蜂窩物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃策略

傅彬

摘要：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景很多出現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境，本文針對該應(yīng)用場景，對室內(nèi)通信環(huán)境進行了分析，提出了室內(nèi)分布式系統(tǒng)的重要性，并結(jié)合實際蜂窩網(wǎng)絡(luò)和室內(nèi)環(huán)境的特點提出了室內(nèi)分布式系統(tǒng)的規(guī)劃方案。

關(guān)鍵詞：蜂窩物聯(lián)網(wǎng);室內(nèi)分布系統(tǒng);蜂窩網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0039-02

0 引言

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以蜂窩通信為承載的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如今蜂窩物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，其應(yīng)用場景越來越廣，特別是在家庭、公司、地下空間等室內(nèi)環(huán)境中有著廣泛的應(yīng)用。但蜂窩網(wǎng)絡(luò)的信號會受到一定的環(huán)境影響，從而影響基于蜂窩技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的通信質(zhì)量，因此需要構(gòu)建優(yōu)良的室內(nèi)分布系統(tǒng)以解決室內(nèi)信號質(zhì)量差的問題，滿足實際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求，室內(nèi)分布系統(tǒng)已成為一項具有實際意義的工程性規(guī)劃問題。

1 室內(nèi)環(huán)境的特點及分布式系統(tǒng)的意義

對于室外環(huán)境，通信信號在傳播過程中所受到的阻擋較少，最多的干擾來自不同高樓阻隔而產(chǎn)生的多徑干擾，干擾情況較為單一，易于解決，所以室外蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的響應(yīng)通常較好。而對于室內(nèi)環(huán)境來講，受到墻壁、鋼筋結(jié)構(gòu)、的阻隔，以及復(fù)雜的房屋結(jié)構(gòu)、室內(nèi)其他干擾信號等諸多因素的干擾，使得有些室內(nèi)信號環(huán)境非常復(fù)雜，通信質(zhì)量差，而蜂窩物聯(lián)網(wǎng)需要不斷監(jiān)聽信道質(zhì)量，并選擇合適的區(qū)段和信道進行通信[1]，通質(zhì)量差便直接導(dǎo)致蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備經(jīng)常產(chǎn)生掉網(wǎng)、不斷重連、丟包、延遲等問題，既影響了用戶體驗，又導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備長時間處于高功耗的工作狀態(tài)，影響工作效率的同時增加了設(shè)備損耗。

2 室內(nèi)分布系統(tǒng)的分類

2.1 設(shè)備分類

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)分布式系統(tǒng)設(shè)計，其信號采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，特點是通信質(zhì)量好，延遲小，但是也有著成本較高，建設(shè)較難的特點[2]?？梢园凑战ㄔO(shè)器材選擇的不同分為有源和無源兩種分布式系統(tǒng)。

有源系統(tǒng)即采用有源器件，在信號通過有線的方式接入室內(nèi)后，在不同的環(huán)境中需要根據(jù)需求使用功率放大器[3]將信號放大，以獲得所需要的信號幅度，而功率放大器需要穩(wěn)定的電源支持，所以稱為有源系統(tǒng)，這種方式的優(yōu)點是信號強度穩(wěn)定，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)性能能夠得到充分的保證，但是缺點是功耗較大，并且建設(shè)難度、維護難度較高，并且由于功率放大器自身的非線性特點，導(dǎo)致信號可能夾雜一定的噪聲，造成一些失真。

無源系統(tǒng)則直接通過有線的方式將基站信號分級接入不同的室內(nèi)空間，不需要電源的支持，只需要功分器等簡單無源器件就能實現(xiàn)，優(yōu)點是建設(shè)難度低，維護簡單，不會影響信號本身質(zhì)量，但缺點是由于信號在每個區(qū)域經(jīng)過了不同程度的衰減，導(dǎo)致不同室內(nèi)區(qū)域的信號強度不統(tǒng)一，可能會對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的工作產(chǎn)生一定的影響，但是其安全程度是遠遠大于有源系統(tǒng)的，較為可靠，適用于對可靠性要求較高的小型場所。

2.2 線材分類

室內(nèi)分布系統(tǒng)本質(zhì)上是通過有線的方式延長或者放大基站的無線信號范圍和強度，所以再線材選擇上的差異也會一定程度上影響系統(tǒng)規(guī)劃的效果。在線材的選擇上，一般有三種選擇：同軸電纜、光纖和泄露電纜。

3 針對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)分布式系統(tǒng)規(guī)劃須考慮的問題

（1） 室內(nèi)環(huán)境中蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量，以及不同設(shè)備通信時的吞吐量，這樣可以分析和預(yù)估在一片室內(nèi)區(qū)域的通信總量的需求，以免滿足不了所有設(shè)備同時工作的需求。

（2） 需要分析在不同室內(nèi)區(qū)域中蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對信號質(zhì)量的要求，不同的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要不同程度的信號強度、通信延遲來支撐，比如安保攝像頭需要更低的延遲和更高的通信質(zhì)量來保證圖像的實時傳輸，而家居系統(tǒng)則可以以較寬松的信號環(huán)境來建設(shè)，這樣以達到保證性能、合理分配資源、減少成本的目的。

（3） 需要提前了解在室內(nèi)不同區(qū)域中的現(xiàn)有信號強度，以達到針對性加強的目的，面對信號非常弱的區(qū)域可以采用有源系統(tǒng)的規(guī)劃方式。

4 室內(nèi)分布式系統(tǒng)規(guī)劃案例

（1） 在信號不太穩(wěn)定但整體通信環(huán)境較好的室內(nèi)環(huán)境中，如公司、學校的高層室內(nèi)環(huán)境，由于蜂窩網(wǎng)絡(luò)本身具有較好的通信質(zhì)量和較低的延遲，因此可以直接使用微蜂窩基站作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的中轉(zhuǎn)站，就可以保證良好的通信質(zhì)量。以微蜂窩基站為信號源，利用功分器實現(xiàn)室內(nèi)不同區(qū)域覆蓋的示意圖如圖1所示。

（2） 在類似地下室，隧道等信號較為微弱的區(qū)域，室內(nèi)分布系統(tǒng)可以采用前文提出的有線規(guī)劃方法，利用電纜或光纖將強度較好的室外基站信號接入室內(nèi)，建設(shè)微基站以解決信號弱、覆蓋不全面的問題。

（3） 在面積較小，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備較少的室內(nèi)場合，可以采用無源室內(nèi)分布式系統(tǒng)，以較低的成本滿足較少的通信需求。

在針對不同場合設(shè)計好室內(nèi)分布系統(tǒng)之后，還需要進行測試，對不同蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連通率、通信質(zhì)量、掉網(wǎng)率進行測試，并測試室內(nèi)的信號覆蓋程度和受干擾程度。對于具有移動需求的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，還需要測試在該環(huán)境匯總是否能夠正常地切換網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)語

本文在分析和介紹室內(nèi)分布系統(tǒng)對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的意義和作用的基礎(chǔ)上，提出了根據(jù)設(shè)備劃分提出無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)兩種，根據(jù)線材的不同提出了同軸電纜、光纖和泄露電纜三種系統(tǒng)。然后針對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)分布式系統(tǒng)所面對的問題，結(jié)合不同實際場景的需求，給出了不同的規(guī)劃案例，保證了蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能在不同環(huán)境中正常、可靠地工作。

參考文獻

[1] Ratasuk R， Vejlgaard B， Mangalvedhe N， et a1 NB-IoT system for M2M communication[C]//Wireless Communications and Networking Conference（WCNC）， IEEE，2016：1.5.

[2] 趙長奎.GSM數(shù)字移動通信應(yīng)用系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2001.

[3] 塞爾.無線通信設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計大全[M].北京：人民郵電出版社，2004.

Cellular Internet of Things Indoor Distribution System Planning Strategy

FU Bin

（Guangdong Southern Telecom Planning Consulting Design Institute Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong 518038）

Abstract：Many application scenarios of cellular Internet of Things appear in indoor environment. This paper analyzes the indoor communication environment for this application scenario， and puts forward the importance of indoor distributed system， and puts forward the characteristics of actual cellular network and indoor environment. Planning scheme for indoor distributed systems.

Key words：cellular Internet of Things; indoor distribution system; cellular network