无源室分网络的数字化监控分析研究

赵 兴

(中国铁塔股份有限公司山西省分公司,山西 太原 030000)

0 引言

无线室分网络作为室分网络的重要组成部分,其稳定运行对于室分通信网络的“健康”至关重要。在实践中,室分网络存在数字化监控难,故障发现难、运维成本高等难题,使无线室分网络的运维较为困难。因此,本文引入一种针对无线室分网络的数字化监控方案,解决以上难题,为无线室分网络的数字化运维提供有益参考。

1 无源室分网络分析

随着5G技术的快速发展,5G通信的毫米波穿透能力有限,最终通过室外通信信号向室内辐射的状态下,其存在很大程度的衰减,室内的通信信号不足以满足室内用户的集中办公、住房、活动等。因此,需要在室内加装一套信号引入系统,即室分网络。其中,在室分网络中,无源室分网络扮演重要角色。无源室分网络主要包括馈缆子系统、无源器件、室分天线三大功能。

1.1 馈缆子系统

馈缆子系统包括馈缆、跳线、接头等通信线缆、电缆以及其配套的对应接头。

1.2 无源器件

无源器件包含耦合器、功分器、合路器、衰减器、负载、电桥、多载波合路等。其中,耦合器、功分器、合路器作为无源室分网络的不可或缺的无源器件,具有重要作用[1]。

1.2.1 合路器

在实际应用中,各大运营商单独进行室分网络的建设,这存在投资成本高、重复建设等问题。为此,合路器的作用在于实现对多家通信运营商的信号进行兼容,实现多家共享、费用共担,其主要针对CDMA、GSM、DCS等异频信号进行合路,满足多家运营商硬件共享的目标,可以为目标区域的不同群体用户提供优质的移动通信业务。

1.2.2 功分器

功分器可实现输出功率的平均分配,在进行设计时,首先根据室内区域的面积合理布设天线的数量,根据布设天线的数量,计算出天线数量的多少,天线数量确定之后,其所需的功率基本确定。根据功率进行功分器出口的计算,合理配置。功分器具有2、4、8等输出端口,根据实际情况进行选配即可。

1.2.3 耦合器

耦合器可实现输出功率的不平均分配。在进行设计时,建筑室内不是完全相同的。在不同室内布设的天线数量是不一致的。其所需的功率也是不同的。因此,需要将总功率划分为若干不等的分功率,为不同区域的天线提供不同的天线功率。添加耦合器的目的就是实现输出功率的不平均分配,提供差异化的功率。

1.3 室分天线

天线作为室分网络的末端器件,其作用在于实现用户信息的接收与发送。由于用户现场的建筑形式不同,其选用不同形式的天线类型一方面满足有效的信号覆盖,另一方面实现室分天线的美观性部署。针对不同的应用场合,选用不同的天线类型,常见天线包括吸顶天线、板状天线、八木天线、对数周期天线等。在进行设计时,选用合适的天线类型进行布设即可。

2 无源室分网络的数字化监控改造

无源室分网络的数字化监控主要是对信号传输各链路的运行状态进行动态感知。因此,其源头监测信号输入在前端,末端到达各链路天线。从以上监测思路可以进行分析,前端的信号兼容部分是无法进行改造的。针对传统的无源室分网络进行改造时,其通常需要借助辅助设备实现信号的动态接收与发送。如果只考虑到室内的无源室分网络的监控时,综合成本因素,其改造通常选用RFID技术,实现数字化信号监测。

在硬件选用上,在POI合路器处再添加一个合路器,将RFID信号解读器(RFID网关)链到合路器,其本身具有天线。RFID信号通过RFID网关,实现监测信号的发送。传统的室内天线是不具有RFID标签的,需要在天线处加贴RFID电子标签。待室内天线端的RFID电子标签接收到电磁波信号时,进行及时回应。监控管路后台通过所获取的信号达到链路数据的判断。

对于某些特定的区域,由于室内信号较弱,其不仅要实现无源室分网络的数字化监测,还要实现室内定位以及物联功能等。传统的RFID技术无法实现较高精度的定位,其本身也不具有物联功能等,不满足用户多元化的需求。在万物互联的大背景下,智慧通信网将是未来建设的重要方向。因此,物联功能的加入是必要的。尽管蓝牙技术的应用设备成本造价较高,但是其丰富的应用领域也为其部署提供了技术优势[2]。其技术路径都是通过网关发挥中间桥梁作用,然后在不同的频段范围进行数据的收发。RFID技术需要进行内置或外贴RFID标签,而蓝牙技术则实现了蓝牙信标与室分天线的集成。

3 数字化监控改造的关键技术分析

3.1 RFID电子标签的位置选择

在选择RFID电子标签的贴取位置时,需要将标签贴在特定的区域内。不同的标签位置对前后驻波比、互调值、天线增益、方向图圆度、半功率波宽等天线关键性能指标具有较大影响。因此,在进行标签位置选择时,其不是随意标记的,经过多次不同位置的数据测试,得出的经验位置选择结论如下:以任一短路杆为垂直轴线的外置内外投影区,此为室内天线激活功率最小的位置,可以最大程度降低对前端功分器的影响。

3.2 数据传输技术

3.2.1 数据传输网络搭建

在进行数字化监控中,可视化监控网络的搭建至关重要,如图1所示。

图1 监控网络的组建

该监控网络主要适用于RFID技术/蓝牙技术的网络,其包括以下4点:数字化监控思路(RFID与蓝牙的监测方式类似,以下针对RFID开展分析说明)。

(1)监控主控端发出检测信号,通过无线传输网络到达网关处。

(2)到达网关的检测信号通过合路器将实现从无线信号传输转变为有线信号传输,通过通信各链路将检测信号通过耦合器、功分器传递至天线末端。

(3)天线将接收到的信号通过天线发送出去,粘贴在天线短路杆处的RFID标签进行信号的接收。

(4)RFID标签将监测到的信号强度通过天线进行反向的信号回传至RFID的网关处,还包括RFID的ID编号。这样在监控端就可将回传的各信号强度值进行一一对应。

3.2.2 数据分析技术

数据采集的目的在于对无源室分系统的网络进行有效的管理。当采集得到的数据经过集中监控平台进行汇总之后,数据分析开始介入。当检测得到的数据在正常允许的信号强度范围之内,其可以认为是正常状态。当采集得到的信号强度超出正常范围之后,根据报警值的不同划分为报警及故障状态[3]。通过以上分析,可以对整个室分系统的运行状态进行有效判断。表1为一种故障判断方法,其中天线1、天线2为一路功分器,天线3、天线4为一路功分器。

表1 无源室分网络故障判断方法

如表1所示,当单个天线显示故障时,基本可断定为天线本身的故障。此时,只需要更换末端的天线即可。当一组内的天线都显示故障之后时,其可断定前端的功分器出现了问题。当天线全部故障时,可判断的原因包含以下2种:(1)功分器全部损坏;(2)耦合器出现了故障;(3)前端合路器、网关出现了故障。多组功分器全部损坏的概率较低,主要针对耦合器、合路器、网关进行故障排查。通过以上分析,可以快速缩小故障诊断的范围,提升无源室分网络的维保效率。

3.3 标签轮询技术

随着5G通信技术的发展,室分网络需要的天线数量更多。针对一些大型的室内空间,其天线布局数量较为庞大,其一次轮询的天线数量可能以千为单位进行计量。按照常用的遍历寻找法,搜寻效率较差,效率较低,经过优化之后选用定向寻签法进行轮询,其意义在于改变以往“喇叭式”的多次无目的性的信息发送,改为向特定的标签进行信号发送。其只有特定目标的标签被激活并进行应答,其他标签被激活不进行应答。这样大幅缩减了单轮次的询问时间,提升了询问效率。

4 无源室分数字化监控网络的应用意义

4.1 加强资产统计管理

通信设备作为重要的资产,对其做好统计管理对于资产的管理极为有用。通过数字化监控系统的建立,建立室分网络关键器件的“台账”,做好及时维护,使资产统计管理工作信息化、透明化,不易产生“糊涂帐”。

4.2 降低人工维护成本,提升维护效率

所有的天线信号强度、室内环境温湿度、网关以及天线的MAC地址等都可进行集中显示,其可在手机端或者固定端进行显示。维保人员可查看实时数据与历史数据等,进而准确判断出当前网络运行状态,提升维护效率。

5 结语

作为室分网络的重要组成部分,无源室分网络的管理难、监管难的问题极大阻碍了应用。为此,对无源室分网络进行数字化监控改造势在必行。本文通过将RFID/蓝牙技术引到无源室分网络的监控中,其在原有室分网络的基础上,通过引入合路器的形式加装网关并与天线处内外置标签进行轮询,实现天线强度的有效反馈,进而有效判断天线链路的线损情况,达到快速诊断、提升维保效率的目的。