4G通信技術(shù)支持下煤礦無線通信系統(tǒng)的研究

楊俊明

[摘要]通信系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)的承載，已經(jīng)逐步深入煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)中。現(xiàn)代無線通信技術(shù)在4G技術(shù)支持下，逐步實(shí)現(xiàn)了TD-LTE礦用無線通信系統(tǒng)建設(shè)，該系統(tǒng)是以電信級TD-LTE無線通信設(shè)備為基礎(chǔ)，以煤礦井下安全為準(zhǔn)則，以通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)為規(guī)范，對專網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，建立專網(wǎng)獨(dú)立應(yīng)用調(diào)度平臺，極大地提升煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)管理水平，對企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息建設(shè)具有重要意義。

[關(guān)鍵詞]4G 煤礦 無線通信

全I(xiàn)P化4G技術(shù)支持下，4G無線通信技術(shù)得到了空前發(fā)展，煤礦開采施工的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性對無線通信系統(tǒng)提出了更高的要求。在4G通信技術(shù)支持下，煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠逐漸完善自身信息化、自動(dòng)化、智能化需求，并提升煤礦生產(chǎn)的安全性，為煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益帶來極大幫助。

一、無線通信技術(shù)發(fā)展概述

1、PHS無線通信系統(tǒng)。PHS無線市話技術(shù)是在微蜂窩技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的，它通過微蜂窩基站達(dá)到無線覆蓋的目的，并以無線方式完成用戶端和本地電話網(wǎng)的對接，實(shí)質(zhì)上屬于固定電話技術(shù)的補(bǔ)充。PHS無線通信系統(tǒng)已于2011年底實(shí)現(xiàn)清頻退網(wǎng)。2、Wi-Fi無線通信系統(tǒng)。Wi-Fi屬于短程無線通信傳輸技術(shù)的一種，它能在100米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)無線信號接入。Wi-Fi傳輸帶寬受到環(huán)境動(dòng)態(tài)影響，帶寬與延時(shí)呈反比例增長，因此常常出現(xiàn)通話雜音、回聲等質(zhì)量問題。3、3G無線通信技術(shù)。TD-SCDMA是指時(shí)分服用同步滿分多址接入，這是我國第一次提出，并依靠無線傳輸技術(shù)完成的國際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。CDMA2000實(shí)在窄帶CDMA技術(shù)上發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù)，屬于3G通信標(biāo)準(zhǔn)，被國際電信聯(lián)盟的IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可。4、4G無線通信技術(shù)。4G是指第四代通信技術(shù)的泛稱，它集合了3G與WLAN的特性，并能傳輸高質(zhì)量視頻圖像，其下載速度可達(dá)100Mb/s，上傳速度也能達(dá)到50Mb/s，極大限度的提升了無線服務(wù)質(zhì)量，TD-LTE是3GPP基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，屬于LTE的一種。

二、基于4G信技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)

2.4無線移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)

1）基于TD-LTE通信技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)。TD-TLE煤礦無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是由基站、接入網(wǎng)關(guān)、BRAS和核心網(wǎng)通信組成。其語音通信、數(shù)據(jù)傳輸和集群呼叫主要由核心網(wǎng)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)模式則是通過IMS、EPS、DSS集群完成。2）建立基于TD-LTE通信技術(shù)的基站通信系統(tǒng)。以Femto Pico基站為基礎(chǔ)建立無線通信系統(tǒng)，不但能夠擴(kuò)大通信覆蓋范圍，還能以IP SEC方式，通過自身的傳輸網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一接入到安全網(wǎng)關(guān)中，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩阅堋Ｔ诨就ㄟ^提供WLANAP承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)過程中，一般是以PDG為媒介直接接入網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過接入3GPP核心網(wǎng)來提升通話質(zhì)量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝剩瑢?shí)現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)活動(dòng)。此外，還可以通過Small Cell基站的網(wǎng)管系統(tǒng)，形成上下層無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的對接。3）以IMS、EPC、DSS集群模式為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)。系統(tǒng)中的核心網(wǎng)主要用于用戶連接、系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)承載，具體業(yè)務(wù)包括遙感業(yè)務(wù)、簡單消息傳遞和監(jiān)視控制等。TD-LTE無線通信系統(tǒng)采用IMS+EPC+DSS集群構(gòu)架的融合核心網(wǎng)系統(tǒng)ZXUN iEPC-5。ZXUN iEPC-5小型化產(chǎn)品集合了電信級EPC核心網(wǎng)的特性，使用5U插箱，集合MME、SGW、PGW、HSS等功能特性，為用戶提供高速、安全可靠的通信傳輸。4）綜合應(yīng)用系統(tǒng)平臺。綜合應(yīng)用系統(tǒng)平臺是以多場景分布式高性能云計(jì)算框架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分析處理引擎等專用支持工具，對各數(shù)據(jù)進(jìn)行高速、可靠、統(tǒng)一處理的平臺。它具備靈活性、可裁剪、可適配等多種明顯特點(diǎn)，綜合應(yīng)用系統(tǒng)平臺可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用接口支撐生產(chǎn)自動(dòng)化管理、安全管理等多種功能，它在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)以及LTE終端基礎(chǔ)上，保障語音、視頻和數(shù)據(jù)等各類業(yè)務(wù)的有效進(jìn)行，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)和數(shù)據(jù)處理提供技術(shù)支持。

2.2無線移動(dòng)通信系統(tǒng)功能

1）調(diào)度功能。煤礦生產(chǎn)中調(diào)度功能是必不可少的，生產(chǎn)調(diào)度員需要實(shí)現(xiàn)資源有效調(diào)度，以保障煤礦生產(chǎn)中的各種突發(fā)狀況和安全生產(chǎn)，調(diào)度功能主要針對生產(chǎn)進(jìn)程管理、煤礦生產(chǎn)流程、資源整合分配等。2）語音業(yè)務(wù)。語音業(yè)務(wù)包括移動(dòng)電話和緊急呼叫業(yè)務(wù)、主叫號碼識別顯示業(yè)務(wù)三種。移動(dòng)電話是煤礦通信系統(tǒng)用戶與系統(tǒng)內(nèi)外其他用戶語音通信的重要保障；緊急呼叫業(yè)務(wù)主要應(yīng)用于集群用戶發(fā)起就近緊急，其余電話業(yè)務(wù)有類似，但是比一般電話業(yè)務(wù)快速；主叫號碼顯示也即是被叫用戶提供主叫用戶號碼。3）集群通信。集群通信主要是在無線集群通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化信息共享，它主要用于提供系統(tǒng)內(nèi)部的全呼、組呼和雙向通話等。根據(jù)事件等級和緊急呼叫功能劃分呼叫等級，確保煤礦生產(chǎn)的安全調(diào)度。4）增值數(shù)據(jù)服務(wù)。增值數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括視頻通話、物聯(lián)網(wǎng)介入和手機(jī)終端定位等。在4G通信技術(shù)支持下，增值數(shù)據(jù)服務(wù)能夠確保信號傳輸時(shí)間的準(zhǔn)確性和精密性，以此了解井下人員的位置和分布，確保煤礦生產(chǎn)安全和信息的時(shí)效性。