趙廣雨

【摘要】隨著各項技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，基于TD-SCDMA技術(shù)的無線通信系統(tǒng)在煤礦系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，這為煤礦生產(chǎn)工作中的生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)控、應(yīng)急救援等提供了良好的應(yīng)用平臺，這對于煤礦生產(chǎn)過程中安全、穩(wěn)定性能的提升具有積極的作用，本文就主要結(jié)合TD-SCDMA技術(shù)的特點，對基于TD-SCDMA技術(shù)的煤礦通信系統(tǒng)予以簡單分析研究，對于實際的煤礦開采工作具有一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】TD-SCDMA技術(shù);煤礦通訊;研究

在長期的發(fā)展過程中，我國的煤礦礦井無線通信系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列的發(fā)展過程中，如：基于小靈通技術(shù)的無線通信系統(tǒng)、基于CDMA技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)以及基于WiFi技術(shù)的煤礦井下無線通信系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在煤礦通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，目前的煤礦無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)形式是基于WiFi技術(shù)的無線通信系統(tǒng)，在實際運(yùn)行過程中，其能夠有效的實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速傳輸，但是其具有明顯的不足之處就是語言傳輸?shù)娜毕荩⑶移涓采w范圍難以得到保證，這對于其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大具有一定的限制作用。

基于TD-SCDMA技術(shù)的無線通信系統(tǒng)的出現(xiàn)與應(yīng)用，對于煤礦通訊技術(shù)的進(jìn)步具有非常重要的作用，其中一個典型的代表就是KT151無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)中應(yīng)用了我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3G移動技術(shù)，不但能夠提供良好的語音傳輸業(yè)務(wù)，還能夠提供3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能夠很好的滿足煤礦對通信系統(tǒng)的調(diào)度功能需求，本文就主要針對此予以簡單分析研究。

一、TD-SCDMA技術(shù)特點

TD-SCDMA是時分雙工同步碼分多址的英文簡稱，其是由ITU所正式發(fā)布的第三代移動通信空間接口技術(shù)規(guī)范之一，其集FDMA、TDMA、CDMA等多種技術(shù)優(yōu)勢為一體，是一種具有抗干擾能力強(qiáng)、頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大等諸多優(yōu)點的移動通信技術(shù)，其得到了3GPP、CWTS的全面支持，是目前我國電信界第一個完整的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中應(yīng)用了自適應(yīng)功率調(diào)整、可變擴(kuò)頻系統(tǒng)、多時隙、低碼片速率、軟件無線電、同步CDMA、接力切換、聯(lián)合檢測、智能天線等多項技術(shù)，其工作原理如圖1所示。

圖1

在時間軸之上，應(yīng)用的是TDD模式，將上行數(shù)據(jù)與下行數(shù)據(jù)分開來，這也是一種時分多址的形式，將TDD模式反映于頻率上，就是上行與下行共用一個頻點，能夠有效的節(jié)省帶寬;在頻率軸上，不同頻點的載波是可以共存的，應(yīng)用的是頻分多址的形式;在能量軸之上，其每個頻點的每個時隙是可以容納16個碼道的，這是一種碼分多址的形式。

TD-SCDMA所呈現(xiàn)出來的先進(jìn)的移動無線系統(tǒng)是針對于所有的無線環(huán)境之下的非對稱與對稱的3G業(yè)務(wù)來進(jìn)行設(shè)計的，其運(yùn)行于不成對的射頻頻譜之上，由于在其傳輸方向的時域上，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的自適應(yīng)分配，可以得到獨立于對稱業(yè)務(wù)負(fù)載關(guān)系的頻譜分配的最佳利用率，在最佳自適應(yīng)資源分配及最佳頻譜效率的基礎(chǔ)上，其能夠支持速率處于8kbps～2Mbps范圍中的所有互聯(lián)網(wǎng)及語音等3G業(yè)務(wù)。

二、TD-SCDMA技術(shù)的性能優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的煤礦無線通信系統(tǒng)相比，基于TD-SCDMA無線通信系統(tǒng)具有諸多的優(yōu)點，主要表現(xiàn)為：（1）發(fā)射功率與待機(jī)時間，由于在基于TD-SCDMA技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用了自適應(yīng)功率調(diào)整技術(shù)，包括外環(huán)、閉環(huán)、開環(huán)幾種功率控制技術(shù)，使得基站與終端能夠依據(jù)環(huán)境條件對發(fā)射功率進(jìn)行不斷的調(diào)整，以此來減少不同用戶之間產(chǎn)生的干擾，這能夠有效的降低終端的耗電量，對于其待機(jī)時間的提升具有積極的作用，其中開環(huán)功率控制主要用來確定用戶的初始發(fā)射功率，也常應(yīng)用于用戶接收功率突變時的發(fā)射功率的調(diào)節(jié)中;閉環(huán)功率控制能夠妥善的解決由于上下信道電波功率的不對稱所導(dǎo)致的精確性誤差問題;而外環(huán)控制技術(shù)則是在對接收誤幀率進(jìn)行計算的基礎(chǔ)上，確定出閉環(huán)功率控制工作中所需要的信干比門限，這些控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效實現(xiàn)功率的精確控制。（2）抗干擾性能及安全性，在TD-SCDMA技術(shù)中具有專用的工作頻段，信號質(zhì)量非常的好，并且其應(yīng)用的智能天線具有定向性，能夠有效的降低小區(qū)間頻率復(fù)用所導(dǎo)致的干擾問題，另一方面，在該技術(shù)中聯(lián)合應(yīng)用了檢測技術(shù)，能夠有效的克服多用戶干擾的問題，其還具有完整的加密鑒權(quán)方法，能夠有效的提升用戶數(shù)據(jù)的安全性;（3）切換機(jī)制，接力切換技術(shù)是TD-SCDMA中的關(guān)鍵技術(shù)之一，該技術(shù)能夠有效的支持基站間切換、小區(qū)間切換及與其他網(wǎng)絡(luò)的切換，有測試數(shù)據(jù)表明，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)連通率高達(dá)98%，其切換成功率也高達(dá)96%。（4）通話質(zhì)量好，在TD-SCMA技術(shù)中，應(yīng)用的語音編碼方式是自適應(yīng)多速率編碼，自適應(yīng)主要指的是：應(yīng)用更加智能的方式來解決信道編碼及信源中的速率分配問題，這能夠有效提升無線資源配置的效率及靈活性，在信道質(zhì)量較差時應(yīng)用速率比較低的編碼器，能夠提升信道編碼的比特數(shù)，以便于有效的實現(xiàn)糾錯功能，實現(xiàn)可靠的差錯控制，以便于有效的抑制錯誤的發(fā)生，提升語音質(zhì)量，這對于增強(qiáng)信道的抗誤差能力具有積極的作用。

三、礦井無線通信系統(tǒng)的主要特點

本次研究中在對基于TD-SCDMA技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)進(jìn)行分析時，主要以KT151礦井無線通信系統(tǒng)為例來進(jìn)行簡單分析，該系統(tǒng)具有如下的基本特點：（1）該系統(tǒng)中應(yīng)用的我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA技術(shù)，具有技術(shù)優(yōu)勢;（2）該系統(tǒng)具有靈活的組網(wǎng)能力，其頻段資源不需要進(jìn)行成對的分配，具有較高的頻譜利用率，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍非常的廣，并且其網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與維護(hù)非常的方便;（3）系統(tǒng)安全性強(qiáng)，煤礦井下的環(huán)境條件是非常特殊的，提升設(shè)備及基站設(shè)計的安全性是非常必要的，該系統(tǒng)就具有良好的安全性性能;（4）KT151礦井無線通信系統(tǒng)具有非常豐富的增值業(yè)務(wù)，該系統(tǒng)能夠支持丟話通知業(yè)務(wù)，并且集成了短消息平臺，能夠支持點對多點以及點對點的短信發(fā)送服務(wù)，能夠有效的實現(xiàn)PC到手機(jī)的短信服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使環(huán)境監(jiān)控傳感器設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備具有移動性特點，并且能夠有效的減少安裝維護(hù)費用，同時該系統(tǒng)還支持可視電話業(yè)務(wù)，支持多媒體文件的傳送，并且能夠搭載數(shù)字集群的調(diào)度;（5）能夠?qū)崿F(xiàn)有線與無線的一體調(diào)度與統(tǒng)一管理;（6）該新系統(tǒng)具有完善的PBX功能，以便于很好的滿足企業(yè)內(nèi)部的語音通信需要，并能夠提供語音郵箱、話務(wù)臺等增值業(yè)務(wù)，同時支持號碼同振、會議電話等業(yè)務(wù);（7）具有自由漫游及多點互聯(lián)功能，系統(tǒng)能夠通過SP30-AVS實現(xiàn)多點的互聯(lián)，對節(jié)點都應(yīng)用統(tǒng)一的編號計劃，節(jié)點之間的呼叫可以直接通過撥分機(jī)號碼來實現(xiàn);（8）除了能夠提供語音業(yè)務(wù)之外，還能夠提供3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);（9）能夠支持多協(xié)議接口，單點最大用戶接入容量能夠達(dá)到5000，并且能夠支持多點組網(wǎng)，支持SS7、PRI、FXO接入到傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡(luò)中。

四、基于TD-SCDMA技術(shù)的煤礦通信系統(tǒng)的應(yīng)用方案

基于TD-SCDMA技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)應(yīng)用的主要目的是要能夠及時的掌握煤礦生產(chǎn)工作中各種視頻圖像、安全信息及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便于對煤礦安全生產(chǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控指揮，該系統(tǒng)設(shè)計過程中總體的設(shè)計思路主要是在煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)場布置各種無線TD手持終端、視頻采集終端、監(jiān)控分站及傳感器，以便于實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)及視頻圖像等資料的采集，并將采集到的各種信息數(shù)據(jù)依據(jù)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匯總與打包，經(jīng)過TD-SCDMA煤礦無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器或者是現(xiàn)場監(jiān)控工作站，而移動客戶端則為遠(yuǎn)程監(jiān)測與管理人員所應(yīng)用的TD終端手機(jī)，對服務(wù)器端的實時數(shù)據(jù)予以接收并顯示，并要提供相關(guān)的語音通訊及快速數(shù)據(jù)信息查詢等功能。

圖2

基于TD-SCDMA技術(shù)的煤礦移動專用網(wǎng)絡(luò)的解決方案是：由綜合接入控制器及綜合調(diào)度交換機(jī)為核心組成地面設(shè)備，并能夠提供多種類型的接口，從而有效的實現(xiàn)與安全監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)有通訊系統(tǒng)等的混合組網(wǎng)，實現(xiàn)共網(wǎng)的傳輸與數(shù)據(jù)的共享，對于煤礦井下巷道的環(huán)境，應(yīng)用基站無線光電結(jié)合級聯(lián)是方式，以便于有效實現(xiàn)井下通訊網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，實現(xiàn)礦用無線檢測傳感器、礦用手機(jī)、終端等的定位，并通過孔中接口無線鏈路與基站系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行連接，從而有效實現(xiàn)系統(tǒng)多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共網(wǎng)的傳輸。其系統(tǒng)組成主要有：配套電源、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、礦用TD-SCDMA手持終端、井下本安基站、井上礦用基站、基站處理單元、綜合接入控制設(shè)備、交換調(diào)度機(jī)等設(shè)備組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中綜合接入控制設(shè)備的主要功能是：完成用戶的業(yè)務(wù)接入，是一個綜合性的處理系統(tǒng)，具有移動網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度與交換功能，其井上礦用基站主要是實現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋功能，而其井下本安基站的主要功能是實現(xiàn)井下網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與PS業(yè)務(wù)服務(wù)軟件包主要有：煤炭信息化、電子工單、煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)在線系統(tǒng)、定位考勤、瓦斯監(jiān)控、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)應(yīng)用，在實際應(yīng)用中，可以依據(jù)實際的需求適當(dāng)?shù)脑黾有碌能浖δ?。而調(diào)度中心中主要實現(xiàn)的是井下、井上設(shè)備的告警管理、故障管理、維護(hù)管理、配置管理等操作維護(hù)功能。

五、結(jié)束語

TD-SCDMA技術(shù)與傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)相比具有諸多的優(yōu)點，將其應(yīng)用于煤礦井下通訊工作中具有非常重要的作用，本文就主要在對TD-SCDMA技術(shù)進(jìn)行簡單分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦通訊的主要特點，對基于TD-SCDMA技術(shù)的無線通信系統(tǒng)在煤礦通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了簡單分析，對于實際的礦井通信工作具有一定的參考價值。

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