Структуры сетей LTE с фемтосотами

Для сетей LTE характерна неоднородность их структур. Наряду с обычными макро и микро- и пикосотами в зданиях предполагают широкое использование фемтосот и распределенных антенных систем. Фемтосота (femtocell) ‒ это сота небольшого размера, устанавливаемая в квартире или офисе и обслуживаемая маломощной базовой станцией сотовой связи (мощность передатчика до 20 мВт). Такую станцию называют домашней базовой станцией Home eNodeB (HeNB).

Архитектура сети E-UTRAN с фемтосотами приведена на рис. 1.7.

Рис.1.7. Архитектура E-UTRAN с фемтосотами

Так как домашняя базовая станция располагается близко от мобильного терминала, последний работает с пониженной мощностью передатчика и значительно медленнее расходует заряд батареи. Как правило, в пределах комнаты на приемники UE и HeNB приходят радиосигналы с низким затуханием, что обеспечивает высокие отношения сигнал/помеха на входах приемников. Это дает возможность использовать в радиоканале высокоэффективные модуляционно-кодирующие схемы и технологии пространственного мультиплексирования, что позволяют увеличить число подписчиков на высокоскоростные услуги 4G. Фемтосоты также применяют для локального расширения зоны действия сети в зонах сильного затухания сигнала или даже за пределами радиуса действия основной сети.

Фемтосоты отличаются от макро – пикосот разделением абонентов на группы и категории в зависимости от их прав на подключение к HeNB. Есть фемтосоты, доступные для всех категорий абонентов, а есть фемтосоты, доступные только для закрытых групп пользователей CSG (Closed Subscriber Group). Такие фемтосоты подключают только тех абонентов, которые прописаны в их HeNB. Каждой CSG оператор присваивает специальный идентификатор CSG ID. Наконец, есть фемтосоты с гибридным доступом (Hybrid Access). Такие соты доступны всем пользователям, но абонентам, которые в них прописаны (т.е. входящим в соответствующие CSG), предоставляют приоритетное обслуживание.

Следует отметить, что в Rel.10 спецификаций существенно расширены возможности обслуживания абонентов в фемтосотах. Так на рис. 1.7 находящиеся рядом фемтосоты соединены между собой посредством интерфейса Х2, как и макросоты. В Rel. 8-9 этого не было. Появление в структуре фемтосот интерфейса Х2 позволяет осуществлять между ними хэндовер, а также балансировку нагрузки.

Существуют 2 разных способа подключения фемтосот к сети. В первом варианте фемтосоты (HeNB) соединены с ядром сети ММЕ/S-GW (ЕРС) через специальный фемтошлюз HeNB GW посредством интерфейсов S1 (рис. 1.7, 1.8).

Рис.1.8. Подсоединение HeNB к ядру сети через фемтошлюз

При этом фемтошлюз обрабатывает только сообщения сигнализации, следующие по сигнальной части интерфейса S1-MME (S1-C), а для трафика (по S1-U) фемтошлюз прозрачен. На уровне протоколов со стороны ММЕ шлюз воспринимается как eNB, а со стороны HeNB ‒ как ММЕ. Для обеспечения защиты трафика и сигнальных сообщений на S1 между UE и фемтошлюзом организуют туннель на основе протокола IPSEC, а непосредственно в фемтошлюзе или перед ним размещают шлюз безопасности SeGW (Security Gateway). Один фемтошлюз может обслуживать десятки и сотни HeNB. Процедуры предоставление услуг при таком способе подключения фемтосот к ядру сети ничем не отличаются от аналогичных процедур в макросотах. Исключения соствляют особенности обслуживания абонентов закрытых пользовательских групп (CSG).

Второй способ подключения фемтосот состоит в использовании локального доступа к IP-сети LIPA (Local IP Access) для передачи трафика непосредственно из HeNB. При этом с ядром сети HeNB связана посредством интерфейса S5 (рис. 1.7), а обмен пакетами трафика с сетью идет через специальный локальный шлюз LIPA L-GW (Local Gateway) (рис. 1.9). Одновременно с LIPA HeNB поддерживает связь с ядром сети через интерфейс S1 для тех абонентов и соединений, для которых доступ к сети Интернет осуществляют через PDN GW. Спецификации LTE позволяют реализовывать разные сценарии, например, когда абонент скачивает на компьютер интерактивный трафик (файлы из Интернета) через PDN GW, а через LIPA принимает видео из локальной IP-сети.

Рис.1.9. Использование в фемтосети LIPA

Шлюз LIPA L-GW в большинстве вариантов встроен в HeNB, но может представлять собой отдельное устройство и даже принадлежать другому оператору. Интерфейс S5 – это интерфейс, разработанный для туннельного соединения между S-GW и PDN GW (рис. 1.1). В структурах с LIPA его используют в основном для сигнального обмена. Если L-GW встроен в HeNB, то HeNB и L-GW могут иметь один IP-адрес. Для защиты информации на S5 применяют протокол IPSEC.