煤礦無線通訊新技術(shù)的應(yīng)用

袁酉亮

摘要：通訊技術(shù)的應(yīng)用在煤礦的開采過程中有著至關(guān)重要的作用，它不僅能夠保障工作人員的生命財產(chǎn)安全還能夠提高煤礦的開采生產(chǎn)水平，而近些年無線通訊技術(shù)的引進(jìn)更是加快了煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，本文將對煤礦開采過程中引進(jìn)的無線通訊新技術(shù)進(jìn)行研究分析。

關(guān)鍵詞：煤礦;無線通訊技術(shù);應(yīng)用研究

一、前言

在傳統(tǒng)煤礦開采過程中通常會使用漏泄通訊、井下小靈通系統(tǒng)作為井下工作的通訊方法。隨著WLAN無線通信系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅涵蓋傳統(tǒng)無線通訊的優(yōu)勢，還能夠?qū)崿F(xiàn)人員準(zhǔn)確定位加強了煤礦開采的整體水平，是我國煤礦開采行業(yè)無線通訊技術(shù)的新應(yīng)用。

二、煤礦無線通訊應(yīng)用的主要問題

在傳統(tǒng)煤礦開采過程中使用無線通訊通常會出現(xiàn)效率低，接收弱，信號易受到干擾等問題，并且因為礦井下灰塵較多，潮濕程度較大，易引發(fā)安全事故所以對于無線通訊設(shè)備的要求較高。表1是筆者對礦井無線通信技術(shù)的整理并進(jìn)行了綜合性能的對比。

綜上所述，WIFI礦井移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用既能夠解決傳輸距離問題，又能夠滿足礦井的通訊需要。

三、基于WIFI礦井移動通信系統(tǒng)的新技術(shù)應(yīng)用

（一）McWill技術(shù)

McWill技術(shù)作為我國自主研發(fā)的寬帶無線接入技術(shù)，它的出現(xiàn)不僅能夠彌補煤礦行業(yè)現(xiàn)有無線通訊網(wǎng)絡(luò)的不足，還能夠擴(kuò)大IP網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍通過靈活的部署和超強的移動性能，豐富煤礦行業(yè)中寬帶的應(yīng)用，比如，應(yīng)急通信，移動視頻監(jiān)控等。McWill技術(shù)還能夠兼顧語音通信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)這兩項工作內(nèi)容，因為McWill技術(shù)系統(tǒng)屬于高速移動無線接入系統(tǒng)，所以它能夠支持120千米每小時的終端移動速度并能夠?qū)崿F(xiàn)漫游、切換等功能，而在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中對于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和高效語音業(yè)務(wù)McWill技術(shù)系統(tǒng)能夠進(jìn)行同時的支持。McWill技術(shù)系統(tǒng)的建設(shè)通常是采用宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方式，這樣的方式能夠使得McWill技術(shù)系統(tǒng)的覆蓋半徑達(dá)到10千米到50千米，典型覆蓋半徑能夠達(dá)到1千米到3千米并且可以實現(xiàn)非視距傳輸。當(dāng)McWill技術(shù)系統(tǒng)在5 mHz的信道帶寬下其基站凈荷吞吐量能夠達(dá)到15 Mbit/s，而終端的最大峰值數(shù)據(jù)速率能夠達(dá)到5 Mbit/s[1]。智能天線，CS-OFDMA，自適應(yīng)調(diào)制，動態(tài)信道分配，先建后拆的切換，SDMA和MIMO，寬帶共網(wǎng)集群等技術(shù)是McWill技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用關(guān)鍵。比如，在建設(shè)McWill技術(shù)系統(tǒng)時多采用8單元智能天線，下行鏈路的預(yù)算為18dB上行鏈路的預(yù)算為9 dB，技術(shù)人員還可以通過調(diào)整兩信道的功率讓接入信道和業(yè)務(wù)信道的鏈路預(yù)算實現(xiàn)最大化。在McWill技術(shù)系統(tǒng)中應(yīng)用CS-OFDMA空口技術(shù)能夠使寬窄帶業(yè)務(wù)更好的融合，并可以提供300個并發(fā)信道加強窄帶語音業(yè)務(wù)的使用效率降低無線資源分配的顆粒度[2]。具體的說就是CS-OFDMA技術(shù)采用了OFDM調(diào)制方式，所以就具備了OFDM的技術(shù)優(yōu)勢。比如，頻率利用率高，信道分配靈活，容易實現(xiàn)等均是OFDM的技術(shù)優(yōu)勢。除去以上顯著優(yōu)勢CS-OFDMA技術(shù)還具備對調(diào)制符號的串并轉(zhuǎn)換降低單載波上的符號速率增強對多徑干擾的抵抗能力，并能夠根據(jù)每個信道的動態(tài)分配選擇符號的承載信道能夠有效的對抗頻率選擇性衰落。CS-OFDMA技術(shù)除了采用OFDM的技術(shù)還采用了碼擴(kuò)技術(shù)，通過采用碼擴(kuò)技術(shù)能夠?qū)⒁粋€符號的能量分散到整個信道中，在接收信號時能夠達(dá)到頻率分集的效果。在CS-OFDMA技術(shù)中為防止和避免傳統(tǒng)CDMA接入方式的多址干擾問題，CS-OFDMA技術(shù)通常會采用TDMA與OFDMA組成的多址方式讓用戶在發(fā)射接收信號時不會造成多址干擾的問題，從而保證McWill技術(shù)系統(tǒng)在使用時能夠保證使用范圍內(nèi)的每一個信道都不會發(fā)生相互干擾的問題[3]。煤礦井下作業(yè)時使用McWill技術(shù)具有覆蓋廣，容量高，頻段多，語音容量大和低輻射的傳輸特性，但是在現(xiàn)代礦井作業(yè)時只能夠使用有許可證的400 MHz，1.8 GHz，3.3 GHz頻段。

（二）WIMAX技術(shù)

WIMAX技術(shù)是煤礦開采中一項新興的無線通訊技術(shù)，在煤礦開采中應(yīng)用WIMAX技術(shù)能夠在50公里以內(nèi)的范圍以非?？斓乃俣冗M(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。WIMAX技術(shù)的主要應(yīng)用模式有PMP應(yīng)用模式，Mesh應(yīng)用模式，熱點回傳模式，終端接入模式，駐地網(wǎng)接入模式和無線橋接模式。PMP應(yīng)用模式主要是通過基站為核心，構(gòu)建星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將WIMAX技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入實現(xiàn)多點連接的方式運行。在PMP應(yīng)用模式中主要是通過動態(tài)帶寬分配技術(shù)實現(xiàn)大量用戶能夠接入核心網(wǎng)的需求[4]。Mesh應(yīng)用模式主要是通過基站建立網(wǎng)狀式的無線覆蓋區(qū)，實現(xiàn)某一個基站能夠作為業(yè)務(wù)接入點和核心網(wǎng)相連，而其他基站通過無線鏈路與該業(yè)務(wù)介入點相連的方式進(jìn)行運行。熱點回傳模式主要是利用WIMAX技術(shù)接入到無線網(wǎng)絡(luò)中然后把遠(yuǎn)端的熱點業(yè)務(wù)進(jìn)行回傳，最終到達(dá)核心網(wǎng)的方式運行。終端接入模式就是指用戶終端設(shè)備可以直接接入核心網(wǎng)，這一模式還能夠支持便攜式終端在礦井開采范圍內(nèi)的移動和漫游。駐地網(wǎng)接入模式和無線橋接模式在礦井開采無線通訊應(yīng)用中的使用率較低暫不對其進(jìn)行分析。在WIMAX技術(shù)中正交頻分復(fù)用技術(shù)，自適應(yīng)天線系統(tǒng)，自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)，快速資源調(diào)度技術(shù)等均是支撐WIMAX技術(shù)系統(tǒng)運行的關(guān)鍵技術(shù)[5]。WIMAX技術(shù)具有信號移動性強，傳輸速率高并能夠有效保障網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的傳輸特性。但是這項技術(shù)在國內(nèi)處于起步階段，技術(shù)應(yīng)用相對國外較不成熟[6]。

（三）WIFI拓展技術(shù)

將WIMAX和WIFI相比雖然他們都是屬于傳輸無線信號的技術(shù)，但是WIFI是用于解決無線局域網(wǎng)接入問題，而WIMAX是解決無線城域網(wǎng)問題.并且WIFI對于互聯(lián)網(wǎng)連接信號的傳送距離只能達(dá)到300英尺，而WIMAX則能夠把互聯(lián)網(wǎng)的連接信號傳送至31英里之遠(yuǎn)，為加強對WIFI在煤礦開采中的通訊應(yīng)用，通過Mesh網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)不僅能夠為礦場無線通訊的移動平臺提供WIFI覆蓋，并且能夠支持中高速移動和互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)VPN的接入從而實現(xiàn)WIFI的拓展應(yīng)用。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)通常以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，這樣的連接方式能夠使無線設(shè)備中的節(jié)點既能夠作為AP，又能夠作為repeater（中繼器）確保網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送信號和接收信號，并能夠1對1或一對多進(jìn)行直接通信，這樣的結(jié)構(gòu)形式能夠很好地應(yīng)對AP由于流量過大而導(dǎo)致?lián)矶碌膯栴}發(fā)生[7]。WIFI拓展技術(shù)不僅具有WIFI技術(shù)靈活度高，費用低，接收類型多的傳輸特性，還能夠彌補WIFI技術(shù)的缺陷支持寬帶業(yè)務(wù)并允許企業(yè)的VPN進(jìn)入。但是WIFI拓展技術(shù)的覆蓋范圍最多只能達(dá)到300米到500米，并且只能在無線局域網(wǎng)的環(huán)境下使用。

四、結(jié)語

無線通訊技術(shù)的應(yīng)用對于我國煤礦開采工作的推進(jìn)和發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，加強對煤礦開采工作中無線通訊技術(shù)的研發(fā)不僅能夠讓有關(guān)工作者在開采工作中獲得更高的通訊質(zhì)量，并且能夠有效地消除和減少煤礦開采工作中的安全問題，加強煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]邊文宇.煤礦無線通訊新技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程， 2019（17）：14-15.

[2]吳晶星.無線以太網(wǎng)技術(shù)在煤礦通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].中國管理信息化， 2019，22（12）：127-128.

[3]劉海.無線傳輸技術(shù)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].能源與節(jié)能， 2018（08）：191-192.

[4]羅少兵.煤礦無線通訊新技術(shù)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化， 2018，7（17）：41-42+49.

[5]劉大名.基于井下人員定位的煤礦安全系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].中國科學(xué)院大學(xué)（工程管理與信息技術(shù)學(xué)院）， 2018，11（09）：123-124.

[6]張旭華，郭永濤.無線通訊技術(shù)在煤礦井下信集閉系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].無線互聯(lián)科技，2018（02）：80-83.

[7]喬鋼柱.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].蘭州理工大學(xué)， 2018，32（12）：157-159.