Jak dotąd posiadanie domowej stacji bazowej sieci komórkowej było niemożliwe. Niebawem mogą to zmienić femtokomórki - w pełni funkcjonalne stacje bazowe telefonii mobilnej o bardzo niskiej mocy, które można wykorzystywać wewnątrz budynków. Korzyści dla użytkownika to zwiększenie jakości i dostępności połączeń oraz obniżenie rachunków za korzystanie z sieci komórkowych. Dla operatora - niewątpliwie odzyskanie cennych zasobów mobilnej sieci zewnętrznej. Konieczne jest jednak zupełnie nowe podejście do modelu sprzedaży usług. Analitycy i producenci zgodnie twierdzą, że nadal pozostaje sporo do zrobienia, zanim femtokomórki zdobędą mocną pozycję na rynku bezprzewodowym.

Jak działa femtokomórka (albo prywatna stacja bazowa)?

Femtokomórka (femtocell) - zlokalizowana w domu lub firmie - jest urządzeniem realizującym zadania stacji bazowej telefonii komórkowej. Urządzenie ma większość cech charakterystycznych dla rozwiązań operatorskich, ale zachowuje zminiaturyzowaną formę. Idea działania femtokomórki jest zbliżona do pracy typowego punktu dostępowego sieci bezprzewodowej. Interfejs bezprzewodowy urządzenia potrafi współpracować z telefonami i modemami sieci komórkowej. Femtokomórki są kompatybilne z istniejącym standardem mobilnych telefonów. Większość dostępnych rozwiązań opiera się na nowym systemie telefonii mobilnej 3G UMTS, umożliwiając szybką transmisję danych. Producenci przygotowują także femtokomórki do współpracy z powszechnie używanymi telefonami 2G GSM oraz z popularnymi w Stanach Zjednoczonych systemami CDMA.

Mobilne telefony znajdujące się w zasięgu femtokomórki automatycznie wykrywają ją i oznaczają jako preferowaną. Połączenia w ramach danej femtokomórki wykonywane są bez pośrednictwa operatora. Połączenia wychodzące na zewnątrz są kierowane przez łącza szerokopasmowe do infrastruktury operatora.

Femtokomórka zawsze musi być przyłączona zwrotnie do operatora sieci mobilnej przez szerokopasmowe połączenie sieciowe, bezprzewodowe lub DSL. Połączenie femtokomórki z operatorem jest szyfrowane przy wykorzystaniu protokołu IPSec. Z punktu widzenia użytkownika telefonu komórkowego, proces nawiązywania połączenia oraz zachowanie innych standardowych funkcjonalności (zawieszanie połączeń, przesyłanie wiadomości tekstowych i graficznych) nie ulega zmianie. Gdy sygnał z zewnętrznej stacji bazowej okaże się silniejszy, telefon przełączy się i automatycznie skorzysta z usług zapewnianych przez urządzenia operatora. Inaczej mówiąc, gdy użytkownicy znajdą się na zewnątrz budynków lub poza zasięgiem femtokomórki, rozmowy automatycznie są przełączane do zewnętrznej sieci operatora. Rozmowy są nawiązywane i odbierane identycznie jak w tradycyjnej sieci GSM.

Zasięg femtokomórki to ok. 200 metrów. Moc wypromieniowywana przez urządzenie w czasie przeprowadzania rozmowy jest niewielka - 50 mW. Warto podkreślić jednak, że omawiane urządzenia wykorzystują licencjonowane pasmo radiowe, w przeciwieństwie do Wi-Fi. To wymusza udział operatora w zarządzaniu urządzeniem. Obecnie trudno przewidzieć, jak będą przebiegały procesy prawno-regulacyjne, dotyczące wykorzystywania licencjonowanej częstotliwości w zminiaturyzowanych, ale bardzo licznych nowych elementach infrastruktury operatora.

Sygnały z femtokomórek nie przenikają zbyt dobrze przez mury. Ma to swoje zalety, ponieważ pozwala na wykorzystanie ponownie tej samej częstotliwości do innych rozmów w pobliskich budynkach.

Istotnym czynnikiem, który może wstrzymać rozwój rynku femtokomórek, są interferencje. Użytkownicy w zurbanizowanym środowisku mogą napotykać różnej natury problemy, szczególnie, gdy w sąsiadujących budynkach znajduje się kilka femtokomórek połączonych w ramach jednej lokalizacji. Producenci będą musieli rozwijać inteligentne mechanizmy pozwalające niwelować interferencje oraz szukać sposobów na wyrównanie poziomu sygnałów, bazując na analizie środowiska. W środowisku wykorzystującym wiele femtokomórek będziemy potrzebowali urządzeń automatycznie dostosowujących się do zmiennych warunków. Jeżeli femtokomórka będzie umieszczona zbyt blisko "dużej" stacji bazowej, powinna automatycznie obniżać moc.

Jaka architektura systemu?

To jeden z głównych problemów standaryzacyjnych. Dużym wyzwaniem dla rozwoju femtokomórek pozostaje brak jednoznacznie dominującej struktury sieci. Znaczna część operatorów chciałaby dostosować istniejącą infrastrukturę do obsługi femtokomórek z minimalną liczbą wprowadzanych zmian. Nie zawsze będzie to możliwe. Standard jest rozwijany przez komitet 3GPP. Niezależnie od prac standaryzacyjnych rozwijane i wdrażane są rozwiązania oparte na IMS, który łączy protokoły SIP oraz IP. Istnieje także spora gama rozwiązań, modyfikujących wykorzystywaną przez operatorów architekturę 3G RAN.

Część operatorów będzie wymagała możliwości współpracy między femtokomórkami różnych dostawców, a jednocześnie nie zamierza wprowadzać znaczących zmian w infrastrukturze. Ta grupa operatorów z pewnością poczeka na standard. Pozostali zakupią kompletne rozwiązania: bramy i femtokomórki pochodzące od jednego dostawcy. W rezultacie trudno wskazać dominującą architekturę sieci, a w przyszłości należy raczej spodziewać się fragmentacji rynku.

Standard, jak wspomniano wyżej, jest rozwijany przez komitet standaryzacyjny 3GPP. Założenia specyfikacji określają połączenie femtokomórki z siecią szkieletową operatora za pomocą interfejsu Iu. Interfejs ten jest wykorzystywany w "dużych" stacjach bazowych i służy do połączenia RNC (Radio Network Controller) z MSC (Mobile Switching Center). Połączenie pomiędzy femtokomórką a kontrolerem femtokomórki będzie szyfrowane i zabezpieczone za pomocą protokołu IPSec. Femtokomórka będzie łączyła się z femtobramką, której zadaniem będzie obsługa tysięcy takich urządzeń. Łączność będzie przebiegała z wykorzystaniem interfejsu Iu-h, którego standaryzacja jest planowana na koniec 2008 r. Tak mówi standard, nad którego specyfikacją prace są na końcowym etapie. Jednak wiele firm skutecznie forsuje wśród operatorów własne rozwiązania.

Walka o dominację toczy się przede wszystkim pomiędzy zmodyfikowanym systemem 3G RAN (niektórzy producenci sieci RAN promują takie rozwiązanie, ponieważ wykorzystuje już istniejące produkty RNC) a technologią UMA (zupełnie nowym systemem), pozwalającą na obsługę znacznie większej liczby rozmów i koegzystencję z łącznością IP. Rozwiązania oparte na SIP mogą być interesujące w przypadku specyficznych wymagań operatora.