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0前言   計算機、自動化、通信技術的相互融合，使煤礦地面通信技術突飛猛進，但礦井地下通信由于其環(huán)境復雜、通信設備技術等情況的限制，技術和應用水平遠遠落后于地面和空間。隨著我國煤炭行業(yè)信息化、網(wǎng)絡化的發(fā)展推動了礦井通信系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸技術在煤礦領域得到了廣泛的應用。為了實現(xiàn)可靠而有效的礦井移動通信，必須要建立一個暢通、靈活、可靠的井下通信系統(tǒng)，是煤炭安全生產與搶險救災的重要保障。   1礦井通信的主要特點   （1）移動通信設備要采用安全性能好的本質安全型防爆功能，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，設備故障率很高，要求移動通信設備應有較強的抗故障能力。（2）井下空間窄小，機電設備相對集中，電磁干擾嚴重，所以移動通信系統(tǒng)的體積設計不能太大而且應具有較強的抗干擾能力，應有防塵、防水、防潮、防腐、耐機械沖擊等防護性能。（3）礦井移動通信設備發(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)電源的電壓波動范圍較大，要求通信設備的電源電壓波動適應能力強。   2礦井通訊技術   2.1低頻導引通信技術   這種技術是利用同軸電纜對信號進行傳輸，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輻射器，目的是使電波向電纜外的巷道內輻射來實現(xiàn)井下的無線移動通信。這種通信技術的優(yōu)點是：頻率低、電纜的傳輸損耗小、距離大，簡單實用，造價最低。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   這種通信技術使用的傳輸介質是漏泄同軸電纜，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，為了彌補長距離的能量損失以實現(xiàn)井下的遠距離無線通信，每隔幾百米加一個中繼器。這種通信技術的最大的優(yōu)點是地面通信設備和技術非常成熟，通信質量好。缺點是成本造價太高，而且還需要敷設專用傳輸線，當饋線表面屏蔽的同軸電纜覆蓋有塵土或濕氣時，它的衰減率將迅速增大。   2.3紅外無線通信技術   紅外線的波長介于紅光和微波之間，紅外設備中的主要組件是發(fā)光二極管和紅外接收機。二極管是一個發(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)進行編碼，紅外接收機是一個光感應設備，能夠感應到光源并且地光源中所攜帶的數(shù)據(jù)進行譯碼。紅外光和其他常見光不同，即它的可見光反射及衍射。紅外光的介質吸收能力也強于無線電波，紅外光發(fā)射時，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，由于采用點到點的連接，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藍牙通信技術   藍牙是一種短距離的、無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)拈_放式技術標準，它將各種通信設備、計算機及其他終端設備、各種數(shù)字數(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設備和便攜設備。多種場合，設備功率低、對人體危害小。由于藍牙技術采用了跳頻方式來擴展頻譜，將2.40~2.48GHZ的頻段分成79個頻點，每2個相鄰頻點間隔1MHZ，因此在井下通信時具有很好的抗干擾能力。通過藍牙技術，井下人員可以相互連接，實現(xiàn)控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?  2.5RFID（射頻識別）技術   RFID技術是一個IC芯片安裝上微型天線的組合，是一種非接觸式自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標并獲取相關數(shù)據(jù)。一個典型的RFID應用系統(tǒng)通常以標簽的形式出現(xiàn)，RFID與其他系統(tǒng)最大的不同點是在讀寫器和應答器進行數(shù)據(jù)交換的時候，雙方的物理接口沒有實際的接觸，而是通過天線、微波等介質進行數(shù)據(jù)、時序以及能量的交換。它不僅是一種近距離的自動識別技術，也是一種先進的近距離無線通信技術，在礦井通信技術中有豐非常廣闊的發(fā)展前景。   2.6ZigBee技術   ZigBee技術是一種應用于短距離范圍內，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的電子設備之間的無線通信技術。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的名稱。它的特點是短距離、低速率、低成本、低功耗、網(wǎng)絡容量大、兼容性好、采用直接序列擴頻技術，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。以上通信技術都各有優(yōu)缺點，煤礦企業(yè)要根據(jù)自己的實際情況，生產調度和救災通信的需要選取合適的通信技術。   3礦井通信技術的通信協(xié)議設計   礦井移動通信網(wǎng)絡體系結構包括交換機、基站和移動臺。基站和交換機之間采用RS-485總線相連，移動臺和移動臺之間數(shù)字收發(fā)采用900MHz左右的電磁波通過基站進行數(shù)據(jù)中轉。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)絡層次被劃分為3個層次。   3.1物理層協(xié)議設計   （1）多址方式。它的基本類型有頻分多址、時分多址和碼分多址。其中碼分多址比頻分多址和時分多址有很多優(yōu)點，是現(xiàn)代通信技術發(fā)展的方向，時分多址對于不斷進展的新技術是開放的，公用設備的成本低，現(xiàn)有的設備可被為充分利用。系統(tǒng)的改進可通過軟件的方式，多用于礦井監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等。時分多址比頻分多址公用設備的每用戶平均成本低并且通信容量比頻分多址大；移動臺因需完成自適應均衡和成幀與同步比頻分多址復雜；時分多址越區(qū)切換簡單，移動臺可以在其它的空閑時隙檢測其它基站的信號強度，為越區(qū)切換作好準備。所以很多系統(tǒng)的多址方式選擇時分多址。#p#分頁標題#e#   （2）載頻及時隙結構。它由系統(tǒng)話務量、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。如果采用時分多址，一個載頻上可提供多個時分信道，為避免同頻干擾，系統(tǒng)的同頻復用頻率組可設定為三頻組，由于移動臺的可移動性，使得通信雙方的距離時刻發(fā)生變化，引起傳輸時延的變化，給“突發(fā)”定時帶來一定的偏差。造成各移動臺的“突發(fā)”信息發(fā)生重疊，嚴重干擾通信進行，因此要設置保護時間必須大于傳輸時延，避免“突發(fā)”信息重疊。   3.2鏈路層協(xié)議設計   基站與移動臺位同步的建立。采用定時器模擬數(shù)字鑒相器和數(shù)字濾波器，用軟件實現(xiàn)相位控制。幀結構設計。基站可以設計為有3個速率的話音業(yè)務信道，語音編碼采用CVSD。數(shù)據(jù)頭由訓練序列和幀同步字節(jié)組成。訓練序列有2種功能：一是能使接收器適應于發(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)絡層協(xié)議設計   網(wǎng)絡層有3個子層，分別是無線資源管理、移動管理和呼叫控制。   （1）無線資源管理層的主要作用是提供移動臺和基站之間的穩(wěn)定連接。即在呼叫期間移動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，實現(xiàn)動態(tài)共享有限的無線資源。   （2）移動管理層的主要作用是解決移動中的用戶手機的位置管理及越區(qū)切換問題來實現(xiàn)移動用戶的位置管理。主要有二級切換，第一級切換是設置于交換中心的切換，實現(xiàn)對全系統(tǒng)移動用戶的管理;第二級切換是設置于基站的切換，它對該區(qū)域內的移動用戶進行位置管理，包括位置的更新，如某一移動用戶從一個礦井區(qū)域移動到相鄰的礦井區(qū)域時，要對于正在通話的手機進行越區(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，要求具有移動臺主叫或被叫時建立或拆除鏈路所必須的功能。   4結束語   礦井通信技術主要實現(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)境進行實時監(jiān)測,滿足井下的安全生產的需要；通過井下工業(yè)監(jiān)控進行實時察看和控制，實現(xiàn)井下軌道運輸監(jiān)控、電力電網(wǎng)監(jiān)測、束管監(jiān)測和提升機狀態(tài)監(jiān)測等設備的實時運轉；利用礦井通信網(wǎng)絡實現(xiàn)實時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，礦井通技術對煤礦行業(yè)的發(fā)展極及重要。