基于4G通信技術的煤礦無線通信系統研究

楊璨

摘要：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。鑒于此，本文主要分析探討了4G通信技術的煤礦無線通信系統，以供參閱。

關鍵詞：4G通信技術;煤礦;無線通信系統

智慧礦山是指基于完善的數字化礦山基礎設施，有效集成先進的信息技術、通信技術、工業控制技術、礦山感知技術、自動化采礦技術及物聯網技術，能夠實現精準采集、綜合接人、網絡化傳輸、規范化集成、可視化展現、自動化操作和智能化服務，從而建立起集信息化、智能化、自動化于一體的礦山智能安全生產管理系統，可使各種危害因素始終處于可知、可見、可控、可管的狀態下。作為智慧礦山系統的重要組成部分，礦用無線通信系統具有通信、調度、控制及信息采集等功能，可應用于礦山的生產調度、指揮和單位內部通信。

1無線通信技術應用于煤礦開采的重要意義

由于煤炭生產的施工環境比較復雜，井下人員較多，設備流動性也較大，在生產操作中，常常采用多工種聯合流水作業的形式進行煤礦開采，這就要求需要大量的重型設備參與到煤礦生產中，無論是在設備運輸中，還是在安裝、調試中，其都有較高的要求，若不注重煤炭井上井下的協同生產，則容易發生瓦斯爆炸等事故。然而，隨著移動通信技術的發展，建立基于4G通信技術的無線移動通信系統，并將其應用于煤礦生產中，其不僅可以確保煤礦生產順利進行，還可以完成緊急事故的處理，因此，煤礦4G無線通信移動系統的實現，具有十分重要的意義。

2基于4G信技術的煤礦無線通信系統

2.1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FemtoPico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IPSEC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SmallCell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。TDLTE無線通信系統采用IMS+EPC+DSS集群構架的融合核心網系統ZXUNiEPC-5。ZXUNiEPC-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

2.2.1傳統語音業務

傳統語音業務包括移動電話、緊急呼叫、主叫號碼識別顯示業務等。移動電話為礦用通信系統用戶提供了與系統內外其他用戶進行語音通信的功能;緊急呼叫業務是指集群用戶發起呼叫到就近的緊急呼叫中心，它是電信業務中的一種，類似于電話業務，但建立呼叫相對簡單且快速;主叫號碼識別顯示即向被叫用戶提供主叫用戶號碼。

2.2.2調度通信業務

調度系統是煤礦生產的重要通信手段，生產調度員通過利用調度功能來統籌調度所有資源，并對煤礦生產中各種突發狀況進行處理，以保證煤礦生產順利進行。調度功能主要包括生產進程管理、煤礦生產流程整合及資源分配等功能。

2.2.3集群通信業務

為了實現用戶之間的通信，利用無線集群通信系統來實現自動化的信息共享功能，與公眾無線移動通信相比，無線集群通信系統不僅可以提供系統內部的全呼、組呼之外，還可以提高雙向通話功能，通過建立優先等級呼叫和緊急呼叫功能，以滿足煤礦生產安全部門指揮調度的需求。

2.2.4增值數據業務

（1）提供視頻通話。通過手機實時傳送語音和圖像，無線視頻業務可在有線視頻監控的盲區傳遞實時圖像，便于井上人員判斷、決策。（2）滿足多種數據業務。高速分組無線數據業務可滿足未來多種業務運行所需的高帶寬需求。煤礦企業管理人員可以通過手機端定制軟件接人內部系統，通過智能手機終端進行企業信息發布、移動辦公、安全生產監測監控、視頻監控、綜合自動化系統監控等，可以實時監測煤礦的生產、安全等信息，操作界面友好，圖像直觀。綜合自動化系統具有組態軟件實時顯示功能，異常情況下具有報警自動提示功能。（3）物聯網接人。可提供井下3G無線采集終端、無線傳感器、無線攝像頭等接口，為井下物聯網的建設提供終端接入。（4）手機終端定位。采用4G無線通信系統，不僅語音通話質量得到較大提高，利用4G通信平臺，還可以開發出更多的應用模式。礦用無線通信系統手機終端定位就是利用作業人員攜帶的手機與井下基站之間的信號傳輸時間，通過精密的算法，得出作業人員在井下巷道的位置信息。地面人員可通過計算機動態了解井下人員的位置和分布，為礦井生產及安全提供實時信息。

3結束語

總而言之，建立基于4G無線通信技術的煤礦無線通信系統，利用TD-LTE無線通信技術來建立寬帶無線網絡，由于TD-LTE無線通信技術具有覆蓋面積廣、信號強、傳輸速率高的優點，將無線移動通信系統應用于煤礦生產中，不僅可以煤礦地面井下實時通信，也可以確保煤礦井下安全生產，因此，建立基于4G通信技術的煤礦無線移動通信系統具有十分重要的意義。

參考文獻：

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[2]朱賽虎.基于4G通信技術的煤礦無線通信系統研究[J].電子世界.2014（17）.

[3]王心剛.基于4G通信技術的煤礦無線通信系統研究[J].中州煤炭.2013（09）.

（作者單位：冀中能源峰峰集團有限公司新聞傳媒通信中心）