RFID技术在室内覆盖系统中的应用研究

　　1 引言

　　随着通信技术的发展，通信网络已经基本实现了有源设备的监控，但对于占据80%以上投资份额的无源天馈分布系统的实时监控仍然是束手无策。室分系统的故障通常是通过用户投诉才能发现，这与运营商一直以来保持良好网络质量的形象极不相称。

　　目前，运营商对室内覆盖系统的监测只能采用人工CQT(Call Quality Test，呼叫质量拨打测试)的方法，存在工作量大、成本高、监测频率低、监测不全面等诸多不足。采用传统的分体式监测和无线监测的方法，均存在需要供电、成本高、协调难等问题。同时，在日常维护中，无论事情大小都要打扰业主，也给维护工作带来一定的难度。因此，实现室内覆盖系统的自动监测是各大运营商急需解决的问题。

　　2 室内覆盖系统的特点

　　室内覆盖系统由以下两大部分组成：

　　一部分是有源设备，包括信号源和干线放大器。信号源的类型有微蜂窝基站、宏蜂窝基站、直放站、射频拉远系统等设备;干线放大器简称干放，是在功率变低而不能满足覆盖要求时的信号放大设备，因此它通常在较大的系统中使用。

　　另一部分是无源器件，包括功分器、耦合器、合路器、同轴电缆和室内天线。功分器是一种将一路输入信号功率分成两路或多路输出相等功率的器件，也可反过来将多路信号功率合成一路输出，因此理论上功分器也可作为合路器使用;天线是能将有线系统中的电流(电压)信号转化为可在空间进行无线传输的电磁波信号的一种能量转化装置。

　　有源设备是室内覆盖系统的核心部分。有源设备的信号通过无源器件进行分配和传输，并最终通过天线辐射出去，完成信号覆盖。因此，室内覆盖系统要保持正常工作，不管是有源设备还是无源器件，一个都不能少。

　　室内覆盖系统的有源设备通常只适应某一种网络(如GSM、CDMA2000、WCDMA等)，且很容易实现远程的监控;无源器件适应所有的网络，工作频率范围为800MHz～2500MHz，由于系统内存在耦合器，无法通过馈线远程供电，因此要实现天线端口的监测必须付出较大的代价。

　　3 RFID的技术原理

　　RFID(Radio Frequency IDentification，射频识别)技术是利用无线电波或微能量进行非接触双向通信，来实现识别和数据交换功能的自动识别系统。一般来说，射频识别系统包含数据系统、读写器和射频标签三部分。

　　3.1 数据系统

　　数据管理系统主要完成数据信息的存储、管理以及对射频标签进行读写控制。

　　3.2 读写器

　　读写器是负责读取或写入标签信息的设备，其可以是单独的整体，也可以作为部件嵌入到其他系统中。

　　3.3 射频标签

　　射频标签是RFID系统真正的数据载体，它通常由天线和芯片组成，每个芯片都含有唯一的识别码，一般保存有约定格式的电阻数据。标签类型按频率划分为低频标签、高频标签、超高频标签和微波标签。

　　(1)低频标签一般是无源标签，工作频率范围为30kHz～300kHz，典型的有125kHz和133kHz。

　　(2)高频标签与低频标签一样，也是无源标签，工作频率范围为3MHz～30MHz，典型的有13.56MHz。

　　(3)超高频标签主要工作频率有433MHz和860MHz～960MHz，其中433MHz多为无源标签，而860MHz～960MHz超高频标签包括无源和有源两种。在美国划分给RFID的UHF频段的频率范围为902MHz～928MHz，我国划分给RFID设备使用的频段是920MHz～925MHz。

　　(4)微波标签可以是有源、无源或者半无源的产品，工作频率主要有2.45GHz和5.8GHz两个频段。

　　4 室内分布系统的监测方案

　　RFID的工作频段为920MHz～925MHz，刚好在GSM频段的隔离带上，室内覆盖系统的无源部分支持的工作频率范围为800MHz～2500MHz，RFID信号完全可以在室内覆盖系统中传输。因此，可以将RFID技术与室内覆盖系统相结合，实现室内覆盖系统无源部分的物联网。

　　“室内覆盖监测系统”由软件和硬件组成，系统框图如图1所示。

　　硬件设备主要由安装在基站机房的监测主机、与干线放大器并联安装的监测路由、安装在馈线末梢的监测从机以及安装在网管机房的监测服务器组成。监测主机内有RFID读头，监测从机内有RFID标签，由于RFID信号无法通过GSM干线放大器，因此需要监测路由作为监测主机和监测从机的通信桥梁。监测主机与网管中心服务器采用无线方式连接，监测主机和监测从机通过原有的室分馈线连接。系统监测室内覆盖有源设备、无源器件、天馈线的状态，当状态发生异常时，监测主机将异常告警信息通知网管中心和相关维护人员;当需要了解某个设备或器件的状态时，也可通过网管中心向监测主机下发查询指令，监测主机将设备或器件的当前状态返回给网管中心，通过网管中心和监测主机的交互，实现室内覆盖设备和无源器件的有效监测。

　　4.1 具体案例

　　为验证室内覆盖监测系统功能的可行性和稳定性，在中国移动厦门分公司的大力支持和配合下做了试点工程，具体方案如下：

　　本次室内覆盖监测系统安装设备数量为1个主机单元、72个从机单元和1个合路器。主机单元和合路器安装于机房标准机柜内，从机分别安装于1号楼、2号楼、-1层和-2层的天线与馈线之间，设备安装如图2所示： 　　室内覆盖监测系统的监测信号通过耦合器并入到原先的室分系统中，主机自身发射信号通过耦合器、功分器、合路器、馈线等无源器件传输到各个从机中，从而实现主机对各个从机的监控。监测主机具有短信和GPRS通信功能，系统有任何告警可及时通过主机同时发送到监控中心、移动管理人员和维护人员手机上。

　　4.2 案例测试

　　通过监测中心软件可以获得监测从机反馈回来的信息，如天线的位置、功率和驻波等信息。

　　部分测试示意图如图3所示：

　　4.3 软件试验情况

　　(1)场景说明：人为将天线与馈线断开，从而达到模拟室内覆盖系统链路损断或者链路出现故障的现象。

　　(2)网管中心接收到的告警信息包含告警类型、告警时间、告警解除时间、告警号码、告警天线位置和告警内容，如图4所示：

　　(3)监控主机将异常告警发送到相关人员手机：断开1号楼11层天线1的从机后，监控中心及时收到告警信息，并迅速把告警信息发送到预先设置好的代维人员手机上;主机掉电会出现告警，电源恢复后则出现告警解除。

　　4.4 案例小结

　　经过一系列验证和研究，室内分布运维管理系统工作稳定可靠、监测数据准确、能够提供参数设置和查询、告警及时、能同时将告警信息发送到多个维护人员的手机上，并且符合室内覆盖的标准和要求，挂接牢固、走线规范。同时，本次试点也验证了以下功能：

　　(1)实现了室内覆盖系统无源器件的有效监控，故障可定位到室内覆盖天线末梢;

　　(2)当天线断开后，6分钟左右将告警信息发送到相关人员的手机和网管中心;

　　(3)后台网管呈现告警信息，并可通过状态查询，定位出故障天线的楼层和天线号;

　　(4)在网管中心呈现出室内覆盖系统的拓扑结构，方便室内覆盖天线查找和故障定位，自动统计出主机设备下挂的从机个数;

　　(5)系统可实时监测室内覆盖系统的状态;

　　(6)快速发现、定位故障;

　　(7)工程施工方便、工程量小、工期短。

　　5 结论

　　综上所述，室内覆盖监测系统采用RFID技术可以实现对室内覆盖系统的监测。室内覆盖监测系统的引入，具有对信号源设备的功率监测、无源链路的监测和及时告警功能，实现对室内覆盖系统一体化的监测，大幅提高了管理人员对于室内覆盖系统的感知度。

　　参考文献：

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　　[2] Klaus Finkenzeller. 射频识别技术[M]. 吴晓峰，陈大才，译. 北京： 电子工业出版社， 2006.

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