人們有多愛用行動上網？根據思科「視覺網路指標（Visual Networking Index，VNI）」的研究報告顯示，2010年全球的行動網路數據流量達到每月237 PB（petabytes），幾乎是2000年全球網路(含固定網路)流量的3倍。會造成如此熱潮，除了Wi-Fi技術在NB上的普及之外，智慧型手機與社交網站的興起更是一大原因，尤其是智慧型手機在去年的熱銷，更讓行動網路的需求節節高升，作業系統大老微軟（Microsoft）就預測，至2014年時，智慧型手機的數量將會超過PC，屆時行動網路的頻寬需求將再創高峰。這也促使電信商必須升級現有的無線基礎設施，提供消費者更快、覆蓋率更全面的無線寬頻網路，而4G就因應而生。

《圖一 Femtocell AP的市場規模預測。》

前進4G，LTE Femtocell扮推手

為了前進4G時代，業者與電信組織紛紛尋求解決之道，其中LTE因相容於現有的3G基礎設施，具有下行100Mbit/s，上行50Mbps的高傳輸速率，且能改善小區邊緣用戶的收訊，提高小區容量，降低系統延遲，支援100km半徑的小區覆蓋，能夠為350km/h高速移動的用戶提供大於100kbps的接入服務，因此成為跨入4G前的重要標準。由於LTE採用Node B的單層結構，有利於簡化網路和降低延遲，以達到低時延、低複雜度和低成本的要求，也獲得了多數電信商的青睞。

雖然LTE規範的好處眾多，但電信業者仍面臨每位元傳輸獲利太低，以及室內用戶覆蓋率不佳等挑戰，前者主因佈建成本仍高於獲利；後則是訊號強度在室內明顯不足，特別是在進行高資料量傳輸的時候。而為了克服這些挑戰，Femtocell就成了當前電信商最佳的解決方案。資策會網多所組長許亨仰博士就指出，光靠佈建大型基地台（Macro Cell）很難解決室內傳輸效率不佳的問題，再加上佈建額外基地台的成本很高，因此採用Femtocell是最經濟、也最有效率的方法。

《圖二 家用Femtocell的佈建應用範例。》 資料來源：Ubiquisys

根據資策會MIC的調查報告，2011年全球的Femtocell出貨量預計將達到810萬台，年成長率高達277%，至2014年時，將達到4千3百萬的規模，而成長率仍維持在38%的高檔。FemtoForum的報告也指出，至2012年Femtocell AP的出貨量將超過1000萬台，顯見Femtocell對於LTE佈建與普及的重要性。

標準定義陸續完成 商業規模可期

在傳輸架構上，Femtocell推廣組織FemtoForum，在經過多次會議討論，把Femtocell導入TR-069與IEEE1588等規範，強化Femtocell在遠端服務配置與管理以及網路同步化處理的能力。之後3GPP陸陸續續定義數版針對Femtocell的規範，其中第八版的標準文件中，詳述了femto架構，使用Home Node B（HNB）和Home eNodeB（HeNB）的術語，並定義了新的「IuH」介面，此種介面能夠將家庭基地台直接連到3G和 4G核心網路。

而關鍵的第九版規範中，新增了數項的概念與定義，包含：（1）新增了混合通訊的概念（hybrid cell），讓所有的用戶都能接取，但採用封閉型用戶群組(Closed Subscriber Group, CSG)的方式進行管理；（2）外而內的行動能力（Inbound mobility）；（3）管理舊的CSG資訊；（4）接取控制；（5）HeNB的管理與維護；（6）電信商控制的CSG列表；（7）定HeNB的RF需求。而這些規範定義之後，也讓Femtocell的商業化更加迅速。

在台灣的部分，NCC在去年已完成了Femtocell型式認證及審驗技術規範，在相關管理細則完成後，已可開始提供電信業者申請審驗布建。由於此驗證規範的底定，也讓台灣電信業者的態度產生轉變，從原先的觀望轉為實際行動，目前台灣幾家電信業者都表示很有興趣，其中又以中華電信最為積極，預料今年就會展開佈建的動作。

低功耗易佈建 避免干擾是要點

相較於大型基地台，Femtocell除了擁有成本與佈建容易的優勢之外，還具備了多項特點。首先在數據傳輸上，Femtocell由於體積輕巧，能佈建在辦公室與住家內，因此可以解決行動通訊覆蓋率不佳以及室內傳輸量不足的問題，以提供用戶無縫的無線網路服務；再者，Femtocell的功耗低，能夠提供較低電耗的數據接取，對於環境及用戶都更加友善。而截至目前為止，全球已有19家電信商開始佈署Femtocell。

《圖三 跨階層干擾(Cross-tier Interference)示意圖。》 資料來源：資策會MIC許亨仰博士

《圖四 同階層干擾(Co-tier Interference) 示意圖。》 資料來源：資策會MIC許亨仰博士

佈建Femtocell雖有許多的益處，但仍有數項挑戰須克服，包含整體通訊介面的管理、佈署與營運分析、安全性、行動能力以及時間的同步。首先在通訊介面的管理上，避免訊號相互干擾是主要的議題。許亨仰指出，Femtocell網路的干擾問題依照干擾源可分為兩類，一為跨階層干擾（Cross-tier Interference），是Femtocell與基地台（Macrocell）間的干擾；再者為同階層干擾（Co-tier Interference），是Femtocell與Femtocell間的彼此干擾。

許亨仰表示，由於Femtocell佈建的地點是由使用者自行架設，因此無法事先規劃與限制，所以可能會產生密集設置的地區會產生無線干擾問題，例如公寓住宅區或辦公大樓等，這些出現干擾的範圍稱之為Dead zone，Dead zone的產生造成使用者的嚴重干擾，也是Femtocell網路系統佈建的重大挑戰。而目前可以採取的解決方案有功率控制、智慧化基地台佈建規劃、避免跨階層干擾與同階層干擾的資源分配演算法等，進一步降低干擾與優化QoS，並協調使用者間的負載平衡，提升戶用的通訊品質。

SoC晶片紛問世LTE Femto即將起飛

對於LTE Femtocell的終端產品業者來說，除了要面臨軟體端的架構與程式開發之外，硬體架構的設計也是其一大挑戰，主要的困難點就在於整合LTE RF/Baseband，以及WAN介面接取的設計。但隨著晶片商陸陸續續開始提供整合性的SoC解決方案與設計參考後，不但讓LTE Femtocell CPE的開發難度降低、生產速度加快，同時整體的製造成本也大幅下滑，市場普及舉日可待。

以Picochip為例，針對LTE標準，該公司在前年（2009）就推出了一款整合軟硬體的平台方案---「PC960X」，只要LTE基地台的OEM/ODM商使用現有的Picochip硬體，就可以立即進行LTE產品的開發。該系統整合了基頻、射頻與軟件層，同時還支持TDD和FDD。而為了因應HSPA+過渡到LTE間的需要，該公司也開始發展雙模的產品，去年底（2010）推出的PC500解決方案，是一個整合LTE基頻處理器的單晶片，同時也支援HSAP+標準。今年年初時，更推出了專門針對成本敏感的小型基地台SoC方案---「PC3008 」，此SoC晶片以40nm製程技生產，內建一顆ARM11處理器（950MHz），讓廠商能夠製造更具成本效益的femtocell。

另一家晶片商高通(Qualcomm)，也在去年宣布開始提供首款Femtocell的晶片組樣品---「FSM9xxx」系列，該晶片支援3GPP與3GPP2標準，且具備1GHz處理器核心，並整合射頻與電源管理。但目前該系列晶片僅支援HSPA+與CDMA標準，仍未具備LTE規範，但預料未來也會走向雙模的架構，提供LTE的支援。

結語

對於解決行動通訊室內數據傳輸與覆蓋率不佳的問題，Femtocell是一項非常有潛力的技術，尤其是高品質的傳輸效率，以及快速啟動和易於採用的特性，對於推廣LTE系統服務將非常有幫助。隨著標準與規範陸續定義完成，以及相關晶片方案供應商和OEM/ODM業者的參與，預料Femtocell將可在2-3年之內，引發用戶與電信業者的青睞。

未來，LTE Femtocell仍需積極改善互通介面的管理、安全性以及用戶行動能力的議題，以讓該技術成為更穩定、更可靠且更普及的通用性產品。

※BOX：CTimes小辭典

什麼是Femtocell？

Femtocell全名為毫微微蜂巢式基站，又被稱為家庭基站，是佈建在室內的行動通訊基站（Femto AP）所形成的超微型cell。一般的終端裝置，可以透過Femtocell Access Point經由家庭的寬頻網路（如ADSL或光纖）連接至電信網路中的Femtocell Gateway，來取得行動電信業者所提供的語音與資料傳輸服務，是一項擴展流動通訊室內覆蓋的解決方案，可以把用戶手機發出的話音和資料呼叫，傳輸到基於標準介面的3G核心網絡，而且其接入點即插即用，可連接到任何現有基於IP的傳送網絡。

※BOX：多元化的Femtocell產品設計

一般家用的Femtocell。

戶用的Femtocell。

超小型的Femtocell，能以USB連接電腦使用。

企業級的Femtocell，能支援較多的用戶。