高小川 趙亞云

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4G無線通信系統(tǒng)在煤礦的專網應用

高小川 趙亞云

榆林匯森煤礦建設運營有限責任公司馮家塔分公司，陜西 榆林 719400

為了解決煤礦井下無線通信系統(tǒng)功能單一、車輛定位調度等問題，以智能調度系統(tǒng)為核心，結合4G、定位、環(huán)網等多種技術的特點，提出了一種采用前端硬件融合、后端軟件融合的高帶寬、多功能的智能無線調度通信系統(tǒng)解決方案。通過系統(tǒng)部署，大幅提高無線通信系統(tǒng)的傳輸帶寬與接入的多樣性，將語音、視頻、定位等多種功能融合為一，實現(xiàn)對各類無線終端的一體調度，從而在提高生產效率和安全性的同時，降低重復建設帶來的資源浪費。

無線通信；4G；多系統(tǒng)融合；車輛定位

引言

隨著通信技術的不斷發(fā)展以及煤礦行業(yè)對無線通信系統(tǒng)的需求不斷增加，煤礦井下的無線通信系統(tǒng)經歷了從小靈通、Wi-Fi到3G（TDSCDMA及WCDMA）的發(fā)展階段，近期更加興起了4G的建設高潮，技術的發(fā)展帶來了無線通信技術的革命。隨著傳輸帶寬的增加，無線應用越來越豐富，為煤礦生產調度效率的提高貢獻了不少力量。在這個前提下，我們采用4G技術建設煤礦專網應用無線通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了無軌膠輪車精確定位，為推進礦井兩化融合建設做出了探索性的技術創(chuàng)新。

1 綜合無線技術設計

1.1 無線通信技術選擇

在設計系統(tǒng)時首先要選擇合用的無線技術，確保語音通話和數據傳輸的質量。表1為目前主要的無線通信技術的主要參數對比。

表1 無線通信技術主要參數對比表

項目小靈通Wi-Fi3G4G 覆蓋范圍一般一般大大 語音并發(fā)數低較高（16）高（32）高（32） 通話質量一般較好好好 上行速率—100 Mbps5.76 Mbps50 Mbps 負載按照80%設計時，高清攝像儀并發(fā)數量—20～20018～10 抗干擾能力一般一般較好較好 終端價格較低低較低高

從表1中可以看出4G技術在抗干擾能力、基站切換、傳輸帶寬以及覆蓋范圍等方面有優(yōu)勢，尤其適用于小數據包頻繁的網絡，因此采用4G無線通信技術實現(xiàn)語音通話、視頻通話等業(yè)務在煤礦的專網應用中有一定的技術支持。

1.2 語音技術選擇

在煤礦井下使用4G技術建設無線通信系統(tǒng)，由于4G技術在設計上不具備專用的語音通道，因此我們采用VoLTE技術實現(xiàn)語音及視頻通話功能。VoLTE是基于IMS的語音業(yè)務。IMS由于支持多種接入和豐富的多媒體業(yè)務，具有傳輸質量好、穩(wěn)定性佳、回音抑制優(yōu)越等技術優(yōu)勢。

1.3 定位技術選擇

目前煤礦主要使用的定位技術有RFID和ZigBee兩種，主要參數對比如表2所示。

表2 定位技術主要參數對比表

項目RFIDZigBee 定位精度區(qū)域定位較高 覆蓋距離近距離0.1～200 m 耗電量低耗電低耗電 抗干擾能力差較好 單基站并發(fā)數高高

從表2中可以看出RFID無法實現(xiàn)精確的車輛定位功能，因此系統(tǒng)中的定位技術選擇ZigBee。

2 系統(tǒng)平臺設計

為了滿足煤礦的實際業(yè)務需要，以“智能調度”[1-3]為基礎，將4G無線通信系統(tǒng)、工業(yè)以太環(huán)網進行有效融合，從而滿足國家關于智慧礦山、數字化礦山建設的技術要求，實現(xiàn)有線、無線、廣播、視頻等系統(tǒng)的統(tǒng)一調度、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一維護[4]。

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由智能調度平臺包括地面調度服務器、錄音服務器、網管服務器、調度臺、4G核心網系統(tǒng)、井上下無線基站、手機等，具體說明如下。

（1）調度服務器：實現(xiàn)電話業(yè)務交換功能、電話調度功能、短信服務功能。

（2）錄音服務器：實現(xiàn)對手機的錄音、數據管理、數據統(tǒng)計、提供查詢等。

（3）網管服務器：實現(xiàn)對所有設備的配置、維護等。

（4）4G核心網：支持語音、短信、數據等基本功能。

（5）調度臺：實現(xiàn)對各個終端的調度操作功能等。

（6）無線基站：井下基站為4G綜合通信分站，提供4G（FDD-LTE）無線覆蓋，支持VoLTE功能，提供自組千兆環(huán)網能力，可選擇提供定位信號覆蓋。

（7）4G手機：支持VoLTE功能，可實現(xiàn)語音通話、視頻通話、高速上網等功能。

2.2 井下基站設計

根據無線技術的選擇結果與煤安要求，井下基站采用隔爆兼本安型設計，內部包括千兆工業(yè)以太環(huán)網交換機、4G基站、定位基站、電源等部件，具體如圖1所示。

圖1

基站可以實現(xiàn)自組千兆光纖以太環(huán)網，4G信號設計覆蓋直徑在800?m，定位信號覆蓋直徑在500?m左右。

2.3 車輛定位對講設計

為了實現(xiàn)車輛的定位[5-6]與對講功能，在車輛上安裝定位標簽及對講終端，具體如圖2所示。

圖2

車輛對講機及定位標簽中均內置電池，確保在斷電后依然可以工作一段時間。

2.4 系統(tǒng)特色

2.4.1 多系統(tǒng)融合

采用統(tǒng)一的接口標準將工業(yè)以太環(huán)網、4G無線通信、車輛定位、車輛對講等系統(tǒng)進行硬件和軟件融合。

2.4.2 基于智能調度系統(tǒng)

平臺所有語音、短信、指令、視頻等業(yè)務的聯(lián)動均由智能調度系統(tǒng)處理。

2.4.3 精確定位

可以實現(xiàn)10?m左右的精確定位功能。

2.4.4 廣播對講

可以實現(xiàn)基于智能調度的車輛對講功能和廣播功能。

2.4.5 網絡融合

所有子系統(tǒng)均采用以太網進行傳輸。

2.4.6 業(yè)務融合

利用智能手機，用戶可以通過無線基站與調度臺連通，可實現(xiàn)語音、短信、視頻傳輸等調度功能。

2.4.7 功能擴展

通過移動終端App實現(xiàn)生產信息簡報推送、設備運行遠程監(jiān)控、主要生產系統(tǒng)數據遠程監(jiān)控、人員位置監(jiān)控等，提高調度效率，形成礦井大數據業(yè)務。

2.5 系統(tǒng)優(yōu)勢

2.5.1 一鍵疏散

調度員可以通過調度臺向所有終端設備一鍵下發(fā)疏散通知，從而保證以最快的速度及最有效的方式通知到所有人員。

2.5.2 精確定位

系統(tǒng)同時具備車輛精確定位功能，為提高調度效率及緊急情況下有效引導人員疏散提供可靠保障。

2.5.3 統(tǒng)一調度

調度員可以通過調度臺實現(xiàn)對所有終端的調度功能。調度功能包括強插、強拆、監(jiān)聽等。

3 結論

4G無線通信系統(tǒng)在煤礦的專網應用，目前處于試點建設階段，因其采用先進的智能調度系統(tǒng)作為核心調度模塊，將先進的4G無線通信系統(tǒng)與車輛定位、車輛對講系統(tǒng)相結合，配合千兆環(huán)網交換機的使用，從根本上解決了無線系統(tǒng)上傳帶寬不足、語音質量一般、終端設備單一、技術生命周期短等許多問題，是煤礦井下無線通信系統(tǒng)建設的一種選擇。

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[3]楊建軍，臧海霞，杜鑫. IP調度系統(tǒng)專網應用設計[J].無線電工程，2013，43（5）：4-6.

[4]齊小文，周芬芳. 煤礦有線調度通訊系統(tǒng)的改造[J].煤炭技術，2013（9）：94-95.

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Application of 4G Wireless Communication System in Coal Mine Special Network

Gao Xiaochuan Zhao Yayun

Yulin Huisen Coal Mine Construction and Operation Co., Ltd., Fengjia Tower Branch, Shaanxi Yulin 719400

In order to solve the problems of coal mine underground wireless communication system with single function and vehicle positioning and scheduling problems, an intelligent scheduling system is taken as the core, combined with the characteristics of 4G, positioning, ring network and other technologies, an multi-functional intelligent wireless dispatch communication system solution that adopts front-end hardware integration and back-end software high-bandwidth is proposed. Through system deployment, the wireless communication system’s transmission bandwidth and access diversity are greatly improved, and various functions such as voice, video, and positioning are integrated into one to realize integrated scheduling of various types of wireless terminals, thereby improving production efficiency and security. And reduce the waste of resources caused by repeated construction.

wireless communication; 4G; multi-system integration; vehicle positioning

TD65+5；TN929.53

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