研究与探讨
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2018年第9期
收稿日期：2018-04-14
Research and Application of Smart Indoor Distributed System
室内信号覆盖质量已成为运营商建网的关键，传统的无源分布系统已经无法满足智能化网络需求，因此提出了智慧室分系统，该系统基于RFID 和BLE 技术，具备室分系统故障监控、室内精准定位和室内弱覆盖分析能力。现网应用效果表明：智慧室分系统可有效监控故障，对于现网KPI 无影响，室内定位精度约7 m ，室内弱覆盖分析粒度提升至室分天线级别。室分；室内定位；弱覆盖；RFID ；BLE The quality of indoor signal coverage has become the key point for operators. The traditional passive distributed system is not able to meet the requirements of the intelligent network. Therefore, the smart indoor distributed system based on RFID and BLE techniques is proposed in this paper, which has the
capabilities of indoor distributed system fault monitoring, precise indoor positioning and indoor weak coverage analysis. The application effect in existing networks demonstrates that the proposed smart indoor distributed system can effectively monitor faults, achieve the positioning accuracy about 7 meters and enhance the analysis granularity of indoor weak coverage to the level of indoor distributed antenna without affecting KPI in existing networks. indoor distribution; indoor positioning; weak coverage; RFID; BLE
（中国移动通信有限公司研究院，北京 100053）
(China Mobile Research Institute Co., Ltd., Beijing 100053, China)
【摘 要】【关键词】
张欣旺，曹景阳，徐飞，王大鹏，闫渊，王东，许灵军
ZHANG Xinwang, CAO Jingyang, XU Fei, WANG Dapeng, YAN Yuan, WANG Dong, XU Lingjun
[Abstract]
[Key words]
1 引言
伴随着铁塔公司成立，运营商在室外站址资源方面的差异逐渐缩小，室内信号覆盖质量已成为运营商争夺用户的关键因素。据统计，4G 时代80%移动业务主要发生在室内环境，考虑到5G 时代移动业务的多样性，该数据有望增长到85%[1]，而传统无源分布系统已
经无法满足运营商对于室内覆盖网络的智能化需求。
目前室分系统 故障多使用驻波仪进行排查，通过分析驻波比发现并定位系统故障点，测试期间需要闭站处理，对于现网正常运行有一定影响[2~3]。业界出现过基于“传感器端子”的监控方案[4~5]，由于每段射频同轴电缆均需要增加“传感器端子”，造成该方案施工复杂，成本高昂，并未得到广泛应用。
室内弱覆盖是无源室分系统的主要问题之一[6]，由于设计不合理、施工不到位，目前室内弱覆盖已经
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.09.009 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2018)09-0046-06引用格式：张欣旺，曹景阳，徐飞，等. 智慧室分系统研究及应用[J]. 移动通信, 2018,42(9): 46-51.
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是运营商投诉率的高发区域。目前业界厂家通过MR （Measurement Report ，测量报告）+OTT （Over The Top
）方式进行室内弱覆盖评估，分析粒度仅为建筑物级别，很难满足网络维护需求。
本文提出了智慧室分系统，继承了无源分布系统的优势，弥补了无源分布系统的劣势，使其可以满足运营商智能化室内网络需求。
2 主流室内覆盖解决方案
目前室内覆盖解决方案主要分为无源方案和有源方案两大类。无源方案以无源分布系统为代表，运营商在2G 、3G 和4G 时代广为使用。2G/3G/4G 信源通过合路后馈入无源分布系统，其全部由无源器件组成，包括合路器、功分器、耦合器、负载、射频同轴电缆和室分天线。
有源方案以分布式皮系统为代表，适用于大容量、空旷的室内场景[7~8]。信源端由BBU （Base Band Unit ，基带单元）和集线器组成，信号末端是有源室分天线，信号传输媒介替换为LAN （Local Area Network ，局域网）网线。表1从不同角度对比分析了两种室内覆盖解决方案的优劣势[9]
：
表1 无源分布系统与分布式皮系统优劣势对比
性能无源分布系统分布式皮系统系统扩展性支持0.8 GHz —2.7 GHz 以内
任意系统
仅支持特定系统故障率无源器件故障率低
有源设备故障率高
能耗效率30%~40%1%~2%容量扩展性增加载波数量
增加小区数量
可监控性不支持支持室内定位能力不支持支持室内弱覆盖分析
不支持
支持
相比分布式皮系统，无源分布系统在系统扩展性、故障率和能耗效率三方面处于优势，在可监控
性、室内定位能力和室内弱覆盖分析三方面处于劣势。本文提出了智慧室分系统，其同时具备无源分布系统和分布式皮系统共六方面的优势，为运营商提供一种高性价比的室内覆盖解决方案。
3 智慧室分系统及其主要功能
智慧室分系统是将R F I D （R a d i o F r e q u e n c y Identification ，射频识别）和BLE （Bluetooth Low Energy ，低功耗蓝牙）两种智能硬件技术与无源分布系统相融合，使其支持室分系统故障监控、室内定位能力和室内弱覆盖分析，系统架构图如图1所示。相比于无源分布系统，智慧室分系统仅在信源处增加支持RFID 和BLE 技术的智慧网关，采用支持RFID 和BLE 通
道的新型合路器馈入无源分布系统，并在系统末端处将室分天线替换为支持RFID 和BLE 的智慧室分天线。对于新建场景而言，系统安装施工量与无源分 布系统几乎相同；对于改造场景而言，仅需要替换信源端合路器和末端室分天线，改造施工量很小。
图1 智慧室分系统架构简化示意图
合器和新型合路器返回RFID 读卡器。由于每个RFID 标签具有唯一ID 信息，集成了RFID 标签的智慧室分天线也具有了H z —
频
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RFID 标签有应答，可能故障点为ANT-1天线及其相连的射频同轴电缆。
（
2）故障2：A N T-2 R F I D 标签无应答，其余RFID 标签有应答，可能故障点为ANT-2天线及其相连的射频同轴电缆。
（3）故障3：A N T-3 R F I D 标签无应答，其余RFID 标签有应答，可能故障点为ANT-3天线及其相连的射频同轴电缆。
（4）故障4：A N T-1和A N T-2标
签无应答，ANT-3标签有应答，考虑到两个天线同时发生故障概率较低，推断其上一级的功分器及其上连同轴电缆发生故障的概率最高。
（5）故障5：
ANT-1、ANT-2和ANT-3标签均无应答，考虑到三个天线同时发生故障概率较低，推断其上一级的耦合器及其上连同轴电缆发生故障的概率最高。
原理图，智慧网关内部的蓝牙网关可以监控蓝牙信标工作状态，修改其配置信息。
图3 基于智慧室分天线的室内定位原理图
智慧室分天线内部集成了蓝牙定位信标，假设目标物体的室内坐标为（x , y ），三个智慧室分天线的室内坐标分别为（x 1, y 1），（x 2, y 2）和（x 3, y 3），目标物体通过接收三个蓝牙定位信标发射的广播信号功率值计算出三个相对距离d 1，d 2和d 3，那么根据三边测量法可以计算出目标物体的室内坐标如公式(1)所示：
1
2222
22131313
133122222223231323322()2()2()2()x x y y x x x y y d d x x y y y x x y y d d −−− −+−+− = −−−+−+−
(1)
相比于独立放装式蓝牙定位系统，智慧室分系统具有如下三方面优势，为运营商提供了一张“电信级”室内定位网络。
（1）低成本：蓝牙定位信标集成在室分天线内部，运营商在搭建室内通信网络过程中同时完成了室
图2 室分系统故障监控原理图
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内定位网络搭建，大幅降低了施工安装成本。
（2）高可靠：蓝牙定位信标集成在室分天线内部，有效避免了人为损害的情况，蓝牙网关可以实时监控蓝牙信标工作状态，确保定位网络正常运行。
（3）长寿命：室分天线内部有大量空间用于安装大容量电池组件，确保蓝牙定位信标长期正常工作，延长室内定位网络使用寿命。
3.3 室内弱覆盖分析
内置蓝牙定位信标的智慧室分天线提供了室内位置信息，终端借助时间戳将收集到的网络性能参数与室内位置相关联，最终获得室内弱覆盖分析数据。如表3所示，假设某一时刻，终端收集到三个蓝牙定位信标的MAC 地址和RSSI （Received Signal Strength Indication ，接收信号强度指示）值，以及网络性能参数RSRP 和SINR 。根据小区定位原理，RSSI 值越大表示距离对应蓝牙信标 位置越近，可以近似看作属于该小区范围内。根据表3数据可知，T 1时刻终端处于蓝牙信标1的小区范围内，获得的RSRP1和SINR1对应该小
区网络性能参数。基于上述方案，室内弱覆盖分析精度从原先建筑物级别大幅提升到室分天线级别，提升了室内弱覆盖分析精度。
4 智慧室分系统现网应用效果
4.1 室分系统故障监控
智慧室分系统仅需要更换系统末端室分天线，施工便捷，目前已经应用于全国9个省份的实际现网中，累计安装561副智慧室分天线，发现了27处现网无源器件故障，充分验证了监控效果。考虑到无源分布系统从信源至室分天线口的链路损耗通常不大于27 dB [11]，智慧室分系统最大可支持的链路损耗值为30 dB ，留出3 dB 设计余量。考虑引入智慧室分系统后不要影响现网KPI （Key Performance Indicator ，关键性能指示）指标，智慧室分天线的技术指标（例如不圆度、驻波、互调等）与现有无源室分天线的技术指标保持一致。表4、表5为某省引入智慧室分系统后，现网2G 和
表3 室内弱覆盖收集数据
时刻蓝牙信标1蓝牙信标2蓝牙信标3网络性能参数T 1MAC 1RSSI ：-60MAC 2RSSI ：-70MAC 3RSSI ：-80RSRP 1SINR 1T 2MAC 1RSSI ：-70MAC 2RSSI ：-80MAC 3RSSI ：-60RSRP 2SINR 2T 3
MAC 1
RSSI ：-80
MAC 2
RSSI ：-60
MAC 3
RSSI ：-70
RSRP 3
SINR 3
表4 某省引入智慧室分系统前后2G 网络KPI 数据对比
2G 网络KPI TCH 话务量/ERL
无线接通率/%
无线掉话率/%
数据业务流量/MB
TBF 建立成功率/%
替换前15天（日平均） 2.5699.990.0115.0298.76替换后15天（日平均）
2.80
99.86
0.01
16.16
98.52
表5 某省引入智慧室分系统前后4G 网络KPI 数据对比
4G 网络KPI RRC 连接建立
完成率/%
E-RAB 建立完成率/%PDCP 层下行总吞吐量/GB
PDCP 层上行总吞吐量/GB
小区内的最大用户数替换前15天（日平均）99.8499.9684.3517.2645.53替换后15天（日平均）
99.82
99.98
100.83
19.01
46.88
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4G 的KPI 指标测试数据对比，可以发现智慧室分系统对于现网KPI 无影响。
4.2 室内定位能力
智慧室分系统基于BLE 技术可以提供室内定位能力，图4为进行室内定位精度测试的室内平面图，其中红数字圆圈（1~18号）为智慧室分天线布放位置，蓝数字圆圈（19~37号）为补充测试点位置。通过室内路测获取测量位置数据，并与真实位置数据进行对比，分析出来1~37号测试点位的室内定位精度，如图5所示。其中，1~18号测试点的误差均值小于0.1 m ，可以看作“好点”；21、22、24、26、29、30、32、33号测试点的误差均值小于7 m ，可以看作“中点”；19、20、23、25、27、28、31、34、35、36、37号测试点 的误差均值大于7 m ，可以看作“差点”。
图4 室内定位精度测试环境地图
图5 室内定位精度测试结果
4.3 室内弱覆盖分析
基于智慧室分系统提供的室内位置锚点信息，通过智能终端就可以实现室内弱覆盖数据收集，某省测试结果如图6所示。以收集到BLE 广播信号的RSSI 值为判断依据，路测数据被分配到对应智慧室分天线覆盖区域内，可以获取到每个室分天线附近的信号覆 盖情况，相比现有方案其分析精度大为提升，可指导现网人员进行室内弱覆盖排障，大幅提升了弱覆盖定位效率。
图6 某省室内弱覆盖测试结果
4.4 经济效益测算
根据某省反馈情况，智慧室分系统从维护和优化方面降低了人工成本，产生了较好的经济效益。按照普通规模的室内站点代维巡检以及室分故障排查的费用测算，一年费用约为2 500元，人工优化测试费用一年500元左右，按照全区5 000多个室分站点测算，每年可以节约人工维护成本约150万元。
5 结束语
本论文分析了智慧室分系统提供的室分系统故障监控、室内定位能力和室内弱覆盖分析三个主要功能，介绍了三个现网应用案例，验证了智慧室分系统
测试点位
0 5 10 15 20 25 30 35 40
141210876420
实测值误差均值/m
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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