基于RFID技術的新型室分天線監控系統應用研究

石玉偉 邵瑩

【摘要】? ? 采用傳統無源器件的室內分布系統無法直接監控，室分故障問題不能及時發現，基于RFID技術的新型室分天線監控系統實現了室分天線監控的可視化，解決了無源室分天饋系統故障無法及時發現與上報的問題，縮減了故障排查時間，提升了用戶感知;故障發現由被動轉變為主動，故障分析由定性轉變為定量，故障定位由盲目轉變為精準，提高了室分系統維護和巡檢的效率。

【關鍵詞】? ? RFID? ? 合路器? ? 探針? ? 天線方向圖

一、概述

隨著我國移動通信業的飛速發展，室內分布已基本覆蓋了城市絕大部分的室內深層區域，采用傳統室分無源器件如天線、耦合器、衰減器、負載、電橋、合路器、多載波合路系統的室內分布系統無法直接監控;室內分布系統結構復雜，故障隱形化，很難直接判斷，通過基于RFID技術的新型室分天線監控系統，利用監控主機實現自動采集覆蓋天線測量數據，并在后臺進行融合關聯分析，實現了室分系統的天線告警可視化和在網運行評估，及時發現室分系統鏈路中存在的故障，使室分網絡故障監控粒度大幅提高，由有源設備告警提升到室分系統具體故障，有效降低了室分系統維護和巡檢工作量，大大提高了室分系統維護的工作效率。

二、系統基本原理

2.1 RFID技術簡介

射頻識別（Radio Frequency Identification）技術是從上世紀80年代走向成熟的一項自動識別技術，近年來發展十分迅速。RFID技術可以用來識別和跟蹤幾乎所有物理對象，并由此可以構建一個容納和連結世界上所有物品的廣泛的智能網絡，RFID技術是一門綜合的技術，它涉及到微電子技術、材料科學、微波技術、計算機軟件以及現代管理科學等許多領域。

射頻識別（RFID）技術從本質上講是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。從結構上講RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件：閱讀器和應答器。應答器由天線，耦合元件及芯片組成，一般來說都是用標簽作為應答器，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象，標簽在識別時可從閱讀器發出的電磁場中得到能量，并不需要額外電源;閱讀器由天線、耦合元件、芯片組成，讀取或寫入標簽信息，可設計為手持式讀寫器或固定式讀寫器。RFID電子標簽的閱讀器通過天線或其他媒介與RFID電子標簽進行無線通信，以實現對標簽識別碼和內存數據的讀出或寫入操作。

2.2系統架構及工作流程

基于RFID技術的新型室分天線監控系統架構，工作流程描述如下：

（1）利用監測主機（RFID閱讀器）發出檢測信號，通過合路器進入射頻室分系統并傳輸到各鏈路末端的天線單元;

（2）天線端的外置探針（應答器）接收到監測主機的信號后進行應答;

（3）監測主機檢測外置探針反饋的信號強度并進行初步處理;

（4）監測主機將檢測到的測量數據發送到后臺并進行基于智能學習算法的融合關聯分析：當室分系統無源器件連接接觸不良或不穩定時，RFID閱讀器監測到線損將增大，如測量到線損值>基準值（采用初始采集到的多采樣周期線損均值）+偏移量（根據站點場景和重要等級進行不同的設置），室分天線狀態將呈現為告警狀態;如無法監測到線損回傳，連續N個周期，則系統也將顯示為異常，從而得出室內分布系統的各鏈路運行狀態并推送到客戶端，實現對室分系統的故障診斷及定位。

三、監控效果驗證

按照簡單快速方便的原則，分公司選擇在濟南市槐蔭區海和購物廣場對現有室分天線系統進行基于RFID技術的監控監管，在RRU側通過多頻合路器的方式引入RFID讀寫器，在天線末端張貼唯一編碼的RFID標簽，讀寫器通過合路器的方式接入室分天饋系統，讀取安裝在室分天線上的電子標簽以實現對整個室分鏈路的實時監控、質量評估。

故障檢測結果顯示出現2處天線故障點位，如圖2所示。結合室分系統拓撲圖初步判斷：導致1樓ANT2天線出現故障的節點可能在PS1-7-1F二公分后至ANT2天線之間鏈路上;導致6樓ANT3天線出現故障的節點可能在PS1-7-6F二公分后至ANT3天線之間鏈路上。

對①的故障進行現場排查，首先找到ANT2-1F天線在安裝圖的具體位置，到天線處查看，發現故障點在ANT2-1F天線連接處接頭未擰緊，導致出現故障，現場把該接頭擰緊之后再次檢測，故障消除;對②的故障進行現場排查發現6樓ANT3天線下信號輸出較其他天線信號輸出弱，天線電平輸出在-57dBm，而6樓ANT2天線下電平輸出為-23dBm，懷疑是天線故障導致，嘗試現場更換6樓ANT3天線，更換后天線下電平輸出為-23dBm，再次檢測，故障已經消除，如圖3所示。

四、系統引入后對覆蓋效果的影響評估

4.1天線方向圖對比測試

基于RFID技術的新型室分天線監控系統末端引入RFID電子標簽（探針），為驗證天線粘帖RFID電子標簽后是否會對天線本身的方向圖產生影響，我們在實驗室暗室環境下對同一副天線粘帖RFID電子標簽前后的方向圖進行了對比測試，如圖4所示如下：

紅色為原天線方向圖，藍綠色為粘貼了RFID電子標簽之后的天線方向圖，從圖3呈現出的測試結果分析，紅色和藍綠色曲線基本是重合的，表明RFID電子標簽粘帖到天線后對原有的天線方向圖幾乎沒有影響，說明天線在粘帖RFID電子標簽后不會影響天線本身的覆蓋性能。

4.2接入合路器損耗測試

為驗證接入合路器接入室分系統后對原系統覆蓋的影響，我們使用信號發生器和頻譜儀在900MHz和1.8GHz頻段對合路器的插入損耗進行了測試，接入合路器在900MHz頻段的插入損耗為0.14dB，在1800MHz頻段的插入損耗為0.15dB，對無線信號的傳輸影響極小，對原有室內分布網絡的信號覆蓋影響可以忽略不計。

4.3現場覆蓋效果對比測試

對海和購物廣場B1F、B2F進行新型室分監控系統部署前后的現場CQT打點測試，通過表1測試對比分析可看出，在新型室分天線監控系統部署前后，B1F、B2F覆蓋場強在正常的測試波動范圍內，沒有變弱，監控系統的部署對網絡的覆蓋效果沒有影響。

五、分析總結

傳統室分系統只能監控到有源設備，基于RFID技術的新型室分天線監控系統對原有網絡的覆蓋效果沒有影響，可有效實現對室分網絡全系統的主動式監控和檢測，及時發現室分系統鏈路中存在的故障，使室分網絡故障監控粒度大幅提高，由有源設備告警提升到室分系統具體故障位置告警，可視化呈現室內分布系統的鏈路狀態，有利于及時排除室分網絡中出現的故障，大幅提高室分系統維護和巡檢的效率，保障網絡質量，改善用戶感知，提升品牌形象。

基于RFID技術的新型室分天線監控系統要求對所監控的天饋系統每副覆蓋天線粘貼RFID電子標簽，據估算，若要對全部天饋實現無縫覆蓋式的監控，監控系統造價（含RFID電子標簽、接入合路器、讀寫器，不含后臺數據及應用平臺）接近室分天饋整體造價的40%，在使用新型室分天線監控系統的過程中，需要因地制宜地進行精確分析，選擇業務量大、客戶對網絡感知敏感、VIP客戶經常駐留、人工巡查不方便的重要口碑場景進行部署，以實現精確化、效益化的建設。

參? 考? 文? 獻

[1]徐小龍.物聯網室內定位技術[M].北京： 電子工業出版社，2017年8月

[2] 湯平，邱秀玲，陳晶瑾.傳感器及RFID技術應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2018年7月