4G通信技術支持下煤礦無線通信系統的研究

楊俊明

[摘要]通信系統作為煤礦生產數據的承載，已經逐步深入煤礦安全生產系統中。現代無線通信技術在4G技術支持下，逐步實現了TD-LTE礦用無線通信系統建設，該系統是以電信級TD-LTE無線通信設備為基礎，以煤礦井下安全為準則，以通信聯絡系統建設為規范，對專網應用進行優化，建立專網獨立應用調度平臺，極大地提升煤礦企業安全生產管理水平，對企業網絡信息建設具有重要意義。

[關鍵詞]4G 煤礦 無線通信

全IP化4G技術支持下，4G無線通信技術得到了空前發展，煤礦開采施工的復雜性和危險性對無線通信系統提出了更高的要求。在4G通信技術支持下，煤礦安全生產管理系統能夠逐漸完善自身信息化、自動化、智能化需求，并提升煤礦生產的安全性，為煤礦企業經濟發展和社會經濟效益帶來極大幫助。

一、無線通信技術發展概述

1、PHS無線通信系統。PHS無線市話技術是在微蜂窩技術上實現的，它通過微蜂窩基站達到無線覆蓋的目的，并以無線方式完成用戶端和本地電話網的對接，實質上屬于固定電話技術的補充。PHS無線通信系統已于2011年底實現清頻退網。2、Wi-Fi無線通信系統。Wi-Fi屬于短程無線通信傳輸技術的一種，它能在100米范圍內實現互聯網無線信號接入。Wi-Fi傳輸帶寬受到環境動態影響，帶寬與延時呈反比例增長，因此常常出現通話雜音、回聲等質量問題。3、3G無線通信技術。TD-SCDMA是指時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完成的國際移動通信標準。CDMA2000實在窄帶CDMA技術上發展而來的寬帶CDMA技術，屬于3G通信標準，被國際電信聯盟的IMT-2000標準認可。4、4G無線通信技術。4G是指第四代通信技術的泛稱，它集合了3G與WLAN的特性，并能傳輸高質量視頻圖像，其下載速度可達100Mb/s，上傳速度也能達到50Mb/s，極大限度的提升了無線服務質量，TD-LTE是3GPP基礎上發展而來的，屬于LTE的一種。

二、基于4G信技術的煤礦無線通信系統

2.4無線移動通信系統架構

1）基于TD-LTE通信技術的系統架構。TD-TLE煤礦無線通信系統網絡是由基站、接入網關、BRAS和核心網通信組成。其語音通信、數據傳輸和集群呼叫主要由核心網網元實現，實現模式則是通過IMS、EPS、DSS集群完成。2）建立基于TD-LTE通信技術的基站通信系統。以Femto Pico基站為基礎建立無線通信系統，不但能夠擴大通信覆蓋范圍，還能以IP SEC方式，通過自身的傳輸網絡統一接入到安全網關中，提升網絡傳輸的安全性能。在基站通過提供WLANAP承載數據業務過程中，一般是以PDG為媒介直接接入網絡傳輸數據業務，通過接入3GPP核心網來提升通話質量、數據傳輸的高效率，實現統一的業務活動。此外，還可以通過Small Cell基站的網管系統，形成上下層無線網絡通信系統的對接。3）以IMS、EPC、DSS集群模式為基礎的核心網。系統中的核心網主要用于用戶連接、系統管理和網絡承載，具體業務包括遙感業務、簡單消息傳遞和監視控制等。TD-LTE無線通信系統采用IMS+EPC+DSS集群構架的融合核心網系統ZXUN iEPC-5。ZXUN iEPC-5小型化產品集合了電信級EPC核心網的特性，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）綜合應用系統平臺。綜合應用系統平臺是以多場景分布式高性能云計算框架結構為基礎，通過各種業務數據的分析處理引擎等專用支持工具，對各數據進行高速、可靠、統一處理的平臺。它具備靈活性、可裁剪、可適配等多種明顯特點，綜合應用系統平臺可以實現統一的數據存儲、應用接口支撐生產自動化管理、安全管理等多種功能，它在Wi-Fi網絡以及LTE終端基礎上，保障語音、視頻和數據等各類業務的有效進行，為煤礦企業安全生產和數據處理提供技術支持。

2.2無線移動通信系統功能

1）調度功能。煤礦生產中調度功能是必不可少的，生產調度員需要實現資源有效調度，以保障煤礦生產中的各種突發狀況和安全生產，調度功能主要針對生產進程管理、煤礦生產流程、資源整合分配等。2）語音業務。語音業務包括移動電話和緊急呼叫業務、主叫號碼識別顯示業務三種。移動電話是煤礦通信系統用戶與系統內外其他用戶語音通信的重要保障；緊急呼叫業務主要應用于集群用戶發起就近緊急，其余電話業務有類似，但是比一般電話業務快速；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基礎上實現的自動化信息共享，它主要用于提供系統內部的全呼、組呼和雙向通話等。根據事件等級和緊急呼叫功能劃分呼叫等級，確保煤礦生產的安全調度。4）增值數據服務。增值數據服務主要包括視頻通話、物聯網介入和手機終端定位等。在4G通信技術支持下，增值數據服務能夠確保信號傳輸時間的準確性和精密性，以此了解井下人員的位置和分布，確保煤礦生產安全和信息的時效性。