基于4G通信技术的煤矿无线通信系统研究.pdf

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井下通信系统作为煤矿安全生产的3条生命线之一,越来越多的生产数据都将以此为承载,因此,建设 矿用无线通信系统是保证煤矿安全生产的必要手段。分析了现有的无线通信技术,提出了基于4G通信技 术的TD—LTE矿用无线通信系统建设方案,该系统严格遵循煤矿井下安全避险“六大系统”中的通信联络系 统建设规范,以电信级TD—LTE无线通信设备为基础,进行了针对专网应用的优化,专设了专网独立应用的 调度平台,并涵盖了中继、交换、无线、有线、会议、集群、定位、视频、系统设备管理等子系统,可极大提升企业 生产管理水平,有助于企业的网络信息建设。
2013年第9期 王心刚:基于4G通信技术的煤矿无线通信系统研究 总第213期 表2目前在用的煤矿井下通信系统参数对比 系统名称 使用频段/MHz 覆盖距 语音 离 质量 数据速率/Mbs1) 移动监控 服务质 群 小灵通 0.3~0.5 专无 Wi-Fi 2400 0.3~0.5 TD-SCDMA1880~1920,2010~2025 1.0 般兼好 不支持 无 54 不支持 无无 无 可视电话 有 CDMA 870~880,851~866 1.2 好4.9(单载波),14.7(3载波) 可视电话 支持 有 FDD-LTE 800~2100 100.0好 100/50 髙清视频,可视对讲支持有 3.1 TDLTE煤矿无线通信系统架构 现LTE的语音功能,并与传统的电路域核心网互 网络总体架构主要由BS8102基站、安全网关通,实现4G语音与3G语音、固定电话的互联互通 SeCW、接入网关AG/AC/BRAS与小型化核心网通与EPC一样采用ATCA架构,实现设备小型化。 信,核心网网元包括IMS+EPC+DSS集群,实现语 DSS核心网用于实现ITE的集群呼叫功能,并 音、数据、集群呼叫功能 具备兼容3 G CDMA GOTA集群功能,与EPC一样 3.2 TD-LTE基站通信系统 采用ATCA架构,实现设备小型化。 ZXSDR BS8102企业级 Femto/Pico基站属集成3.4综合应用系统平台 型超小基站,具备部署灵活的优点,可用于增强区域 通过建立高速、可靠、统一的软件处理平台,提 覆盖,主要应用于数据速率需求相对较大的区域。供一个适用多场景的分布式高性能云计算框架结 基站通过自有的传输网络(EPON或工业以太网)统构,在此基础之上,增加各种业务数据的分析处理引 接入到安全网关SeGW,并釆用 IP SEC方式来保擎等专用支持工具,构建灵活的、可剪裁、可适配的 障传输安全。 综合处理平台。平台提供统一的数据存储、中间件 当BS8102同时提供LTE/ WLAN AP功能来承平台和应用接口支撑生产自动化管理以及安全管理 载数据时,数据业务也可通过AC/BRAS和PDG直应用系统。支持LTE网络和W-Fi网络的基站系 接接人 Intranet网络。当 Small cell作为宏网络的统,支持L配E终端和WiFi终端同时接入,实现语 延伸,同时提供高质量的数据和语音业务,则可根据音、视频、数据各类业务承载和统一的工业安全及生 不同的产品形态选择接入专用AC网元或直接接入产数据软件平台及其应用系统,特别是安全形势智 3GPP核心网,以提供统一的业务体验。iAMS作为能分析预测系统以及各系统联动。 Small cell的网管系统,管理所有 Small cell基站,为 运营商提供可视可控的运维服务,并可以和上层4系统功能 管BOSS系统刈接。 4.1传统语音业务 3.3基于EPC+IMS+DSS集群架构的小型核心网 传统语音业务包括移动电话、紧急呼叫、主叫号 核心网的功能主要是提供用户连接、管理用户码识别显示业务等。移动电话为矿用通信系统用户 以及业务承载,作为承载网络提供外部网络接口。提供了与系统内外其他用户进行语音通信的功能 核心网可提供的基本业务包括移动办公、电子商务、紧急呼叫业务是指集群用户发起呼叫到就近的紧急 通信和基于位置的服务遥感业务( Telemetry)、简呼叫中心,它是电信业务中的一种,类似于电话业 单消息传递业务(监视控制)等 务,但建立呼叫相对简单且快速;主叫号码识别显示 TD-LTE无线通信系统采用基于EPC+IMS+即向被叫用户提供主叫用户号码。 DSS集群架构的融合核心网系统 ZXUN iEPC5。4.2调度通信业务 ZXUN IEPC5小型化产品依托电信级EPC核心网 调度系统是企业生产的主要通信手段。通过调 优势,采用5U插箱,将EPC主要网元MME、SGW、度系统,生产调度指挥员可以统筹企业所有资源,并 PGW和HSS的功能融为一体,可以给用户提供高及时处理生产中出现的各种情况,主要功能包括生 速、安全、可靠的LTE接入 产进程管理、生产资源再分配及生产流程调整等。 IMS( IP Multimedia Subsystem)是IP多媒体系4.3无线集群通信业务 统,是一种全新的多媒体业务形式,它能够满足目前 无线集群通信系统是指大量无线用户自动共享 终端客户更新颖、更多样化的多媒体业务需求。实少量无线信道的系统。主要提供(下转第118页) 2013年第9期 中州煤炭 总第213期 4结语 钻孔,要分析原因,并及时进行抽采钻孔布置参数的 优化、调整,如对采面迎面斜交钻孔,要根据不同煤 (1)近距离上保护层回采工作面“U+L”型通层的顶板岩性、工作面采高、采面回采推进度等因素 风方式和尾巷埋管抽放、迎面斜交钻孔抽放和上隅优化钻孔布置参数,以达到最佳的抽放效果。 角埋管抽放,既能有效治理瓦斯,又经济易行。 (2)要提高对初采期瓦斯治理的认识,做到思参考文献: 想重视、认识超前,并做到瓦斯治理工程“两同时 1]姚军朋,贾澄冰,张子敏,等,近距离保护层开采瓦斯治理效果 超前”:瓦斯治理工程与采煤工作面同时设计、超前 [J].煤炭科学技术,2008,36(1):5356 施工、同时投产。 2]张宝春保护层工作面瓦斯综合治理技术[门].煤矿安全,2007 (12):16-18 (3)对具体工作面各种抽放方法的抽放效果要 (责任编辑:刘光雨) 进行系统监测、考察,及时总结,对抽放效果不好的 (上接第39页)系统内部用户之间的相互通信,信息。地面人员可通过计算机动态了解井下人员的 但也可提供与系统外(如市话网)的通信。集群通位置和分布,为矿井生产及安全提供实时信息。 信系统区别于公众无线电移动通信系统的主要特点 是,除了可以提供移动电话的双向通话功能外,还可5结语 提供系统内的群(组)呼、全呼;甚至建立通话优先 TD-LTE技术在运营商市场已经进入大规模商 级别,可以进行优先等级呼叫、紧急呼叫等一般移动用的关键阶段,目前基于 TD-LTE的高速无线网络, 电话所不具备的通信;提供动态重组、系统内虚拟专特别是LTE转Wii覆盖技术,已经基本成熟。 网等特殊功能。这些特点特别适合矿山安全部门专LTE技术具有高带宽特性,上行带宽在50Mb/s以 用通信指挥调度需要。 上,并可实现传输网络的统一,避免网络建设重复投 4.4增值数据业务 入。作为有线调度通信系统的有力补充,井下TD (1)提供视频通话。通过手机实时传送语音和LTE无线通信系统具备覆盖广、信号强的特点,便于 图像,无线视频业务可在有线视频监控的盲区传递矿井管理者对井下各个区域情况的实时掌握,准确 实时图像,便于井上人员判断决策。 下达生产任务指标,紧急调度各区域的人员,提高了 (2)满足多种数据业务。高速分组无线数据业生产效率,降低了生产人力成本。 务可满足未来多种业务运行所需的高带宽需求。煤 参考文献: 矿企业管理人员可以通过手机端定制软件接入内部 系统,通过智能手机终端进行企业信息发布、移动办1]孙志国无线通信链路中的现代通信技术M北京:电子T 公、安仝生产监测监控、视频监控、综合自动化系统 业出版社,2010 监控等,可以实时监测煤矿的生产、安全等信息,操 [2]王晓东.无线通信系统[M].北京:电子工业出版社,2005 [3]窦中兆,雷湘.CDMA无线通信原理[M].北京:清华大学出版 作界面友好,图像直观。综合自动化系统具有组态 社,2006 软件实时显示功能,异常情况下具有报警自动提示[4]魏崇毓.无线通信基础及应用[M].西安:西安电子科技大学 功能。 出版社,2009 (3)物联网接入。可提供井下3G无线采集终5]孙戈短距离无线通信及组网技术[M]西安:西安电子科技 端、无线传感器、无线摄像头等接口,为井下物联网 大学出版社,2009 [6]金荣洪,耿军平,范瑜无线通信中的智能天线[M].北京:北 的建设提供终端接入 京邮电大学出版社,2006 (4)手机终端定位。采用4G无线通信系统,不[7]李文元无线通信技术概论M].北京:玉防工业出版社,2006 仅语音通话质量得到较大提高,利用4G通信平台,[8]庞部敏3 G UMTS与4GLTE核心网CS,PS,EPC,MS[M 还可以开发出更多的应用模式 北京:电子工业出版社,201 矿用无线通信系统手机终端定位就是利用作业 9]陶小峰,崔琪楣,许晓东.4G/B4G关键技术及系统[M].北京 人民邮电出版社,2011. 人员携带的手机与井下基站之间的信号传输时间 (责任编辑:许久峰) 通过精密的算法,得出作业人员在井下巷道的位置 8

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