煤礦無線通訊技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

黃璐

（百色百礦集團(tuán)有限公司 廣西百色 533000）

煤礦無線通訊技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

黃璐

（百色百礦集團(tuán)有限公司 廣西百色 533000）

在煤礦的開采作業(yè)中，通訊技術(shù)的作用越來越明顯，在實(shí)際的開采過程中，通訊技術(shù)不僅能夠保證煤礦的生產(chǎn)的正常進(jìn)行，還保障了煤礦作業(yè)人員的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。企業(yè)想要提升煤礦生產(chǎn)安全水平的話，采用先進(jìn)的無線通訊技術(shù)不失為一種有效的方法。本文將介紹現(xiàn)下國內(nèi)煤礦中較常用的無線通訊技術(shù)，并對(duì)其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以供各位讀者閱讀參考。

無線通訊技術(shù)；煤礦；正交頻分復(fù)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)于煤礦能源的需求不斷上漲，現(xiàn)在很多企業(yè)都把提高煤礦生產(chǎn)量和提升作業(yè)水平作為企業(yè)的第一要?jiǎng)?wù)，卻在作業(yè)人員的相互聯(lián)系上遇到了困難。在煤礦作業(yè)點(diǎn)分布較為分散且井下巷道十分復(fù)雜的情況下，保持良好的通訊聯(lián)系對(duì)于保證施工的正常進(jìn)行十分重要，除此之外，無線通訊技術(shù)還可以為搶險(xiǎn)救災(zāi)的井下作業(yè)提供基礎(chǔ)，為施工人員的生命安全提供保障。保持良好的信息交流，能在一定程度上避免煤礦事故的發(fā)生，也能夠在突發(fā)情況發(fā)生的時(shí)候與井下的工作人員取得聯(lián)系，從而降低安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。因此煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)采取措施，投入資金來改進(jìn)無線通訊技術(shù)，提升煤礦作業(yè)整體的通信水平。

1 國內(nèi)煤礦產(chǎn)業(yè)的通訊現(xiàn)狀概述

1.1 漏泄技術(shù)

漏泄技術(shù)主要是通過電纜對(duì)于信號(hào)的雙向傳播來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)送，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收與處理的站臺(tái)、電纜、雙向的繼電器設(shè)備和手持電子終端之間進(jìn)行信息的傳送。漏泄技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著我國煤礦生產(chǎn)中傳統(tǒng)的有線防爆電話式通訊時(shí)代正式退出歷史舞臺(tái)，使得井下井上的施工人員的通信變得更加方便、快捷，信息的傳遞更加及時(shí)，雖然不能對(duì)井下的施工人員進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，不利于后期的救援及其他工作的實(shí)施，但漏泄技術(shù)為現(xiàn)代的無線通訊技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 井下小靈通

井下小靈通比漏泄技術(shù)擁有更強(qiáng)的系統(tǒng)性，能夠通信的終端數(shù)量也得到了極大的增加，信號(hào)的傳輸質(zhì)量也有所提高。在井下巷道相對(duì)比較復(fù)雜的情況下，小靈通技術(shù)的應(yīng)用使得井下的施工人員的交流質(zhì)變得更加方便，因而對(duì)生產(chǎn)效率有極大的加成作用。另外，井下小靈通系統(tǒng)的成本及后期的維護(hù)費(fèi)用較低，不會(huì)為煤礦企業(yè)帶來過重的通信負(fù)擔(dān)。但小靈通技術(shù)也有其自身的局限性，如：無法開展無線寬帶業(yè)務(wù)，后期的發(fā)展前景較弱，難以進(jìn)行全面、復(fù)雜的業(yè)務(wù)的實(shí)行，不能滿足企業(yè)更高的要求等。

1.3 WiFi技術(shù)

相比于前兩種通信技術(shù)，WiFi通信技術(shù)有著更加優(yōu)越的信號(hào)接受與處理能力，且在將通信接入互聯(lián)網(wǎng)之后，能夠接收的終端類型更多，使用方式靈活且成本更加低廉，因此受到了煤礦企業(yè)的青睞。但在如今數(shù)字化通訊的大環(huán)境下，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的WiFi技術(shù)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的市場需求，因此催生了更先進(jìn)的通訊技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

2 煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用的新型無線通訊技術(shù)

2.1 拓展的WiFi技術(shù)

以mesh系統(tǒng)進(jìn)行組成的WiFi通訊技術(shù)可以將企業(yè)的VPN引入整個(gè)通訊系統(tǒng)，與前文提到的WiFi語音不同的是，拓展的WiFi技術(shù)可以支持寬帶業(yè)務(wù)，因而可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。在這種環(huán)境下，每一個(gè)無線設(shè)備都可以充當(dāng)AP或者RE peater，并且可以與其他電子終端保持信號(hào)雙向傳播。這種技術(shù)解決了信道擁堵的問題，當(dāng)某一個(gè)AP出現(xiàn)信靠不暢的情況，發(fā)射信號(hào)的設(shè)備會(huì)選擇信息流量相對(duì)較少的其他站點(diǎn)繼續(xù)信號(hào)的傳輸，當(dāng)今的處理速度可以保證信息在中途不出現(xiàn)中斷流暢地到達(dá)目標(biāo)設(shè)備。mesh優(yōu)于一般無線接入點(diǎn)的地方在于，它可以根據(jù)所處的位置和內(nèi)部模塊的組合情況來確定其中的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的作用。

2.2 WIMAX全球微波接入互操作性技術(shù)

WIMAX通信技術(shù)是通過寬帶無線接入城域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)質(zhì)量較高，對(duì)于移動(dòng)中的信號(hào)有著較好的支持能力，對(duì)信息的傳輸速率也很高。雖然國內(nèi)對(duì)于這種技術(shù)的應(yīng)用還處于一個(gè)較低的水平，但其較為完善的遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸能力和多媒體的無線通信水平可以很好地滿足煤礦作業(yè)中的通訊需求。

WiFi與WIMAX相比較：

WiFi與WIMAX之間由很多相似的部分，尤其在高速無線數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域都是不可或缺的技術(shù)，兩者在使用效果上相似，功能上互補(bǔ)，且互有融合的部分，但無法完全相互取代。二者在煤礦中的應(yīng)用上，最大的不同既是覆蓋范圍的區(qū)別。WiFi的信號(hào)覆蓋范圍約為300～500m，較適合于無線局域網(wǎng)環(huán)境中使用，而WIMAX的信號(hào)覆蓋范圍約為3000～5000m，可以在各種煤礦專網(wǎng)的環(huán)境下使用。

而就目前的技術(shù)而言，WiFi的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)先于WIMAX，因此使用的效果更好，然而在未來二者向著更高的帶寬、更好的安全性和更強(qiáng)的兼容性發(fā)展之后，WIMAX無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用前景更好。

2.3 Fem tocell技術(shù)

Fem tocell最初用于家庭環(huán)境中的電子終端產(chǎn)品，但隨著研究的深入，F(xiàn)em tocell的潛力被發(fā)掘出來，該種技術(shù)與ADSL調(diào)制解調(diào)器類似，具有發(fā)射功率小，安裝便利，配置便利，即插即用等特點(diǎn)。在煤炭、石油等行業(yè)中井下環(huán)境復(fù)雜，巷道曲折，因此可以設(shè)置多個(gè)Fem tocell的信號(hào)發(fā)射點(diǎn)，將工業(yè)以太網(wǎng)與地面主系統(tǒng)相連，從而架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的Fem tocell網(wǎng)絡(luò)從而實(shí)現(xiàn)井上與井下的通信需求。Fem tocell的硬件結(jié)構(gòu)包括Node B（指移動(dòng)基站，包括控制子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、射頻子系統(tǒng)、中頻/基帶子系統(tǒng)和天饋?zhàn)酉到y(tǒng)等）和RNC的功能，可以通過Uu接口和UE通信；并且可以通過Iuh接口經(jīng)礦區(qū)寬帶承載網(wǎng)與Fem tocell網(wǎng)關(guān)相聯(lián)系，最后通過Iu接口與核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

但目前煤礦施工過程中Fem tocell的應(yīng)用還存在一定的限制：

（1）單個(gè)Fem tocell的覆蓋面積有限，且能夠搭載的終端數(shù)量最多只有4～6個(gè)，因此在礦井面積較大的大中型煤礦中，需要部署的Fem tocell的數(shù)量很多，這不僅增加了購置設(shè)備的成本，還會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜程度呈指數(shù)型上升，在數(shù)量上升到一定程度時(shí)，每一個(gè)Fem tocell之間的信號(hào)干擾會(huì)變強(qiáng)，因此會(huì)對(duì)整體的訊息通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。

（2）國內(nèi)的Fem tocell同步主要通過GPS來完成，但在煤礦作業(yè)的井下，一般礦井的深度都超過300m，最大的井深可以超過1000m，在這種情況下，礦井中的電子設(shè)備幾乎不可能受到GPS信號(hào)。因此想要在煤礦中應(yīng)用Fem toell技術(shù)，就要開發(fā)不必依賴于GPS的同步技術(shù)。

（3）現(xiàn)在的技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)手機(jī)在Fem tocell網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的優(yōu)選問題，也就是說，在手機(jī)新進(jìn)入一個(gè)Fem tocell的覆蓋區(qū)域中時(shí)，無法從原有的網(wǎng)絡(luò)鏈接中自動(dòng)斷開并連接信號(hào)較強(qiáng)的新網(wǎng)絡(luò)，在離開Fem tocell覆蓋區(qū)域時(shí)，也不會(huì)自動(dòng)切換到宏網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)煤礦中的Fem tocell網(wǎng)絡(luò)數(shù)量很多的情況下，就會(huì)嚴(yán)重影響施工中的通信質(zhì)量與通信效率。

2.4 3G無線通信技術(shù)（TD-SCDMA）

TD-SCDMA技術(shù)是當(dāng)今煤礦井下移動(dòng)通信設(shè)備中較為新興且發(fā)展迅速的新技術(shù)，不僅能夠解決移動(dòng)中的語音業(yè)務(wù)，還能夠滿足視頻通話、短信、彩信等業(yè)務(wù)功能的需求。在2M Bit的移動(dòng)上網(wǎng)速率的條件下，可以完成大部分無線寬帶業(yè)務(wù)，如：

TD-SCDMA的優(yōu)勢有：

（1）系統(tǒng)容量上限高，通訊效果好。TD-SCDMA系統(tǒng)能夠搭載的最大用戶上限為23個(gè)，因此單個(gè)終端所能支持的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上文提到的其他無線通訊技術(shù)。另外，由于TD-SCDMA系統(tǒng)的語音編碼方式是最先進(jìn)的AMR方式，因此通話質(zhì)量與語音清晰度也十分優(yōu)越。

（2）自干擾效果小。一般來說CDMA系統(tǒng)都存在呼吸效應(yīng)，也就是隨著用戶數(shù)量的增加，通訊信號(hào)覆蓋半徑收縮的現(xiàn)象。而TD-SCDMA系統(tǒng)不存在呼吸效應(yīng)，當(dāng)其用戶數(shù)量增加明顯的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量幾乎不會(huì)受到用戶產(chǎn)生的自干擾，也就是說TD-SCDMA的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作有著更高的效率。

（3）在煤礦無線通信專網(wǎng)中占據(jù)長期領(lǐng)先地位。目前在煤礦中普遍使用的小靈通通信系統(tǒng)存在無法升級(jí)換代的問題，而WiFi通信技術(shù)也有無法演進(jìn)的特點(diǎn)，而TD-SCDMA技術(shù)可以隨時(shí)快速地升級(jí)，新的技術(shù)與編碼可以很方面地移植入煤炭通信系統(tǒng)中，這避免了傳統(tǒng)無線通信技術(shù)難以更新?lián)Q代的短板，為煤礦的無線通信技術(shù)的先進(jìn)性與可持續(xù)性奠定了基礎(chǔ)。

表1 礦用無線產(chǎn)品技術(shù)性能對(duì)比

（4）起源于公網(wǎng)。TD-SCDMA技術(shù)起源于公網(wǎng)，因此可以與公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，接入TD-SCDMA的任何一部終端都可以與公網(wǎng)中的其他電子終端進(jìn)行通信。且對(duì)于TD-SCDMA系統(tǒng)，國家劃分了專用的頻段，因此穩(wěn)定性和安全性較好，不易與其他頻段的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互夾雜，產(chǎn)生干擾。另外，國內(nèi)的3G技術(shù)已經(jīng)較為成熟，已有技術(shù)水平較高的產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行運(yùn)作，因此對(duì)于煤礦中的TD-SCDMA技術(shù)運(yùn)用是較好的技術(shù)儲(chǔ)備與專業(yè)基礎(chǔ)，利于其不斷的發(fā)展與改進(jìn)。

3 結(jié)束語

之所以要提高煤礦企業(yè)的無線通信技術(shù)，是因?yàn)閲鴥?nèi)的煤礦生產(chǎn)仍存在木桶效應(yīng)，只有將相比于生產(chǎn)能力較為落后的通信技術(shù)的“短板”提升上來，才能讓生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。綜上所述，煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)提高井下通訊技術(shù)水平，采用更加先進(jìn)的無線通信技術(shù)，從而保證煤礦施工工作的正常安全地進(jìn)行。本文對(duì)國內(nèi)的煤礦無線通信技術(shù)進(jìn)行了介紹與比較，分析了各自的應(yīng)用現(xiàn)狀與使用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，最終得出了在煤礦生產(chǎn)的井下作業(yè)中配置TD-SCDMA無線通訊技術(shù)是較好的選擇，擁有強(qiáng)大的業(yè)務(wù)能力和廣闊的發(fā)展前景。

[1]陳瑋，熊良才.基于無線局域網(wǎng)的煤礦鋼帶機(jī)遠(yuǎn)程巡檢監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)用[J].機(jī)械與電子，2012（3）：55～57.

[2]劉進(jìn)，李強(qiáng)，尹承山，等.SNTS無線測溫系統(tǒng)在翟鎮(zhèn)煤礦供電系統(tǒng)中的安裝與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2013（1）：257，260.

[3]呂樂樂，孫澤軍.煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控短信報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子制作，2014（5）：53～54.

TN929.533

A

1004-7344（2016）15-0278-02

2016-2-10

黃璐（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事煤礦信息技術(shù)員等工作。