基于TD—SCDMA技術的煤礦通訊問題研究

趙廣雨

【摘要】隨著各項技術的進步與發展，基于TD-SCDMA技術的無線通信系統在煤礦系統中具有廣泛的應用，這為煤礦生產工作中的生產調度、安全監控、應急救援等提供了良好的應用平臺，這對于煤礦生產過程中安全、穩定性能的提升具有積極的作用，本文就主要結合TD-SCDMA技術的特點，對基于TD-SCDMA技術的煤礦通信系統予以簡單分析研究，對于實際的煤礦開采工作具有一定的參考價值。

【關鍵詞】TD-SCDMA技術;煤礦通訊;研究

在長期的發展過程中，我國的煤礦礦井無線通信系統經歷了一系列的發展過程中，如：基于小靈通技術的無線通信系統、基于CDMA技術的煤礦無線通信系統以及基于WiFi技術的煤礦井下無線通信系統，這些系統在煤礦通信系統中發揮著重要作用，目前的煤礦無線通信系統中應用最為廣泛的系統形式是基于WiFi技術的無線通信系統，在實際運行過程中，其能夠有效的實現數據業務的高速傳輸，但是其具有明顯的不足之處就是語言傳輸的缺陷，并且其覆蓋范圍難以得到保證，這對于其應用范圍的擴大具有一定的限制作用。

基于TD-SCDMA技術的無線通信系統的出現與應用，對于煤礦通訊技術的進步具有非常重要的作用，其中一個典型的代表就是KT151無線通信系統，該系統中應用了我國具有自主知識產權的3G移動技術，不但能夠提供良好的語音傳輸業務，還能夠提供3G數據業務，能夠很好的滿足煤礦對通信系統的調度功能需求，本文就主要針對此予以簡單分析研究。

一、TD-SCDMA技術特點

TD-SCDMA是時分雙工同步碼分多址的英文簡稱，其是由ITU所正式發布的第三代移動通信空間接口技術規范之一，其集FDMA、TDMA、CDMA等多種技術優勢為一體，是一種具有抗干擾能力強、頻譜利用率高、系統容量大等諸多優點的移動通信技術，其得到了3GPP、CWTS的全面支持，是目前我國電信界第一個完整的通信技術標準，其中應用了自適應功率調整、可變擴頻系統、多時隙、低碼片速率、軟件無線電、同步CDMA、接力切換、聯合檢測、智能天線等多項技術，其工作原理如圖1所示。

圖1

在時間軸之上，應用的是TDD模式，將上行數據與下行數據分開來，這也是一種時分多址的形式，將TDD模式反映于頻率上，就是上行與下行共用一個頻點，能夠有效的節省帶寬;在頻率軸上，不同頻點的載波是可以共存的，應用的是頻分多址的形式;在能量軸之上，其每個頻點的每個時隙是可以容納16個碼道的，這是一種碼分多址的形式。

TD-SCDMA所呈現出來的先進的移動無線系統是針對于所有的無線環境之下的非對稱與對稱的3G業務來進行設計的，其運行于不成對的射頻頻譜之上，由于在其傳輸方向的時域上，能夠實現資源的自適應分配，可以得到獨立于對稱業務負載關系的頻譜分配的最佳利用率，在最佳自適應資源分配及最佳頻譜效率的基礎上，其能夠支持速率處于8kbps～2Mbps范圍中的所有互聯網及語音等3G業務。

二、TD-SCDMA技術的性能優勢

與傳統的煤礦無線通信系統相比，基于TD-SCDMA無線通信系統具有諸多的優點，主要表現為：（1）發射功率與待機時間，由于在基于TD-SCDMA技術的網絡中應用了自適應功率調整技術，包括外環、閉環、開環幾種功率控制技術，使得基站與終端能夠依據環境條件對發射功率進行不斷的調整，以此來減少不同用戶之間產生的干擾，這能夠有效的降低終端的耗電量，對于其待機時間的提升具有積極的作用，其中開環功率控制主要用來確定用戶的初始發射功率，也常應用于用戶接收功率突變時的發射功率的調節中;閉環功率控制能夠妥善的解決由于上下信道電波功率的不對稱所導致的精確性誤差問題;而外環控制技術則是在對接收誤幀率進行計算的基礎上，確定出閉環功率控制工作中所需要的信干比門限，這些控制技術的應用，能夠有效實現功率的精確控制。（2）抗干擾性能及安全性，在TD-SCDMA技術中具有專用的工作頻段，信號質量非常的好，并且其應用的智能天線具有定向性，能夠有效的降低小區間頻率復用所導致的干擾問題，另一方面，在該技術中聯合應用了檢測技術，能夠有效的克服多用戶干擾的問題，其還具有完整的加密鑒權方法，能夠有效的提升用戶數據的安全性;（3）切換機制，接力切換技術是TD-SCDMA中的關鍵技術之一，該技術能夠有效的支持基站間切換、小區間切換及與其他網絡的切換，有測試數據表明，TD-SCDMA網絡連通率高達98%，其切換成功率也高達96%。（4）通話質量好，在TD-SCMA技術中，應用的語音編碼方式是自適應多速率編碼，自適應主要指的是：應用更加智能的方式來解決信道編碼及信源中的速率分配問題，這能夠有效提升無線資源配置的效率及靈活性，在信道質量較差時應用速率比較低的編碼器，能夠提升信道編碼的比特數，以便于有效的實現糾錯功能，實現可靠的差錯控制，以便于有效的抑制錯誤的發生，提升語音質量，這對于增強信道的抗誤差能力具有積極的作用。

三、礦井無線通信系統的主要特點

本次研究中在對基于TD-SCDMA技術的煤礦無線通信系統進行分析時，主要以KT151礦井無線通信系統為例來進行簡單分析，該系統具有如下的基本特點：（1）該系統中應用的我國具有自主知識產權的TD-SCDMA技術，具有技術優勢;（2）該系統具有靈活的組網能力，其頻段資源不需要進行成對的分配，具有較高的頻譜利用率，網絡覆蓋范圍非常的廣，并且其網絡規劃與維護非常的方便;（3）系統安全性強，煤礦井下的環境條件是非常特殊的，提升設備及基站設計的安全性是非常必要的，該系統就具有良好的安全性性能;（4）KT151礦井無線通信系統具有非常豐富的增值業務，該系統能夠支持丟話通知業務，并且集成了短消息平臺，能夠支持點對多點以及點對點的短信發送服務，能夠有效的實現PC到手機的短信服務，能夠實現高速數據業務，使環境監控傳感器設備、視頻監控設備具有移動性特點，并且能夠有效的減少安裝維護費用，同時該系統還支持可視電話業務，支持多媒體文件的傳送，并且能夠搭載數字集群的調度;（5）能夠實現有線與無線的一體調度與統一管理;（6）該新系統具有完善的PBX功能，以便于很好的滿足企業內部的語音通信需要，并能夠提供語音郵箱、話務臺等增值業務，同時支持號碼同振、會議電話等業務;（7）具有自由漫游及多點互聯功能，系統能夠通過SP30-AVS實現多點的互聯，對節點都應用統一的編號計劃，節點之間的呼叫可以直接通過撥分機號碼來實現;（8）除了能夠提供語音業務之外，還能夠提供3G數據業務;（9）能夠支持多協議接口，單點最大用戶接入容量能夠達到5000，并且能夠支持多點組網，支持SS7、PRI、FXO接入到傳統的電路交換網絡中。

四、基于TD-SCDMA技術的煤礦通信系統的應用方案

基于TD-SCDMA技術的煤礦無線通信系統應用的主要目的是要能夠及時的掌握煤礦生產工作中各種視頻圖像、安全信息及生產數據，以便于對煤礦安全生產進行遠程的監控指揮，該系統設計過程中總體的設計思路主要是在煤礦生產的現場布置各種無線TD手持終端、視頻采集終端、監控分站及傳感器，以便于實現生產監控數據及視頻圖像等資料的采集，并將采集到的各種信息數據依據數據的標準進行匯總與打包，經過TD-SCDMA煤礦無線通信網絡傳輸至服務器或者是現場監控工作站，而移動客戶端則為遠程監測與管理人員所應用的TD終端手機，對服務器端的實時數據予以接收并顯示，并要提供相關的語音通訊及快速數據信息查詢等功能。

圖2

基于TD-SCDMA技術的煤礦移動專用網絡的解決方案是：由綜合接入控制器及綜合調度交換機為核心組成地面設備，并能夠提供多種類型的接口，從而有效的實現與安全監控系統、現有通訊系統等的混合組網，實現共網的傳輸與數據的共享，對于煤礦井下巷道的環境，應用基站無線光電結合級聯是方式，以便于有效實現井下通訊網絡的覆蓋，實現礦用無線檢測傳感器、礦用手機、終端等的定位，并通過孔中接口無線鏈路與基站系統的設備進行連接，從而有效實現系統多業務數據共網的傳輸。其系統組成主要有：配套電源、網絡服務器、礦用TD-SCDMA手持終端、井下本安基站、井上礦用基站、基站處理單元、綜合接入控制設備、交換調度機等設備組成，其系統結構如圖2所示。

其中綜合接入控制設備的主要功能是：完成用戶的業務接入，是一個綜合性的處理系統，具有移動網絡的調度與交換功能，其井上礦用基站主要是實現地面網絡覆蓋功能，而其井下本安基站的主要功能是實現井下網絡的覆蓋，網絡服務器與PS業務服務軟件包主要有：煤炭信息化、電子工單、煤炭產量監控系統、風機在線系統、定位考勤、瓦斯監控、視頻監控等業務應用，在實際應用中，可以依據實際的需求適當的增加新的軟件功能。而調度中心中主要實現的是井下、井上設備的告警管理、故障管理、維護管理、配置管理等操作維護功能。

五、結束語

TD-SCDMA技術與傳統的無線通信技術相比具有諸多的優點，將其應用于煤礦井下通訊工作中具有非常重要的作用，本文就主要在對TD-SCDMA技術進行簡單分析的基礎上，結合煤礦通訊的主要特點，對基于TD-SCDMA技術的無線通信系統在煤礦通訊系統中的應用進行了簡單分析，對于實際的礦井通信工作具有一定的參考價值。

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