不是連線這個詞，一條關聯代表兩個系統間的溝通，由於多址（Multihoming）的特性，一條關聯可能包含兩個以上的IP位址。

與TCP不同的是，SCTP是訊息導向（Message-oriented）的，它讓個別的紀錄可以有順序地傳輸。而與UDP相同的是，由發送端紀錄的資料長度也會傳給接受端的應用程式。在連線的端點之間，SCTP可以提供多個串流（Stream），分別有各自的訊息傳送順序，也就是說，在某個串流中遺失一則訊息不會影響其他串流裡的訊息傳遞，這樣的作法正好與TCP的相反，在TCP中，不論任何的時間點，若在某個串流中有訊息遺失，都會造成該連線無法再傳遞資料，直到接收端收到該遺失的訊息。

結語

自第三代無線通訊技術發展至今，許多衍生的應用服務也在全球市場上蓬勃發展起來，其中家用基地台（HNB）服務受到許多電信業者與廠商的關注與支持。對於電信業者來說，推動HNB可以抒解現有戶外基地台的負載容量，提供用戶更穩定的室內通訊服務品質， HNB更可以結合數位家庭的概念，延伸出多元化的附加應用商機。

對於欲投入HNB市場的廠商來說，在HNB發展初期，許多國際大廠個別發展推動自家所認同的技術規範，HNB與HNB GW之間也沒有統一的介面標準，導致HNB系統架構有各種形式的產品樣式，因此HNB廠商勢必要選擇特定的合作夥伴，方有機會切入家用基站服務市場。

隨著HNB技術發展漸趨成熟，3GPP標準組織制訂了HNB規範，也定義HNB與HNB GW之間的Iuh協定標準，這對於欲研發HNB技術的廠商來說，有了可依循的規範，並且大幅降低網路設備的相容性問題，倘若未來國際設備商釋出代工訂單時國內廠商也可望受惠，因此HNB產品的出現，對於國內網路設備商製造商而言，是切入行動通訊核心網路供應鏈的一個絕佳契機。

本文作者廖東儀、王建文、康世璋、吳坤霖皆任職於資策會網路多媒體研究所