由於Femtocell基地台可架設於無線通訊訊號傳輸死角，促使電信業者可提供更好的服務品質，用戶也可享受更佳的通訊經驗，加上成本較低，因此吸引廠商紛紛開發相關產品，面對國外廠商大舉進駐市場，而台灣網通廠商在NCC未大力奧援的情況下，該如何突圍，將是廠商亟須思考的問題。
毫微微型蜂巢式(Femtocell)基地台原是為了克服室內環境通訊品質不良而誕生的產品，以通訊產品發展的角度而言，Femtocell基地台具有低功率、即插即用、低成本與強化行動寬頻網路的室內覆蓋率等諸多優勢，所以躍升成新世代無線通訊產品的寵兒。
現階段制訂Femtocell基地台相關標準有兩大陣營，一個是全球微波存取互通介面論壇(WiMAX Forum)，另一個則是第三代夥伴計畫(3GPP)標準組織。基於技術與市場的成熟度考量，本文將針對3G通用行動電信系統/高速封包存取(UMTS/ HSPA)Femtocell基地台技術的關鍵議題簡單探討並分析整個市場的概況。
Femtocell基地台帶來新經驗
古語有云：「利在所在，雖千仞之山，無所不上；深源之下，無所不入。」推動Femtocell基地台技術對電信營運商有何益處呢？根據著名的貝爾實驗室研究顯示，若電信營運商要滿足行動寬頻用戶快速成長的速度，在不增加新的資本支出，亦即不須布建大型基地台的情況下，最好的方式是每隔3年就要把無線頻譜的利用率提升兩倍，加上近年來營運商致力於降低行動寬頻資料量單位成本，因此，Femtocell基地台順理成章地成為電信業者所關愛的新技術。
一般大型蜂巢式基地台其訊號衰減程度和距離指數次方成反比，當用戶靠近基地台時，訊號衰減小，可以有不錯的訊號品質；反之，若用戶位於基地台的邊緣地帶，訊號衰減大，再加上可能有鄰近訊號的干擾，將無法獲得高品質的訊號傳輸，此種現象在現今人口稠密、高樓林立的都會區更為嚴重。透過在無線訊號死角區域布建Femtocell基地台，可有效地增加通訊系統無線訊號涵蓋範圍，使得通訊品質保持一定水準。
每一個Femtocell基地台可經由無線介面、光纖或數位用戶迴路(DSL)網路連結至電信營運商後端核心網路，如圖1所示。與一般家用無線區域網路接取點(Wi-Fi AP)相比，Femtocell基地台有兩個與Wi-Fi AP沒有的特色，其一是Femtocell基地台運作在須使用執照的頻段(Licensed Band)下，與Wi-Fi AP所使用的無執照頻段(Unlicensed Band)或稱工業、科學、醫療(ISM)頻段不同，其二為Femtocell基地台在室內使用執照頻段下具備了行動通訊網路延伸的優勢。若將室內的環境再細分為家用與企業用兩種，則企業用環境可能還牽扯到橫跨多個電信營運業者系統的情況。
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資料來源：Femto Forum
圖1 Femtocell基地台網路架構圖 |
根據國外研究機構Analysis Research調查，一般人在家使用手機的機會占所有使用手機使用機會的四成，加上目前行動上網手持裝置的普及化與行動寬頻的應用越來越多樣化，不難預見社群網路(Social Networks)的應用服務如Facebook與多媒體應用如YouTube所代表消費者對行動寬頻所帶來的自由與行動性的需求不斷提升，將成為3G Femtocell基地台技術成長的驅動力。
大部分的人均會同意，通常技術最佳的產品不見得賣得好，反倒是越受市場青睞的技術通常其生態系統(Ecosystem)較健全。因此分析投入此技術領域的各大廠商所形成的產業鏈可判斷3G Femtocell基地台技術是否成為主流。Femtocell基地台的產業鏈包含支援3G Femtocell基地台技術規格的手持式裝置、3G Femtocell基地台AP及3G Femtocell基地台閘道器(Gateway)等重要硬體設備與架構在硬體上的關鍵軟體技術。
Femtocell基地台尚有諸多難題待解
跟任何無線通訊技術一樣，Femtocell基地台產品有存在許多安全議題，其中一個即是如何判斷、區隔使用者有無權限使用一個(群)Femtocell基地台連上網路。以技術術語而言，可將一般使用者分成封閉型用戶群組(CSG)與開放型用戶群組(OSG)，與僅支援CSG的Femtocell基地台不同，所有使用者都可以對支援OSG的Femtocell基地台要求連線服務。
無線訊號干擾問題一直是影響Femtocell基地台技術發展的關鍵。Femtocell基地台的干擾源有二，第一類是Femtocell基地台布建於大型基地台覆蓋範圍內，受到大型基地台的干擾；第二類則是Femtocell基地台間的相互干擾。一般控制干擾的方法是採用干擾避免原則，透過適當演算法調整大型、Femtocell基地台的傳輸功率，使無線訊號覆蓋之範圍不會相互覆蓋。不過，目前世界各大網通廠對Femtocell基地台間相互干擾的問題，尚無統一的標準作法，因此，世界各大網通廠Femtocell基地台產品對干擾問題的解決之道，或許也會直接反應在銷售成績上。
不像大型基地台，電信業者可派出專業的工程團隊對其進行維修與校調；Femtocell基地台一般是安裝於家中且即插即用的設備，一旦普及後，Femtocell基地台勢必數量龐大且位置分散。若派遣專屬的維修人力挨家挨戶進行系統維護，必定大幅地增加營運成本，因此，如何透過IP網路遠端管控為數眾多的Femtocell基地台，確保通訊系統服務的可靠性是主要的挑戰。目前在國外市場上，也有越來越多支援TR-069/TR-196 CWNP規格的Femtocell基地台產品問世。
其他值得持續關注之技術相關問題包括有Femtocell基地台與大型基地台訊號同步問題、基地台間無縫換手問題、如何降低Femtocell基地台設備的成本、Femtocell基地台的無線資源管理(RRM)機制與跨越不同電信業者所造成收費問題等。上述列舉問題有些相互關連，如何找出業者與用戶均滿意的平衡點將左右Femtocell基地台市場的未來。
目前國外推動Femtocell基地台服務的業者主要還是以歐盟、北美地區為主，亞洲鄰近各國如新加坡、韓國、日本等相關業者競爭力亦不容小覷。反觀台灣，國家通訊委員會(NCC)身為通訊傳播監理主管機關，對電信業者評估引進Femtocell基地台技術時，態度雖保持審慎開放的方向，但目前仍缺乏對Femtocell基地台技術政策開放的具體時程。
研發Femtocell基地台有成 台灣廠商進軍國際
資策會網路多媒體研究所為台灣第一個自行研發Femtocell基地台有成的單位，其研發藍圖從WiMAX Femtocell基地台、3G HSPA Femtocell基地台，到未來LTE的Femtocell基地台產品均有布局，圖2為資策會研發3G HSPA Femtocell基地台的軟體通訊協定堆疊架構圖。
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| 圖2 資策會3G HSPA Femtocell軟體架構圖 |
若再細分可將不同介面的通訊協定作以下的分類：
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包括用無線資源控制(RRC)、封包資料匯聚協定(PDCP)、無線電連結控制(RLC)及MAC-hs、MAC-d。 |
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包括訊框傳輸協定(FP)、B節點應用元件(Node B Application Part, NBAP)與串流控制協定(Stream Control Transmission Protocol, SCTP)。 |
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包括TR-069/TR-196/CLI/Web-based。 |
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包含整體封包無線電服務穿隧協定-用戶平面(GTP-U)、SCTP、無線電接入網路應用元件(RANAP)、即時傳輸協定(RTP)、RANAP用戶適應性(RUA)、Iuh控制平面(Iuh_Ctrl)、lu使用者平面 協定(IuUP)與使用者資料封包協定(UDP)。 |
資策會研發的3G HSPA Femtocell基地台參考設計不僅可幫助廠商縮短開發Femtocell基地台產品的時程、降低原型產品的開發成本，其成果也成功與太克科技(Tektronix)完成互通測試。網多所更積極輔導台灣廠商參加2010年3月由3GPP舉辦第一屆Femto Forum UMTS Femtocell Plugfest互通測試大會，透過國際的互通性測試驗證台灣Femtocell基地台開發的技術水準，並希望藉此機會將台灣網通廠商所研發的Femtocell基地台產品帶入國際市場的供應鏈中。
Femtocell基地台市場如火如荼
目前推動3G Femtocell基地台的電信業者以寬頻/電信競爭最激烈的歐洲地區為主，跨國的行動業者如O2與沃達豐(Vodafone)在英國部分據點推動Femtocell基地台服務，刺激當地業者與網路服務供應商(ISP)以相同策略回應。北美行動業者則陸續推動固網行動整合(FMC)的商用服務，電信業者以AT&T與耍威瑞森(Verizon)兩家業者推動Femtocell基地台最積極。亞洲如日本的Softbank、NTT DoCoMo與新加坡的StartHub已推出Femtocell基地台的服務。
若以提供Femtocell基地台技術的產業鏈角度分析，目前3G Femtocell基地台晶片供應商中以德州儀器(TI)、picoChip與Percello三家瓜分大部分的市場。實際的3G Femtocell基地台產品如ip.access的Oyster 3G Femtozone、Ubiquisys的ZoneGate Femtocell、NSN的3G Femto Home Access Solution、Airvana UMTS Femtocell HubBub及Aricent 3G Femtocell等。在Femtocell基地台核心網路布局已久者則包括2009年被思科(Cisco)購併的Starent、NSN和阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)等。綜觀在3G Femtocell基地台領域，有能力夠提供終端對終端(End-to-end)整套解決方案的廠商包括有阿爾卡特朗訊、華為、摩托羅拉(Motorola)、恩益禧(NEC)、ip.access、NSN、ZTE及思科等。
以3G Femtocell基地台各項軟體功能來分析，符合TR-069/TR-196網管規格的3G Femtocell基地台產品有變多的趨勢，如CCPU、Airvana等皆有產品的開發。在3G Femtocell基地台的無線資源管理技術著墨較深的廠商有Ubiquisys、Airvana、摩托羅拉等。在3G Femtocell基地台的資訊安全相關功能提供上，以Ubiquisys、Node-H、NetGear、Airvana、NSN和ALU等支援較完整。以整合遠端網管技術為特色發展的廠商有Airvana及華為。發展多模的Femtocell基地台廠商則有ALU、Sercomm與Aricent等。
隨著2009年4月3G Femtocell基地台標準出爐後，3G Femtocell基地台的商品朝著商業化部署的趨勢邁進一大步。從2月中旬在巴塞隆納所舉辦的2010全球行動通訊大會(Mobile World Congress)中，可看出3G Femtocell基地台產品已從過去小眾的市場逐漸蛻變成產品多元、功能齊全的潛力市場。在世界大廠強敵環伺的情境下，台灣網通廠商如何尋找自我定位、突破重圍開闢一個Femtocell基地台的藍海市場，為台灣廠商須思考的問題。
(本文作者任職於資策會網路多媒體研究所無線通訊技術中心)