浅谈基于TD-SCDMA技术的KT151无线通信系统在煤矿中的应用

文｜中煤西安设计工程有限责任公司 汪海涛 曹 娜

1 引言

我国矿井无线通信系统先后经历了基于小灵通技术的无线通信系统、基于CDMA技术的无线通信系统、基于WiFi技术的无线通信系统几个阶段，目前使用较多的是基于WiFi技术的无线通信系统。

WiFi技术的优势在于高速传输数据业务，但在语音传输上的缺陷和无线覆盖范围限制了它的发展与应用。通过不断改善，WiFi技术在一定程度上克服了WiFi手机漫游时断话、语音通话滞后和无线信道带宽不稳定的技术弊端，但其手机移动通话效果和漫游切换成功率仍然很低（＜50%），仅仅是治标不治本。而井下工作环境对无线通信技术有严格的要求，需要一种覆盖范围广、信号稳定、语音质量好、组网方便灵活、终端待机时间长（适用于井下工作人员）的无线通信技术。

KT151无线通信系统是基于TD-SCDMA制式的无线通信系统，该系统采用具有我国自主知识产权、先进的3G移动技术，在提供传统语音业务的基础上还可提供3G数据业务。系统在基本无线语音业务的基础上，还提供交换机所能提供的一些补充业务功能，统一编号方案极大方便了有分支机构的企业号码的统一管理。同时为了满足煤矿对通信系统的调度功能的需求，KT151系统通过综合智能调度交换机，实现有线、无线的一体调度功能。

2 TD-SCDMA技术原理

TD-SCDMA技术是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持。TDSCDMA是 集 CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体，系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术。TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配，可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此，TDSCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率，可支持速率从8kbps～2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。

3 TD-SCDMA技术性能优势

（1）通话质量

TD-SCDMA技术采用了AMR（Adaptive Multi-Rate，自适应多速率）语音编码方式，自适应的基本概念是以更加智能的方式解决信源和信道编码的速率分配问题，使得无线资源的配置和利用更加灵活和高效，在信道很差的时候采用速率比较低的编码器，这样就能分配给信道编码更多的比特数来实现纠错，实现更可靠的差错控制，从而有效地抑制错误发生，提高语音质量，增强抗信道误差的能力，传输时延小。

（2）切换机制

TD-SCDMA的关键技术之一就是接力切换技术，能很好的支持小区间切换、基站间切换以及与其他网络的切换。经测试TD-SCDMA网络的接通率和切换成功率分别可达98%和96%。

（3）信息安全与抗干扰性

TD-SCDMA技术有专用的工作频段（2010MHz～2015MHz），信号很好，而且凭借智能天线的定向性，降低了小区间频率复用所产生的干扰，同时通过联合检测技术克服了多用户干扰的影响。TD-SCDMA技术也有完整可靠的加密鉴权方法，能够保证用户数据的安全性。

（4）发射功率和待机时间

在TD-SCDMA网络中，采用了自适应功率调整技术，包括开环、闭环和外环三种功率控制技术。开环功率控制用于确定用户的初始发射功率，或用户接收功率发生突变时的发射功率调节。闭环功率控制可较好地解决因上、下行信道电波功率的不对称性而对精确性难以保证的问题。外环功率控制技术是通过对接收误帧率的计算， 确定闭环功率控制所需的信干比门限。正是由于这些精确的功率控制，使得终端和基站都会根据环境不断的调整发射功率，由此来降低不同用户之间的干扰，也减小了终端的耗电量，提高了待机时间。

4 KT151矿井无线通信系统特点

（1）采用具有我国自主知识产权、先进的TD-SCDMA技术，技术领先。

（2）支持多协议接口。提供单点最大支持5000用户的接入容量，支持多点组网；支持FXO、PRI、SS7接入传统电路交换网络；支持SIP/MGCP与分组交换网络的互通。

（3）在提供语音业务的基础上可提供3G数据业务。

（4）多点互联和自由漫游能力。系统通过SP30-AVS实现多点互联，所有节点采用统一编号计划，节点间呼叫可直拨分机号完成。

（5）完善的PBX功能。KT151提供完善的PBX功能，以满足企业内部语音通信的需要；可以提供话务台、语音邮箱等增值业务的应用，支持会议电话、号码同振等业务。

（6）支持有线、无线的统一管理。

（7）支持有线、无线的一体调度。

（8）丰富的增值业务。

◆ 集成了短消息平台，支持点对点，点对多点的短信发送，支持SMPP接口，可以方便实现PC到手机的短信；

◆ 支持丢话通知业务；

◆ 支持可视电话业务，实现视频通话、支持视频会议；

◆ 支持高速数据业务，使得视频监控、环境监控的传感器设备具有移动性，减少安装维护费用；

◆ 可搭载数字集群调度；

◆ 支持多媒体文件传送。

（9）高安全性。针对矿山井下特殊环境，基站本质是安全型设计，设备安全。

（10）灵活的组网能力。不需要成对分配频段资源，频谱利用率高，覆盖范围广，网络规划与维护简单。

5 KT151矿井无线通信系统组成

KT151无线专网产品主要由智能调度交换机SP30-AVS、综合网络控制器TDR100、基站控制器TDB100、本质安全型基站KT151-F、室内型基站TDU200、室外型基站TDU300和不同种类的终端、操作维护台等组成，可以满足不同行业企业各种场景下的通信调度应用。系统连接关系如图1所示。

图1

6 KT151矿井无线通信系统功能

（1）语音业务

系统采用AMR语音编码方式，速率为AMR编码方式的最高速率12.2kbps，高码率、高保真，具有和有线相当的语音通信质量。

（2）补充业务

在语音基本呼叫的基础上，系统支持全部的补充业务，主要包括：统一编号方案、路由功能、语音通知、缩位拨号、免打扰、呼叫优先级控制、外线直接拨入、提供语音信箱接口、呼叫等待、呼叫前转、呼叫转移、分机同振、呼入呼出限制业务、遇忙提示重拨/前转/转话务员、紧急呼叫业务、管理员的分级管理权限等。

（3）可视电话业务

KT151系统支持网内用户之间的64K可视电话业务。企业人员利用可视电话可以互传多媒体信息。

（4）短信业务

系统内的点对点短信：支持系统内的点对点短信，包括手机和手机之间，手机和PC之间。支持短信群发，通过短信应用平台向用户群发短消息。

（5）调度功能

呼叫、强插、强拆、代答、监听、组呼、群呼、禁言、自动转接、会议、拨号盘、录音、夜服/辅机功能、办公电话等功能。

（6）系统互联功能

◆ 与电信或移动公网互联：通过数字中继互联，提供PRI、中国一号、七号信令接口；

◆ 与电信IP电话运营商互联：通过IP中继互联；

◆ 与矿山企业办公以太网互联：通过以太网接口互联，提供千兆、百兆光/电以太网接口；

◆ 与矿山企业原内部行政电话互联：通过数字中继或模拟中继互联；

◆ 与矿井自动化监控系统互联：通过以太网接口互联，提供千兆、百兆光/电以太网接口。

7 结束语

本文分析了现有矿井无线通信系统的性能，提出了新型的基于TD-SCDMA技术的无线通信系统。该系统采用具有我国自主知识产权、先进的3G移动技术，在提供传统语音业务的基础上还可提供3G数据业务。同时通过综合智能调度交换机实现有线、无线的一体调度功能。对于煤矿无线通信技术的发展和新型现代化矿井的建设有着重大意义。