在過去，家用通訊設備的成本一直是阻礙市場起飛的主要障礙，但隨著科技與元件效能的精進，許多以往不可能達成的成本目標最後都化為可能，毫微微型基地台(Femtocell)便是其中之一。事實上，毫微微型基地台雖然名為基地台，但其架構卻比較接近手機，而且就像手機可以透過軟體進行設計升級一樣，對標準仍在演進且系統效能還有許多提升空間的毫微微型基地台而言，軟體升級能力的重要性也日益增加。
Femtocell基地台具備低成本潛力
其實，毫微微型基地台可以非常具有成本效益的方式實作。從許多面向來看，毫微微型基地台甚至可以比手機更低成本。例如毫微微型基地台的基頻設計雖然較為複雜，但不需要昂貴的彩色螢幕與電池，系統功耗的限制亦不如手機那般嚴苛，而且在製造時也不必為了追求系統尺寸微型化而採用各種昂貴的技術。
圖1為picoChip所提供的毫微微型基地台軟硬體參考設計。在此一參考設計中，毫微微型基地台將連接到機上盒。在這個參考設計中的硬體核心為picoChip的多核心數位訊號處理器(DSP)晶片。在晶片上的多顆DSP核心透過高速匯流排以及可編程的交換器互相連結，形成一個可以滿足低成本需求的處理核心方案。除了多核心DSP之外，晶片中也內建許多硬體加速器與一顆ARM926核心，藉此減少外部元件的使用量。因此這顆元件可以滿足像家用基地台這類對成本敏感的應用需求。
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| 圖1 獨立式Femtocell基地台的架構方塊圖 |
射頻半導體供應商對於降低家用基地台成本也作出貢獻，因為相關業者對於為手機應用開發高度整合的射頻解決方案，已經累積了相當多的經驗。有了他們的加入，低成本毫微微型基地台射頻方案的出現，應該是指日可待。射頻整合有助於協助客戶降低系統的原物料成本到200美元的量產目標價格帶，而且還有逐年壓低成本的空間，就像無線區域網路接取點(Access Point, AP)設備或數位用戶迴路(Digital Subscriber Loop, DSL)設備的價格逐年滑落一樣。
高度軟體化有助降低開發風險
在圖1參考設計所採用的系統架構中，許多系統功能是以軟體的方式在處理器上執行。所有的第三代合作夥伴計畫(3GPP)基頻處理任務都是由這顆處理器內建的多核心DSP來執行，至於其他控制功能與高階處理任務則是由ARM核心來執行。這兩個軟體環境可以被整合在同一顆處理器晶片上，而且可從外掛的快閃記憶體來執行開機的動作。要進行系統升級也十分容易，只要改變軟體內容即可，因此即便設備已經被部署在使用者家中，系統營運商仍可透過網際網路來進行遠端升級的動作。
picoChip所提供的寬頻分碼多重存取(WCDMA)參考設計符合3GPP第五版標準，可以提供7.21Mbit/s的高速下行封包存取(High-speed Downlink Packet Access, HSDPA)頻寬給四個用戶端裝置共享。這個參考設計實作了該規範所要求的所有基頻處理要求，如取樣率、晶片速率與符元速率(Symbol Rate)等運算，以及MAC-hs排程器、運作與管理(Operations and Management, OAM)功能和協定終端。由於在本參考設計中所採用的核心元件是可編程的，因此可以保證用戶一路升級到未來的新一代高速封包存取(HSPA+)與長程演進計畫(Long Term Evolution, LTE)技術。
在多核心DSP與ARM核心之間若要進行內部資料與控制命令傳遞，可以透過應用中介層(Application Programming Interface, API)來實現。圖2為支援Iub網路架構的協定堆疊分割情形。該處理器可以整合相關的網路介面軟體，B節點應用元件(Node B Application Part, NBAP)與OAM功能。若要設計可支援RNC網路部署方式的毫微微型基地台，通訊協定可以修改成圖3的配置方式，以整合射頻網路控制器(RNC)的高階軟體層功能。
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| 圖2 整合網路介面、NBAP與OAM支援之協定堆疊架構 |
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| 圖3 整合網路介面與扁平式RNC和SIP的協定堆疊架構 |
採用獨立架構可使毫微微型基地台的設計簡化，且如果原本的寬頻網路設備與組態不須更動，其部署速度更快。但電信業者若為了追求更好的服務品質(QoS)控制與解決網路安全的挑戰，將基地台與家庭閘道器整合在一起會是更好的做法(圖4)。
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| 圖4 整合Femtocell基地台功能的家庭閘道器設計方塊圖 |
配套方案到位 Femtocell部署挑戰有解
網路語音通訊協定(VoIP)、以藍牙與無線區域網路技術實現的通用行動接取(UMA)、以及固網行動匯流(FMC)的崛起，意味著營運商必須面對家庭通訊的需求，以及市場上要求低成本高速資料服務的呼聲。家用基地台或毫微微型基地台是一個可以提供更多成本效益的潛力方案，而且也可以改善既存行動電話網路的覆蓋情況。
透過在家中布建網路接取點，手機設計不必再為了支援雙模通訊而妥協。消費者也可以繼續使用現有的行動電話，而且可以在室內網路與戶外網路之間無縫地換手--只需要一支手機、一個號碼、電話帳單也只有一張。行動網路營運商也可以把網路涵蓋範圍延伸到最須補強的室內區域，並且對其他威脅性的技術所帶來的挑戰做出回應。布建毫微微型基地台對使用者及營運商的好處簡單整理如表1。
| 表1 布建毫微微型基地台對使用者及營運商的好處 |
| 消費者可獲得的好處 |
行動網路營運商所獲得的好處 |
* 繼續沿用現有的手機
* 室內收訊情況改善
* 進出室內環境時可以無縫運作
* 整合式的電信費用帳單
* 只需一個手機門號
* 只需更新維護一份通訊錄
* 在室內使用手機時，手機的射頻發射功率可以降低
* 手機的電池壽命延長 |
* 將網路覆蓋範圍延伸到最需要強化的室內環境
* 網路容量增加
* 增加客戶忠誠度、減少促銷方案支出
* 不必使用雙模手機
* 迎戰VoIP與UMA所帶來的威脅
* 增加用戶貢獻度
* 加速新通訊技術的普及 |
導入這項新技術所面臨的最大挑戰在於將之整合至現有的行動網路中。這些挑戰包含網路連接與射頻干擾管理。有趣的是，3GPP成員中的UMA公司正在努力解決這些難題，例如無縫換手、系統安全性與可支持大規模部署的可延展網路架構。這些公司的努力成果與做法可成為毫微微型基地台日後面臨挑戰時，發展解決方案的參考。
成本問題有解 Femtocell蓄勢待發
在過去，成本一直是阻礙毫微微型基地台大量部署的關鍵之一，但隨著科技創新，這個問題不再無解。半導體公司提供的單晶片硬體/軟體參考設計已經可以將系統的元件成本壓低到200美元以下，因此電信業者在部署毫微微型基地台的同時，仍能保持獲利。目前全球主要的行動通訊標準，如WCDMA、全球微波存取互通介面(WiMAX)、分時同步分碼多重存取(TD-SCDMA)以及CDMA2000等，都有對應的毫微微型基地台解決方案；支援高速上行封包存取(HSUPA)與LTE等新一代行動通訊標準的毫微微型基地台方案在研發方面也有新進展，且由於基地台的大部分功能都是以軟體方式實現，因此客戶在部署之後，仍能靠著遠端升級的方式支援新的標準與功能。這樣的系統彈性也延伸到網路介面軟體層，讓設備供應商可以在不增加硬體開發支出與時間的前提下，迅速回應新的市場需求。
(本文作者任職於picoChip)