蜂窩物聯網室內分布系統規劃策略

傅彬

摘要：蜂窩物聯網的應用場景很多出現在室內環境，本文針對該應用場景，對室內通信環境進行了分析，提出了室內分布式系統的重要性，并結合實際蜂窩網絡和室內環境的特點提出了室內分布式系統的規劃方案。

關鍵詞：蜂窩物聯網;室內分布系統;蜂窩網絡

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

蜂窩物聯網技術是以蜂窩通信為承載的物聯網技術，如今蜂窩物聯網飛速發展，其應用場景越來越廣，特別是在家庭、公司、地下空間等室內環境中有著廣泛的應用。但蜂窩網絡的信號會受到一定的環境影響，從而影響基于蜂窩技術的物聯網設備的通信質量，因此需要構建優良的室內分布系統以解決室內信號質量差的問題，滿足實際物聯網應用的需求，室內分布系統已成為一項具有實際意義的工程性規劃問題。

1 室內環境的特點及分布式系統的意義

對于室外環境，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，所以室外蜂窩物聯網設備的響應通常較好。而對于室內環境來講，受到墻壁、鋼筋結構、的阻隔，以及復雜的房屋結構、室內其他干擾信號等諸多因素的干擾，使得有些室內信號環境非常復雜，通信質量差，而蜂窩物聯網需要不斷監聽信道質量，并選擇合適的區段和信道進行通信[1]，通質量差便直接導致蜂窩物聯網設備經常產生掉網、不斷重連、丟包、延遲等問題，既影響了用戶體驗，又導致物聯網設備長時間處于高功耗的工作狀態，影響工作效率的同時增加了設備損耗。

2 室內分布系統的分類

2.1 設備分類

蜂窩物聯網的室內分布式系統設計，其信號采用蜂窩網絡，特點是通信質量好，延遲小，但是也有著成本較高，建設較難的特點[2]。可以按照建設器材選擇的不同分為有源和無源兩種分布式系統。

有源系統即采用有源器件，在信號通過有線的方式接入室內后，在不同的環境中需要根據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定的電源支持，所以稱為有源系統，這種方式的優點是信號強度穩定，物聯網設備的網絡性能能夠得到充分的保證，但是缺點是功耗較大，并且建設難度、維護難度較高，并且由于功率放大器自身的非線性特點，導致信號可能夾雜一定的噪聲，造成一些失真。

無源系統則直接通過有線的方式將基站信號分級接入不同的室內空間，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，優點是建設難度低，維護簡單，不會影響信號本身質量，但缺點是由于信號在每個區域經過了不同程度的衰減，導致不同室內區域的信號強度不統一，可能會對蜂窩物聯網設備的工作產生一定的影響，但是其安全程度是遠遠大于有源系統的，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

室內分布系統本質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規劃的效果。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 針對蜂窩物聯網的室內分布式系統規劃須考慮的問題

（1） 室內環境中蜂窩物聯網設備的數量，以及不同設備通信時的吞吐量，這樣可以分析和預估在一片室內區域的通信總量的需求，以免滿足不了所有設備同時工作的需求。

（2） 需要分析在不同室內區域中蜂窩物聯網設備對信號質量的要求，不同的物聯網設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量來保證圖像的實時傳輸，而家居系統則可以以較寬松的信號環境來建設，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不同區域中的現有信號強度，以達到針對性加強的目的，面對信號非常弱的區域可以采用有源系統的規劃方式。

4 室內分布式系統規劃案例

（1） 在信號不太穩定但整體通信環境較好的室內環境中，如公司、學校的高層室內環境，由于蜂窩網絡本身具有較好的通信質量和較低的延遲，因此可以直接使用微蜂窩基站作為物聯網設備的中轉站，就可以保證良好的通信質量。以微蜂窩基站為信號源，利用功分器實現室內不同區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域，室內分布系統可以采用前文提出的有線規劃方法，利用電纜或光纖將強度較好的室外基站信號接入室內，建設微基站以解決信號弱、覆蓋不全面的問題。

（3） 在面積較小，蜂窩物聯網設備較少的室內場合，可以采用無源室內分布式系統，以較低的成本滿足較少的通信需求。

在針對不同場合設計好室內分布系統之后，還需要進行測試，對不同蜂窩物聯網設備的連通率、通信質量、掉網率進行測試，并測試室內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網設備，還需要測試在該環境匯總是否能夠正常地切換網絡。

5 結語

本文在分析和介紹室內分布系統對蜂窩物聯網的意義和作用的基礎上，提出了根據設備劃分提出無源系統和有源系統兩種，根據線材的不同提出了同軸電纜、光纖和泄露電纜三種系統。然后針對蜂窩物聯網室內分布式系統所面對的問題，結合不同實際場景的需求，給出了不同的規劃案例，保證了蜂窩物聯網設備能在不同環境中正常、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數字移動通信應用系統[M].北京：國防工業出版社，2001.

[3] 塞爾.無線通信設備與系統設計大全[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