煤矿4G无线通信系统-矿用WIFI无线通信系统详细介绍

1、项目概述

随着科技尤其是移动通信技术的发展，人类的生活和生产面貌发生了巨大的改变。人与人之间的沟通变得-加便捷，生产效率得到***提高，生产安全得到-多保障。

专网通信相对于运营商公网系统而存在，有自己独立的号码管理，设备管理，调度指挥等特点。煤矿的信息化建设一直在不断的-新，煤矿六大安全系统包括了通信联络系统，其中无线通讯系统在保障煤矿日常安全生产中有着非常重要的作用。

无线通信技术的发展先后经历了模拟通信、2G、3G技术。4G目前已开始正式商用。2G技术较好的解决了语音通信问题，单是无线数据传输带宽-限-太大，几十Kbps的数据带宽无法满足数据传输要求，3G系统应运而生。3G系统的数据传输相对于2G有了很好的提高，但是数据带宽还是非常有限。4G无线通信系统的发展，在一定程度上解决了移动终端的高速数据传输问题，通过建设矿用4G无线通信系统，可解决煤矿井下高清语音通信、高速高带宽无线数据传输，扩展系统的应用带宽。

一般而言，专网通信技术会跟随公网技术的发展。目前国内三大运营商已经--建成以LTE技术为基础的4G网络，终端也从2G时代以语音--的功能机为主到4G时代智能手机的蓬勃发展，无线宽带已经深入人心。

2、系统起因

义桥煤矿希望通过建设4G无线通信系统，实现地面、井下无缝的高清语音通话和井下的高带宽数据传输（包含视频和数据流传输），并利用--的计算机技术、通信技术、自动化技术来实现智能化和自动化的煤矿安全生产管理系统，以保-煤矿安全生产。

3、系统现状

目前义桥煤矿使用的是杭州北辰的小灵通，使用年限已久，由于小灵通系统自身的技术特点，不支持视频、数据等业务，现在在国内应用已越来越少，另外国家已强制-清退其公网频率，在地面已全部停市，技术已经被淘汰，因此义桥煤矿为了满足煤矿新信息化建设的形势，同时响应国家“六大系统”建设要求，并为了方便带班领导、各岗位负责人、瓦检员、安全检查人员、电机车司机等流动岗位人员的通信联络，增强调度指挥力度、提高工作效率。认真***“安全--，预防为主，综合治理”的方针，保-煤矿井下通信设备和系统的正常使用，建立通畅、便捷、有效、快速、智能化的井上下通信联络，因此需要设计一套稳定-和数据业务--好的4G无线通信系统，作为矿方通信联络系统的又一保障。

4、系统建设目标

1. 建立4G矿用无线通信系统，实现地面和井下的高清语音通信，视频通话、短消息、数据业务功能。现实4G覆盖，接入井下工业以太环网进行传输。

2. 系统具备组呼、全呼、强插、强拆、转接、监听、录音等--的调度功能。

3. 系统具备中继对接功能，实现矿用本安型手机与有线调度及矿用IP广播互联互通。

4. 系统提供-质的语音和数据业务，建立通畅、便捷、有效、快速、智能化的井上下通信联络，保-数据实时传送。

5. 实现多业务统一接入及实时传输、矿井全无线覆盖，提供高效语音通信功能。

6. 系统能实现无线通信系统、有线通讯系统、IP广播系统和视频通信系统资源整合，形成一体化调度平台，有效提高矿山通讯联络水平。

7. 系统可扩展接入人员----系统，车辆管理系统、综合自动化系统等

5、方案选型

当前煤矿使用的无线通信技术主要有如下几种：小灵通PHS技术、WiFi技术、3G包括WCDMA和TD-SCDMA技术、新建的4G LTE技术。小灵通PHS由于其技术成熟可靠，成本相对低廉，几年前占据了煤矿无线通信的大部分份额。WiFi和3G属于过渡产品，实际使用效果差强人意。近期兴起的4G技术由于产业链的大力支持，已经成为了主流的无线通信技术。

小灵通除了对数据业务支持不好这个问题之外，近年来遇到的--困难是频谱受限。按照工信部的规划，小灵通所使用的1900MHz-1920MHz已经划给TD-LTE。中国移动直接使用这个频段部署了大量室外型宏--。很多矿区地面装有小灵通--都受到了影响，表现为有信号不好打电话，或者通话经常中断等。虽然PHS采用了业务信道动态分配等技术可以规避干扰，但是中移动已经在大部分地区使用到了1915MHz，对小灵通地面--形成了很强的邻频干扰。而且不排除将来用掉剩余5MHz频谱。可见实际上煤矿小灵通地面--已经没有立足之地。当然井下--不受此影响。

基于SIP协议的WiFi无线通讯解决方案由于其成本低廉，在部分中小煤矿得到应用。但是SIP本身不是并一个移动通信协议，需要运行在可靠的通信链路上才能发挥其---势。井下无线链路由于特殊的地形结构，导致2.4GHz信号传播并不理想。我们在实际使用中也发现WiFi方式覆盖能力弱，用户体验较差，边界区域语音质量差，容易掉话。

另外SIP协议较为松散，没有严格的标准约束，各个厂家之间有不同的理解，导致设备间的兼容-较差。限制了系统后续升级或者扩展。

SIP服务器端，大量采用开源协议栈运行在Linux平台之上，语音编码使用x86CPU的软解，带来系统的不可靠-。实际使用中我们也发现这种架构的服务器经常需要定时重启。

3G系统虽然有严格的通信协议保障，但实际部署中效果也是差强人意，主要存在如下几个问题：

l 数据业务能力比较鸡肋，即使是WCDMA的HSPA，下行单--理论峰值14.4Mbps吞吐量，实际上使用Femto方案的--只能达到5Mbps；一个--下能支持的数据用户也非常有限；

l 井下覆盖如果使用RRU拉远的方式，设备一般只有几家大的通信设备供应商才能提供，成本高昂，维护困难；

l 井下小站覆盖的方式，同步和时钟校准都存在问题，一些-能较差的设备几个月就需要人工校准；

由于以上种种问题，我们认为WiFi和3G都不是煤矿无线通信理想的解决方案，我们采用4G LTE方式来实现煤矿的无线通信覆盖。

6.3 系统组成

6.3.1系统架构

4G无线通信系统由4G语音调度服务器、4G-心网系统、录音服务器、网管服务器，地面-心交换机、地面无线--、矿用本安型--、矿用本安型手机、矿用隔-兼本质安全型电源、光缆等组成。

4G语音调度服务器：XYP-8000B语音调度服务器采用--的软硬件技术、电信级的设计，保-了设备的稳定以及可靠-；XYP-8000B语音调度服务器支持FDD等无线通信系统的接入；支持有线、无线终端的统一调度，实现组呼、群呼、强插、强拆、会议、录音、监听等功能；同时支持SIP等多种信令接入方式，实现了语音、数据和增值业务的融合，是矿山企业用户生产调度、通信等综合业务的基础平台。系统采用集中方式部署，提供签约数据管理、鉴权管理、移动-管理、会话管理、承载管理及数字集群业务等相关功能，并通过外接管理系统实现集群系统的调度功能。

4G-心网系统：由-心EPC和-心IMS组成。

集成MME、S-GW、P-GW、HSS各网元功能，为LTE终端用户提供信令处理、移动-管理；对用户数据进行路由及转发；根据用户的签约信息进行QoS控制；同时管理用户签约信息，对系统接入用户进行鉴权和位置管理。EPC可支持井下--、地面--的接入，终端上网等。实现VoIP语音、数据和增值业务的融合，支持IAD、AG、IP-Phone、Soft-Phone、模拟电话、视频电话等终端混合组网，可以通过SIP、H.323等协议与第三方网关、软交换系统、IMS互通，同时还可以通过SS7、No.1、PRI、ATO等中继方式与PSTN、传统的PBX互联互通。

录音服务器：实现对无线手机的录音、数据管理、数据统计、提供查询等。录音服务器采用全数字录音，音质采用G.711标准，是电信级通话音质；能对系统内所有分机、环路中继及数字中继进行实时在线录音；采用大容量硬盘作为存储介质，录音时间长达18000小时。采用WEB登陆在线录音系统的访问方式，查询通话记录和录音文件的播放，能按时间和分机号进行查寻、播放任意时段的历史语音数据。软件界面使用中文显示，功能完善，操作方便，同时支持多用户同时登入，录音程序管理维护方便，具有录音文件定期自动删除功能。

网管服务器：系统的--网管软件可以对网内的不同调度机统一网管配置，同时强大的运行日志，可以清楚记录设备的运行和操作状态，大大降低运行维护的成本，具备系统管理、分组管理、帐号管理、权限管理等功能；井下--的日常维护与管理。同时还能够有效地将音频、视频和数据业务综合起来，能为用户提供完善的多媒体(音频/视频/数据)业务解决方案。

网络交换机：4G地面大功率--、矿用本安型无线--通过光缆接入地面交换机与4G语音调度将服务器连接。

地面无线--：由--控制器XYP-BBU和地面大功率--XYP-RRU组成

主要用于地面4G无线信号的覆盖，通过光纤连接到机房交换机内。

井下无线--：KT393-F(A)井下本安无线通信--有两种：其中一种通过光缆传输信号，主要用于大巷、固***的信号覆盖；另外一种通过双绞线传输信号，主要用于综采、掘进工作面、瓦斯钻场等移动场所，便于现场安装和施工维护。

移动终端：矿用本安型手机KT393-S1(A)、KT135-ZD、KT135-S1用于语音、视频通话。

电源：矿用隔-兼本安型直流稳压电源KDW660/12B，支持多种电压接入为井下网络交换机、--等设备供电，并保-4小时的电源后备，具备电源管理功能。

6.4 系统实现主要功能

 综合业务：实现地面与井下的无线信号覆盖，提供语音、数据、高清视频、短消息、--等功能；提供呼叫、转接、保持、强插、强拆、监听、队列、临时会议、会议、全-录音等调度功能；

系统可实现4G视频通话功能，在4G信号覆盖范围内可实现视频通话，并具有视频会议功能，根据业务需要，建立视频会议小组，实现不少于20个4G智能终端的视频会议，视频流畅不卡顿，语音清晰稳定。

 系统能支持点对点--，点对多点--，----和群呼功能，以便迅速下达应急救灾指令，便于现场人员迅速按调度指挥中心的指令进行人员撤离及救援。

系统能设置手机等级限制，设置不同的呼叫权限用户。

系统具备计算机管理及维护、系统测试、远程维护功能。

系统需具备传统程控交换机的业务功能，如呼叫转移、呼叫等待、呼叫保持、三方通话、呼叫权限设置等。

设备状态显示:在网管图上动态显示设备状态，--工作状态等功能。

软件应有容错能力、防护-能、运行故障的--功能、有完善的实时操作系统、有各类正常呼叫接续处理功能、具有完善的系统控制功能、具有对各种硬件设备测试功能、具有对软件、硬件运行故障的--、有完善的故障告-及故障处理功能、有与集中维护管理中心相配合的控制功能、具有完善、方便的人机通信控制功能、具有完善的维护管理功能、具有故障-断和故障--功能、软件维护管理功能、故障-断软件应能对硬件故障进行-断和--、系统具有网络限制功能,对不需要上网的用户进行控制。

能对用户进行等级设置、具有设备加电运行时，热插拔应不引起任何元件的损坏和缩短使用寿命、设备具有电磁兼容-及抗电磁干扰。

系统容量大：支持10000注册用户，支持500路以上语音并发，并支持堆叠扩容；

覆盖范围广：矿用本安型--中4G信号在水平巷道中覆盖距离大于800米。

可靠-高：支持环形组网，在光纤传输遭到破坏时可以自动完成链路切换；

标准接口：-心网支持SIP接口，可以接已有SIP调度系统，保护原投资

互联互通：可以在无线通讯系统网络覆盖范围内与矿井有线通讯系统通信；

无线中继：井下--支持无线中继连接及移动无线接入，方便设备部署，适用于临时或移动无线信号覆盖；

移动应用：配合智慧矿山系统软件，通过数据采集接口，实现智能手机对安全监测监控系统、人员--系统、原煤计量系统等综合自动化系统的监测监控。并具有良好的扩展-，在后期可接入其他的自动化系统。

6.5统-势特点

6.5.1高度集成-心网

自主研发-心网设备，采用集中方式部署，把MME，SGW，PGW集成到一个设备中

同时支持wifi数据传输系统；4G的上网处理，语音交换，数据漫游控制、权限管理等集中在-心网关网管和，统一打包处理，同时兼容wifi、广播、--等系统便于融合通信系统的实现，实现系统的软件层面融合。

6.5.2 矿用本安型--

井下采用自主研发的4G无线--，全本安设计，--容量大，适用于井下工作面、掘进面等高危险场所；

支持以太网传输，不需要专用的环网交换机，方便系统融合；

可选配多种模块（Wifi模块、人员--模块、车辆--模块、环网模块等）形成强大的融合--；

分支巷道等光缆铺设不方便地方，可使用业内***的双绞线--；

6.5.3 电源管理及宽电压接入

--电源可支持127/380/660V，电压接入，可对电源在线和掉线管理。

6.5.4 系统扩展-强

IP广播：--支持接入IP广播设备，实现区域扩音广播；

模拟电话：可将模拟电话接入本系统，实现井上井下、有线无线统一调度管理；

视频传输：可以通过通信软件拨打视频电话。

支持4G无线摄像仪的接入，支持有线、无线摄像仪通过以太网口接入--进行传输。