基于4G专用网络的煤矿无线通信系统研究

基于4G专用网络的煤矿无线通信系统研究

发表时间：2019-09-16T16:19:58.367Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：赵明磊崔向阳王京伟褚立庆邰大年张志国

[导读] 摘要：随着我国经济的飞速发展，对于煤炭的需求也与日俱增，随之而来的是煤矿开采规模的加大，各种智能化设备、远程控制设备对于无线网络的需求越来越大。

内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司内蒙古霍林河 029200

摘要：随着我国经济的飞速发展，对于煤炭的需求也与日俱增，随之而来的是煤矿开采规模的加大，各种智能化设备、远程控制设备对于无线网络的需求越来越大。在露天开采环境中，因为工作面推进速度过快，开采深度过深，采场、排土场、设备位置的不规则变化情况，只能应用一种低延时、高速度、高稳定性的无限技术来进行无线网络覆盖。无线通信的发展与现代通信技术的发展是紧密相连的。利用先进的无线通信技术，建设一套通信专网系统，有效解决无线wifi通信设备带来的安全隐患，同时利用无线通信系统作为有线光纤通信网络的有力补充，可替换原有wifi卡调传输系统等多种业务应用，提高通信网络的可靠性、稳定性，为霍林河露天煤矿信息化专网的安全性保驾护航。

现场踏勘过程中基站之间不能利用光缆进行通信，利用传统的单信号基站进行覆盖时，不能对坑下信号进行完整的较好覆盖，达到理想的使用效果。要想解决上述问题，就必须开发出一种多基站共存，双基站互补的无线覆盖方案，实时地把数字化矿山内采集的各种数据发送至地面监控中心，最大限度地提高生产管理效果。基于此，本文对基于4G通信技术的煤矿无线通信系统进行分析研究。

关键词：4G通信技术；煤矿；无线通信系统

随着我国社会的进步和煤矿的不断发展，我国的煤矿开采条件更加复杂，煤矿自动化程度不够普及，坑下工人文化程度低，导致煤矿井下的无线通信水平较低。煤矿井下无线通信技术的进一步研究和实现，是创建安全生产环境、保障井下工人生命安全和完善应急通信系统的重要任务。

1 4G的基本定义

4G通信技术又被人们称之为宽带接入和分布网络，其不仅非对称数据传输能力能够超过2Mbit/s，数传率高达100Mps。同时还兼具自动切换功能，能够实现不同速率之间的自动切换，从而为用户提供多种多样的服务，并达到兼容的目的。此外，4G通信技术实现了我国通信技术史上的首次三维图像的高质量传输，从而为移动用户提供更高质量的移动服务。其中包括4大部分，一是移动宽带系统；二是宽带无线固定接入；三是宽带无线局域网以及互操作的广播网络。在这些无线平台以及跨越不同频带的网络中，4G通信技术一方面能够为用户提供优质的无线服务，以及信息通信和数据采集外，另一方面还具有定时定位、远程控制等全方面的功能。

2 4G通信技术的优势

2.1具有高速通信的特点

现代通信业发展2G、3G以及4G通信技术其主要目的就是要实现通信速度的不断加快，4G最大的特点就是其强大的传输速度，2G数据传输速度最高只有32kb/s，3G可达2Mb/s，而4G最高可达100Mb/s。

2.2网络频谱更宽

通信运营商在运营期间必须明白4G之所以具有强大的通信速度需要通过更宽阔的频谱。4G信道频谱应远远宽于之前的信道频谱，并且在现在乃至未来，信息技术部门应锲而不舍地致力于探索加大信道的的研究，同时保证信息流的流通速度。

2.3通信灵活性更高

未来的4G终端将无处不在，可能是任何一件可见的物品，人们不仅毫无限制地双向下载图像、资料还可以随时随地通信，其自动锁定位置并提供精确的地图导向的功能更体现出4G通信技术的灵活性。

2.4强大的兼容性

只有具备高兼容效能才能使市场以及使用人员在短时间内接受，而且要想4G技术所依赖的各项传统技术在新产品中得到高效的发挥，通信技术兼容性的要求是大有必要的。纵览历代信息技术，都在一定程度上对兼容性提出了各自的要求，总体来说，兼容性的要求越来越高了。由此看来，4G未来的发展道路必将是具有开放式接口、漫游无阻、联网便捷等等诸多特点的高新技术。

3无线通信技术应用于煤矿开采的重要意义

由于煤炭生产环境复杂，坑下人员多，设备流动性大，在生产作业中，多采用联合流动作业形式，这就需要大量的重型设备进行分批开采。无论是在设备运输中，还是在安装中，都在煤矿生产中起作用。在调试中，它们都有更高的要求。然而，随着移动通信技术的发展，建立了基于4G通信技术的无线移动通信系统，并应用于煤矿生产。既能保证煤矿的顺利运行，又能完成应急处理。因此，4G无线通信移动系统在煤矿中具有十分重要的意义。

4基于4G通信技术的煤矿无线通信系统

4.1无线移动通信系统架构

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。

建立基于TD-LTE通信技术的基站通信系统。以FemtoPico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IPSEC 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。

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ZXUNiEPC-5。ZXUNiEPC-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。

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