無源室分網絡的數字化監控分析研究

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

無線室分網絡作為室分網絡的重要組成部分,其穩定運行對于室分通信網絡的“健康”至關重要。在實踐中,室分網絡存在數字化監控難,故障發現難、運維成本高等難題,使無線室分網絡的運維較為困難。因此,本文引入一種針對無線室分網絡的數字化監控方案,解決以上難題,為無線室分網絡的數字化運維提供有益參考。

1 無源室分網絡分析

隨著5G技術的快速發展,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輻射的狀態下,其存在很大程度的衰減,室內的通信信號不足以滿足室內用戶的集中辦公、住房、活動等。因此,需要在室內加裝一套信號引入系統,即室分網絡。其中,在室分網絡中,無源室分網絡扮演重要角色。無源室分網絡主要包括饋纜子系統、無源器件、室分天線三大功能。

1.1 饋纜子系統

饋纜子系統包括饋纜、跳線、接頭等通信線纜、電纜以及其配套的對應接頭。

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絡的不可或缺的無源器件,具有重要作用[1]。

1.2.1 合路器

在實際應用中,各大運營商單獨進行室分網絡的建設,這存在投資成本高、重復建設等問題。為此,合路器的作用在于實現對多家通信運營商的信號進行兼容,實現多家共享、費用共擔,其主要針對CDMA、GSM、DCS等異頻信號進行合路,滿足多家運營商硬件共享的目標,可以為目標區域的不同群體用戶提供優質的移動通信業務。

1.2.2 功分器

功分器可實現輸出功率的平均分配,在進行設計時,首先根據室內區域的面積合理布設天線的數量,根據布設天線的數量,計算出天線數量的多少,天線數量確定之后,其所需的功率基本確定。根據功率進行功分器出口的計算,合理配置。功分器具有2、4、8等輸出端口,根據實際情況進行選配即可。

1.2.3 耦合器

耦合器可實現輸出功率的不平均分配。在進行設計時,建筑室內不是完全相同的。在不同室內布設的天線數量是不一致的。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,為不同區域的天線提供不同的天線功率。添加耦合器的目的就是實現輸出功率的不平均分配,提供差異化的功率。

1.3 室分天線

天線作為室分網絡的末端器件,其作用在于實現用戶信息的接收與發送。由于用戶現場的建筑形式不同,其選用不同形式的天線類型一方面滿足有效的信號覆蓋,另一方面實現室分天線的美觀性部署。針對不同的應用場合,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、對數周期天線等。在進行設計時,選用合適的天線類型進行布設即可。

2 無源室分網絡的數字化監控改造

無源室分網絡的數字化監控主要是對信號傳輸各鏈路的運行狀態進行動態感知。因此,其源頭監測信號輸入在前端,末端到達各鏈路天線。從以上監測思路可以進行分析,前端的信號兼容部分是無法進行改造的。針對傳統的無源室分網絡進行改造時,其通常需要借助輔助設備實現信號的動態接收與發送。如果只考慮到室內的無源室分網絡的監控時,綜合成本因素,其改造通常選用RFID技術,實現數字化信號監測。

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網關)鏈到合路器,其本身具有天線。RFID信號通過RFID網關,實現監測信號的發送。傳統的室內天線是不具有RFID標簽的,需要在天線處加貼RFID電子標簽。待室內天線端的RFID電子標簽接收到電磁波信號時,進行及時回應。監控管路后臺通過所獲取的信號達到鏈路數據的判斷。

對于某些特定的區域,由于室內信號較弱,其不僅要實現無源室分網絡的數字化監測,還要實現室內定位以及物聯功能等。傳統的RFID技術無法實現較高精度的定位,其本身也不具有物聯功能等,不滿足用戶多元化的需求。在萬物互聯的大背景下,智慧通信網將是未來建設的重要方向。因此,物聯功能的加入是必要的。盡管藍牙技術的應用設備成本造價較高,但是其豐富的應用領域也為其部署提供了技術優勢[2]。其技術路徑都是通過網關發揮中間橋梁作用,然后在不同的頻段范圍進行數據的收發。RFID技術需要進行內置或外貼RFID標簽,而藍牙技術則實現了藍牙信標與室分天線的集成。

3 數字化監控改造的關鍵技術分析

3.1 RFID電子標簽的位置選擇

在選擇RFID電子標簽的貼取位置時,需要將標簽貼在特定的區域內。不同的標簽位置對前后駐波比、互調值、天線增益、方向圖圓度、半功率波寬等天線關鍵性能指標具有較大影響。因此,在進行標簽位置選擇時,其不是隨意標記的,經過多次不同位置的數據測試,得出的經驗位置選擇結論如下:以任一短路桿為垂直軸線的外置內外投影區,此為室內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 數據傳輸技術

3.2.1 數據傳輸網絡搭建

在進行數字化監控中,可視化監控網絡的搭建至關重要,如圖1所示。

圖1 監控網絡的組建

該監控網絡主要適用于RFID技術/藍牙技術的網絡,其包括以下4點:數字化監控思路(RFID與藍牙的監測方式類似,以下針對RFID開展分析說明)。

(1)監控主控端發出檢測信號,通過無線傳輸網絡到達網關處。

(2)到達網關的檢測信號通過合路器將實現從無線信號傳輸轉變為有線信號傳輸,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送出去,粘貼在天線短路桿處的RFID標簽進行信號的接收。

(4)RFID標簽將監測到的信號強度通過天線進行反向的信號回傳至RFID的網關處,還包括RFID的ID編號。這樣在監控端就可將回傳的各信號強度值進行一一對應。

3.2.2 數據分析技術

數據采集的目的在于對無源室分系統的網絡進行有效的管理。當采集得到的數據經過集中監控平臺進行匯總之后,數據分析開始介入。當檢測得到的數據在正常允許的信號強度范圍之內,其可以認為是正常狀態。當采集得到的信號強度超出正常范圍之后,根據報警值的不同劃分為報警及故障狀態[3]。通過以上分析,可以對整個室分系統的運行狀態進行有效判斷。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 無源室分網絡故障判斷方法

如表1所示,當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。當一組內的天線都顯示故障之后時,其可斷定前端的功分器出現了問題。當天線全部故障時,可判斷的原因包含以下2種:(1)功分器全部損壞;(2)耦合器出現了故障;(3)前端合路器、網關出現了故障。多組功分器全部損壞的概率較低,主要針對耦合器、合路器、網關進行故障排查。通過以上分析,可以快速縮小故障診斷的范圍,提升無源室分網絡的維保效率。

3.3 標簽輪詢技術

隨著5G通信技術的發展,室分網絡需要的天線數量更多。針對一些大型的室內空間,其天線布局數量較為龐大,其一次輪詢的天線數量可能以千為單位進行計量。按照常用的遍歷尋找法,搜尋效率較差,效率較低,經過優化之后選用定向尋簽法進行輪詢,其意義在于改變以往“喇叭式”的多次無目的性的信息發送,改為向特定的標簽進行信號發送。其只有特定目標的標簽被激活并進行應答,其他標簽被激活不進行應答。這樣大幅縮減了單輪次的詢問時間,提升了詢問效率。

4 無源室分數字化監控網絡的應用意義

4.1 加強資產統計管理

通信設備作為重要的資產,對其做好統計管理對于資產的管理極為有用。通過數字化監控系統的建立,建立室分網絡關鍵器件的“臺賬”,做好及時維護,使資產統計管理工作信息化、透明化,不易產生“糊涂帳”。

4.2 降低人工維護成本,提升維護效率

所有的天線信號強度、室內環境溫濕度、網關以及天線的MAC地址等都可進行集中顯示,其可在手機端或者固定端進行顯示。維保人員可查看實時數據與歷史數據等,進而準確判斷出當前網絡運行狀態,提升維護效率。

5 結語

作為室分網絡的重要組成部分,無源室分網絡的管理難、監管難的問題極大阻礙了應用。為此,對無源室分網絡進行數字化監控改造勢在必行。本文通過將RFID/藍牙技術引到無源室分網絡的監控中,其在原有室分網絡的基礎上,通過引入合路器的形式加裝網關并與天線處內外置標簽進行輪詢,實現天線強度的有效反饋,進而有效判斷天線鏈路的線損情況,達到快速診斷、提升維保效率的目的。