井下無線通信的特點及運用

第第頁井下無線通信的特點及運用0前言目前能源的需求一直居高不下，這就要求國家對于煤炭資源的開采力度逐步加大。同時如何保證礦井安全高效生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)就是建立一套完整有效的無線通信系統(tǒng)，在井下發(fā)生事故時，就能凸顯出這種無線通信技術(shù)的優(yōu)勢。但是，由于井下特殊條件所限，無線電波的傳播遇到很大困難，如設(shè)備制造成本高、抗干擾能力差、攜帶不方便、使用范圍局限性大，這些對于煤礦井下無線通信系統(tǒng)具有一定的影響，值得探索研究。施工中安全是一切的基礎(chǔ)，質(zhì)量是工程的重要保障。對參加施工人員，要進行敬崗愛業(yè)的教育宣傳，強化施工中的安全責任意識，上崗前進行職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。為確保施工質(zhì)量，從選材上、安裝上嚴把質(zhì)量關(guān)。無線市話PHS系統(tǒng)為技術(shù)核心的通信系統(tǒng)，經(jīng)過合理設(shè)計改造，作為井下無線調(diào)度通信系統(tǒng)來說，由于具備一些國家公眾移動電信網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的技術(shù)與設(shè)備的條件，可以根據(jù)煤礦安全技術(shù)標準的條件進行修改、設(shè)計，這樣可以使技術(shù)移植從地面到地下，使得井下無線調(diào)度通信系統(tǒng)成為可能，文中主要針對其中關(guān)鍵技術(shù)進行分析。1無線通信系統(tǒng)的特點及技術(shù)優(yōu)勢作為煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的重要保證，現(xiàn)在煤礦企業(yè)信息化發(fā)展速度很快，基于專門服務(wù)于井下工作地點、特殊行業(yè)的專用無線通信，這種傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)早已經(jīng)不能滿足煤礦企業(yè)生產(chǎn)需要。再加上一些煤礦企業(yè)生產(chǎn)特點，比如，用戶群落少，爆礦專用通信的需求量也十分有限，所以關(guān)注程度不是太高，新設(shè)備與新技術(shù)的發(fā)展往往落后于公眾的通信水平。通過一定的煤礦安全技術(shù)改造，能夠使得無線市話PHS系統(tǒng)（亦稱小靈通系統(tǒng)）應(yīng)用于井下的特殊情況，通過一些核心技術(shù)的改造，可以大大提高井下無線調(diào)度通信系統(tǒng)的發(fā)展。這樣就能加快井下通訊發(fā)展的步伐，提高了服務(wù)的水平與檔次。作為目前電信公網(wǎng)中成熟先進的技術(shù)，無線通信系統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)核更容易掌握，其中的邏輯接口、系統(tǒng)標準、乃至主要結(jié)構(gòu)與無線市話PHS系統(tǒng)相同，設(shè)備的兼容性不存在問題，與傳統(tǒng)井下無線通信設(shè)備相比，具有明顯技術(shù)優(yōu)勢[1,2]：（1）現(xiàn)代公眾無線通信的高技術(shù)平臺為井下無線通信技術(shù)發(fā)展搭建技術(shù)平臺，同時使井下通信裝備能力水平得以提高，力爭趕上地面的通信技術(shù)發(fā)展情況；（2）有線和無線的緊密結(jié)合，可以視為系統(tǒng)的無縫銜接，讓用戶在使用有線的基礎(chǔ)上，利用無線調(diào)度的特點，保證有線和無線通信的一致性，實現(xiàn)礦區(qū)信息通信技術(shù)與大眾通信技術(shù)的結(jié)合，這樣能夠做到統(tǒng)一調(diào)度和指揮；（3）使用當前相關(guān)的無線通信設(shè)備，保證井下通信系統(tǒng)整體的可靠性，性價比也較為合適，而且井下的個人終端能與大眾通訊終端差不多，在方便性方面得以提升，大大提高了井下無線通信的技術(shù)發(fā)展；（4）通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計統(tǒng)一，要求井下無線通信與地面的無線通信相一致，對于個人終端來說，在地面和井下自由漫游已經(jīng)不是問題，接入公眾通訊網(wǎng)也成為可能；（5）支持高密度話務(wù)，這就使得各種場所的覆蓋基本達到要求；（6）大小功率基站混合組網(wǎng)（40mW、10mW）；（7）小功率基站（10mW）遠端供電。2無線調(diào)度通信系統(tǒng)的系統(tǒng)組成一個典型的無線調(diào)度通信系統(tǒng)所包含的網(wǎng)絡(luò)單元來說（以KT30系統(tǒng)為例），包括局端接入設(shè)備（ZF-2000），基站控制器（KTW21），基站（KTW22）等網(wǎng)元，所有網(wǎng)元都符合煤礦的環(huán)境要求，系統(tǒng)電源需要48V直流，2000W功率，見圖1。2.1局端接入設(shè)備（ZF-2000）KT30系統(tǒng)通過局端設(shè)備（ZF-2000）。將中心交換機（PBX）的信號傳遞到遠端服務(wù)區(qū)。該交換機為有線，無線綜合智能數(shù)字調(diào)度交換系統(tǒng)，可實現(xiàn)有線及無線終端的調(diào)度功能。該交換機采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計、逐級分布式控制體系，在這種體系的結(jié)構(gòu)下，系統(tǒng)容量和業(yè)務(wù)功能，可以按照用戶需求靈活配置。合理設(shè)計交換機結(jié)構(gòu)，有利于發(fā)展局端接入設(shè)備的通用性。在擴容時只需要增加相應(yīng)的模塊或板件即可完成擴容，具有多種數(shù)字、模擬中繼接口，通過El與基站控制器建立數(shù)字通信鏈路。2.2基站控制器（KTW21）用來控制和管理基站控制器，可以通過連接線對基站進行饋電，基站控制器通過E1口光纖實現(xiàn)長距離傳輸連接到地面調(diào)度交換機?；究刂破鳎_1）控制相關(guān)的集線處理，包括各基站在服務(wù)區(qū)的電源分配和話音路徑。其中，每個KTW21可控制16個獨立的K'TW22，此次的KTW21控制30個基站，然后由每個K'TW23在用戶端與操作端之間傳遞通信信息。2.3基站（KTW22）PHS協(xié)議與ISND協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換主要在基站中完成，它是作為通信傳輸站從用戶到網(wǎng)絡(luò)以及從網(wǎng)絡(luò)到用戶之間存在著。KTW22基站通過和基站控制器連接的雙絞線傳輸線獲得遠供饋電。根據(jù)不同的使用環(huán)境，可配置不同增益值及方向的天線?；荆↘TW22）可安裝在室內(nèi)或室外，KT30系統(tǒng)由于具有動態(tài)信道分配的功能，這樣就可以使得在無須涉及復(fù)雜的頻率規(guī)劃的前提下，何時都可通過增加概的數(shù)目來實現(xiàn)擴容，并且一般來說，基站控制器與基站距離可達3.5km，并在工程實施中，根據(jù)需要提供現(xiàn)場規(guī)定的支架和防盜要求，同時本基站為防爆基站。2.4用戶單元設(shè)計可選擇有限的移動性來進行KT30系統(tǒng)安裝，這樣就可以即是固定用戶單元，也可以是移動用戶。（1）對于手機（KTW23）來說，一系列的移動服務(wù)功能可以通過KT30系統(tǒng)的無線手機為用戶提供，使得用戶可以在移動過程中持續(xù)呼叫。（2）對于固定用戶單元（ZF-2000）來說，就像普通電話機、傳真機、調(diào)制解調(diào)器等一樣，都是采用元線傳輸鏈路與標準的有線電話接口相連。3線調(diào)度通信系統(tǒng)的具體應(yīng)用以某煤礦作為應(yīng)用實例，在實際應(yīng)用中，井下無線調(diào)度通信系統(tǒng)要保證覆蓋煤礦井下巷道及部分礦區(qū)，確保行政大樓、部分地面生產(chǎn)設(shè)備間、生產(chǎn)設(shè)備的操作間、設(shè)備檢修維護運行區(qū)域、煤礦井下工作面、巷道硐室等場所都能正常使用。如果有系統(tǒng)未能覆蓋到的區(qū)域，可以考慮日后進行系統(tǒng)優(yōu)化。根據(jù)以上的建網(wǎng)要求和覆蓋區(qū)域的地理分布，以KT30系統(tǒng)為例，需要的系統(tǒng)設(shè)備為1套局端接入設(shè)備（ZF-2000），2個基站控制器（2個KTW21），30個小功率基站（40mW-KTW22），主要覆蓋礦區(qū)，并可根據(jù)以后工作需要，系統(tǒng)擴展數(shù)據(jù)功能和用戶擴容。#p#分頁標題#e#3.1設(shè)備安裝分布位置（1）無線基站：采用遠方供電，并且均為防雷基站。采用控制線與主機相連的基站，首要條件就是頻率要符合國家要求。通過采用分區(qū)覆蓋、室外小功率基站組網(wǎng)的方式來進行射頻規(guī)劃，從而保證覆蓋需要區(qū)域并滿足話務(wù)量不同密度分布的要求，附帶優(yōu)先級別見表1。（2）無線調(diào)度交換機：安裝在地面，基站控制器、基站安裝在井下。（3）基站控制器：一般安裝在洞室中，采用交流127V電源供電。通過4根4x2的多芯電纜連接到基站，另一端通過光纖連接到地面，與無線調(diào)度交換機相連。（4）基站一般安裝在巷道中，通過掛鉤懸掛在巷道壁上，基站天線則通過天線架固定在巷道上方，安裝時需保持與頂部的距離，以利于無線電波的傳播?；咎炀€一般采用定向天線，但在岔路口（包括十字路口）可采用全向天線，以利于各個方向的通信。（5）手機隨身攜帶，由于功耗較低，其內(nèi)部電池可使用較長時問，一般15天以上充電1次，充電應(yīng)在地面進行。3.2使用（1）內(nèi)部通話：網(wǎng)內(nèi)手機用戶和固定用戶在基站覆蓋范圍內(nèi)，實現(xiàn)內(nèi)部通話。（2）出中繼：手機或固定調(diào)度電話可呼叫外線電話，實現(xiàn)相互通話。（3）入中繼：外線電話可通過調(diào)度人工或通過電腦話務(wù)員自動呼叫手機或固定調(diào)度電話，實現(xiàn)相互通話。（4）調(diào)度功能：利用調(diào)度臺（電腦調(diào)度臺或鍵盤調(diào)度臺）能實現(xiàn)對無線手機用戶、固定用戶的組呼、群、強拆、強人、會議等調(diào)度功能。3.3網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)計對于此項網(wǎng)管結(jié)構(gòu)來說，基于TCP/IP的SNMP協(xié)議和Client/Server開放式體系結(jié)構(gòu)被采用，包括RT、KTW21、KTW22的網(wǎng)元都是用統(tǒng)一的網(wǎng)管平臺，這樣就能夠保證全面實現(xiàn)對KT30TM系統(tǒng)的操作和維護。同時，還可以在提供Q3協(xié)議接口的基礎(chǔ)上，使得與本地網(wǎng)管中心實現(xiàn)對接。另外，采用模塊化結(jié)構(gòu)進行組織和設(shè)計KT30網(wǎng)管系統(tǒng)，這些網(wǎng)管計算機、本地的局端設(shè)備通過HUB，ETHERNET連接。4結(jié)語由于納入無線通信設(shè)備主流系統(tǒng)，使井下無線通信裝備能同步于地面現(xiàn)代無線通信技術(shù)發(fā)展的步伐，通過建立無線通信系統(tǒng)，使得有線與無線通信系統(tǒng)完美結(jié)合，地面、地下技術(shù)相互滲透，使系統(tǒng)中各種設(shè)備比傳統(tǒng)煤礦井下無線通信系統(tǒng)有更高的可靠性和性能價格比。無線調(diào)度系統(tǒng)除具備移動通信的基本功能以外，還具有人員定位