基于RFID技术的新型室分天线监控系统应用研究
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作者:石玉伟 邵莹
【摘要】 采用传统无源器件的室内分布系统无法直接监控，室分故障问题不能及时发现，基于RFID技术的新型室分天线监控系统实现了室分天线监控的可视化，解决了无源室分天馈系统故障无法及时发现与上报的问题，缩减了故障排查时间，提升了用户感知;故障发现由被动转变为主动，故障分析由定性转变为定量，故障定位由盲目转变为精准，提高了室分系统维护和巡检的效率。
【关键词】 RFID 合路器 探针 天线方向图
一、概述
隨着我国移动通信业的飞速发展，室内分布已基本覆盖了城市绝大部分的室内深层区域，采用传统室分无源器件如天线、耦合器、衰减器、负载、电桥、合路器、多载波合路系统的室内分布系统无法直接监控;室内分布系统结构复杂，故障隐形化，很难直接判断，通过基于RFID技术的新型室分天线监控系统，利用监控主机实现自动采集覆盖天线测量数据，并在后台进行融合关联分析，实现了室分系统的天线告警可视化和在网运行评估，及时发现室分系统链路中存在的故障，使室分网络故障监控粒度大幅提高，由有源设备告警提升到室分系统具体故障，有效降低了室分系统维护和巡检工作量，大大提高了室分系统维护的工作效率。
二、系统基本原理
2.1 RFID技术简介
射频识别（Radio Frequency Identification）技术是从上世纪80年代走向成熟的一项自动识别技术，近年来发展十分迅速。RFID技术可以用来识别和跟踪几乎所有物理对象，并由此可以构建一个容纳和连结世界上所有物品的广泛的智能网络，RFID技术是一门综合的技术，它涉及到微电子技术、材料科学、微波技术、计算机软件以及现代管理科学等许多领域。
射频识别（RFID）技术从本质上讲是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。从结构上讲RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件：阅读器和应答器。应答器由天线，耦合元件及芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，标签在识别时可从阅读器发出的电磁场中得到能量，并不需要额外电源;阅读器由天线、耦合元件、芯片组成，读取或写入标签信息，可设计为手持式读写器或固定式读写器。RFID电子标签的阅读器通过天线或其他媒介与RFID电子标签进行无线通信，以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。
2.2系统架构及工作流程
基于RFID技术的新型室分天线监控系统架构，工作流程描述如下：
（1）利用监测主机（RFID阅读器）发出检测信号，通过合路器进入射频室分系统并传输到各链路末端的天线单元;
（2）天线端的外置探针（应答器）接收到监测主机的信号后进行应答;
（3）监测主机检测外置探针反馈的信号强度并进行初步处理;
（4）监测主机将检测到的测量数据发送到后台并进行基于智能学习算法的融合关联分析：当室分系统无源器件连接接触不良或不稳定时，RFID阅读器监测到线损将增大，如测量到线损值>基准值（采用初始采集到的多采样周期线损均值）+偏移量（根据站点场景和重要等级进行不同的设置），室分天线状态将呈现为告警状态;如无法监测到线损回传，连续N个周期，则系统也将显示为异常，从而得出室内分布系统的各链路运行状态并推送到客户端，实现对室分系统的故障诊断及定位。
三、监控效果验证
按照简单快速方便的原则，分公司选择在济南市槐荫区海和购物广场对现有室分天线系统进行基于RFID技术的监控监管，在RRU侧通过多频合路器的方式引入RFID读写器，在天线末端张贴唯一编码的RFID标签，读写器通过合路器的方式接入室分天馈系统，读取安装在室分天线上的电子标签以实现对整个室分链路的实时监控、质量评估。
故障检测结果显示出现2处天线故障点位，如图2所示。结合室分系统拓扑图初步判断：导致1楼ANT2天线出现故障的节点可能在PS1-7-1F二公分后至ANT2天线之间链路上;导致6楼ANT3天线出现故障的节点可能在PS1-7-6F二公分后至ANT3天线之间链路上。
对①的故障进行现场排查，首先找到ANT2-1F天线在安装图的具体位置，到天线处查看，发现故障点在ANT2-1F天线连接处接头未拧紧，导致出现故障，现场把该接头拧紧之后再次检测，故障消除;对②的故障进行现场排查发现6楼ANT3天线下信号输出较其他天线信号输出弱，天线电平输出在-57dBm，而6楼ANT2天线下电平输出为-23dBm，怀疑是天线故障导致，尝试现场更换6楼ANT3天线，更换后天线下电平输出为-23dBm，再次检测，故障已经消除，如图3所示。
四、系统引入后对覆盖效果的影响评估
4.1天线方向图对比测试
基于RFID技术的新型室分天线监控系统末端引入RFID电子标签（探针），为验证天线粘帖RFID电子标签后是否会对天线本身的方向图产生影响，我们在实验室暗室环境下对同一副天线粘帖RFID电子标签前后的方向图进行了对比测试，如图4所示如下：
红色为原天线方向图，蓝绿色为粘贴了RFID电子标签之后的天线方向图，从图3呈现出的测试结果分析，红色和蓝绿色曲线基本是重合的，表明RFID电子标签粘帖到天线后对原有的天线方向图几乎没有影响，说明天线在粘帖RFID电子标签后不会影响天线本身的覆盖性能。
4.2接入合路器损耗测试
为验证接入合路器接入室分系统后对原系统覆盖的影响，我们使用信号发生器和频谱仪在900MHz和1.8GHz频段对合路器的插入损耗进行了测试，接入合路器在900MHz频段的插入损耗为0.14dB，在1800MHz频段的插入损耗为0.15dB，对无线信号的传输影响极小，对原有室内分布网络的信号覆盖影响可以忽略不计。
4.3现场覆盖效果对比测试
对海和购物广场B1F、B2F进行新型室分监控系统部署前后的现场CQT打点测试，通过表1测试对比分析可看出，在新型室分天线监控系统部署前后，B1F、B2F覆盖场强在正常的测试波动范围内，没有变弱，监控系统的部署对网络的覆盖效果没有影响。
五、分析总结
传统室分系统只能监控到有源设备，基于RFID技术的新型室分天线监控系统对原有网络的覆盖效果没有影响，可有效实现对室分网络全系统的主动式监控和检测，及时发现室分系统链路中存在的故障，使室分网络故障监控粒度大幅提高，由有源设备告警提升到室分系统具体故障位置告警，可视化呈现室内分布系统的链路状态，有利于及时排除室分网络中出现的故障，大幅提高室分系统维护和巡检的效率，保障网络质量，改善用户感知，提升品牌形象。
基于RFID技术的新型室分天线监控系统要求对所监控的天馈系统每副覆盖天线粘贴RFID电子标签，据估算，若要对全部天馈实现无缝覆盖式的监控，监控系统造价（含RFID电子标签、接入合路器、读写器，不含后台数据及应用平台）接近室分天馈整体造价的40%，在使用新型室分天线监控系统的过程中，需要因地制宜地进行精确分析，选择业务量大、客户对网络感知敏感、VIP客户经常驻留、人工巡查不方便的重要口碑场景进行部署，以实现精确化、效益化的建设。
参 考 文 献
[1]徐小龙.物联网室内定位技术[M].北京： 电子工业出版社，2017年8月
[2] 汤平，邱秀玲，陈晶瑾.传感器及RFID技术应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2018年7月
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