TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)在露天礦山的應(yīng)用

郭文馨

摘 要：該文介紹了TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)的概念及在準(zhǔn)能集團(tuán)公司兩個(gè)露天礦山的應(yīng)用。通過現(xiàn)有基站運(yùn)行現(xiàn)狀和用戶需求分析，結(jié)合兩個(gè)露天礦預(yù)選位置的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試和需求用戶容量計(jì)算，提出了符合準(zhǔn)能集團(tuán)公司露天礦山實(shí)際的TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)更豐富的調(diào)度手段以提高露天礦山生產(chǎn)的效率和準(zhǔn)確性，以推動(dòng)和加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度指揮工作。

關(guān)鍵詞：TETRA 數(shù)字集群通信系統(tǒng) 信號(hào)強(qiáng)度 用戶容量 調(diào)度指揮

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0026-02

隨著數(shù)字化礦山的高速發(fā)展，礦山調(diào)度指揮工作日益繁重，對(duì)無(wú)線通信調(diào)度指揮提出更高的要求。而現(xiàn)有的單站集群模式逐漸顯露出種種不足，解決這一矛盾的有效辦法就是網(wǎng)絡(luò)化。

TETRA（Terrestrial Trunked Radio—陸上集群無(wú)線電）數(shù)字集群通信系統(tǒng)是基于數(shù)字時(shí)分多址技術(shù)的專業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有信令標(biāo)準(zhǔn)公開、頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)、易于擴(kuò)容等優(yōu)點(diǎn)，并可在同一技術(shù)平臺(tái)上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸和電話服務(wù)，它不僅提供多群組的調(diào)度功能，而且還可以提供短數(shù)據(jù)信息服務(wù)、分組數(shù)據(jù)服務(wù)以及數(shù)字化的全雙工移動(dòng)電話服務(wù)，適應(yīng)于未來技術(shù)的發(fā)展。

1 準(zhǔn)能集團(tuán)公司兩個(gè)露天礦無(wú)線基站的運(yùn)行現(xiàn)狀

神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司黑岱溝露天礦、哈爾烏素露天礦生產(chǎn)指揮調(diào)度的800兆無(wú)線基站使用的是Motorola四載頻基站，為單站集群模式運(yùn)行。隨著露天礦采坑區(qū)的移動(dòng)變化，如黑岱溝露天礦坑已經(jīng)遠(yuǎn)離基站達(dá)4km以上，礦坑內(nèi)無(wú)線信號(hào)衰耗增加，出現(xiàn)掉線和無(wú)法呼出現(xiàn)象，哈爾烏素露天礦同樣存在這種現(xiàn)象。多年來兩礦一直采用直放站補(bǔ)盲方式，但此方法存在同頻干擾、信號(hào)漂移等現(xiàn)象，造成部分用戶終端無(wú)法正常使用。

2 準(zhǔn)能集團(tuán)公司兩個(gè)露天礦TETRA系統(tǒng)的需求分析

在黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天空礦坑口附近分別新建一套基站，改善礦坑信號(hào)覆蓋較弱區(qū)域的通訊狀況。通過中心交換實(shí)現(xiàn)兩礦四基站信號(hào)聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)其中一個(gè)基站信號(hào)覆蓋較弱時(shí)，可利用其他基站信號(hào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換呼叫，實(shí)現(xiàn)信號(hào)全覆蓋。

3 準(zhǔn)能集團(tuán)公司兩個(gè)露天礦的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試和用戶容量計(jì)算

3.1 信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試

MTS4測(cè)試基站架設(shè)在預(yù)選站點(diǎn)，天饋安裝好。車輛攜帶測(cè)試設(shè)備進(jìn)入測(cè)試區(qū)域行進(jìn)測(cè)量。將筆記本電腦與MTP850手臺(tái)通過專用串口線連接好，將手臺(tái)的天線擰下，把手臺(tái)連接到車載臺(tái)天線上。通過多次改變MST4測(cè)試基站的安裝位置并測(cè)試信號(hào)強(qiáng)度，最終確定新建基站的安裝位置，通過測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出架設(shè)坑口基站，礦坑內(nèi)信號(hào)覆蓋達(dá)到-85dbm以內(nèi)，完全滿足用戶呼叫的需要。

3.2 系統(tǒng)用戶容量計(jì)算

TETRA系統(tǒng)所能支持的無(wú)線用戶數(shù)主要取決于下面三個(gè)參數(shù)：每個(gè)站可用的業(yè)務(wù)信道數(shù)量、話務(wù)量數(shù)據(jù)、所呼損率 （GoS）、語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量（Qos）。在TETRA系統(tǒng)中，每個(gè)收發(fā)信機(jī)能支持4個(gè)邏輯信道，3載頻基站共有1個(gè)控制信道，11個(gè)業(yè)務(wù)信道。

根據(jù)話務(wù)量參照模型：業(yè)務(wù)類型話音業(yè)務(wù)占90%，電話和單呼占5%，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占5%，用戶忙時(shí)話務(wù)量0.012Erl，無(wú)線呼損率5%，通過愛爾蘭公式和愛爾蘭呼損B表可以計(jì)算出，當(dāng)呼叫延遲概率為5%時(shí)，單基站話務(wù)量為7.08 Erl的話務(wù)量，4個(gè)三載頻固定基站TETRA系統(tǒng)能夠提供28.32 Erl的話務(wù)量。在每用戶的忙時(shí)話務(wù)量為0.012 Erl的前提下，數(shù)字集群系統(tǒng)（4個(gè)固定基站）的用戶容量為：28.32/0.012=2360用戶，每個(gè)基站的用戶容量約為590，由此可知設(shè)計(jì)方案完全滿足用戶呼叫的需要。

4 準(zhǔn)能集團(tuán)公司兩個(gè)露天礦TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)技術(shù)方案

根據(jù)對(duì)兩礦現(xiàn)場(chǎng)勘察和分析表明，要明顯改善礦坑信號(hào)覆蓋較弱區(qū)域，需增加一套中心交換設(shè)備和兩套坑口基站。結(jié)合實(shí)際電測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)選取了黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦坑口位置的兩個(gè)點(diǎn)作為實(shí)際基站位置。在黑岱溝露天礦坑口，建設(shè)一座50 m固定鐵塔、建造一間集裝箱式機(jī)房，采用E1協(xié)議與中心進(jìn)行信號(hào)網(wǎng)絡(luò)交換。在哈爾烏素露天礦坑口，利用原有卡調(diào)系統(tǒng)30 m塔架設(shè)天饋線系統(tǒng)、建造一間集裝箱式機(jī)房，采用E1協(xié)議與中心進(jìn)行信號(hào)網(wǎng)絡(luò)交換。通過中心交換實(shí)現(xiàn)兩礦四基站信號(hào)聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)其中一個(gè)基站信號(hào)覆蓋較弱時(shí)，可利用其他基站信號(hào)進(jìn)行交換呼叫，不同基站間用戶呼叫延時(shí)應(yīng)小于500 ms。當(dāng)個(gè)別區(qū)域需要采用直放站補(bǔ)盲時(shí)，可采用選頻直放站，能夠避免直放站之間的同頻干擾，同時(shí)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、自動(dòng)漫游等功能。

TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)的形成將準(zhǔn)能公司整體無(wú)線系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)一中心四基站的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，中心配備網(wǎng)絡(luò)管理器，可以對(duì)網(wǎng)內(nèi)用戶、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、遠(yuǎn)端基站進(jìn)行統(tǒng)一管理，功能上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)漫游。當(dāng)基站與中心交換機(jī)的傳輸發(fā)生故障時(shí)，基站可以進(jìn)入單站集群功能，終端可以在本站信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)執(zhí)行基本功能，不會(huì)使系統(tǒng)處于完全癱瘓狀態(tài)。

系統(tǒng)各基站聯(lián)網(wǎng)采用雙鏈路連接方式：第一鏈路（主用）架設(shè)2條GYTA-24B1通信光纜，結(jié)合現(xiàn)有的光纜線路將黑岱溝露天礦、哈爾烏素露天礦基站，與中心交換機(jī)連接形成一套數(shù)字集群廣域網(wǎng)。第二鏈路（備用）采用一套無(wú)線網(wǎng)橋方式，當(dāng)光纖鏈路中斷時(shí)可自動(dòng)啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)損切換，保證800M數(shù)字廣域集群系統(tǒng)正常運(yùn)行。聯(lián)網(wǎng)雙鏈路的連接方式使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

方案中交換控制中心（MSO）與基站（MTS4）采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接，即每個(gè)基站通過E1與TETRA交換機(jī)直接連接。這種連接方式簡(jiǎn)單、可靠。一條基站鏈路的斷開不會(huì)影響其他基站的正常運(yùn)行。

考慮到露天礦山的高速發(fā)展和未來調(diào)度系統(tǒng)的用戶增長(zhǎng)，該技術(shù)方案中的TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)可以平滑升級(jí)，交換控制中心MSO最大可支持25個(gè)基站，共75個(gè)載頻，MTS4型基站可以支持8個(gè)載頻。最大限度的保護(hù)了投資，同時(shí)星形拓?fù)溆质潜容^經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，將來隨著基站的增加，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)容和更改也十分方便。

5 TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

該技術(shù)方案采用了可靠性設(shè)計(jì)。無(wú)論是MSO交換機(jī)還是基站都采取了多種策略保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。能夠提供連續(xù)、不間斷、有效暢通的通信保障。

（1）MSO交換中心主要設(shè)備和基站MTBF值（平均故障間隔時(shí)間）最小為38 515h，網(wǎng)管、調(diào)度臺(tái)和用戶臺(tái)MTBF值最小為46 000h，完全能夠滿足各個(gè)生產(chǎn)調(diào)度對(duì)可靠性的要求。

（2）MSO交換機(jī)關(guān)鍵部件采用1+1熱備份配置，相關(guān)網(wǎng)元設(shè)備采用冗余熱備份，由此調(diào)度指揮業(yè)務(wù)獲得最高級(jí)別的可靠性。當(dāng)主設(shè)備檢測(cè)到故障時(shí)，會(huì)觸發(fā)自動(dòng)切換。即使是在滿負(fù)荷工作的情況下，切換過程也僅有十幾秒。特別是節(jié)點(diǎn)控制器的冗余設(shè)計(jì)不僅針對(duì)故障，同時(shí)允許系統(tǒng)在不間斷工作的情況下進(jìn)行軟件升級(jí)，這樣就減少了計(jì)劃的和非計(jì)劃的中斷時(shí)間。

（3）系統(tǒng)設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的元器件，同類型的設(shè)備基本模塊是相同的，具有互換性，極大地增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性和可擴(kuò)展性。

（4）系統(tǒng)可對(duì)用戶數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、各類參數(shù)及配置進(jìn)行備份，當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失時(shí)能用備份數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。基站配置軟件TESS可以將基站數(shù)據(jù)、參數(shù)和其他配置存為一個(gè)文件，存儲(chǔ)在系統(tǒng)管理平臺(tái)上，一旦基站發(fā)生故障，可以利用這些備份數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。

（5）系統(tǒng)同其他通信系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)應(yīng)用時(shí)是通過邊界路由器進(jìn)行安全隔離的。這樣保證了其他網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)不會(huì)影響本系統(tǒng)的正常運(yùn)行。外界網(wǎng)絡(luò)是無(wú)法訪問和攻擊系統(tǒng)的網(wǎng)元設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)。

6 TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)的功能

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)具有豐富的功能，可滿足準(zhǔn)能集團(tuán)露天礦山生產(chǎn)部門各種調(diào)度指揮的要求。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的主要功能分為基本功能、擴(kuò)展功能、單站集群功能等幾個(gè)大類。

（1）基本功能包括組呼，單呼（私密呼叫），緊急呼叫，通播組呼叫，直通模式（DMO）。

（2）擴(kuò)展功能包括優(yōu)先呼叫，自動(dòng)重發(fā)，遲后加入，預(yù)占優(yōu)先呼叫，區(qū)域選擇，限時(shí)通話，呼叫顯示，呼叫提示，講話方識(shí)別顯示，縮位尋址，呼叫限制，電話互聯(lián)限制，二次撥號(hào)，發(fā)射關(guān)閉，超出服務(wù)區(qū)指示，動(dòng)態(tài)重組等。

（3）單站集群功能，系統(tǒng)基站能在中心站故障或通信鏈路中斷時(shí)自動(dòng)進(jìn)入單站集群狀態(tài)，基站用戶仍能進(jìn)行單基站內(nèi)的組呼，且通話組狀態(tài)和編組不發(fā)生變化；當(dāng)故障排除后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，且用戶的通信功能不受到任何影響。整個(gè)切換控制過程都由基站控制器自動(dòng)完成，無(wú)需人工干預(yù)。單站集群功能主要包括：基站入網(wǎng)登記、基站信道動(dòng)態(tài)分配、控制信道備份、組呼、緊急呼叫、遇忙排隊(duì)、回叫遲后、加入新近用戶優(yōu)先、講話方號(hào)碼顯示、單站集群提示等。

7 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，準(zhǔn)能集團(tuán)兩個(gè)露天礦處于生產(chǎn)的高峰期，產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，準(zhǔn)能集團(tuán)公司TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)安裝完成后，形成一套完整的TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)，它不僅能夠?yàn)槿粘Ｉa(chǎn)提供更加穩(wěn)定、可靠、精準(zhǔn)的調(diào)度指揮模式，還提高了工作效率，更加確保了日常生產(chǎn)的安全性。今后TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)將在露天礦生產(chǎn)中發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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