4G通信技术支持下煤矿无线通信系统的研究

杨俊明

[摘要]通信系统作为煤矿生产数据的承载，已经逐步深入煤矿安全生产系统中。现代无线通信技术在4G技术支持下，逐步实现了TD-LTE矿用无线通信系统建设，该系统是以电信级TD-LTE无线通信设备为基础，以煤矿井下安全为准则，以通信联络系统建设为规范，对专网应用进行优化，建立专网独立应用调度平台，极大地提升煤矿企业安全生产管理水平，对企业网络信息建设具有重要意义。

[关键词]4G 煤矿 无线通信

全IP化4G技术支持下，4G无线通信技术得到了空前发展，煤矿开采施工的复杂性和危险性对无线通信系统提出了更高的要求。在4G通信技术支持下，煤矿安全生产管理系统能够逐渐完善自身信息化、自动化、智能化需求，并提升煤矿生产的安全性，为煤矿企业经济发展和社会经济效益带来极大帮助。

一、无线通信技术发展概述

1、PHS无线通信系统。PHS无线市话技术是在微蜂窝技术上实现的，它通过微蜂窝基站达到无线覆盖的目的，并以无线方式完成用户端和本地电话网的对接，实质上属于固定电话技术的补充。PHS无线通信系统已于2011年底实现清频退网。2、Wi-Fi无线通信系统。Wi-Fi属于短程无线通信传输技术的一种，它能在100米范围内实现互联网无线信号接入。Wi-Fi传输带宽受到环境动态影响，带宽与延时呈反比例增长，因此常常出现通话杂音、回声等质量问题。3、3G无线通信技术。TD-SCDMA是指时分服用同步满分多址接入，这是我国第一次提出，并依靠无线传输技术完成的国际移动通信标准。CDMA2000实在窄带CDMA技术上发展而来的宽带CDMA技术，属于3G通信标准，被国际电信联盟的IMT-2000标准认可。4、4G无线通信技术。4G是指第四代通信技术的泛称，它集合了3G与WLAN的特性，并能传输高质量视频图像，其下载速度可达100Mb/s，上传速度也能达到50Mb/s，极大限度的提升了无线服务质量，TD-LTE是3GPP基础上发展而来的，属于LTE的一种。

二、基于4G信技术的煤矿无线通信系统

2.4无线移动通信系统架构

1）基于TD-LTE通信技术的系统架构。TD-TLE煤矿无线通信系统网络是由基站、接入网关、BRAS和核心网通信组成。其语音通信、数据传输和集群呼叫主要由核心网网元实现，实现模式则是通过IMS、EPS、DSS集群完成。2）建立基于TD-LTE通信技术的基站通信系统。以Femto Pico基站为基础建立无线通信系统，不但能够扩大通信覆盖范围，还能以IP SEC方式，通过自身的传输网络统一接入到安全网关中，提升网络传输的安全性能。在基站通过提供WLANAP承载数据业务过程中，一般是以PDG为媒介直接接入网络传输数据业务，通过接入3GPP核心网来提升通话质量、数据传输的高效率，实现统一的业务活动。此外，还可以通过Small Cell基站的网管系统，形成上下层无线网络通信系统的对接。3）以IMS、EPC、DSS集群模式为基础的核心网。系统中的核心网主要用于用户连接、系统管理和网络承载，具体业务包括遥感业务、简单消息传递和监视控制等。TD-LTE无线通信系统采用IMS+EPC+DSS集群构架的融合核心网系统ZXUN iEPC-5。ZXUN iEPC-5小型化产品集合了电信级EPC核心网的特性，使用5U插箱，集合MME、SGW、PGW、HSS等功能特性，为用户提供高速、安全可靠的通信传输。4）综合应用系统平台。综合应用系统平台是以多场景分布式高性能云计算框架结构为基础，通过各种业务数据的分析处理引擎等专用支持工具，对各数据进行高速、可靠、统一处理的平台。它具备灵活性、可裁剪、可适配等多种明显特点，综合应用系统平台可以实现统一的数据存储、应用接口支撑生产自动化管理、安全管理等多种功能，它在Wi-Fi网络以及LTE终端基础上，保障语音、视频和数据等各类业务的有效进行，为煤矿企业安全生产和数据处理提供技术支持。

2.2无线移动通信系统功能

1）调度功能。煤矿生产中调度功能是必不可少的，生产调度员需要实现资源有效调度，以保障煤矿生产中的各种突发状况和安全生产，调度功能主要针对生产进程管理、煤矿生产流程、资源整合分配等。2）语音业务。语音业务包括移动电话和紧急呼叫业务、主叫号码识别显示业务三种。移动电话是煤矿通信系统用户与系统内外其他用户语音通信的重要保障；紧急呼叫业务主要应用于集群用户发起就近紧急，其余电话业务有类似，但是比一般电话业务快速；主叫号码显示也即是被叫用户提供主叫用户号码。3）集群通信。集群通信主要是在无线集群通信系统基础上实现的自动化信息共享，它主要用于提供系统内部的全呼、组呼和双向通话等。根据事件等级和紧急呼叫功能划分呼叫等级，确保煤矿生产的安全调度。4）增值数据服务。增值数据服务主要包括视频通话、物联网介入和手机终端定位等。在4G通信技术支持下，增值数据服务能够确保信号传输时间的准确性和精密性，以此了解井下人员的位置和分布，确保煤矿生产安全和信息的时效性。