4G无线通讯系统简介.doc

国电霍州发电厂2600MW机组“上大压小”工程辅机设备招标文件 第二卷 技术部分KT319矿用无线通信系统4G矿用无线视频和通讯系统解决方案北京唐柏通讯技术有限公司二一四年一月1.矿用无线通讯系统发展现状通信系统作为煤矿六大系统的重要组成部分在现代化大中型矿山企业中正扮演着越来越重要的角色。传统的有线通信系统具有语音通话、电话调度、会议汇接等基本功能，广泛应用于井下生产指挥与人员通信联络。随着技术水平的提高，通信和调度功能包含了更多内容。通信除了语音电话之外，还增加了文本、多媒体视频、传感器采集与控制等信息的传递。调度也不仅限于固定电话调度，加入了移动终端调度和多媒体的元素，并可与人员定位、应急广播等其它系统整合联动，使得生产调度与应急指挥更加直观、准确、快捷。由此，对通信系统采用的技术提出了更高要求：一方面传统的有线通信（固话）向有线、无线融合通信（固话+移动终端）升级已成为大势所趋；另一方面，在基于IP分组交换的宽带通信网络之上应该可以叠加更丰富的数字业务，适应信息化建设对传输承载的需求。针对PHS无线系统、WiFi无线系统，3G无线系统，4G无线系统等三,种类型矿用无线通信系统及其在煤矿中的使用情况作对比，由此提出最优技术方案。 PHS无线系统PHS(小灵通)无线市话技术源自日本，是固定电话的有效延伸和补充，被称为“固话的补充和发展”。PHS系统在煤矿井下实际使用，存在着功能单一，无数据传输能力，信号传输距离短、基站非本安型等问题。且目前小灵通将要彻底退网，所有生产厂家都已停止生产，设备及板件无法买到，对现役系统今后的维护及故障处理造成很大困难。 WiFi无线系统WiFi无线通信系统目前在煤矿应用很多，有着带宽高、连接稳定的优点。WiFi非常适合用来为无线高清摄像机、无线开关等移动性要求不高，带宽需求较高，需要长时间保持数据连接的设备提供接入通道。若用来作为人员通信则存在一些难以解决的问题：（1）WiFi信号穿透能力差，极易受障碍物阻挡和干扰，复杂环境下数据传输不稳定，通话音质无保证；（2）WiFi基站在井下实际覆盖距离较近，一般直线只有不到300米，加上2.4GHz信号拐弯能力差，因此需要布设较多的基站才能实现全覆盖；（3）WiFi系统对终端在基站间切换支持不好，通话中终端发生切换容易因丢包导致掉话；（4）WiFi手机终端耗电快，待机时间相对较短。 3G无线系统3G系统在煤矿应用中的优势主要体现在以下几个方面：（1）系统容量高，业务质量好；（2）3G基站井下覆盖距离远，直线可达700800米，信号拐弯能力相对WiFi更强，可用较少的基站实现信号全覆盖；（3）3G系统支持终端在基站间连续切换，不会造成业务中断；（4）3G系统安全性与抗干扰能力远强于WiFi；（5）支持短信、彩信等增值业务；（6）技术标准与移动运营商公网一致，系统对接能力强；（7）终端产业链成熟，可选范围广。因此3G比WiFi更适合用于井下人员通信。但是纯3G系统也有着带宽不足、连接不稳定等缺点，无法为无线高清摄像机、移动宽带信息终端等高速设备提供足够的带宽和连接稳定性。 3G+WiFi双模系统WiFi技术与3G技术互有优势，技术特点上恰好形成互补。现有煤矿尝试将两种制式结合，3G用于人员通信，WiFi作为3G的补充，如此则各取所长，将可以获得最大使用价值。由此提出了矿用无线通信系统的折中技术方案3G+WiFi混合系统。 4G无线通讯系统4G无线通讯系统是在3G无线通讯系统基础上升级的一种无线通讯系统，它具有3G无线系统的所有优点；同时解决了3G系统带宽不足、连接不稳定等缺点，做到了带宽下行可以达到100Mbps；上行可以达到50Mbps，为无线高清摄像机、移动宽带信息终端等高速设备提供足够的带宽和连接稳定性；目前4G无线通讯系统已获的煤安证和防爆证。案例：目前4G无线通讯系统已在阳泉煤业集团一矿S8310综采工作面进行了进下测试，综采工作面基站覆盖有效半径为320米，单基站在满足语音通话的基础上，可实时上传25路高清视频数据；同时可无缝接入综采工作面自动化控制系统控制台，实现了对综采工作面采煤机运行的全方位无线视频监控。各种制式矿用无线系统方案技术对比见下表：技术方案PHSWiFi3G4G覆盖方式定向天线定向天线定向天线定向天线覆盖距离500米500米4G1.8G: 单方向500米使用频段1.9G2.4G 3G: 1.9G4G: 1.8G 安全性不安全不安全双向鉴权、完整性保护等机制保证系统安全。双向鉴权、完整性保护等机制保证系统安全。数据传输128K54M3G: UL2.2M，DL2.8M4G: UL50M，DL 100M视频监控不支持支持不支持可视电话/无线摄像头安全性隔爆型本安型本安型隔爆型抗干扰性独立基站，干扰不会扩散公用频段，易受干扰独立基站，干扰不会扩散，系统抗干扰能力强独立基站，干扰不会扩散，系统抗干扰能力强客户反馈语音不清，手机功能落后待机时间短，信号传输距离短，易掉线语音清晰，支持视频通话，可定制多种业务应用语音清晰，支持视频通话，可定制多种业务应用适用场合语音通话无线视频传输、无线传感器、无线控制器3G: 语音通话、视频通话、消息通知、数据业务语音通话、视频通话、视频上传、视频对讲、数据业务、集群对讲、设备数据无线上传、无线视频数据可无缝接入综采工作面自动化控制系统，实现对综采工作面采煤机运行的全方位无线视频监控。2. KT319 矿用无线通信系统（4G无线通讯系统）KT319 矿用无线通信系统由：核心网络、无线接入网络、终端三大部分构成。核心网络包括：KT319-eSCN230（核心网子系统），KT319-eOMC（操作与维护中心）。无线接入网络包括：KT319-J 地面用信息传输接口（BBU），KT319-F1矿用隔爆兼本安型基站（射频拉远单元）。终端包括：KT319-F2矿用隔爆兼本安型数据传输分站、KT319-S矿用本安型手机、KBA127W矿用隔爆兼本安型无线摄像仪。系统网络可以接入同唐柏签订合作协议的第三方终端设备。KT319矿用无线通信系统构架图2.1核心网络介绍2.1.1 KT319-eSCN230KT319-eSCN230组网结构：采用集中方式部署，提供签约数据管理、鉴权管理、移动性管理、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eAPP系统实现集群系统的调度功能。功能简介 核心网处理单元，实现配置管理、设备管理、性能监控、信令处理等功能。 通用传输处理单元，提供电传输、光传输接口，与传输设备相连，同时支持信令处理功能。 风扇模块，提供风扇的转速控制及风扇板的温度检测，上报风扇和风扇板的状态，并为eSCN230提供散热功能。 电源模块，用于将-48V DC输入电源转换为+12V DC，并提供环境监控接口。应用软件系统 SPM子系统：主要实现网络接入控制、移动管理、安全、承载管理以及数据流路由的拉通功能。 DPM子系统：主要实现用户会话管理和承载管理功能。 HSM子系统：主要实现用户和群组数据的存储和管理功能。 PTT子系统：主要实现PTT群组基本业务处理、点对点呼叫处理等功能。操作维护功能 配置管理：实现对系统运行参数的增加、修改、删除和查询等功能。 故障管理：负责监控系统的运行状况，并将检测到的故障通知维护人员，保证系统的各种故障可以被即时检测并处理。 性能管理：指系统对eSCN230及其周围网络进行测量，提供网络运行情况的数据，包括性能指标测量采集和上报。以30分钟为周期上报性能结果文件。 跟踪管理：用于设备的日常维护。通过对接口、信令链路、用户、内部消息的跟踪，可定位业务流程中的故障。设备数据配置完成后，也可先通过建立跟踪来验证信令链路是否正常，判断故障所在。 设备管理：支持相关物理设备的数据配置、状态管理、故障检测和处理。 软件管理：包括软件版本管理（软件包下载、激活、回退及查询）和软件补丁管理（冷、热补丁）。 日志管理：支持调试日志、告警日志、操作日志、安全日志、故障日志等多种日志类型，并支持日志导出和一键式上传功能。 安全管理：提供系统的鉴权和接入控制功能，包括用户账户管理、权限管理、登录管理、身份鉴权、操作鉴权，以实现完善的网络级与用户级安全服务。 许可证管理：支持许可证文件下载、激活；许可证文件状态及许可证项使用状态查询；永久许可证等。容量 支持的最大注册用户数 4000 支持的最大在线用户数 4000 支持的最大注册群组数 512 支持的最大在线群组数 512 支持的最大并发语音数 512 PS用户面处理能力（上行+下行） 2Gbit/s 支持的最大基站数 30机械、电气和环境指标 物理尺寸（高宽深） 86mm442mm310mm 重量 7kg 电压 -38.4V DC-57V DC 最大功率 110W 工作温度 长期：-20+50 短期：-50+55 相对湿度 5%95% 气压 70kPa106kPa 保护级别 IP202.1.2 eOMCeOMC系统（企业操作和支持系统）是对专网通信设备提供集中运维操作维护的系统，管理eNodeB，eCNS两种通信设备，包括了集中配置管理，集中告警管理，集中性能管理等EMS层级的操作维护中心，还包括单点维护工具，网元日志离线分析工具等工具级别的解决方案。eOMC系统是一个Client/Server结构，有一个集中网管服务器，带多个网管客户端。eOMC的客户端除了传统的集中网管工作台，提供集中的告警，配置，性能等网管操作外，还提供独立告警终端，为企业客户专门监控告警使用。运营终端也是独立部署的客户端，通过运营终端，支持用户通信业务开户操作。 可视化网络情况管理 网络设备拓扑图示、设备运行状态图示 简化的告警监控界面和操作 实时监测资源的使用情况 网络设备巡检、升级前设备检查 历史网络KPI指标分析 便捷的网络部署和灵活的设备管理 盲启、基站自识别 基站自配置、自开通 网元批量配置 系统设备集中、批量升级 手持终端空口软件升级和管理 终端数据配置 系统设备远程维测 集中采集系统设备历史性能数据 自动进行系统数据备份 对访问、操作进行详尽的日志记录 集成的系统安全管理 网管和设备备份与恢复 集中安全控制策略(账户、口令、授权、监控等) 集成运营中断管理(开户、群组管理、用户查询) 周全的网络工具集 终端管理综合支撑系统 设备管理综合支撑系统 运营管理综合支撑系统 离线日志分析工具 集成的网络优化分析工具 2.1.3 MDS多媒体调度机MDS是新一代多媒体指挥调度通信产品。该产品能够帮助调度人员通过多媒体方式实现指挥调度，并且能够与各种业务系统进行高度集成，提高调度的智能化和自动化水平。以IP网络作为承载网，支持分布式的分层、分级部署 ；可实现与PSTN、GSM、CDMA、WiFi、McWiLL、TETRA、GOTA、MT1327、卫星等网络和设备互联 多媒体调度: 数据调度 语音调度 视频调度 数据、语音和视频等多媒体综合调度 语音调度 ： PTT (Push-to-Talk) 组呼 广播呼叫 环境监听 专业集群 强插强拆 紧急呼叫 2.1.4调度台针对行业用户推出的专业调度台软件，提供了可视化图形调度界面，实现了调度用户状态的一目了然，调度操作的点击操作，最大程度上提高了调度的速度。允许有主调度台和分调度台，可以为各个分调度台指定不同的调度权限和可调度人员，通过这种统一管理、分级调度方式即提高了调度的效率，又使得各个不同部门之间能够高效地协同工作，满足新形式下跨地域、跨部门的大规模现代指挥调度的通信需求。安装要求： 安装于PC上的调度台软件，可运行在Windows XP、Windows 2000、Windows 2003环境中 可绑定联动话机2.1.5音视频解码器设备华为DEC6001-E解码器 DEC6001-E视音频解码器是专为高清监控系统的部署与管理而设计的网络解码器，可广泛应用于需要高清硬件解码上电视墙的监控场所, 如: 监控中心大屏幕和显示墙。 2.1.6互通网关设备 PSTN网关 位于公用交换电话网（PSTN）与 IP 网的接口处，实现 FXOFXSE1 与 VoIP SIP 协议的转换，同时完成公用电话交换网的承载通道与IP网之间的媒体流转换。 采用先进的软硬件技术、电信级的设计，保证了设备的高可靠性 2. 2 KT319-J 地面用信息传输接口KT319-J 地面用信息传输接口主要包括LMPT（主控传输板）、LBBPc（基带处理板）、UPEUc（电源与环境监控单元）等功能单板，支持即插即用，可根据需要进行配置。KT319-J 地面输出本安型信息传输接口的外观尺寸如下图所示：主要功能： l提供eNodeB与eCNS连接的物理接口，处理相关传输协议。 l提供与T319-F1 矿用隔爆兼本安型基站通信的CPRI接口，完成上下行基带信 号处理。 l集中管理整个基站系统，包括操作维护和信令处理。 l提供与LMT(Local Maintenance Terminal)的维护通道。 l提供时钟接口、告警监控接口、USB接口等。主要技术指标防爆型式矿用隔爆兼本安型防爆标志Exd ib I Mb安全标志编号MFC130175接口与计算机的传输传输接口：1路传输方式：TCP/IP传输速率：1000Mbps最大传输距离：100m接口通过光纤与基站的传输传输方式：光纤传输传输速率：1000Mbps最大传输距离：20km波长：1310nm单站最大激活用户数3600;容量最大支持12个小区电源电压-48V DC (-38.4V DC-57V DC)功耗300W (满配)尺寸2U (86mm*442mm*310mm)重量12kg (满配).2. 3 KT319-F1 矿用隔爆兼本安型基站KT319-F1 矿用隔爆兼本安型基站是射频拉远单元，主要完成基站信号和射频信号的调制解调、数据处理、合/分路等功能。型号KT319-F1-400KT319-F1-1800防爆型式矿用隔爆兼本安型矿用隔爆兼本安型防爆标志Exd ib I MbExd ib I Mb安全标志编号MFC130176MFC130176基站与地面用信息传输接口之间及基站之间的有线通信传输方式： 光纤传输光纤传输传输速率：1000Mbps1000Mbps光波长：1310nm1310nm最大传输距离：20km20km基站与矿用本安型手机、矿用隔爆兼本安型数据传输分站、矿用隔爆兼本安型无线摄像仪之间的无线通信通讯协议：TD-LTETD-LTE调制方式：QPSKQPSK工作频率：350450MHz17851805MHz带宽：下行可以达到100Mbps；上行可以达到50Mbps下行可以达到100Mbps；上行可以达到50Mbps发射功率：1W1W通信距离： 1000m（无遮挡）500m（无遮挡）电网停电后，基站备用电源工作时间大于2h。2. 4 KT319-S 矿用本安型手机KT319-S 矿用本安型手机是北京唐柏通讯技术有限公司自主研发的TD-LTE宽带集群手持终端，采用了Android智能操作系统，是专网行业应用中的集群手机。 基于LTE开发的4G宽带集群终端，满足行业用户对数据业务、视频业务等高速率业务的需求；具有群组呼叫、私密呼叫、数据业务等丰富业务功能； TFT透反屏，强光下屏幕内容可视； 高清晰话音质量，能在强背景噪声下正常工作； 安全控制：支持空中接口加密、端到端加密等。增强的多媒体调度功能: 专业语音集群: 群组建立时延 300ms, 话权抢占时延160ms 支持语音、数据及视频融合调度 短信彩信 视频回传最大支持1080P高清，支持视频点呼、视频回传、视频监控、视频分发视频+专业集群+数据融合调度 GPS定位 高可靠性和安全: 防护等级IP67, 水下1米浸泡30分钟仍能正常使用 空口加密 遥开遥闭 紧急呼叫 KT319-S 矿用本安型手机主要技术参数：主要技术参数防爆型式本质安全型防爆标志Exib I安全标志编号MHA130146通讯协议TD-LTE调制方式QPSK工作频率17851805MHz发射功率1W通信距离）300m （无遮挡）振铃响度75dBm工作温度 2060 显示屏 2.4寸 QVGA 240*320 半反半透TFT 内置存储 DDR2(512MB)+FLASH(8GB) 主摄像头 500万 像素 前置摄像头 130万 外部接口 Mini USB （USB 2.0）: 1个3.5mm耳机插孔：1个，可接PTT耳机座充接口：1个 整机尺寸 整机外形尺寸：158(H)*62(W)*3(D) （单位：mm，不含外置天线） 整机重量 整机重量含电池：330g 标配电池 3.7v， 1500mAH 手机通话时间及待机时间手机通话时间大于2h，待机时间大于24h2. 5 KT319-F2 矿用隔爆兼本安型数据传输分站矿用隔爆兼本安型数据传输分站它构建了一个TD-LTE网络和以太网的路由桥梁。对于TD-LTE网络它是终端，对于用户的以太网络设备它是接入设备，具有透明数据传输和路由功能，实现IP设备的数据接入和回传；提供无线数据传输、视频监控等。主要技术指标防爆型式矿用隔爆兼本安型防爆标志Exd ib I Mb安全标志编号MFD130095传输分站与基站传输通讯协议TD-LTE传输分站与基站传输调制方式QPSK传输分站与基站传输工作频率17851805MHz传输分站与基站传输发射功率1W传输分站与基站传输通信距离300m （无遮挡）产品功能 l 适应TD-LTE网络环境：支持17851805MHz频段； l 提供高速数据业务，支持最大传输速率为DL：68Mbit/s，UL：17Mbit/s； l 支持接收分集和负载均衡，最大程度体现网络广覆盖能力和发挥网络价值； l 内置DHCP Server、DNS Client及NAT功能，提供强大的高速路由能力； l 丰富的安全业务，提供即时保护以防御潜在的安全风险和非法侵入； l 基于WEB方式管理，方便直观； l 外置天线，以保证在信号恶劣情况下的正常使用； l 外壳防护等级为IP65； 工作温度：-4060 2. 6 KBA127W矿用隔爆兼本安型无线摄像仪KBA127W矿用隔爆兼本安型无线摄像仪是专门为本系统设计的自带TD-LTE数据模块，高增益定向天线实现全无线传输的高清摄像机。只需要为摄像头解决127V的供电问题，即可实现无线高清视频监控。矿用隔爆兼本安型无线摄像仪是一个带补光灯的摄像仪，它可以在低照度的情况下拍摄到清晰的视频图像，并通过TD-LTE专网以无线的方式把视频数据回传给后台应用服务器。主要技术指标防爆型式矿用隔爆兼本安型防爆标志Exd ib I Mb安全标志编号MAK130181具有LED补光的功能具有无线传输的功能具有彩色摄像、录像功能水平清晰度650线灰度等级7级最低照度0.2 Lux通讯协议TD-LTE调制方式QPSK工作频率(1.80.1)GHz发射功率1W通信距离）300m （无遮挡）3.综采工作面无线视频监控KT319矿用无线通信系统可无缝接入综采工作面自动化控制系统，实现对综采工作面无线视频监控和语音集群调度等功能。只需在综采工作面部署一台基站就可以实现对综采工作面的全无线高清视频监控覆盖。系统自带的KBA127W矿用隔爆兼本安型无线摄像仪可实时上传至综采工作面自动化控制系统控制台至少4路并发视频数据，对工作面采煤机工作状态进行实时监控。同时可以实时上传井上调度中心至少8路综采工作面高清画面。工作面无线4G摄像仪的视频信号显示，在接入综采工作面自动化控制系统后就能够自动跟机进行视频切换，或手动视频切换。该方案主要覆盖综采采煤工作面区域和进风巷液压机架控制台区域，由两台基站覆盖，一台基站覆盖采煤工作面，一台基站覆盖进风巷液压机架控制台区域。综采工作面视频监控由30台无线摄像机组成。地面由一台地面基站覆盖调度室，以方便同井下去的联系。综采工作面网络覆盖图固定摄像头和手机视频调度4. 主要特点：高带宽，确保多路上下行视频的传输需求在20MHz 带宽配置时单小区峰值速率下行可以达到100Mbps；上行可以达到50Mbps，一张网络同时支持集群调度和宽带数据，为用户提供了一条无线信息高速公路。无缝接入综采工作面自动化控制系统可无缝接入综采工作面自动化控制系统，实现对综采工作面无线视频监控和语音集群调度等功能。综采工作面无线视频监控只需在综采工作面部署一台基站就可以实现对综采工作面的全无线高清视频监控覆盖。可实时上传至综采工作面自动化控制系统控制台至少4路并发视频数据，对工作面采煤机工作状态进行实时监控。同时可以实时上传井上调度中心至少8路综采工作面高清画面。TD-LTE（4G）无线高清摄像机KBA127W矿用隔爆兼本安型无线摄像仪是专门为本系统设计的自带TD-LTE数据模块，高增益定向天线实现全无线传输的高清摄像机。只需要为摄像头解决127V的供电问题，即可实现无线高清视频监控。专用1.8G频点，高穿透性和高抗干扰能力使用专用频点，增加了无线信号的穿透力和抗干扰能力。专业语音集群提供专业语音集群对讲的所有功能，群组建立时延小于300ms，话权申请/话权抢占小于150ms，单小区支持160个群组并发。多媒体调度提供语音、视频、短信、彩信、数据接入等多种业务的并发功能，带来了更多应用的融合，不仅改变了传统的工作模式，更重要的是可以为用户的生产系统带来沟通、运营模式的变革，提升生产效率。宽带集群矿用本安型手机KT319-S 矿用本安型手机是根据煤矿行业用户特点特殊设计，一台手机同时支持专业语音集群、视频调度和宽带数据接入、短信和彩信等功能。提供众多系统接口可以提供众多系统接口，与不同的通信系统进行互联互通，例如井下小灵通系统、井下信号系统、井下通讯系统、固定电话系统和TETRA系统等。并可根据实际需求解决与其他通信系统的互联互通问题。5.系统功能：1. 系统可以提供语音，视频，短信，彩信，数据接入等多种业务同时并发功能，支持手台，分站，4G无线摄像仪等多种接入终端。2. 系统除提供基本的语音点呼功能还可以支持专业语音集群如组呼、话权抢占、主讲限时、迟后加入、遥开遥毙，广播呼叫等集群功能。3. 系统提供视频调度功能，调度台可以指定手持终端或固定摄像头回传视频在调度台或大屏显示，还可以选择回传视频向网内任意指定终端分发,手持终端自己也可以主动向调度台发起视频回传。4. 系统支持高清视频监控功能，可以