煤矿井下通信体系研究.doc

煤矿井下通信体系研究 煤矿井下通信系统是矿井安全防护及生产调度必不可少的设施，是矿井信息化和安全生产管理的重要组成部分。将无线通信系统技术应用于煤矿企业，提高井下无线通信水平，加快井下通信发展步伐，为煤矿安全生产、提高生产效率、提高企业的管理水平搭建起有效的信息平台，成为煤矿无线通信发展的重要任务。由于井下环境差，巷道分布多，干扰信号源多，对无线的发展障碍比较大，早期我国井下通信主要为有线方式。随着无线通信技术的日新月异，煤矿井下无线通信技术也得到了迅速发展。煤矿无线通信主要有以下方式 1 超低频透地通信 超低频透地通信系统是以大地为电磁波传播媒介、无线电波穿透大地的无线电通信方式。主要产品是澳大利亚开发的PED 井下无线通信与急救系统，90 年代进入我国煤炭领域。该系统主要应用于井下急救，即在紧急情况发生、其它通信方式完全中断时，通过 PED 系统发射系统，使其超低频信号穿透岩层到达井下任何位置，迅速有效地与井下人员通信。该系统可靠性高，但缺点是信道容量小，不能用于语音等需要较大信道容量的通信，只能用于传呼、简单遥控等，而且电磁干扰大，特别是 50 Hz 工频干扰对特低频透地通信干扰严重。另外，透地通信系统需要在地面架设长达数千米的天线，限制了该方法的应用。 2 中频感应通信 中频感应通信系统借助专用感应线，利用无线电波感应场引导电磁波传输，频率选择在中低频。主要产品是南非的 RB2000，90 年代末进入我国煤炭领域。该系统投资费用低，小范围内信道稳定，设备携带方便，采用中低频感应操作，可在井下恶劣环境中锁定最佳的通信波段，输出高强度信号；系统采用导频抑噪技术，在噪音较高的电磁环境中使用且通话效果十分清晰。但缺点是靠近感应体通信效果好，稍远离感应体信道不稳定，感应通信受受巷道内导体影响较大，信道性能不稳定，通信距离一般不大于2m ，信道容量小，电磁干扰强。 3 漏泄通信 漏泄通信系统利用漏泄电缆的漏泄原理实现矿井无线电通信，系统采用超高频进行无线通信。漏泄通信主要应用于90 年代，主要产品为加拿大的 FLEXCOM。该系统具有信道较稳定、电磁干扰较小等优点。但缺点是漏泄电缆上每隔350 m 需加 1 个中继器，使系统的可靠性变差，任一中继器和电缆故障将会造成该中继器以下的部分系统瘫痪。并且随着中继器的增加，噪音易累加，信号容易失真。系统的各个通道指定用于固定的设备，信道利用率不高。 4 PHS 通信 PHS又名无线市话 PAS，它基于成熟的城市无线PHS（小灵通）技术之上，采用微蜂窝技术，利用定向天线及全向天线，以无线方式接入固定电话网，依托固定电话网提供通信服务。矿井 PHS 通信系统由基站控制器、基站、局端设备、本安型手机、网管计算机等组成。PHS 通信系统从 2003 年进入煤炭领域，主要用于煤矿井上、井下语音通信及人员定位，具有安装简单，维护成本低，通话质量好的优点。但其无线信号的发射和接收受基站无线信号的传输距离及井下巷道状况的限制。随着公网小灵通的退市，PHS 通信系统的发展已停滞。 5 CDMA 通信 矿用 CDMA（大灵通） 通信系统是基于地面成熟的CDMA技术的产品，它属于大蜂窝通信体制，采用定向天线、全向天线及泄漏电缆 3 种井下覆盖方式，主要由地面机柜、基站控制器、基站、无线耦合器、无线功分器、漏泄电缆、本安手机等组成。矿用 CDMA（大灵通）通信系统从2008 年进入煤炭领域，系统单基站业务信道多、语音通话质量好、组网通信规范严格、移动切换呼通率高，具有信号稳定，移动性好，抗干扰能力强，支持无线高速分组数据业务，对巷道状况要求低等优点。但缺点是系统占用设备较多，安装、维护繁琐，造假较高，但是它存在着功能单一、协议标准化差、抗灾变能力差的缺点。 6 WIFI 通信 矿用 WIFI无线通信系统采用无线微蜂窝覆盖技术和WIFI移动通信技术，实现了基于千兆环网的定位、语音通信及监测信息的无线综合传输。该系统由 IP PBX软交换设备、网关设备、矿用无线通信基站、WIFI 手机、直流稳压电源组成。WIFI无线通信系统采用集中式管理，分布式组网架构，造价低，具有强大的移动性，能够适应各类调度终端，语音系统容量大，可以实现综合数据业务的扩展。但其缺点是WIFI 手机跨基站断话和大规模组网能力差，多用户同时通话时语音严重滞后，甚至影响呼叫，语音传输技术采用有损压缩算法，通话质量失真，快速移动通信时会严重影响通信距离。所以，该技术作为矿井无线通信与生产调度应用，其市场狭窄。但由于 WIFI具有宽带数据接入和以太网传输的强大功能，因此，把它作为煤矿综合自动化监控数据传输、光纤环网对接和多网合一的网关设备应用，是较好的宽带数据通讯解决方案，是当前煤矿无线通信的主流技术。 7 XGP（新一代 PHS） XGP是全球第四代移动通信的技术平台之一，XGP技术综合了传统矿井小灵通移动语音组网通信质量好和WIFI宽带数据接入传输能力强的优势，实现了语音视频数据的并网传输。XGP 系统中的基站、基站控制器和移动交换机全部依赖以太网平台传输，可直接与井下光纤环网无缝对接，实现了全网一体化统一通信，组网能力强，语音通话质量好，支持手机主动精确定位，定位精度可达20米。XGP 技术最大的亮点是国内首创支持基于手机平台操作的移动指挥调度，是真正意义上的移动生产调度系统。从矿井无线通讯技术与市场长期发展演变的角度看，XGP无论从技术标准性、开放性、继承性，产品成熟性、可靠性、实用性等方面综合分析，应成为时下煤矿无线通信领域的最主流解决方案选择。 总之，当前煤矿无线通信系统基本能满足矿井无线通信的要求，但是，随着煤矿生产自动化和信息化程度的提高，传统的数据和语音通信，必将不能满足煤矿安全生产和无线可视多媒体服务的需要。这就需要采用全新的网络结构及全新的无线传输理论与技术，构建矿井宽带化综合通信系统，实现井下各种有线和无线监视、监测、语音信息的传输。