WiFi通信在薄煤層綜采工作面的應用

董文博， 高思偉

(北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司， 北京 100013)

0 引言

現(xiàn)有無線通信技術中，WiFi通信技術具有成本低、功耗低、安裝簡單、通信速率快等優(yōu)點[1-2]，更能滿足煤礦井下局域網(wǎng)環(huán)境的通信需求。目前，WiFi通信技術已經(jīng)在煤礦不同場景下得到了廣泛應用，如在煤礦巷道應用WiFi通信技術進行人員定位和安全管理[3-4]，組成無線傳感器網(wǎng)絡與通信網(wǎng)絡[5-6]實現(xiàn)氣體監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和應急通信[7]；但很少有針對WiFi通信在綜采工作面特定環(huán)境下的應用研究。薄煤層綜采工作面采高低、空間狹窄，應用于薄煤層綜采工作面的巡檢機器人對無線通信提出了高可靠性、高帶寬、低延時、廣覆蓋等需求[8-9]。因此，本文以神東煤炭集團榆家梁煤礦43101薄煤層綜采工作面為應用背景，提出了一種WiFi通信方案，可實現(xiàn)工作面無線信號全覆蓋和快速漫游切換。

1 WiFi通信方案

1.1 工作頻段

當遠距離通信時，要求收發(fā)天線之間實現(xiàn)“視線無阻擋”，其含義是在收發(fā)天線之間連一條線，以這條線為軸心，以R為半徑的一個類似于管道的區(qū)域內(nèi)，沒有障礙物的阻擋。這個管道稱為菲涅爾區(qū)，菲涅爾區(qū)是一個橢球體，收發(fā)天線位于橢球的2個焦點上，R為菲涅爾半徑，如圖1所示。

圖1 菲涅爾半徑Fig.1 Fresnel radius

菲涅爾半徑計算公式為

R=0.5(λD)0.5

(1)

式中：λ為波長；D為收發(fā)天線之間的距離。

WiFi通信網(wǎng)絡通常工作在2.4，5.8 GHz頻段，假設WiFi收發(fā)天線距離100 m，根據(jù)式(1)可知：使用頻率為2.4 GHz的WiFi通信時，λ=0.125 m，R=1.77 m；使用頻率為5.8 GHz的WiFi通信時，λ=0.0517 m，R=1.14 m。薄煤層綜采工作面由于采高限制，地勢起伏，收發(fā)天線之間容易出現(xiàn)阻擋，因此菲涅爾半徑更小的5.8 GHz WiFi可減小反射帶來的干擾，有利于信號穩(wěn)定傳輸[10]。……