家庭基站的Home eNode B系统技术特征

Home eNode B并非所有合法用户都能够接入，按照接入模式的不同分成3种类型的Home eNode B，按照不同的规则对UE进行访问控制。有的Home eNode B在部署的时候获得了自己所属的CSG，只有属于这个CSG的用户才可以接入并使用这个Home eNode B的资源。在3GPP R8版本中，所有的Home eNode B各自都必须拥有一个CSG标识（CSG ID，CSG IDentity），就是属于下文中所指出的闭合接入模式（closed mode）。在3GPP R9版本中，为了丰富Home eNode B的部署场景（如商场、办公室、咖啡厅等一些公共场合）和接入控制方式，同时一定程度上也为了减轻由于引入Home eNode B而对宏网络带来的影响，进而又引入了混合接入模式（hybrid mode）和开放模式（open mode）。

1．闭合接入模式

闭合接入模式的Home eNode B属于一个特定的CSG，只有属于这个CSG的用户才能接入该Home eNode B。Home eNode B系统的核心网节点MME执行接入控制，判断用户是否为该CSG的合法用户，能否接入该Home eNode B进而使用该Home eNode B的资源。如果通过了MME的接入控制，那么MME允许该用户接入，否则拒绝该用户接入。

2．开放接入模式

开放接入模式的Home eNode B没有CSG ID，不属于任何CSG。从UE的角度，开放模式的Home eNode B和普通的宏小区没有区别，所有合法用户都不需要进行额外的接入控制就可以接入开放模式的Home eNode B小区。开放模式的Home eNode B的部署完全由运营商控制。

3．混合接入模式

混合接入模式的Home eNode B兼有开放模式和闭合模式家庭基站的特性。混合模式的Home eNode B与闭合模式Home eNode B类似，仅能属于一个CSG，允许该CSG的合法签约用户使用该Home eNode B资源，但是该CSG以外的普通用户也可以接入。签约用户与普通用户的区别在于，当混合模式的Home eNode B资源受限或负荷过大时，其需要优先保证CSG签约用户的服务，可以通过降低非CSG签约用户的服务速率或者将其切换至其他小区等方法实现。 Home eNode B的移动性管理分为空闲状态（Idle）与连接状态（Connected）两种。

与宏小区选择/重选功能相比，空闲状态的Home eNode B小区选择/重选功能添加了UE的自动搜索功能，CSG小区的评估准则与宏小区的评估准则也不完全相同。

连接状态移动性的场景包括：从Home eNode B/eNode B 到Home eNode B的切换（Inbound切换）以及从Home eNode B到eNode B 的切换（Outbound切换）。3GPP R8版本不支持连接态与CSG相关的移动性，仅有3GPP R9及以上版本能够支持。连接状态的CSG小区与宏小区相比，需要UE增添上报内容，包括初始接入检查、CGI/TAI、CSG ID等信息，这些信息由eNode B指示UE读取特定小区的系统信息得到。

1．空闲状态

（1）CSG小区到宏小区的重选（Outbound）

3GPP R8与R9版本中，UE空闲状态的Outbound移动性均与普通的小区重选无差别，即：UE从CSG小区重选到宏小区的流程准则遵循与UE在宏小区间重选完全相同的流程准则，采用频点优先级比较以及R准则排序过程。

（2）宏小区或CSG小区到CSG小区的重选（Inbound）

UE空闲状态的Inbound移动性，有CSG能力的UE可以基于正常的小区重选流程，也可以使用自动搜索功能执行到签约用户组的移动性。对于3GPP R9版本中的混合模式小区，当UE属于该混合小区的签约用户时，UE将该小区当作闭合模式的CSG小区处理；当UE不属于该混合小区的签约用户时，UE将该小区当作普通小区处理。

① 自动搜索功能。Inbound小区重选可以基于UE的自动搜索功能。自动搜索功能决定UE何时/何地进行搜索，不需要网络辅助指示哪些是CSG专用频点。如果UE不属于任何CSG，自动搜索功能则被禁用。

② CSG相关广播内容。CSG小区可以与宏小区使用相同的频率。在同一个载波频点上，如果同时存在了CSG小区以及宏小区，该载波则为混合载波。为了在混合载波上辅助搜索功能，所有的混合载波上的CSG小区在系统信息中广播物理层小区标识范围（PCI range，Physical Cell Identity range），这些PCI range是网络为CSG小区预留的，保存在基站中。在相同的PLMN内，UE保存最后接收的PCI range的时间最大可以为24小时，用于辅助UE对CSG小区的自动重选。UE对这些PCI range的具体使用方法则取决于UE自身的实现。

③ CSG特殊重选规则。如果UE在异频频点上检测到一个CSG小区，该小区在所在的频点上信号质量最优并且UE属于该小区的闭合用户组，则该UE可以忽略频点优先级排序的正常重选规则，直接重选到该小区。

（3）手动CSG选择

对于可用的CSG/hybrid小区，支持手动选择功能。

手动CSG选择功能，使得用户能够自行选择CSG进行接入。在手动CSG选择中，UE可以基于用户的请求扫描所有支持频段，向用户显示发现的属于注册PLMN的CSG ID或者相关的Home eNode B名称（如果CSG小区广播的话）。当用户选择某个CSG时，UE将在这些具有相同CSG的可用小区中筛选一个发起位置注册。如果所选小区是UE的签约CSG小区，UE可以驻留在该小区。

在CSG手动选择过程中，允许UE对未包含在UE侧可用CSG列表中的CSG ID所属小区进行位置登记流程，UE在该小区的位置注册将发起跟踪区更新流程，一旦网络侧通过了该CSG 为UE的签约用户组，UE将能够驻留到该小区，并将所选择的该CSG ID添加到可用CSG列表中。

2．连接状态

（1）CSG小区到宏小区的切换（Outbound）

连接状态的Outbound切换与3PGG R8普通的宏小区间切换无差别，即连接态参数上报过程，切换判决方法和切换流程等均遵循与UE在宏小区间切换完全相同的流程准则。

（2）到CSG小区的切换（Inbound）

① 空口特性

连接状态的Inbound移动性基于正常的测量上报流程，正常的测量上报规范见本书7.2.3节。eNode B收到UE上报的接近指示消息与测量上报消息后，从中挑选符合要求的小区，下发给UE进行系统信息的读取。在3GPP R9的系统中，每次eNode B下发的要求读取系统信息的频点与小区数等于1。Inbound移动性需要eNode B下发指令，UE没有接收到该指令前不进行Inbound移动性目的的系统信息读取操作。切换触发流程如图5?20所示。

具体过程解释如下。

a．接近指示消息的上报。UE之前访问过的CSG小区都会保留在UE自身，形成足迹区域（fingerprint）信息列表。当UE侦测到某个小区与该列表中的fingerprint相匹配时，将会向网络上报接近指示消息（Proximity Indication）通知eNode B该UE的接近；相对的，当UE又检测到已经匹配的fingerprint已经不满足条件时，也会上报该消息通知eNode B该UE的远离。

Proximity Indication消息除了触发UE在已配置测量的异频频点上的小区进行系统信息读取外，还用于请求eNode B给未配置过的异频频点配置普通的异频测量，从而开启该异频频点的正常测量上报。

b．eNode B配置UE读取小区系统信息。eNode B仅对接近指示消息中携带的相关无线接入技术与频点上的信号质量符合要求的小区发起Inbound读取系统信息的流程，该限制能够减少对不属于UE所有闭合用户组的小区的测量，节省了UE自身的电量与空口信令负荷。

c．UE对邻区系统信息的读取。eNode B基于Inbound目的指示UE读取某小区系统信息后，UE使用自主间隙（autonomous gap）进行读取，并将初始接入检查，CGI、TAI和CSG ID等内容上报给eNode B。该autonomous gap的使用不同于网络配置的gap间隙，不受网络侧调度控制，可能与正常的上下行数据产生冲突，由UE实现自行解决。只要切换评估发生的不太频繁，在一次切换评估过程中，不会对实时的话音业务造成用户体验上的影响。

d．eNode B的切换判决。eNode B获得UE上报的该小区信息后，通过初始接入检查等初步获知目标小区是否是UE的签约小区，再进行后续切换判决等的处理。

完成上述4个步骤后，一旦eNode B的切换判决成功，eNode B将向对应的Home eNode B小区发送切换准备消息，后续切换准备流程、切换行为与宏系统中的相同。

② 接入控制

连接模式的接入控制分为初始接入控制和最终接入控制。

a．初始接入控制。初始接入控制是指在切换发起的初期，对UE能否接入目标CSG小区进行判断。初始接入控制是在UE实现。即通过UE将自身的允许接入列表，与测量到的目标小区的CSG标识进行对照，判断UE能否接入目标小区所属的CSG。

b．最终接入控制。由于UE不是完全可信的，在初始接入控制的基础上，网络侧需要进行最终的接入控制。实现最终接入控制的节点是MME。进行接入控制需要的信息（CSG ID及接入模式）由源侧提供给MME，并在目标侧进行确认。如果目标侧是混合模式CSG小区，还需要MME通知目标侧该UE的成员信息，目标侧可以对UE进行不同的QoS控制。如果目标侧判断源侧提供的CSG ID信息不正确，在目标是闭合模式的CSG小区情况下，认为该切换过程失败；在目标是混合模式的CSG小区情况下，允许UE接入，但需要通知MME其正确的CSG ID。

③ 切换路由

Home eNode B可以通过Home eNode B GW和MME连接，因此，切换过程中，需要有相应的路由机制将切换信令路由到正确的Home eNode B GW。3GPP R9版本决定采用TAI和Home eNode B GW的标识之间映射的方式对Home eNode B GW进行寻址（注：不同的Home eNode B GW不能有相同的TAI）。 TD-LTE网络是全网同步系统，严格要求各节点保持空口同步。Home eNode B部署网络中存在Home eNode B之间及Home eNode B与宏基站之间的同步问题。保持全网同步可以最大限度地限制邻区上下行子帧间的干扰，有利于小区间的干扰抑制，降低对系统容量的影响。Home eNode B基站由于受成本的考虑，在晶振等关键硬件的选型上要尽量低成本化，可用的候选方案包括：全球定位系统（GPS，Global Positioning System）同步、基于IEEE 1588的网络同步方案和空口同步方案等。

1．GPS同步

作为一种卫星定时系统，GPS需要天线来接收卫星信号。为了保证GPS接收机的正常工作，需要天线有良好的对空视界，保证接收机能够同时接收到3颗以上卫星的有效信号，对于室内覆盖系统和楼宇密集区域的Home eNode B部署，很难保证接收机能够同时接收到3颗以上卫星的有效信号；另外，由于天线和接收机之间通过射频（RF，Radio Frequench）线缆连接，线缆的损耗导致接收机与天线的拉远距离有限制，这些都会增加Home eNode B部署的成本。

2．基于IEEE 1588的网络同步

IEEE 1588协议是一种精确时间同步协议，1588v2是其改进和电信优化版本。IEEE 1588v2通过主从设备间消息传递，计算时间偏移以及中间网络设备引入的驻留时间，从而减少存储转发对定时包的影响，实现主从时钟和时间的精确同步。实际网络中，主从节点间定时信息是可能经过多个节点，要求网内每一个节点都具备对路径和时延的测量/校准功能，即每个节点要支持1588v2特性。1588v2需要额外的硬件支持。

3．空口同步

TDD Home eNode B的空口同步原理比较简单，即在不引入其他同步信号源的情况下，依靠Home eNode B设备自身的检测功能通过接收邻小区下行信号调整同步，并基于周期性更新或其他方式维护同步精度。当Home eNode B处于相对封闭环境而无法接收到宏基站信号时，仅需实现该封闭区域Home eNode B之间的同步；当Home eNode B处于宏基站覆盖范围内时，Home eNode B基站需与宏基站及相邻Home eNode B进行同步。该方法的主要问题是如何确定同步的基准对象，即在众多的邻基站中选择同步精度最准的基站来进行同步，这就要求这些同步设备群应具有自组织特性。3GPP R9标准通过了TDD Home eNode B的两种空口同步方案，分别为利用下行导频时隙（DwPTS，Downlink Pilot Time Slot）时隙的长GP来获取同步，以及利用Home eNode B小区的多媒体广播多播单频网（MBSFN，Multimedia Broadcast multicast service on Single Frequency Network）子帧来侦听基准基站的同步信号。

干扰分析

由于引入了新节点Home eNode B，网络中的干扰情况发生了变化，除了原来的宏小区之间的干扰外，还增加了Home eNode B小区与宏小区、Home eNode B小区与Home eNode B小区之间的干扰。下文对新增的干扰场景进行了简要的分析。

新增的干扰场景如下。

（1）接入到宏基站的UE（MUE，Macro UE）对Home eNode B的干扰：当MUE位于宏基站小区边缘时，由于功率控制的影响，将以较大的功率发射，如果该MUE附近存在Home eNode B，Home eNode B将会受到很强的干扰。这一干扰在CSG小区下表现尤为突出。

（2）接入到Home eNode B的UE（HUE，Home UE）对宏基站的干扰：由于HUE到Home eNode B的距离一般较近，其发射功率一般较小，再加上HUE到宏基站之间一般都有墙体隔离，损耗较大，到达宏基站的干扰将会很小。

（3）宏基站对HUE的干扰：由于宏基站的发射功率较高，当HUE位于宏基站附近时，会受到较大的干扰。

（4）Home eNode B对MUE的干扰：当MUE位于Home eNode B附近时，受到一定的干扰。这一干扰在CSG小区下表现比较显著。

（5）宏基站对Home eNode B的干扰：这种干扰只在TDD系统小区间不同步时存在。由于宏基站发射功率较高，该干扰一旦发生，影响就较为严重。

（6）Home eNode B对宏基站的干扰：这种干扰也只发生在TDD系统小区间不同步时。虽然Home eNode B发射功率较低，但部署密度可能较高，因此一旦发生，影响也会比较 严重。

（7）MUE对HUE的干扰：这种干扰只在TDD系统小区间不同步时存在。对于CSG小区下MUE和HUE位于同一房间的场景，干扰会比较严重。

（8）HUE对MUE的干扰：这种干扰只在TDD系统小区间不同步时存在。对于CSG小区下MUE和HUE位于同一房间的场景，干扰会较为严重。

（9）HUE对Home eNode B的干扰：当HUE所处位置与Home eNode B所处位置相邻时，干扰较大，当Home eNode B小区数量较多且较为集中时，干扰将会比较严重。因此，对于公寓楼这种Home eNode B部署密度较高的场景，该干扰将比较严重。

（10）Home eNode B对HUE的干扰：与上一种干扰类似，对于公寓楼这种场景，干扰将比较严重。

（11）Home eNode B对Home eNode B的干扰：这种干扰只在TDD系统小区间不同步时存在。对于公寓楼这种场景，干扰将比较严重。

（12）HUE对HUE的干扰：这种干扰只在TDD系统小区间不同步时存在。对于公寓楼这种场景，干扰将比较严重。

上文已经描述过，Home eNode B与宏基站，Home eNode B与Home eNode B之间要求有严格的同步，因此干扰场景5、6、7、8、11、12只有在同步机制出现故障时才会发生，出现的概率很低，因此相关的干扰控制方案主要针对干扰场景1、2、3、4、9、10进行设计。

系统安全

与LTE系统类似，Home eNode B的安全也是分为如下5个层次。

（1）Home eNode B接入层面的安全（I）：这里的接入并非指空口接入，而是指Home eNode B接入运营商网络的安全，包括Home eNode B与网络之间的认证（设备认证）、Home eNode B与SeGW安全通道的建立、授权机制与Home eNode B位置锁定等。

（2）网络层面安全（II）：SeGW与CN之间的安全通信。

（3）Home eNode B业务层面安全（III）：Home eNode B与CN中业务相关实体/业务服务器之间的安全通信，如从OAM服务器下载软件和配置数据应该是安全的。

（4）UE 接入控制层面安全（IV）：Home eNode B与CN实现对UE接入控制方面的安全机制。

（5）UE 接入层面安全（V）：与宏小区一样，详细描述见本书第4.7节。

Home eNode B相关的安全包含如下3个方面。

（1）Home eNode B的设备认证：必选；采用EAP-AKA（Extensible Authentication Protocol- Authentication and Key Agreement）或者证书方式，Home eNode B设备EAP-AKA认证方式的鉴权流程遵从文献[13]，采用基于IKEv2（Internet Key Exchange）证书的认证流程遵从文献[14]，证书的处理和格式遵从文献[15]。

（2）Home eNode B拥有者（Hosting Party）认证：可选；指的是对Home eNode B宿主的鉴权，例如包含用户信息的SIM卡的鉴权。宿主鉴权只使用EAP-AKA方式。

（3）对于Home eNode B下的UE的认证：与传统的宏基站下的UE的认证没有区别。

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