在2002年，一群工程师在Motorola进行一项研究计画，该计画的主要成果之一，是一座全世界上最小的3G基地台；这个基地台的外形与家用的WiFi AP相似，却提供了蜂巢式行动通讯系统的服务，可以说是Femtocell的雏形。 Femtocell 这个字是由物理单位中的femto，再加上行动通讯系统中的cell而形成的一个组合字；其中femto在物理单位中的涵义是10的负15次方，在这边意指cell的布建数量可以达到非常多。

随着Femtocell的概念日趋成熟，许多厂商自行提出了针对这个概念所设计的网路架构与介面，但彼此没有统一的标准，这样势必会影响发展性、实际应用以及商品化的困难。因此，3GPP标准组织为了Femtocell日后的发展，进而制定了Femtocell相关的网路架构与介面标准，同时将Femtocell命名为Home NodeB（HNB），意指为家用基地站。HNB透过新制定的Iuh介面与电信网路中新增的Home NodeB Gateway(HNB-GW)连接，未来只要是遵循Iuh标准介面所设计出来的HNB，就可以轻易地与电信网路连接，让室内的使用者享受到更多元化的3G行动通讯应用服务。

《图一 4 个DC/DC uModule稳压器系统均流，以在48A时调节1.5V电压，每个组件高度仅2.8mm，占用 15mm x 15mm电路板面积。每个uModule稳压器仅重 1.7g，具有IC外形尺寸，在电路板组装时，可以非常容易地用任何抓放式（pick-and-place）机器抓取和放置。》

如图一的HNB示意图所示，HNB装置一方面透过DSL或Cable连接到行动通讯网路中的HNB-GW，另一方面透过装置本身的射频收发设备，与用户的行动装置进行无线传输，这两个要件整合成为一个类似于现有基地台子系统的环境，让使用者在该环境中能撷取行动通讯的服务内容。使用者可以在HNB装置所提供的讯号范围内，拥有较好的收讯品质以及资料传输的频宽保证。但在这边必须说明，目前所制定的HNB与现有的基地台子系统，两者所能提供的功能与硬体效能并非完全相同，目前的HNB算是精简过后的基地台子系统，未来3GPP也会陆续将HNB的功能制订地更加完整。

HNB的网路架构

图二显示了HNB存取网路中的各项功能个体。 HNB与HNB-GW之间是多对一的对应关系，其中HNB-GW对核心网路而言就如同3G RNC的角色，而他们之间的介面也沿袭原本核心网路与RNC间的Iu介面。

《图二 原理图，简单地并联多个 DC/DC uModule稳压器系统，以实现更高的输出电流。电路板布局就像复制和粘贴每个uModule稳压器的布局一样容易，仅需要非常少的外部组件。》

HNB存取网路中所包含的功能个体，其功能分别说明如下：

HNB管理系统（HMS）

 遵循TR-069系列的标准

 协助HNB-GW的寻找（Discovery）

 提供组态相关的资料给HNB

 识别HNB的位置及指定适当的服务（Serving）元素，包含HMS、Security Gateway，及HNB-GW

Security Gateway（SeGW）

 建构TR-069以及Iuh介面的安全通道

 HNB的认证

 提供HMS及HNB-GW的存取

HNB Gateway（HNB-GW）

 利用现有的Iu介面与现存的核心网路连接

 提供注册相关服务给HNB

HNB

 透过Ui介面与UE联系

 利用Iuh介面来提供RAN连线

 支援与RNC类似的协定功能

 经由Iuh来支援HNB注册及UE注册

HNB之Iuh介面技术规范

上章节介绍HNB共包含两个介面协定，一个是与手机连通的无线Uu界面，一个是与HNB Gateway连通的Iuh介面。 Iuh介面是为了发展HNB所新增的协定标准，里面沿用了3G RNC部分的Iu介面协定，以及新制订两个技术规范：HNBAP及RUA协定。图（三）即为HNB通讯协定架构图：

《图三 标记：绿色为频率，紫色为uModule开关频率，黄色是输出涟波。12VIN、1.5VOUT，uModule开关频率扩展为与频率 90o 异相，由 LTC6909 振荡器同步，这降低了电压涟波，因此降低了最大的电容电压额定值。》 - BigPic:699x505

其中Iuh介面规范可分成控制层与用户层两个部分，控制层包含RANAP、RUA、HNBAP、SCTP等协定，而用户层则包含Iu-UP、GTP-U、RTP等协定。 RANAP提供传统的RNC UTRAN功能，HNBAP提供HNB所需要的注册功能，RUA则取代原本RNC的SCCP传输协定，在HNB和HNB Gateway间提供传送RANAP讯息的服务。本章节将针对Iuh控制层来作说明，分别介绍HNBAP、RANAP、RUA以及SCTP协定。

中标:PBAP协定

HNB在每次开启使用时，必须先经过网路认证机制的检验，认证成功后才是一个合法的HNB装置；相同地，想透过HNB来撷取服务的使用者，在这里的使用者通常指的是一组IMSI或是一组TMSI代码，经过网路认证机制的检验，认证成功后方可透过合法的HNB来撷取行动通讯服务。之所以有这样的设计，是因为HNB可以为用户自行向系统业者租借或是购买的个人行为，透过该用户个人的网路连接到该系统业者的核心网路；因此，并非该系统业者的所有合法用户都有权利透过他人的HNB装置来撷取服务，于是制订出了HNBAP协定，用来确认HNB以及使用者的合法性。

HNBAP具有三个主要的功能，分别为HNB注册功能、UE注册功能以及错误回报等机制，表(一)即列出这三种主要功能；另外HNBAP的讯息传递是透过底层所建立的SCTP连线来与网路端连接。

RANAP协定

RANAP负责执行HNB和核心网路之间的控制信令流程。其中HNB Gateway只负责RANAP讯息的转送，并不会执行RANAP相关的程序，实际执行RANAP流程则是在HNB与核心网路中，相当于原本3G系统网路的Iu介面。除此之外，RANAP在原本3G网路中的Handover与SRNS Relocation流程扮演重要角色，但是在HNB系统中，由于网路架构的限制，目前尚无Handover与SRNS Relocation程序的相关规范。

RANAP提供的Service可分为四类：

一般控制流程

类流程主要功能在于控制HNB和核心网路之间所有Iu介面连线的instance，这类流程的讯息皆经由RUA提供的非连线导向模式传送。

通知流程

这类流程主要功能在于通知特定手机或是特定范围内的所有手机，这类流程的讯息皆经由RUA提供的非连线导向模式传送。

专属控制流程

这类流程主要功能在于控制特定手机，专属于某一个Iu介面的instance。这类流程的讯息皆经由RUA提供的连线导向模式传送。

MBMS控制流程

这类流程主要功能在于控制MBMS Session Bearer。这类流程的讯息皆经由RUA提供的连线导向模式传送。

RANAP主要功能如下表所示：

RUA协定

在HNB的Iuh介面规范中，RUA为新增的协定模组，取代原本3G RNC的SCCP传输协定，负责HNB与HNB GW之间的控制信令传输服务，而RUA本身的讯息传递是透过底层所建立的SCTP连线来与网路端连接。 RUA主要功能为提供连线导向以及非连线导向的传输服务给RANAP协定，并处理错误回报等机制。在这里所提到的连线导向服务，是针对某个特定手机所使用的连线服务，此连线可对应到RANAP协定所使用的Iu连线；至于非连线导向服务，则不需事先建立连线，即可直些传送讯息给对方，通常在对一群UE或整个介面作设定时才会用到。下表列出RUA的基本流程与说明：

SCTP协定

SCTP全名为Stream Control Transmission Protocol，其所提供的服务与UDP及TCP类似。 SCTP将Client与Server之间的关系称做为关联（Association）。和TCP一样，SCTP也提供给应用程式一些功能，如：可靠性、排序（Sequencing）、流量控制，及全双工的资料传输。一条连线（Connection）仅能代表两个IP位址之间的沟通，因此，为了避免不必要的误解，SCTP采用关联而不是连线这个词，一条关联代表两个系统间的沟通，由于多址（Multihoming）的特性，一条关联可能包含两个以上的IP位址。

与TCP不同的是，SCTP是讯息导向（Message-oriented）的，它让个别的纪录可以有顺序地传输。而与UDP相同的是，由发送端纪录的资料长度也会传给接受端的应用程式。在连线的端点之间，SCTP可以提供多个串流（Stream），分别有各自的讯息传送顺序，也就是说，在某个串流中遗失一则讯息不会影响其他串流里的讯息传递，这样的作法正好与TCP的相反，在TCP中，不论任何的时间点，若在某个串流中有讯息遗失，都会造成该连线无法再传递资料，直到接收端收到该遗失的讯息。

结语

自第三代无线通讯技术发展至今，许多衍生的应用服务也在全球市场上蓬勃发展起来，其中家用基地台（HNB）服务受到许多电信业者与厂商的关注与支持。对于电信业者来说，推动HNB可以抒解现有户外基地台的负载容量，提供用户更稳定的室内通讯服务品质， HNB更可以结合数位家庭的概念，延伸出多元化的附加应用商机。

对于欲投入HNB市场的厂商来说，在HNB发展初期，许多国际大厂个别发展推动自家所认同的技术规范，HNB与HNB GW之间也没有统一的介面标准，导致HNB系统架构有各种形式的产品样式，因此HNB厂商势必要选择特定的合作伙伴，方有机会切入家用基站服务市场。

随着HNB技术发展渐趋成熟，3GPP标准组织制订了HNB规范，也定义HNB与HNB GW之间的Iuh协定标准，这对于欲研发HNB技术的厂商来说，有了可依循的规范，并且大幅降低网路设备的相容性问题，倘若未来国际设备商释出代工订单时国内厂商也可望受惠，因此HNB产品的出现，对于国内网路设备商制造商而言，是切入行动通讯核心网路供应链的一个绝佳契机。

本文作者廖东仪、王建文、康世璋、吴坤霖皆任职于资策会网路多媒体研究所