無源室分網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化監(jiān)控分析研究

趙 興

(中國鐵塔股份有限公司山西省分公司,山西 太原 030000)

0 引言

無線室分網(wǎng)絡(luò)作為室分網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,其穩(wěn)定運(yùn)行對于室分通信網(wǎng)絡(luò)的“健康”至關(guān)重要。在實(shí)踐中,室分網(wǎng)絡(luò)存在數(shù)字化監(jiān)控難,故障發(fā)現(xiàn)難、運(yùn)維成本高等難題,使無線室分網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維較為困難。因此,本文引入一種針對無線室分網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化監(jiān)控方案,解決以上難題,為無線室分網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化運(yùn)維提供有益參考。

1 無源室分網(wǎng)絡(luò)分析

隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展,5G通信的毫米波穿透能力有限,最終通過室外通信信號向室內(nèi)輻射的狀態(tài)下,其存在很大程度的衰減,室內(nèi)的通信信號不足以滿足室內(nèi)用戶的集中辦公、住房、活動等。因此,需要在室內(nèi)加裝一套信號引入系統(tǒng),即室分網(wǎng)絡(luò)。其中,在室分網(wǎng)絡(luò)中,無源室分網(wǎng)絡(luò)扮演重要角色。無源室分網(wǎng)絡(luò)主要包括饋纜子系統(tǒng)、無源器件、室分天線三大功能。

1.1 饋纜子系統(tǒng)

饋纜子系統(tǒng)包括饋纜、跳線、接頭等通信線纜、電纜以及其配套的對應(yīng)接頭。

1.2 無源器件

無源器件包含耦合器、功分器、合路器、衰減器、負(fù)載、電橋、多載波合路等。其中,耦合器、功分器、合路器作為無源室分網(wǎng)絡(luò)的不可或缺的無源器件,具有重要作用[1]。

1.2.1 合路器

在實(shí)際應(yīng)用中,各大運(yùn)營商單獨(dú)進(jìn)行室分網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),這存在投資成本高、重復(fù)建設(shè)等問題。為此,合路器的作用在于實(shí)現(xiàn)對多家通信運(yùn)營商的信號進(jìn)行兼容,實(shí)現(xiàn)多家共享、費(fèi)用共擔(dān),其主要針對CDMA、GSM、DCS等異頻信號進(jìn)行合路,滿足多家運(yùn)營商硬件共享的目標(biāo),可以為目標(biāo)區(qū)域的不同群體用戶提供優(yōu)質(zhì)的移動通信業(yè)務(wù)。

1.2.2 功分器

功分器可實(shí)現(xiàn)輸出功率的平均分配,在進(jìn)行設(shè)計(jì)時,首先根據(jù)室內(nèi)區(qū)域的面積合理布設(shè)天線的數(shù)量,根據(jù)布設(shè)天線的數(shù)量,計(jì)算出天線數(shù)量的多少,天線數(shù)量確定之后,其所需的功率基本確定。根據(jù)功率進(jìn)行功分器出口的計(jì)算,合理配置。功分器具有2、4、8等輸出端口,根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選配即可。

1.2.3 耦合器

耦合器可實(shí)現(xiàn)輸出功率的不平均分配。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時,建筑室內(nèi)不是完全相同的。在不同室內(nèi)布設(shè)的天線數(shù)量是不一致的。其所需的功率也是不同的。因此,需要將總功率劃分為若干不等的分功率,為不同區(qū)域的天線提供不同的天線功率。添加耦合器的目的就是實(shí)現(xiàn)輸出功率的不平均分配,提供差異化的功率。

1.3 室分天線

天線作為室分網(wǎng)絡(luò)的末端器件,其作用在于實(shí)現(xiàn)用戶信息的接收與發(fā)送。由于用戶現(xiàn)場的建筑形式不同,其選用不同形式的天線類型一方面滿足有效的信號覆蓋,另一方面實(shí)現(xiàn)室分天線的美觀性部署。針對不同的應(yīng)用場合,選用不同的天線類型,常見天線包括吸頂天線、板狀天線、八木天線、對數(shù)周期天線等。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時,選用合適的天線類型進(jìn)行布設(shè)即可。

2 無源室分網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化監(jiān)控改造

無源室分網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化監(jiān)控主要是對信號傳輸各鏈路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)感知。因此,其源頭監(jiān)測信號輸入在前端,末端到達(dá)各鏈路天線。從以上監(jiān)測思路可以進(jìn)行分析,前端的信號兼容部分是無法進(jìn)行改造的。針對傳統(tǒng)的無源室分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造時,其通常需要借助輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)信號的動態(tài)接收與發(fā)送。如果只考慮到室內(nèi)的無源室分網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控時,綜合成本因素,其改造通常選用RFID技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信號監(jiān)測。

在硬件選用上,在POI合路器處再添加一個合路器,將RFID信號解讀器(RFID網(wǎng)關(guān))鏈到合路器,其本身具有天線。RFID信號通過RFID網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)監(jiān)測信號的發(fā)送。傳統(tǒng)的室內(nèi)天線是不具有RFID標(biāo)簽的,需要在天線處加貼RFID電子標(biāo)簽。待室內(nèi)天線端的RFID電子標(biāo)簽接收到電磁波信號時,進(jìn)行及時回應(yīng)。監(jiān)控管路后臺通過所獲取的信號達(dá)到鏈路數(shù)據(jù)的判斷。

對于某些特定的區(qū)域,由于室內(nèi)信號較弱,其不僅要實(shí)現(xiàn)無源室分網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化監(jiān)測,還要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位以及物聯(lián)功能等。傳統(tǒng)的RFID技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)較高精度的定位,其本身也不具有物聯(lián)功能等,不滿足用戶多元化的需求。在萬物互聯(lián)的大背景下,智慧通信網(wǎng)將是未來建設(shè)的重要方向。因此,物聯(lián)功能的加入是必要的。盡管藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用設(shè)備成本造價較高,但是其豐富的應(yīng)用領(lǐng)域也為其部署提供了技術(shù)優(yōu)勢[2]。其技術(shù)路徑都是通過網(wǎng)關(guān)發(fā)揮中間橋梁作用,然后在不同的頻段范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。RFID技術(shù)需要進(jìn)行內(nèi)置或外貼RFID標(biāo)簽,而藍(lán)牙技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙信標(biāo)與室分天線的集成。

3 數(shù)字化監(jiān)控改造的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 RFID電子標(biāo)簽的位置選擇

在選擇RFID電子標(biāo)簽的貼取位置時,需要將標(biāo)簽貼在特定的區(qū)域內(nèi)。不同的標(biāo)簽位置對前后駐波比、互調(diào)值、天線增益、方向圖圓度、半功率波寬等天線關(guān)鍵性能指標(biāo)具有較大影響。因此,在進(jìn)行標(biāo)簽位置選擇時,其不是隨意標(biāo)記的,經(jīng)過多次不同位置的數(shù)據(jù)測試,得出的經(jīng)驗(yàn)位置選擇結(jié)論如下:以任一短路桿為垂直軸線的外置內(nèi)外投影區(qū),此為室內(nèi)天線激活功率最小的位置,可以最大程度降低對前端功分器的影響。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

3.2.1 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)搭建

在進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控中,可視化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的搭建至關(guān)重要,如圖1所示。

圖1 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的組建

該監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要適用于RFID技術(shù)/藍(lán)牙技術(shù)的網(wǎng)絡(luò),其包括以下4點(diǎn):數(shù)字化監(jiān)控思路(RFID與藍(lán)牙的監(jiān)測方式類似,以下針對RFID開展分析說明)。

(1)監(jiān)控主控端發(fā)出檢測信號,通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)到達(dá)網(wǎng)關(guān)處。

(2)到達(dá)網(wǎng)關(guān)的檢測信號通過合路器將實(shí)現(xiàn)從無線信號傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)橛芯€信號傳輸,通過通信各鏈路將檢測信號通過耦合器、功分器傳遞至天線末端。

(3)天線將接收到的信號通過天線發(fā)送出去,粘貼在天線短路桿處的RFID標(biāo)簽進(jìn)行信號的接收。

(4)RFID標(biāo)簽將監(jiān)測到的信號強(qiáng)度通過天線進(jìn)行反向的信號回傳至RFID的網(wǎng)關(guān)處,還包括RFID的ID編號。這樣在監(jiān)控端就可將回傳的各信號強(qiáng)度值進(jìn)行一一對應(yīng)。

3.2.2 數(shù)據(jù)分析技術(shù)

數(shù)據(jù)采集的目的在于對無源室分系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的管理。當(dāng)采集得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過集中監(jiān)控平臺進(jìn)行匯總之后,數(shù)據(jù)分析開始介入。當(dāng)檢測得到的數(shù)據(jù)在正常允許的信號強(qiáng)度范圍之內(nèi),其可以認(rèn)為是正常狀態(tài)。當(dāng)采集得到的信號強(qiáng)度超出正常范圍之后,根據(jù)報警值的不同劃分為報警及故障狀態(tài)[3]。通過以上分析,可以對整個室分系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效判斷。表1為一種故障判斷方法,其中天線1、天線2為一路功分器,天線3、天線4為一路功分器。

表1 無源室分網(wǎng)絡(luò)故障判斷方法

如表1所示,當(dāng)單個天線顯示故障時,基本可斷定為天線本身的故障。此時,只需要更換末端的天線即可。當(dāng)一組內(nèi)的天線都顯示故障之后時,其可斷定前端的功分器出現(xiàn)了問題。當(dāng)天線全部故障時,可判斷的原因包含以下2種:(1)功分器全部損壞;(2)耦合器出現(xiàn)了故障;(3)前端合路器、網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)了故障。多組功分器全部損壞的概率較低,主要針對耦合器、合路器、網(wǎng)關(guān)進(jìn)行故障排查。通過以上分析,可以快速縮小故障診斷的范圍,提升無源室分網(wǎng)絡(luò)的維保效率。

3.3 標(biāo)簽輪詢技術(shù)

隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展,室分網(wǎng)絡(luò)需要的天線數(shù)量更多。針對一些大型的室內(nèi)空間,其天線布局?jǐn)?shù)量較為龐大,其一次輪詢的天線數(shù)量可能以千為單位進(jìn)行計(jì)量。按照常用的遍歷尋找法,搜尋效率較差,效率較低,經(jīng)過優(yōu)化之后選用定向?qū)ず灧ㄟM(jìn)行輪詢,其意義在于改變以往“喇叭式”的多次無目的性的信息發(fā)送,改為向特定的標(biāo)簽進(jìn)行信號發(fā)送。其只有特定目標(biāo)的標(biāo)簽被激活并進(jìn)行應(yīng)答,其他標(biāo)簽被激活不進(jìn)行應(yīng)答。這樣大幅縮減了單輪次的詢問時間,提升了詢問效率。

4 無源室分?jǐn)?shù)字化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用意義

4.1 加強(qiáng)資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理

通信設(shè)備作為重要的資產(chǎn),對其做好統(tǒng)計(jì)管理對于資產(chǎn)的管理極為有用。通過數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的建立,建立室分網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵器件的“臺賬”,做好及時維護(hù),使資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理工作信息化、透明化,不易產(chǎn)生“糊涂帳”。

4.2 降低人工維護(hù)成本,提升維護(hù)效率

所有的天線信號強(qiáng)度、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、網(wǎng)關(guān)以及天線的MAC地址等都可進(jìn)行集中顯示,其可在手機(jī)端或者固定端進(jìn)行顯示。維保人員可查看實(shí)時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)等,進(jìn)而準(zhǔn)確判斷出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài),提升維護(hù)效率。

5 結(jié)語

作為室分網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,無源室分網(wǎng)絡(luò)的管理難、監(jiān)管難的問題極大阻礙了應(yīng)用。為此,對無源室分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控改造勢在必行。本文通過將RFID/藍(lán)牙技術(shù)引到無源室分網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控中,其在原有室分網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,通過引入合路器的形式加裝網(wǎng)關(guān)并與天線處內(nèi)外置標(biāo)簽進(jìn)行輪詢,實(shí)現(xiàn)天線強(qiáng)度的有效反饋,進(jìn)而有效判斷天線鏈路的線損情況,達(dá)到快速診斷、提升維保效率的目的。