宋虎森 李金華 郭玉彪

（山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

隨著科技的進(jìn)步，人們的生活和溝通方式發(fā)生了巨大的改變。人與人之間的溝通變得更加便捷，生產(chǎn)效率得到極大提高，生產(chǎn)安全得到更多保障。目前國內(nèi)三大運(yùn)營商已經(jīng)全面建成以LTE 技術(shù)為基礎(chǔ)的4G 網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)終端也從僅有語音、短信功能的“移動(dòng)電話”發(fā)展為擁有各種豐富應(yīng)用的智能手機(jī)。一般而言，專網(wǎng)通信技術(shù)會(huì)跟隨公網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，但同時(shí)專網(wǎng)通信又有自己獨(dú)立的號(hào)碼管理、設(shè)備管理、調(diào)度指揮等特點(diǎn)。在煤礦行業(yè)中，許多情況下需要利用先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)人與人之間的溝通，保障井下作業(yè)的順利進(jìn)行。在開采煤礦的過程中，安全事故時(shí)有發(fā)生，盡管多數(shù)礦井已經(jīng)部署完全的煤礦通信系統(tǒng)，但是重大事故發(fā)生時(shí)，人員傷亡仍然不可避免。因此，在煤礦資源無法被代替的情況下，為了使礦井內(nèi)外人員溝通穩(wěn)定，完善煤礦通信系統(tǒng)便是重中之重。本文以探索和實(shí)踐為特點(diǎn)進(jìn)行煤礦通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)性及方法技術(shù)研究工作，體現(xiàn)煤礦地面和井下礦用雙模無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)與語音的雙傳輸效果，進(jìn)一步完善煤礦行業(yè)的通信系統(tǒng)[1-6]。

1 研發(fā)背景

司馬礦無線通信系統(tǒng)于2010 年建設(shè)并投入使用，采用了PHS 無線通信技術(shù)。該技術(shù)僅支持語音通話與短信功能，基站信號(hào)輻射范圍受地質(zhì)條件限制。隨著礦井不斷深入開采，眼下所使用的無線通信系統(tǒng)“戰(zhàn)線”越拉越長，維護(hù)耗時(shí)耗力。隨著無線技術(shù)的飛速發(fā)展，目前新的4G 無線通信技術(shù)支持視頻、圖片等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，但4G 專網(wǎng)只支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，沒有獨(dú)立的語音業(yè)務(wù)，語音采用數(shù)據(jù)域的VOLTE 方式來實(shí)現(xiàn)，因其較高的技術(shù)門檻和昂貴的協(xié)議棧價(jià)格，很難被專網(wǎng)市場接受。而VOIP 方式的語音如沒有深度的融合與定制必將重蹈WIFI 的覆轍。B-TrunC 寬帶集群雖然基于LTE技術(shù)，但是從物理層到RRC 層都做了修改，無法和公網(wǎng)系統(tǒng)或者終端相互兼容。

隨著井下建設(shè)生產(chǎn)的發(fā)展，原有采區(qū)如膠帶巷有一些盲區(qū)需要進(jìn)行信號(hào)覆蓋補(bǔ)充，通過采用無線通訊綜合調(diào)度交換機(jī)以滿足生產(chǎn)需求。煤礦可以利用生產(chǎn)有線結(jié)合無線一體化調(diào)度的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)全新的信息通訊技術(shù)、基礎(chǔ)支撐技術(shù)以及完善的生產(chǎn)管理技術(shù)，在一定程度上完善煤礦作業(yè)的安全性。根據(jù)多年來的煤礦專網(wǎng)通信產(chǎn)品研發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)，在原有的PHS 礦用無線通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加中心控制設(shè)備及相關(guān)設(shè)備后，開發(fā)一套礦用雙模無線通信系統(tǒng)，有利于礦井?dāng)?shù)據(jù)視頻的傳輸，實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)的雙穩(wěn)定系統(tǒng)。應(yīng)用該礦用雙模無線通信系統(tǒng)不僅能夠方便礦井的語音與數(shù)據(jù)雙移動(dòng)調(diào)度指揮，而且更加符合現(xiàn)代化數(shù)字礦井的需求，為智慧礦山的建設(shè)打下良好基礎(chǔ)的同時(shí)還將對(duì)礦井安全生產(chǎn)的穩(wěn)定有著積極的作用。

2 礦用雙模無線通信系統(tǒng)設(shè)備組成

JEC-3000 EPC 核心服務(wù)器包含4G 核心網(wǎng)EPC、4G 核心網(wǎng)IMS 軟件以及網(wǎng)管軟件，并且其依托于已有的通信網(wǎng)絡(luò)，能夠提供有線、無線、分組一體化的接入手段，構(gòu)筑多業(yè)務(wù)一體化的通訊平臺(tái)，具體參數(shù)見表1。JEC-677 LTE 基站包含基站控制器、大功率宏基站和定向天線，其中，PL-677 室外LTE基站支持主流公網(wǎng)頻段，也支持專網(wǎng)1.8 G 頻段，發(fā)射功率動(dòng)態(tài)可調(diào)，還可以方便滿足礦區(qū)地面覆蓋，具體參數(shù)見表2。JEC-505（KT700）智能手機(jī)是嘉科電子研發(fā)的多模防爆礦用手機(jī)，支持PHS、GSM、WCDMA 和LTE 等多種制式，手機(jī)支持高階調(diào)制并且為雙SIM 卡槽，其雙頻無線網(wǎng)絡(luò)具備MUMIMO 技術(shù)，手機(jī)搭配12MP 索尼IMX 378 相機(jī)，像素可達(dá)1200 萬，電池容量為3500 mAh 超長續(xù)航，支持快速充電。

基站控制器（圖1）需要固定到15 寸的機(jī)架上，上面留出至少1 U 的空間，便于散熱，其電源使用DC48 V，需要的接口包括到RRU 的單模光纖、到核心網(wǎng)EPC的超6類網(wǎng)線以及到時(shí)鐘盒的HDMI線。時(shí)鐘盒和BBU 一樣，安裝于機(jī)房，GPS 天線通過饋線連接到時(shí)鐘盒，其饋線最長可以支持200 m。時(shí)鐘盒和BBU 通過HDMI 線連接，從BBU 處取得電源。需要注意的是GPS 天線必須安裝于樓頂或者窗外1 m 的位置，保證收星正常，同時(shí)GPS 天線必須安裝牢固，防風(fēng)。

圖1 基站控制器

H3CS 系列交換機(jī)（圖2）所有以太網(wǎng)端口均支持全線速無阻塞交換以及端口自動(dòng)翻轉(zhuǎn)功能，集成專業(yè)防雷電路，可提供共模防護(hù)6 kV 級(jí)別的安全防護(hù)保護(hù)設(shè)備和用網(wǎng)安全。

圖2 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

表1 JEC-3000 EPC 核心服務(wù)器具體參數(shù)

表2 JEC-677 LTE 基站具體參數(shù)

3 礦用雙模無線通信系統(tǒng)的工藝流程

礦用雙模無線通信系統(tǒng)不但可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)視頻傳輸通話等功能，還具有保持原語音通話穩(wěn)定功能，產(chǎn)品軟件更加人性化。對(duì)于一個(gè)典型的使用PHS 礦用無線通信設(shè)備的煤礦，改造成4G 雙模系統(tǒng)只需要增加核心網(wǎng)少量的設(shè)備和若干個(gè)4G 基站，使用新型的多模智能終端，就能完美解決以前未達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)确N種問題，并且為將來升級(jí)5G 打下良好的基礎(chǔ)。該技術(shù)基本方案如下所述，礦用雙模通信系統(tǒng)框圖如圖3。

圖3 礦用雙模通信系統(tǒng)框圖

網(wǎng)絡(luò)改造前的系統(tǒng)僅有基本語音、簡單調(diào)度、遺漏呼叫、收發(fā)短信、強(qiáng)插強(qiáng)拆、通話錄音、群組呼叫等功能，并不能保證煤礦通信的順暢交流；改造后的網(wǎng)絡(luò)豐富了多項(xiàng)業(yè)務(wù)，調(diào)度更加全面，擴(kuò)展性好并且可以升級(jí)為VOLTE 業(yè)務(wù)模式，同時(shí)在原有功能的基礎(chǔ)上增加了視頻、數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)功能。網(wǎng)絡(luò)改造前后如圖4、圖5。

圖4 網(wǎng)絡(luò)改造前

圖5 網(wǎng)絡(luò)改造后

4 礦用雙模無線通信系統(tǒng)的先進(jìn)性

EPC 具備的特點(diǎn)：（1）核心網(wǎng)趨同化，交換功能路由化；（2）業(yè)務(wù)平面與控制平面完全分離；（3）網(wǎng)元數(shù)目最小化，協(xié)議層次最優(yōu)化；（4）網(wǎng)絡(luò)扁平化，全I(xiàn)P 化。

雙模融合系統(tǒng)的優(yōu)勢：（1）揚(yáng)長避短，語音數(shù)據(jù)完美融合，能夠與各種系統(tǒng)完美兼容，為高效的智慧礦山打下基礎(chǔ)；（2）無線有線統(tǒng)一調(diào)度，解決各個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立的問題；（3）建設(shè)成本低，而且很好地保護(hù)了原有投資；（4）工程建設(shè)簡單，周期短，主要工作都在地面，系統(tǒng)可靠性高，日常維護(hù)方便；（5）系統(tǒng)可擴(kuò)展性好，便于后續(xù)升級(jí)演進(jìn)。

5 礦用雙模無線通信系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

司馬煤礦使用該雙模通信系統(tǒng)以來，設(shè)備運(yùn)行正常。該礦在煤礦口處設(shè)置一臺(tái)計(jì)算機(jī)，工作人員需要通過計(jì)算機(jī)識(shí)別個(gè)人信息后才能進(jìn)入礦下，管理人員與礦下工作人員時(shí)刻保持聯(lián)系，遇到緊急問題可以及時(shí)作出決策，對(duì)智慧礦山的安全建設(shè)提供了便利條件。

6 結(jié)論

礦用雙模無線通信系統(tǒng)在不打破原有通信資源的基礎(chǔ)上融入新技術(shù)，揚(yáng)長避短，有效保護(hù)了原有通信資源，節(jié)約了重新構(gòu)建系統(tǒng)所需資金，又能發(fā)揮新技術(shù)的最大優(yōu)勢，很好地解決了煤礦通信的真實(shí)需求。運(yùn)用科技結(jié)合的技術(shù)既能保障煤礦內(nèi)外的實(shí)時(shí)通信，還可以確保煤礦現(xiàn)場的作業(yè)安全，確保工作人員的生命安全。