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0前言   計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信技術(shù)的相互融合，使煤礦地面通信技術(shù)突飛猛進(jìn)，但礦井地下通信由于其環(huán)境復(fù)雜、通信設(shè)備技術(shù)等情況的限制，技術(shù)和應(yīng)用水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于地面和空間。隨著我國煤炭行業(yè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展推動(dòng)了礦井通信系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在煤礦領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)可靠而有效的礦井移動(dòng)通信，必須要建立一個(gè)暢通、靈活、可靠的井下通信系統(tǒng)，是煤炭安全生產(chǎn)與搶險(xiǎn)救災(zāi)的重要保障。   1礦井通信的主要特點(diǎn)   （1）移動(dòng)通信設(shè)備要采用安全性能好的本質(zhì)安全型防爆功能，防止井下空氣中含有的甲烷、瓦斯和煤塵等發(fā)生爆炸。井下環(huán)境惡劣，設(shè)備故障率很高，要求移動(dòng)通信設(shè)備應(yīng)有較強(qiáng)的抗故障能力。（2）井下空間窄小，機(jī)電設(shè)備相對集中，電磁干擾嚴(yán)重，所以移動(dòng)通信系統(tǒng)的體積設(shè)計(jì)不能太大而且應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，應(yīng)有防塵、防水、防潮、防腐、耐機(jī)械沖擊等防護(hù)性能。（3）礦井移動(dòng)通信設(shè)備發(fā)射功率較小，所以一般它的最大輸出功率為25W左右。井下電網(wǎng)電源的電壓波動(dòng)范圍較大，要求通信設(shè)備的電源電壓波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)。   2礦井通訊技術(shù)   2.1低頻導(dǎo)引通信技術(shù)   這種技術(shù)是利用同軸電纜對信號進(jìn)行傳輸，工作在幾百HKz的低頻段。在礦井下每隔幾百米在電纜上裝一個(gè)輻射器，目的是使電波向電纜外的巷道內(nèi)輻射來實(shí)現(xiàn)井下的無線移動(dòng)通信。這種通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：頻率低、電纜的傳輸損耗小、距離大，簡單實(shí)用，造價(jià)最低。但是由于井下的各種低頻電磁干擾存在，使數(shù)據(jù)誤碼率變高，可靠性低。   2.2漏泄通信技術(shù)   這種通信技術(shù)使用的傳輸介質(zhì)是漏泄同軸電纜，它比普通同軸電纜在短波頻段的傳輸損耗略大，在巷道中起到長天線的作用，因此傳輸距離更遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)長距離的能量損失以實(shí)現(xiàn)井下的遠(yuǎn)距離無線通信，每隔幾百米加一個(gè)中繼器。這種通信技術(shù)的最大的優(yōu)點(diǎn)是地面通信設(shè)備和技術(shù)非常成熟，通信質(zhì)量好。缺點(diǎn)是成本造價(jià)太高，而且還需要敷設(shè)專用傳輸線，當(dāng)饋線表面屏蔽的同軸電纜覆蓋有塵土或濕氣時(shí)，它的衰減率將迅速增大。   2.3紅外無線通信技術(shù)   紅外線的波長介于紅光和微波之間，紅外設(shè)備中的主要組件是發(fā)光二極管和紅外接收機(jī)。二極管是一個(gè)發(fā)射光源或者光束的電子器件，可以使用發(fā)射的光源或者光束對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，紅外接收機(jī)是一個(gè)光感應(yīng)設(shè)備，能夠感應(yīng)到光源并且地光源中所攜帶的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。紅外光和其他常見光不同，即它的可見光反射及衍射。紅外光的介質(zhì)吸收能力也強(qiáng)于無線電波，紅外光發(fā)射時(shí)，可見光對其影響較小，體積小、功率低，無需專業(yè)申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照，數(shù)據(jù)傳輸速率比較高，由于采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接，數(shù)據(jù)傳輸受到干擾較少，因此，在近距的通信中被廣泛應(yīng)用。由于其對接收信號的方向性要求高，不能穿透不透明物體，信號很難被有效傳輸。   2.4藍(lán)牙通信技術(shù)   藍(lán)牙是一種短距離的、無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)拈_放式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其他終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)采用無線方式聯(lián)接起來，它采用無線接口來代替有線電纜連接，具有很強(qiáng)的移植性，適用于對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的井下移動(dòng)設(shè)備和便攜設(shè)備。多種場合，設(shè)備功率低、對人體危害小。由于藍(lán)牙技術(shù)采用了跳頻方式來擴(kuò)展頻譜，將2.40~2.48GHZ的頻段分成79個(gè)頻點(diǎn)，每2個(gè)相鄰頻點(diǎn)間隔1MHZ，因此在井下通信時(shí)具有很好的抗干擾能力。通過藍(lán)牙技術(shù)，井下人員可以相互連接，實(shí)現(xiàn)控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?  2.5RFID（射頻識別）技術(shù)   RFID技術(shù)是一個(gè)IC芯片安裝上微型天線的組合，是一種非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)，通過射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。一個(gè)典型的RFID應(yīng)用系統(tǒng)通常以標(biāo)簽的形式出現(xiàn)，RFID與其他系統(tǒng)最大的不同點(diǎn)是在讀寫器和應(yīng)答器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的時(shí)候，雙方的物理接口沒有實(shí)際的接觸，而是通過天線、微波等介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)、時(shí)序以及能量的交換。它不僅是一種近距離的自動(dòng)識別技術(shù)，也是一種先進(jìn)的近距離無線通信技術(shù)，在礦井通信技術(shù)中有豐非常廣闊的發(fā)展前景。   2.6ZigBee技術(shù)   ZigBee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù)。它的名字來源于蜂群采用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，以此做為新一代無線通信技術(shù)的名稱。它的特點(diǎn)是短距離、低速率、低成本、低功耗、網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性好、采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，工作頻段靈活（工作頻段在868MHZ、915MHZ、2.4GHZ，都是無需申請執(zhí)照的頻率）、數(shù)據(jù)傳輸可靠、安全性高。以上通信技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn)，煤礦企業(yè)要根據(jù)自己的實(shí)際情況，生產(chǎn)調(diào)度和救災(zāi)通信的需要選取合適的通信技術(shù)。   3礦井通信技術(shù)的通信協(xié)議設(shè)計(jì)   礦井移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括交換機(jī)、基站和移動(dòng)臺。基站和交換機(jī)之間采用RS-485總線相連，移動(dòng)臺和移動(dòng)臺之間數(shù)字收發(fā)采用900MHz左右的電磁波通過基站進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。通信協(xié)議分為有線和無線接口2部分。無線接口的通信協(xié)議是參照開放系統(tǒng)互連參考模型建立的。它的無線網(wǎng)絡(luò)層次被劃分為3個(gè)層次。   3.1物理層協(xié)議設(shè)計(jì)   （1）多址方式。它的基本類型有頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址。其中碼分多址比頻分多址和時(shí)分多址有很多優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的方向，時(shí)分多址對于不斷進(jìn)展的新技術(shù)是開放的，公用設(shè)備的成本低，現(xiàn)有的設(shè)備可被為充分利用。系統(tǒng)的改進(jìn)可通過軟件的方式，多用于礦井監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等。時(shí)分多址比頻分多址公用設(shè)備的每用戶平均成本低并且通信容量比頻分多址大；移動(dòng)臺因需完成自適應(yīng)均衡和成幀與同步比頻分多址復(fù)雜；時(shí)分多址越區(qū)切換簡單，移動(dòng)臺可以在其它的空閑時(shí)隙檢測其它基站的信號強(qiáng)度，為越區(qū)切換作好準(zhǔn)備。所以很多系統(tǒng)的多址方式選擇時(shí)分多址。#p#分頁標(biāo)題#e#   （2）載頻及時(shí)隙結(jié)構(gòu)。它由系統(tǒng)話務(wù)量、話音的編碼方式、數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎吞幚砥鞯奶幚砟芰Q定。如果采用時(shí)分多址，一個(gè)載頻上可提供多個(gè)時(shí)分信道，為避免同頻干擾，系統(tǒng)的同頻復(fù)用頻率組可設(shè)定為三頻組，由于移動(dòng)臺的可移動(dòng)性，使得通信雙方的距離時(shí)刻發(fā)生變化，引起傳輸時(shí)延的變化，給“突發(fā)”定時(shí)帶來一定的偏差。造成各移動(dòng)臺的“突發(fā)”信息發(fā)生重疊，嚴(yán)重干擾通信進(jìn)行，因此要設(shè)置保護(hù)時(shí)間必須大于傳輸時(shí)延，避免“突發(fā)”信息重疊。   3.2鏈路層協(xié)議設(shè)計(jì)   基站與移動(dòng)臺位同步的建立。采用定時(shí)器模擬數(shù)字鑒相器和數(shù)字濾波器，用軟件實(shí)現(xiàn)相位控制。幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。基站可以設(shè)計(jì)為有3個(gè)速率的話音業(yè)務(wù)信道，語音編碼采用CVSD。數(shù)據(jù)頭由訓(xùn)練序列和幀同步字節(jié)組成。訓(xùn)練序列有2種功能：一是能使接收器適應(yīng)于發(fā)送端發(fā)送的基帶信號；二是能夠把有效信號同噪聲、非有效信號區(qū)分開來。   3.3網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議設(shè)計(jì)   網(wǎng)絡(luò)層有3個(gè)子層，分別是無線資源管理、移動(dòng)管理和呼叫控制。   （1）無線資源管理層的主要作用是提供移動(dòng)臺和基站之間的穩(wěn)定連接。即在呼叫期間移動(dòng)臺與基站之間連接的建立和釋放，處理呼叫期間用戶的切換。即在越區(qū)期間的信道切換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)共享有限的無線資源。   （2）移動(dòng)管理層的主要作用是解決移動(dòng)中的用戶手機(jī)的位置管理及越區(qū)切換問題來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶的位置管理。主要有二級切換，第一級切換是設(shè)置于交換中心的切換，實(shí)現(xiàn)對全系統(tǒng)移動(dòng)用戶的管理;第二級切換是設(shè)置于基站的切換，它對該區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)用戶進(jìn)行位置管理，包括位置的更新，如某一移動(dòng)用戶從一個(gè)礦井區(qū)域移動(dòng)到相鄰的礦井區(qū)域時(shí)，要對于正在通話的手機(jī)進(jìn)行越區(qū)切換，以此來保證通話不被中斷。   （3）呼叫控制的主要作用是建立和釋放傳輸路徑，要求具有移動(dòng)臺主叫或被叫時(shí)建立或拆除鏈路所必須的功能。   4結(jié)束語   礦井通信技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)的功能有環(huán)境監(jiān)測、井下工業(yè)監(jiān)控和語音通信等。通過對井下環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,滿足井下的安全生產(chǎn)的需要；通過井下工業(yè)監(jiān)控進(jìn)行實(shí)時(shí)察看和控制，實(shí)現(xiàn)井下軌道運(yùn)輸監(jiān)控、電力電網(wǎng)監(jiān)測、束管監(jiān)測和提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測等設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)；利用礦井通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語音通信來提高井下人與人之間信息交流的靈活性與可靠性。因此，礦井通技術(shù)對煤礦行業(yè)的發(fā)展極及重要。