TD Femto QoS問題初步研究*

夏 銘，蔣 鑫

(中國移動通信集團(tuán)上海有限公司 上海200060)

1 簡介

近年來，隨著TD Femto技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，TD Femto的應(yīng)用前景也變得越來越光明，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了很多問題，如果不能較好地解決這些問題，TD Femto的發(fā)展前景將大受影響，QoS就是其中的一個(gè)很重要的問題。

TDFemto系統(tǒng)的QoS問題可以分為以下兩大類。

·Iu-H口的QoS問題

由于TD Femto是采用Internet網(wǎng)絡(luò)作為回程網(wǎng)絡(luò)的，而作為一個(gè)盡力而為的IP網(wǎng)絡(luò)，往往無法保證所需要的QoS，因此會出現(xiàn)很多QoS相關(guān)問題。

·Uu口的QoS問題

隨著TD Femto部署規(guī)模的不斷擴(kuò)大，TD Femto和宏網(wǎng)之間的干擾、TD Femto與TD Femto之間的干擾必然會對TD Femto的QoS造成影響。

本文針對這兩個(gè)問題進(jìn)行了初步分析，提出了其中需要關(guān)注的問題以及可能的解決方案。

2 Iu-H口的QoS問題

傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)從核心網(wǎng)至基站采用的均為運(yùn)營商專線連接，一般是采用光纖或者2 Mbit/s專線，通常都能保持較好的QoS。在TD Femto系統(tǒng)中，Iu-H口實(shí)際上是在Internet上，而一般來說，Internet是一個(gè)盡力而為的網(wǎng)絡(luò)，并不能保證其QoS。

在Internet上，影響IP包傳輸QoS指標(biāo)大致有4類：帶寬、時(shí)延、丟包、抖動。

TD Femto基站能為用戶提供各類3G業(yè)務(wù)，由于這些業(yè)務(wù)信令流和數(shù)據(jù)流均通過回程網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，為了保證QoS，必須保證一定的回程帶寬，實(shí)測各類業(yè)務(wù)所需的最小帶寬需求見表1。

表1 TD Femto系統(tǒng)各類業(yè)務(wù)所需最小帶寬

可以看到，所需的實(shí)際帶寬要大于業(yè)務(wù)本身所需的帶寬，這是因?yàn)樵谶M(jìn)行業(yè)務(wù)時(shí)，不僅需要傳輸業(yè)務(wù)本身的數(shù)據(jù)流，還需要傳輸一些必要的信令。另外，由于TD Femto系統(tǒng)在Iu-H口上一般采用IPSec隧道進(jìn)行加密，同時(shí)也會額外增加所需的帶寬。

在實(shí)際應(yīng)用中，我國絕大部分家庭用戶使用的是ADSL寬帶接入方式，而主流的用戶接入帶寬一般為512 kbit/s、1 Mbit/s、2 Mbit/s，ADSL帶寬超過2 Mbit/s的用戶在國內(nèi)比例并不大，一般以1 Mbit/s為主。ADSL是一種非對稱的DSL技術(shù)，所謂非對稱指的是用戶線的上行速率和下行速率不同，一般來說，上行帶寬要比下行帶寬小得多，ADSL上行帶寬的理論值和實(shí)際值見表2。

表2 ADSL上行帶寬

從表2可以看到，ADSL的下行帶寬完全可以滿足TD Femto系統(tǒng)的要求，但是上行帶寬卻成為Femto應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，以1 Mbit/s寬帶為例，其上行理論值只有256 kbit/s，而受到各種因素的限制，例如線路老化損耗、線路質(zhì)量不夠高、用戶端和局端距離過遠(yuǎn)等原因，一般來說實(shí)際值遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理論值。在忙時(shí)僅能保證一路12.2 kbit/s的AMR call，而無法很好地支持視頻電話，實(shí)測結(jié)果中視頻電話畫面和聲音質(zhì)量較差，特別是在網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)很難滿足用戶的需求。

由于TD Femto系統(tǒng)上運(yùn)行的業(yè)務(wù)一般對實(shí)時(shí)性要求較高，因此對時(shí)延有較高的要求。一般來說，TD Femto系統(tǒng)的端到端單項(xiàng)時(shí)延最低要求為350 ms，推薦要求為280 ms，ADSL可以滿足這樣的時(shí)延要求。

由于傳統(tǒng)通信協(xié)議是默認(rèn)在一個(gè)傳輸環(huán)境較好的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的，因此對丟包的影響未作太多的考慮，TD Femto系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的要求較高，一般來說丟包率必須小于0.1%，才不會對Femto系統(tǒng)的QoS有較大的影響。另外，時(shí)延也會對用戶感知造成一定的影響。

對于TD Femto系統(tǒng)來說，不同的業(yè)務(wù)對于QoS也有不同的要求，見表3。

表3 TD Femto系統(tǒng)各類業(yè)務(wù)對QoS的要求

另外，TD Femto系統(tǒng)采用用戶寬帶作為回程網(wǎng)絡(luò)，用戶不僅需要通過TD Femto系統(tǒng)進(jìn)行各類電信業(yè)務(wù)，也需要用寬帶來進(jìn)行上網(wǎng)業(yè)務(wù)。實(shí)際上，由于網(wǎng)絡(luò)使用率很高，很多電信業(yè)務(wù)都是在正在上網(wǎng)的時(shí)候發(fā)生的，大流量的上網(wǎng)業(yè)務(wù)(例如文件下載、網(wǎng)上視頻、P2P業(yè)務(wù)等)會占用大量的帶寬。在這種情況下，會對延時(shí)以及丟包率產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，如果在這時(shí)發(fā)生Femto業(yè)務(wù)，會嚴(yán)重影響用戶感知，因此必須對TD Femto基站中的上網(wǎng)模塊以及TD模塊進(jìn)行QoS控制。

在實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)emto基站和回程網(wǎng)絡(luò)是否由同一家運(yùn)營商控制也是進(jìn)行QoS保障所需要考慮的問題。

（1）Femto基站和其使用的回程網(wǎng)絡(luò)不屬于同一個(gè)運(yùn)營商

在這種情況下，運(yùn)營商無法對TD Femto的回程網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，大大增加了TD Femto系統(tǒng)的QoS保障難度，一般需要在TD Femto基站側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)采取相關(guān)措施對QoS進(jìn)行保障，如圖1所示。

圖1 TD Femto基站QoS保障機(jī)制

在TD Femto基站中，需要設(shè)置一個(gè)QoS控制模塊，對TD Femto基站的QoS進(jìn)行控制，該模塊的作用主要包括以下幾點(diǎn)。

·對于TD模塊和Wi-Fi模塊的可用帶寬進(jìn)行分配，由于WAN口所接的回程網(wǎng)絡(luò)帶寬是由TD模塊和Wi-Fi模塊共用的，而用戶對TD業(yè)務(wù)的敏感性較高，因此在有TD業(yè)務(wù)發(fā)生時(shí)，首先需要保證TD業(yè)務(wù)的帶寬。QoS模塊應(yīng)能根據(jù)不同的接入寬帶類型和業(yè)務(wù)類型對帶寬分配進(jìn)行調(diào)整。

·由于回程網(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)一定程度的抖動，QoS控制模塊需要提供一個(gè)緩存區(qū)，對所接收到的IP包進(jìn)行排隊(duì)、排序，并將這些IP包轉(zhuǎn)發(fā)給TD模塊，以減少抖動對系統(tǒng)性能的影響。

·該QoS模塊需要和網(wǎng)關(guān)側(cè)的QoS模塊進(jìn)行配合，判斷是否出現(xiàn)丟包，并建立重傳機(jī)制，以減少丟包對系統(tǒng)性能的影響。由于TD Femto基站和網(wǎng)關(guān)的IP包重傳必然會影響到信令傳輸?shù)臅r(shí)間，可能會造成核心網(wǎng)側(cè)和網(wǎng)關(guān)側(cè)的定時(shí)器超時(shí)，因此，需要對有關(guān)的定時(shí)器進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，以避免由于重傳造成的業(yè)務(wù)失敗。

(2)Femto基站和其使用的回程網(wǎng)絡(luò)屬于同一個(gè)運(yùn)營商

如果Femto基站和其使用的回程網(wǎng)絡(luò)屬于同一個(gè)運(yùn)營商，那么運(yùn)營商不僅能在TD Femto設(shè)備上對QoS進(jìn)行控制，即可以采用上述所說的相關(guān)QoS保障策略，也可以在中間的接入傳輸網(wǎng)絡(luò)對QoS進(jìn)行控制。

接入網(wǎng)絡(luò)一般采用ADSL、FTTH、FTTB+LAN、FTTB+DSL等方式。以FTTx為例，在ONU至家庭段，TD Femto如果直連PON的ONU，則需要求在IPoE模式下ONU可根據(jù)端口上收到的DSCP來映射到IEEE 802.1p/COS，或者是針對不同業(yè)務(wù)劃分不同的VLAN，并用VLAN ID來區(qū)分不同業(yè)務(wù)。如果在PPPoE模式下，則要求TD Femto直接提供IEEE 802.1p標(biāo)記。我們將不同業(yè)務(wù)的QoS分為8種優(yōu)先級，從0～7，在映射QoS標(biāo)記時(shí)，需要對QoS等級進(jìn)行整體規(guī)劃。例如，一些關(guān)鍵業(yè)務(wù)需要絕對的帶寬保證，比如控制信令、會話類業(yè)務(wù)等，可采用優(yōu)先級7；一些重要業(yè)務(wù)，例如交互類業(yè)務(wù)、流業(yè)務(wù)等，需要提供優(yōu)先的帶寬占用能力，可采用優(yōu)先級2～6，一些對帶寬和時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)，例如NTP時(shí)鐘信號，可采用優(yōu)先級0～1等。不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級見表4。表4僅為建議規(guī)則，具體部署時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

表4 TD Femto各類業(yè)務(wù)QoS等級劃分

從ONU到GW段，ONU從TD Femto接收到帶有IEEE 802.1p的數(shù)據(jù)流，在PON網(wǎng)絡(luò)中通過IEEE 802.1p的分類進(jìn)行QoS保障，建議在TD Femto專用的VLAN中對TD Femto的IPSec通道進(jìn)行帶寬限速和保證，TD Femto的隊(duì)列可以設(shè)為SP+WRR調(diào)度方式。

在傳輸過程中，采用大容量、高可用性的業(yè)務(wù)路由器對帶寬和每用戶進(jìn)行控制，并根據(jù)IEEE 802.1p標(biāo)識對每用戶、每業(yè)務(wù)進(jìn)行等級區(qū)分，并進(jìn)行QoS策略排隊(duì)和分級。除此之外，對VPLS匯聚網(wǎng)的可靠性也可采取相關(guān)技術(shù)進(jìn)行傳輸QoS保障，例如MPLS保護(hù)和恢復(fù)技術(shù)、快速故障檢測技術(shù)等。

3 Uu口的QoS問題

TD Femto一般被用來進(jìn)行室內(nèi)覆蓋的補(bǔ)盲，而每一個(gè)TD Femto基站實(shí)際上是一個(gè)微型的基站，在宏網(wǎng)中，架設(shè)基站時(shí)需要事先進(jìn)行網(wǎng)優(yōu)工作，而TD Femto系統(tǒng)的情況則有所不同。一般來說，TD Femto基站有兩種不同的應(yīng)用場景：第一類為公共熱點(diǎn)補(bǔ)盲和企業(yè)使用場景，在此類場景中，TD Femto基站一般由運(yùn)營商上門安裝調(diào)測，因此其位置擺放、頻點(diǎn)、擾碼等都能夠得到較好的規(guī)劃；第二類為家庭場景，一般由用戶自行安裝，在此類場景下需要TD Femto基站進(jìn)行自優(yōu)化，以盡可能減少空口上可能存在的干擾。

空口上的QoS問題可能由以下幾個(gè)原因引起。

（1）頻點(diǎn)擾碼

TD現(xiàn)在共有9個(gè)頻點(diǎn)可供使用，其中6個(gè)為室外頻點(diǎn)，3個(gè)為室內(nèi)頻點(diǎn)，一般采用鄰小區(qū)異頻組網(wǎng)。TDFemto基站在開機(jī)時(shí)，需要自動搜索周圍小區(qū)信息，為了減少可能的干擾，首先需要在網(wǎng)管側(cè)對一定區(qū)域內(nèi)的TD Femto基站所采用的頻點(diǎn)擾碼做初步的規(guī)劃，即在TD Femto基站啟動時(shí)，網(wǎng)管會向TD Femto基站發(fā)送指定的一組頻點(diǎn)和擾碼，TD Femto基站通過分析空口上其他TD Femto基站和宏網(wǎng)信號，并在這組頻點(diǎn)擾碼中選擇一對最優(yōu)的頻點(diǎn)擾碼，通過對不同區(qū)域TDFemto基站的頻點(diǎn)擾碼的管理，以減少TDFemto基站和宏網(wǎng)信號以及室內(nèi)覆蓋之間的干擾。

（2）基站位置

在家庭場景中，TD Femto基站的位置是由用戶自行擺放的，因此可能會出現(xiàn)兩個(gè)TD Femto基站距離過近造成干擾的情況，另外，由于無線環(huán)境的復(fù)雜性，在同一套房屋中，也會出現(xiàn)某處宏網(wǎng)信號較好，而某處宏網(wǎng)信號較差的情況。因此，如果將TD Femto基站放在干擾較大的位置，會對空口的QoS產(chǎn)生非常不利的影響，為了減少這種情況一般采用兩種QoS保障方式。

第一，TD Femto基站需要具有干擾指示功能，當(dāng)TD Femto基站檢測到附近其他信號過強(qiáng)，對TDFemto基站信號可能造成干擾時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過燈光或者其他方式指示干擾，通過這種方式可以引導(dǎo)用戶將TD Femto基站放在干擾較小的位置。

第二，TD Femto基站應(yīng)當(dāng)根據(jù)所檢測到的空口干擾自動調(diào)整自身信號功率。當(dāng)TD Femto基站檢測到其所在環(huán)境的其他信號過強(qiáng)，以至于對TD Femto基站信號造成干擾時(shí)，應(yīng)按照某個(gè)步長逐步減小其發(fā)射功率，并定時(shí)監(jiān)測周圍無線環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)干擾過大，則繼續(xù)減少其發(fā)射功率，直至干擾足夠小或者發(fā)射功率到達(dá)預(yù)先設(shè)定的最小值為止。

（3）同步問題

TD是一個(gè)時(shí)分系統(tǒng)，相鄰基站必須保持嚴(yán)格的同步，否則會發(fā)生干擾而影響空口的QoS，相鄰基站的時(shí)鐘信號應(yīng)該相差在3 ms以內(nèi)，才能較好地滿足系統(tǒng)所需要的同步，一般來說有以下幾種方式來實(shí)現(xiàn)TD Femto基站與TD Femto基站、TD Femto基站和宏網(wǎng)基站之間的同步。

·采用GPS信號同步。宏網(wǎng)基站一般采用GPS信號進(jìn)行時(shí)鐘同步，而TD Femto基站一般放在室內(nèi)，很難接收到GPS信號。目前，F(xiàn)emto系統(tǒng)采用GPS信號同步一般采用兩種方法：第一種是從TD Femto基站上接出GPS天線至室外，但這種方法需要一定的施工量，一般用戶較難實(shí)現(xiàn)；另外一種是采用弱GPS信號接收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)接收GPS信號，但這種方法有一定的局限性，弱GPS信號接收技術(shù)仍然需要一定的GPS信號，如果室內(nèi)較為封閉則依然無法很好地獲得時(shí)鐘信號。

·通過采用接入網(wǎng)(例如GPON網(wǎng)絡(luò))信號傳輸時(shí)鐘信號進(jìn)行同步。這種方法采用在接入網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)鐘信號進(jìn)行同步，能夠較為方便地實(shí)現(xiàn)同步，基本不受周圍環(huán)境的影響。但是這種同步方式對接入網(wǎng)要求很高，一般采用PON技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，普通的ADSL等方式則無法實(shí)現(xiàn)這一類同步。

·采用空口方式同步。這種方式也是目前采用最多的方式，TD Femto基站通過在空口上抓取相鄰小區(qū)的時(shí)鐘信息來達(dá)到同步。這類方式可以較好地實(shí)現(xiàn)和宏網(wǎng)之間的同步，但是在宏網(wǎng)信號較弱或者無宏網(wǎng)信號的地區(qū)，TD Femto基站無法在基站位置抓取到可用的時(shí)鐘信息，則可能在TD Femto系統(tǒng)的覆蓋區(qū)邊緣對宏網(wǎng)信號或者其他TD Femto信號造成一定的干擾。

綜上所述，上述3種辦法均有利弊，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可綜合使用這3種方式，以最大程度減小同步問題對TDFemto系統(tǒng)的影響。

4 結(jié)束語

TD Femto作為一種新型家庭基站系統(tǒng)，采用Internet作為回程網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)信號覆蓋。如何在Internet這樣一個(gè)QoS質(zhì)量較差的網(wǎng)絡(luò)中使用戶感知和宏網(wǎng)相比沒有很大的差別，是Femto能否成功的一個(gè)非常重要的關(guān)鍵點(diǎn)，本文從Iu-H口和Uu口分別探討了TDFemto系統(tǒng)的QoS機(jī)制，并對相關(guān)問題提出了初步建議。在以后的研究中，還需要對這些問題進(jìn)行深入的研究和探討。

1中國移動TD-SCDMA Femto基站設(shè)備技術(shù)規(guī)范

2中國移動TD-SCDMA Femto網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)規(guī)范

3中國移動TD-SCDMA Femto網(wǎng)管設(shè)備技術(shù)規(guī)范

4中國移動TD-SCDMA Femto Iu-H接口技術(shù)規(guī)范