先读读下面的故事，看你是不是感同身受。小刘是一位高阶的商务人士，经常需要到各地开会。由于业务上的需求，他经常需要使用网路服务，像是收送电子邮件、视讯会议，或是VoIP服务。为了满足他在通勤过程间也可以随时随地的使用这些网路服务，小刘采用了WiMAX的解决方案。位高​​如小刘，即使回到了​​家里，还是常常需要准备隔天的简报而上网寻找资料。由于建筑物遮蔽的关系，小刘的家里无法使用WiMAX服务，因此在家里小刘采用了有线的ADSL作为替代方案。于是小刘经常必须在两种网路系统间作切换而感到非常不方便。是否有什么办法可以解决扰人的系统转换，让小刘可以专心的进行公务呢？如果你跟小​​刘有一样的问题，那本篇文章所提到的技术就是你所期待的解决方案。

长时间以来，在室内使用无线行动通讯网路很容易遇到收讯不良、传输速度过慢等问题，以至于使用者不得不要因应所在区域的不同而使用不同的网路介面，如Wi-Fi、 HSPA，因此市面上才会开始出现多模的通信设备，而成本也随之越高。为了解决相关的问题，一些厂商在2007年成立了一个商业联盟Femto Forum，开始推广家用的微型基地台（Femtocell）来提供完整的解决方案。Femtocell是属于低功率的基地台，前端使用有执照的无线频段，不仅让使用者的设备不用进行任何的变更，并且对营运商来说也能够在室内环境提供更好的无线网路覆盖率；后端则是透过现有的有线网路技术，如DSL、Cable Modem，来连接到营运商的网路，以方便营运商提供更好的网路管理服务。

有鉴于Femto技术的持续发烧，立志成为4G标准的WiMAX系统当然也会针对这个议题进行讨论设计。 2008年开始，WiMAX Forum中的SPWG（Service Provider Working Group）也开始针对这个议题，成立了一个Work Item并进行讨论。目前WiMAX Forum上最新的相关文件为『Requirements for WiMAX Femtocell Systems version 0.9.9』，再进行细部的修订后就会交付表决成为正式文件，之后在交由NWG（Network Working Group）来进行细部的实作设计。

Femtocell网路架构

首先，来看看WiMAX Femtocell的网路系统。图一正中间的基地台称之为Macro-cell或是Micro-cell（根据服务范围以及设备的效能而有差异），而在左下角家里面的那台WFAP就是这篇文章的主角Femto-cell Access Point。为了方便之后文章的描述，先针对上图的物件进行基本的介绍。

《图一 WiMAX Femtocell的网络系统》 数据源：WiMAX Forum SPWG

关于Macro-cell或是Micro-cell的WiMAX网路架构，由于之前已经有文章详细描述（请参阅零组件杂志第201期：WiMAX连线服务网路中行动管理机制），所以这里不再赘述。我们来看看Femtocell的网路架构。首先我们可以发现，WiMAX Forum所提出的架构基本上跟之前的架构是很类似的，都是由ASN和CSN两种网路所组成。这意味着Femtocell的相关管理控制仍然会交由后端的系统处理，正如之前的架构一样。主要的差异如下：

CSG（Closed Subscriber Group）闭合用户群组

除了上述的网路架构以外，SPWG也制定了一些将来可能的服务机制，闭合用户群组（closed subscriber group；CSG）。在此机制下服务提供者可以提供私密或半私密的WiMAX服务给经过识别的小型使用者群组，就类似于目前现行的WiFi热点一般。 Femtocell 架构下可以为经过识别的使用者保留部分网路的频宽，像是家庭的成员，或是某个小型企业中的雇员。

导入闭合用户群组的概念可以提供两种有别于开放模式（Open Model）的新型态服务模式，亦即闭合用户闭锁模式（CSG Closed Model）与闭合用户开放模式（CSG Open Model）。下面就这三种模式分别加以介绍：

开放模式（Open Model）

Femtocell架构下最简单的服务模式。在此模式下，允入存取控制和QoS策略都与WiMAX Macrocell网路一样。在开放模式下Femtocell的允入控制与方针就如同传统的WiMAX Macrocell中的基地台一般。

闭合用户闭锁模式（CSG Closed Model）

在闭合​​用户闭锁模式下，服务提供者仅提供私人服务给特定Femtocell用户以及该用户所指定的装置和使用者。从系统服务的角度来看，此模式类似于透过私网路金钥保护的WiFi热点：该热点的拥有者和其指定的使用者共同享有网路金钥，因而可以存取网路服务。在这个模式下，服务提供者将某一特定WFAP设定为CSG Closed Femtocell，并将主要使用者视为为CSG帐号的拥有者。 CSG帐号拥有者可以透过MAC ID等方法，指定有限数量的其他装置或是使用者加入CSG。在CSG中的成员皆可存取网路服务，而其他不属于CSG的使用者将无法透过CSG Closed Femtocell存取网路服务。

闭合用户开放模式（CSG Open Model）

与闭合用户闭锁模式一样，服务提供者将Femtocell用户的主要使用者视为CSG帐号拥有者，可以指定CSG的成员。然而，与闭合用户闭锁模式不一样的是，在此模式下CSG中的成员并不独占地使用Femtocell提供的网路服务。当Femtocell还有足够的额外资源时，经过认证的WiMAX使用者将可以透过此Femtocell存取网路服务。对于CSG中的成员来说，此服务模式与闭合用户闭锁模式并没有不同，因为Femtocell会优先将网路资源分配给CSG中的成员，而不受非CSG成员的影响。闭合用户开放模式与闭合用户闭锁模式的主要差异在于：当Femtocell有额外的网路资源时，服务提供者的其他客户可以经由正常的允入存取控制和QoS控管机制来取得该Femtocell的服务。

来自SPWG的要求

如前文所述，目前在WiMAX Forum中对Femtocell系统讨论最多的是SPWG，这个由服务营运商所组成的工作小组根据之前的网路架构以及营运模式，讨论并且制定出一份Femtocell的需求文件，之后会将这份文件提供给TWG（Technical Working Group）以及NWG（Network Working Group）进行相关的技术细节制定。但由于目前NWG以及TWG才刚要开始排入讨论议程，以至于目前没有任何的相关资料。不过，我们可以先从SPWG所提出的要求中，先窥探之后Femtocell系统的庐山真面目。

在SPWG的文件当中，Femtocell所有的需求被分成系统层、无线介面层、服务层、管理层以及设备层来进行讨论，下面我们也根据这个分类来加以介绍。

系统层

系统层面的需求主要是针对端对端的功能性加以讨论，其中又针对功能性的不同加以分类，介绍如下：

无线介面层

这部份的需求主要着重在无线信号以及相关的技术细节。下面分别进行介绍：

服务层

在这部份所提出的要求主要是针对QoS（Quality of Service），下面是相关的需求：

管理层

在这部份所提出的要求主要是针对如何来管理前端的WFAP，其中包含了两部份，FCAPS（Fault, Configuration, Accounting, Performance, Security）以及SON（Self Organizing Network）。 FCAPS主要在探讨后端NAP该如何来管理WFAP，特别是无线信号的管理；而SON则是在讨论WFAP如何能够对自己本身的设定进行调整，以达到最佳的服务品质。这两者主要的目的都是一样的，将WFAP对其他基地台的干扰减低到最小。

设备层

在这里的要求主要是针对MS的设备进行修改，主要的理由在于前面所提出的CSG的概念。

Femtocell所遇到的困难

然而，一切故事会像SPWG的那群系统营运商想的这样的美好吗？其实倒也未必。 WiMAX Femtocell在实际的布建上会遇到一些麻烦的问题，包含了技术层面以及政策层面。

首先，先来探讨技术层面的问题。 Femtocell系统所会遇到最大的麻烦就是信号干扰的问题。一般营运商在进行基地台布建的时候，都会针对基地台的布建位置进行详细的规划，以求达到最大的使用者覆盖率，提供最佳的服务品质。但Femtocell的布建却不是这么一回事。在SPWG所提出的规划里面，WFAP应该要由使用者自行布建，但一般使用者并不具备无线信号的知识，所以很有可能会对其他的基地台造成干扰。虽然在SPWG的要求里面，希望后端NAP能对WFAP进行自动设定，不过一来现在并没有合适的演算法来判定怎样设定为最佳，其次，WFAP所摆放的位置也会造成很大的影响，放在窗边的WFAP一般来说会比放在屋内正中央的更容易影响到外部网路，可是如果降低无线信号的发射功率，在屋内的使用者又不一定会满意网路的品质。这是在营运时所要面对的重要课题。

接下来是同步的问题，如何在不同的基地台，包含Macro和Femto中进行同步是一个很伤脑筋的问题。一般目前的Macro系统中常见的解决方式为GPS，但是在SPWG的要求中并不建议如此（请见上一小节）。主要的理由是WFAP的价格问题，SPWG的成员们为了推广这一项技术，希望能降低WFAP成本以吸引使用者，但是目前缺乏简单、便宜而又准确的同步机制，这会让一些干扰消除的技术无法很好的运作，这也是Femtocell系统一个很重要的挑战。

然后我们来看看政策层面所会遇到的最大问题～收费。综合上一节的众多要求，我们可以将未来可能的营运模型画在下面：

《图二 Femtocell可能的营运模型》 数据源：资策会项目自行绘制

上图总共有三个网路服务营运商，分别是NSP（Fixed Broadband）、NSP（WFAP）和NSP（MS），这也意味着有三家公司要收钱，固网的电信业者收一次，使用者所属的电信公司收一次，而架设WFAP所属的电信公司也要再收一次，而且这种情况还没讨论到中间NAP的费用。在这种营运模型底下，对使用者是一种很复杂的事情，而这会造成营运商推广上的困难。其次，该如何计费，是计时制、包月制、流量制，这也是值得考虑的课题。

未来展望

上述所有的资料，主要来自于SPWG的文件。但正如前面所述，SPWG只是负责制定相关的需求，真正的技术细节乃是交给NWG以及TWG来加以制定。其中NWG负责制定网路端的管理协定，而TWG则针对PHY/MAC进行细部的讨论，必要的时候会将议题交由IEEE802.16大会中进行修订。目前这两个工作团体都已经开始针对Femto这个议题进行相关的讨论，并且也都有了初步的时程表。首先，为了让Femtocell的系统能尽快问世，WiMAX Forum决定将Femtocell的功能切成两个步骤。第一部份为基础的功能，MAC层使用IEEE802.16Rev2，而网路层则提供基本的功能，像是网路接取、换手机制等；第二部份则为进阶版，MAC层使用IEEE802.16m，网路端则提供更多的功能（但实际的功能还待决定）。以目前Forum上的时程表来看，今年第四季会有第一份草稿出来。

WiMAX Femtocell系统是一个很有发展潜力的新世代网路技术，虽然它仍然面对许多技术以及政策面的问题，但随着时间的演进，应该能逐渐的克服，进而提供一个理想的「无所不在」网路环境。

---本文作者均任职于资策会网路多媒体研究所---

参考资料：