蜂窝物联网室内分布系统规划策略

傅彬

摘要：蜂窝物联网的应用场景很多出现在室内环境，本文针对该应用场景，对室内通信环境进行了分析，提出了室内分布式系统的重要性，并结合实际蜂窝网络和室内环境的特点提出了室内分布式系统的规划方案。

关键词：蜂窝物联网;室内分布系统;蜂窝网络

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）02-0039-02

0 引言

蜂窝物联网技术是以蜂窝通信为承载的物联网技术，如今蜂窝物联网飞速发展，其应用场景越来越广，特别是在家庭、公司、地下空间等室内环境中有着广泛的应用。但蜂窝网络的信号会受到一定的环境影响，从而影响基于蜂窝技术的物联网设备的通信质量，因此需要构建优良的室内分布系统以解决室内信号质量差的问题，满足实际物联网应用的需求，室内分布系统已成为一项具有实际意义的工程性规划问题。

1 室内环境的特点及分布式系统的意义

对于室外环境，通信信号在传播过程中所受到的阻挡较少，最多的干扰来自不同高楼阻隔而产生的多径干扰，干扰情况较为单一，易于解决，所以室外蜂窝物联网设备的响应通常较好。而对于室内环境来讲，受到墙壁、钢筋结构、的阻隔，以及复杂的房屋结构、室内其他干扰信号等诸多因素的干扰，使得有些室内信号环境非常复杂，通信质量差，而蜂窝物联网需要不断监听信道质量，并选择合适的区段和信道进行通信[1]，通质量差便直接导致蜂窝物联网设备经常产生掉网、不断重连、丢包、延迟等问题，既影响了用户体验，又导致物联网设备长时间处于高功耗的工作状态，影响工作效率的同时增加了設备损耗。

2 室内分布系统的分类

2.1 设备分类

蜂窝物联网的室内分布式系统设计，其信号采用蜂窝网络，特点是通信质量好，延迟小，但是也有着成本较高，建设较难的特点[2]。可以按照建设器材选择的不同分为有源和无源两种分布式系统。

有源系统即采用有源器件，在信号通过有线的方式接入室内后，在不同的环境中需要根据需求使用功率放大器[3]将信号放大，以获得所需要的信号幅度，而功率放大器需要稳定的电源支持，所以称为有源系统，这种方式的优点是信号强度稳定，物联网设备的网络性能能够得到充分的保证，但是缺点是功耗较大，并且建设难度、维护难度较高，并且由于功率放大器自身的非线性特点，导致信号可能夹杂一定的噪声，造成一些失真。

无源系统则直接通过有线的方式将基站信号分级接入不同的室内空间，不需要电源的支持，只需要功分器等简单无源器件就能实现，优点是建设难度低，维护简单，不会影响信号本身质量，但缺点是由于信号在每个区域经过了不同程度的衰减，导致不同室内区域的信号强度不统一，可能会对蜂窝物联网设备的工作产生一定的影响，但是其安全程度是远远大于有源系统的，较为可靠，适用于对可靠性要求较高的小型场所。

2.2 线材分类

室内分布系统本质上是通过有线的方式延长或者放大基站的无线信号范围和强度，所以再线材选择上的差异也会一定程度上影响系统规划的效果。在线材的选择上，一般有三种选择：同轴电缆、光纤和泄露电缆。

3 针对蜂窝物联网的室内分布式系统规划须考虑的问题

（1） 室内环境中蜂窝物联网设备的数量，以及不同设备通信时的吞吐量，这样可以分析和预估在一片室内区域的通信总量的需求，以免满足不了所有设备同时工作的需求。

（2） 需要分析在不同室内区域中蜂窝物联网设备对信号质量的要求，不同的物联网设备需要不同程度的信号强度、通信延迟来支撑，比如安保摄像头需要更低的延迟和更高的通信质量来保证图像的实时传输，而家居系统则可以以较宽松的信号环境来建设，这样以达到保证性能、合理分配资源、减少成本的目的。

（3） 需要提前了解在室内不同区域中的现有信号强度，以达到针对性加强的目的，面对信号非常弱的区域可以采用有源系统的规划方式。

4 室内分布式系统规划案例

（1） 在信号不太稳定但整体通信环境较好的室内环境中，如公司、学校的高层室内环境，由于蜂窝网络本身具有较好的通信质量和较低的延迟，因此可以直接使用微蜂窝基站作为物联网设备的中转站，就可以保证良好的通信质量。以微蜂窝基站为信号源，利用功分器实现室内不同区域覆盖的示意图如图1所示。

（2） 在类似地下室，隧道等信号较为微弱的区域，室内分布系统可以采用前文提出的有线规划方法，利用电缆或光纤将强度较好的室外基站信号接入室内，建设微基站以解决信号弱、覆盖不全面的问题。

（3） 在面积较小，蜂窝物联网设备较少的室内场合，可以采用无源室内分布式系统，以较低的成本满足较少的通信需求。

在针对不同场合设计好室内分布系统之后，还需要进行测试，对不同蜂窝物联网设备的连通率、通信质量、掉网率进行测试，并测试室内的信号覆盖程度和受干扰程度。对于具有移动需求的蜂窝物联网设备，还需要测试在该环境汇总是否能够正常地切换网络。

5 结语

本文在分析和介绍室内分布系统对蜂窝物联网的意义和作用的基础上，提出了根据设备划分提出无源系统和有源系统两种，根据线材的不同提出了同轴电缆、光纤和泄露电缆三种系统。然后针对蜂窝物联网室内分布式系统所面对的问题，结合不同实际场景的需求，给出了不同的规划案例，保证了蜂窝物联网设备能在不同环境中正常、可靠地工作。

参考文献

[1] Ratasuk R， Vejlgaard B， Mangalvedhe N， et a1 NB-IoT system for M2M communication[C]//Wireless Communications and Networking Conference（WCNC）， IEEE，2016：1.5.

[2] 赵长奎.GSM数字移动通信应用系统[M].北京：国防工业出版社，2001.

[3] 塞尔.无线通信设备与系统设计大全[M].北京：人民邮电出版社，2004.

Cellular Internet of Things Indoor Distribution System Planning Strategy

FU Bin

（Guangdong Southern Telecom Planning Consulting Design Institute Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong 518038）

Abstract：Many application scenarios of cellular Internet of Things appear in indoor environment. This paper analyzes the indoor communication environment for this application scenario， and puts forward the importance of indoor distributed system， and puts forward the characteristics of actual cellular network and indoor environment. Planning scheme for indoor distributed systems.

Key words：cellular Internet of Things; indoor distribution system; cellular network