矿井无线通信系统培训2011(邵国强)

矿井无线通信系统介绍,矿井无线通信系统介绍,目录,一、矿井无线通信系统概述二、矿井无线通信建设的总体目标三、在用矿井无线通信系统介绍1、KT28型矿用无线通信系统2、KT130型矿用无线通信系统3、KT26型矿用无线通信系统四、CDMA、小灵通、WIFI系统比较五、系统方案需要收集的资料,矿井无线通信系统介绍,一、矿井无线通信系统概述,矿井主流无线通信系统的发展经历了感应无线通信、漏泄无线通信、分布无线通信、小灵通无线通信、CDMA无线通信和WIFI无线通信等。根据基站、移动台识别的需求，信号的工作频率、信号的出现时间以及信号所具有的特定波形等信号特征上的差异产生了以下几种多址方式：FDMA（频分多址）不同用户分配在时隙（出现时间）相同、工作频率不同的信道上；TDMA（时分多址）不同用户分配在时隙不同、频率相同的信道上；CDMA（码分多址）各个用户分配在时隙和频率均相同的信道上，以伪随机正交码（PN码）序列来区分各用户。小灵通无线通信采用FDD/TDMA（频分双工-时分多址）方式。WIFI无线通信采用FDMA-MAC（频分多址-地址识别）方式，并采用直接序列扩频通信技术，以提高系统的抗扰特性和提高系统的容量。,矿井无线通信系统介绍,一、矿井无线通信系统概述,CDMA（码分多址），是在数字通信技术的分支扩频通信的基础上发展起来的一种技术。所谓扩频，简单地说就是把频谱扩展。CDMA对每个用户信号实现带宽扩展。扩频CDMA应用于移动通信有许多的优点：1、容量大，通信质量好。CDMA采用了功率控制、软切换、可变速编码、话音激活等一系列新技术扩大容量，使其系统容量达到FDMA的20倍，TDMA的4倍。2、扩频通信有很强的抗干扰能力。扩频技术在接收端对于干扰信号频谱能量加以扩散，对有用信号频谱能量压缩集中，从而得到了信噪比的增益(即扩频系统处理增益)。3、具有“软”容量特性。扩频CDMA是噪声受限系统，用户数增加只会引起系统性能的逐步变坏，是一种“软”容量系统。4、各小区使用同一频率使（1）设备简单;（2）不需频率管理与动态频率分配;（3）小区之间过境不转换频率的“硬切换”，只需变换型的“软切换”。,矿井无线通信系统介绍,一、矿井无线通信系统概述,5、CDMA不需TDMA那样的时间保护间隔，不需FDMA那样的频率保护间隔6、CDMA一般用相关器解扩，能有效地解决多径延时干扰，在数据率大于10KBIT/S时不用均衡器。7、扩频CDMA方式不同码序列的信号进入接收信号后输出宽带噪声，不会发生串话现象。CDMA技术的最早应用是在军事通信领域，其优异的性能在移动通信中得到了广泛的应用。1993年7月16日美国电信工业协会制定了世界上第一个CDMA蜂窝通信系统标准（IS-95）。随后又陆续制定了IS-95B等标准，随着3GPP2的成立，又推出了CDMA20001X，以及EVDO/DV等标准。3G的另外两种制式WCDMA/TD-SCDMA的空口主要方式也采取了CDMA的原理。目前我公司的无线通信系统主要有：KT28型系列CDMA矿用无线通信系统。KT130型WIFI无线通信系统KT26型PHS小灵通无线通信系统,返回目录,矿井无线通信系统介绍,二、矿井无线通信系统建设的总体目标,通过建设矿井无线通信系统，能够满足煤矿生产上的通信需求，地面井下一体化、有线和无线通信一体化，并且能够实现数据、图像的传输，从而提高煤矿生产能力，保障煤矿安全生产。通过无线通信平台的建设，要达到如下效果：为煤矿实现全矿井自动化有人巡检、无人值守提供重要的通信保证；加强煤矿安全生产管理水平，为煤矿安全生产管理提供及时通畅、准确、可靠的通信信息保证；提高煤矿生产效率，通过无线通信平台强化人员的管理，做到人员快速调配，提高工作效率；保证价值投资，支持后续产品平滑升级，满足煤矿不断发展的信息化建设的需求。,返回目录,矿井无线通信系统介绍,三、在用矿井无线通信系统介绍,1、KT28型矿用无线通信系统目录1.1系统概述1.2系统基本框架结构1.3系统主要特点1.4系统主要功能1.5系统主要设备1.6无线系统覆盖预估设计,返回目录,CDMA无线通信系统介绍,1.1系统概述,KT28型矿用无线通讯系统是基于成熟的CDMA2000技术，针对矿区和井下作业环境及安全生产要求而研制推出的新一代矿用多功能无线通信系统。系统工作在450MHZ频段，技术稳定可靠，能够灵活扩容满足大矿区大容量通信需求，解决了矿井以前无线通讯系统盲区多，通话效果差，信道少等缺点，并能支持后续产品平滑升级，有效保障投资价值。CDMA2000是美国提出的第三代移动通信技术标准，室内最高数据速率为2Mbit/s以上，步行环境时为384Kbit/s，车载环境时为144Kbit/s以上。CDMA2000-1X原意是指CDMA2000的第一阶段，俗称2.5代，可支持308Kbit/s的数据传输，网络部分引入分组交换，可支持移动IP业务。,返回目录,CDMA无线通信系统介绍,1.2系统基本框架结构,KT28矿用无线通信系统由井上多功能无线系统，井下无线覆盖子系统，手机终端等组成。井上多功能无线系统包括BTS基站地面无线覆盖子系统、WAS无线接入服务器、BSC基站控制子系统、PDSN分组数据业务、SIPRAN交换单元、IP调度交换机、调度管理平台及操作维护管理终端等。井下无线覆盖子系统主要由无线信号变换器、射频功分/合路器、近端模块、无源光传输网络、定向天线、泄漏电缆等组成，实现井下巷道的无线覆盖。,返回目录,CDMA无线通信系统介绍,1.2系统基本框架结构,CDMA无线通信系统介绍,系统网络拓扑图,返回目录,CDMA无线通信系统介绍,采用CDMA码分多址技术，抗干扰能力强，话音清晰，话音质量好。采用功率控制关键技术使系统容量最大。单载频单扇区即可支持30个以上用户的同时通话(基本配置为单载频3扇区，单载频可支持100个用户同时通话)，系统具有扇区内信道数量自动调节功能，能满足在遇特发事件话务量突然增大时正常通讯要求；覆盖方式多样化。CDMA系统提供多样的无线覆盖方式(定向天线、全向天线、漏泄电缆)，满足井下复杂巷道(弯曲相对较多)的覆盖需求，真正实现全矿井无线信号的无缝覆盖，通信无盲区。地面也只需安装一个天线，就可满足整个矿区的信号覆盖。能实现井上/井下，有线/无线用户统一组网，统一编号。内部IP调度交换机可直接接IP电话机或通过语音网关接井下本安电话机。,1.3系统主要特点,CDMA无线通信系统介绍,系统井下基站为本安设备，可实现井下采、掘工作面等高瓦斯区域的无线通信,符合建设本质安全型煤矿的要求；系统具有调度、短信、及与行政交换机、调度交换机、人员定位系统等其它通通信系统的联网接口。扩容升级方便。扩容方便，无需复杂的频率规划。采用CDMA2000-1XEV-DO技术，可实现向3G的平滑升级，数据传输业务达到2Mbit/s以上，使用人员可以随时随地、自由自在地接收发送包括语音、数据及动态图象在内的丰富多彩的多媒体信息。,1.3系统主要特点,返回目录,CDMA无线通信系统介绍,1)操作维护功能提供基本的移动性管理和呼叫处理功能；实现对BTS的管理与控制；可以使用web浏览器对用户数据进行管理，通过访问用户档案数据库实现用户增加，修改，删除；提供远、近端多种接入方式和分布式管理，既可以进行本地操作维护，也可以通过网络系统进行远程操作维护；既可维护整个网络，也可对特定的实体进行操作维护。安全可靠的操作权限控制：通过定义用户、角色和安全策略，提供多级管理操作权限，安全可靠。,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,2)呼叫通话功能（1）系统内手机之间或手机与外线电话之间可互相呼叫通话；（2）呼叫转移业务；a)遇忙呼叫前转b)隐含呼叫前转c)无条件呼叫前转d)无应答呼叫前转（3）主叫号码识别限制；（4）呼叫等待；（5）三方通话。,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,3)调度中继功能单键直呼用户一对多群组呼叫强拆强插接入优先、抢占优先呼叫显示、通话提示、被叫提示业务和用户优先级设置电话互联业务,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,3)调度中继功能（1）业务和用户优先级设置，最少分4级：1级-最大权限，允许分机呼叫国际长途；2级-允许分机呼叫国内长途；3级-允许呼叫本地号码，无长途权限；4级-只允许呼叫内部分机号码，无外呼权限；（2）用户等级功能0级矿领导、矿调度人员1级各个职能科室科长2级普通员工当两个低级别的用户（如2级用户）正在通话的时候，这时如果高级别的用户（0级或者1级用户）呼叫其中的任意一个用户时，系统将断掉另外一个用户的通话，优先接通呼叫的那个用户，满足高级别用户的优先通话需求。保证调度和紧急情况下信息的快速传达。,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,（3)中继互联功能a、数字中继的方式系统共计16路数字中继，支持的信令协议：7号信令ISDN-PRI中国一号信令b、模拟中继的方式系统标配8路模拟中继，可以扩容到32路，采用环路中继的方式互联。,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,(4)调度台功能a、硬键盘呼叫强接强插强拆监听拨号转接会议,1.4系统主要功能,返回框图,CDMA无线通信系统介绍,调度台功能b、软键盘呼叫强接强插强拆监听拨号转接会议,1.4系统主要功能,返回框图,CDMA无线通信系统介绍,4)井下电话扩展功能系统内部的调度中继功能单元可直接接IP电话，或者通过将矿用电话网络接入器（KTE6）挂到井下环网上，扩展出本安电话终端。此功能提供了方便、经济的方式来扩容井下电话的容量。,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,5)语音特服功能支持语音信箱、语音邮件、传真转邮件业务。系统具有30路以上的在线实时录音功能；可根据用户等级及需求对录音进行查询、删除、回放等操作；所有通过调度终端话务台的用户实现自动录音，其他用户可随意设置录音；录音资料保存半年以上。,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,6)备用电源功能系统配备可靠的备用免维护电源（UPS）。在市电停电时，供电电源自动切换为后备电源供电，保障系统满载运行达到6小时以上；井下电源停电时，供电电源自动切换为后备电源供电，保障基站满载运行达到2小时。,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,1、调节近端参数；,2、调节远端光模块参数；,3、调节远端射频模块参数；,4、参看各井下基站状态，远程维护井下基站。,7)井下基站（KZG1）远程维护和监控功能,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,8)短信及报警功能可实现点对点手机发送短信和地面调度中心站对所有手机的短信群发功能。支持全矿井自动化瓦斯超限等紧急情况的短信联网报警功能。,返回目录,1.4系统主要功能,CDMA无线通信系统介绍,KTJ4C地面主机柜,1.5系统主要设备,地面主机柜包含通信平台子系统、信令和业务处理子系统、操作维护子系统，可提供无线终端的通话、短信、数据传输等业务，实现对有线和无线终端的集群调度。该局端机既可以本地操作维护，也可以通过网络系统远程操作维护，并且提供多级管理操作权限，安全可靠。地面主机柜采用模块化结构设计、逐级分布式控制体系，系统容量和业务功能可根据用户需求灵活配置，在扩容时只需要增加相应的模块或板件即可。,返回框图,CDMA无线通信系统介绍,KZG1矿用无线信号变换器,KZG1矿用无线信号变换器为矿用本质安全型。一端为射频光信号，通过光合路/分路器和地面近端模块连接；另一端为射频电信号，和井下无源天线(通过耦合器或分配器)连接。该信号变换器可实现射频光信号和射频电信号之间的双向转换功能。外形尺寸：(lbh)mm：342268110重量：13kg,返回框图,1.5系统主要设备,CDMA无线通信系统介绍,KTW25无线手持机,KTW25无线手持电话机(简称手机)是无线通信系统的话音终端设备，它与KZG1矿用无线信号变换器构成无线链路，实现无线移动通信。外形尺寸：(lbh)mm：984419重量：66g,返回框图,1.5系统主要设备,CDMA无线通信系统介绍,光近端与KZG1远端采用光纤连接，每芯光纤通过光分路合路器可接4个远端。每个远端无线覆盖设计时，分别加功分器接漏泄电缆或定向天线。功分器接软漏泄按300米布置（仅适用工作面，软漏泄最好不用）；功分器接1/2漏泄按400米布置。功分器接定向天线按覆盖300米布置（宽56米，高45米大巷）。如采用耦合器接漏泄电缆，10dB端100米，1dB端300米。,1.6无线系统覆盖预估设计,返回目录,矿井无线通信系统介绍,三、在用矿井无线通信系统介绍,2、KT130型矿用无线通信系统目录2.1系统概述2.2系统基本框架结构2.3系统主要特点2.4系统主要功能2.5系统主要设备2.6无线系统覆盖预估设计,返回目录,WIFI无线通信系统介绍,2.1系统概述,KT130系统采用TCP/IP、WiFi、XDSL等协议，能够实现矿区井上与井下系统的语音、数据、图像传输，解决了长久以来国内外矿井普遍存在的一些无线通信技术问题：如窄带低速、设备复杂、功能单一、无法复用通道，重复布线的问题。适用于大中型煤矿以及相类似的产业部门。该系统基于标准工业以太网传输网络，采用以工业以太网为主干的星型结合总线型的网络结构方案，以工业以太网交换机或本安光网络终端或本安通信接口作为星型的中心点，基站之间采用串行连接方式完成无线信号的空间覆盖。系统采用本质安全供电的方式，使设备达到在回风巷道和工作面使用的安全等级和技术要求。,返回目录,WIFI无线通信系统介绍,2.2系统基本框架结构,KT130矿用无线通信系统主要由地面中心站、网络数据传输系统、无线移动终端三部分构成。地面中心站。主要由IP交换机，通信服务器、网管及调度系统组成。通过设置在地面的网管及调度主机，可实时对系统进行监控和管理，实现数据管理、录音、短信群发及强拆、强插等调度功能。网络数据传输系统。主要由工业以太环网平台、防爆电源、光网络终端、本安通信接口、无线通信基站等组成，完成地面、井下语音、数据信息的传输。无线移动终端。主要为实现无线信号覆盖和无线通信的矿用本安型WIFI手机。系统设备配置如图所示。,返回目录,WIFI无线通信系统介绍,2.2系统基本框架结构,返回目录,2.3系统主要特点,多网合一，低廉的系统组网成本。多系统复用工业以太环网作为传输主干，只需增添基站和电源即可实现无线信号覆盖；采用开放的WiFi协议，任何符合WiFi协议标准的设备均可接入，无线速率可达54M，可实现语音、数据、图像的综合传输；标准TCP/IP协议，强大的网络管理功能，维护操作简单。XDSL技术，矿井基站具备了电缆远距离传输高速信号的能力；,WIFI无线通信系统介绍,无线基站、手机等设备均采用本质安全型设计，可在工作面、回风巷等危险场所使用；系统可通过网关设备与调度系统或公共电话网络无缝连接，实现与调度电话和外线的互通；无线Mesh级联技术，可满足特殊区域的应用；地面井下一体化通信，确保了矿井生产安全。通过实现煤矿生产物资、人员的准确、及时调度，提高煤矿的生产效率。,2.3系统主要特点,WIFI无线通信系统介绍,返回目录,WIFI无线通信系统介绍,2.4系统主要功能,系统内手机之间可互相呼叫通话，并可在基站之间无线漫游；外线电话与系统内手机可互相呼叫通话；支持系统内各手机之间发送短信及短信群发；系统维护终端具有号码注册管理、参数设置等维护和管理功能；具有调度功能，对无线用户可实现群呼、强拆、强插、会议等功能；手机具有脱网通信功能，无线手机可直接对讲或通过独立基站实现相互通信；,WIFI无线通信系统介绍,2.4系统主要功能,可接入网络摄像头或WiFi无线摄像头实现视频监控；无线基站可扩展人员定位功能，实现对下井人员的定位识别。实时录音功能系统可提供8路以上的用户实时录音功能；可根据用户等级及需求对录音进行查询、删除、回放等操作；录音资料保存半年以上。备用电源功能系统配备可靠的备用免维护电源（UPS）。在市电停电时，供电电源自动切换为后备电源供电，保障系统满载运行达到6小时以上；井下电源停电时，供电电源自动切换为后备电源供电，保障基站满载运行达到2小时。,返回目录,WIFI无线通信系统介绍,2.5系统主要设备,IP调度交换机IP调度交换机是系统的软交换中心，采用IP语音通信，集成了全套的语音、数据、互联网服务和多种整合通信功能。IP调度交换机支持多种信令，包括七号、PRI、一号；IP协议支持SIP协议和H.323协议，并具备多种接口，包括FXS模拟用户线接口、FXO模拟外线接口、IP电话接口、E1数字中继等。主要技术指标：a）用户容量:552路模拟用户，2000路SIP用户，512路H323用户；b）中继容量:16个E1中继接口/255路IP中继/128线环路中继。,调度主机框,调度扩展框,返回框图,WIFI无线通信系统介绍,2.5系统主要设备,矿用本安型通信接口是连接矿用环网接入器与基站的接口，该通信接口与矿用本安型无线基站之间传输DSL信号或光信号，与矿用环网接入器之间传输TCP/IP信号。主要技术指标：4个DSL口，可联接DSL基站；4个光口，可联接光口基站；c)具有4个10/100M以太网接口；d)工作电压为18V。外形尺寸：(lbh)mm：40038078重量：6.7kg,矿用本安型通信接口,返回框图,WIFI无线通信系统介绍,2.5系统主要设备,矿用本安型无线基站矿用本安型无线基站为系统的无线接入点，具有无线收发功能，并可通过矿用本安型DSL接口或直接与矿用环网接入器连接入网。该基站由KDW16A电源或KDW65电源馈电。基站类型：DSL接口基站和光纤接口基站主要技术指标：工作频段：2.4GMHz；最大发射功率为188dBm；接收灵敏度-80dBm11Mbit/s；数据调制方式：802.11b：DSSS；802.11g：OFDM；工作电压：18V。外形尺寸：(lbh)mm：40038078重量：6.7kg,返回框图,WIFI无线通信系统介绍,2.5系统主要设备,矿用本安型手机矿用本安型手机是无线通信系统的终端设备，完成话音或数据信号与无线信号之间的转换，与基站间构成无线链路，实现无线移动通信。主要技术指标：支持协议：WiFi（802.11b/g）；工作电压：3.7V(由电池组供电，内串保护元件)；射频输出功率:155dBm；接收灵敏度:-80dBm（PER10%，11Mbit/s）；外形尺寸：(lbh)mm：KTW140:1024418;KTW140B:1205222重量：KTW140:约200g;KTW140B:约183g,返回框图,WIFI无线通信系统介绍,2.5系统主要设备,矿用本安型WiFi+GSM双模双待手机矿用本安型WiFi+GSM双模双待手机是无线通信系统的终端设备,完成话音或数据信号与无线信号之间的转换，与基站间构成无线链路，实现无线移动通信。主要技术指标：支持协议：WiFi（802.11b/g）+GSM双模双待；工作电压：3.7V(由电池组供电，内串保护元件)；射频输出功率:155dBm；接收灵敏度:-80dBm（PER10%，11Mbit/s）。外形尺寸：(lbh)mm：1084517重量：约220g,返回框图,WIFI无线通信系统介绍,2.6无线系统覆盖预估设计,2.6.1地面覆盖地面使用若干个大基站（室外型）安装于煤矿的地面建筑的高处，用于覆盖主办公大楼、地面工业广场、井口及附近区域、洗煤厂等地区。地面大基站采用智能天线基站。该基站采用POE供电模式，发射功率100mW，该基站在空旷地带覆盖距离可达到11.5km，但在建筑物密集的矿区地面覆盖距离一般为半径200300m。采用POE供电的小基站作为补盲用。,返回目录,WIFI无线通信系统介绍,2.6无线系统覆盖预估设计,2.6.2井下覆盖做井下无线覆盖设计时，应首先确定无线通信主干传输网络。如矿上已经安装了井下工业以太环网，无线通信系统直接接入环网。如矿上没有安装井下工业以太环网，则通过专用光缆布网完成井下覆盖主干网。在网络交换机附近可直接接入基站，如网络交换机较少，通过通信接口、光网络终端扩展网口、光口后接入基站。给井下设备供电的电源，采用就地供电的方式，一般安装在距离基站不超过5m的范围内，每台电源为一台基站或接口、终端供电。无线信号在矿井巷道的传输受现场环境影响很大，无线信号的传输主要通过直射、折射和反射，因此基站安装布置前需实地勘察，以确定最佳的安装位置。基站在井下主要巷道采用14dBi定向天线（单天线）无线覆盖时，参考如下覆盖距离技术特征，每基站无线传输距离：每个基站为双天线，在主巷道覆盖范围400米500米（单天线200250米）。工作面顺槽等巷道,覆盖范围300米400米（单天线150200米）。,返回目录,矿井无线通信系统介绍,三、在用矿井无线通信系统介绍,3、KT26型矿用无线通信系统目录3.1系统概述3.2系统基本框架结构3.3系统主要特点3.4系统主要功能3.5系统主要设备3.6无线系统覆盖预估设计,返回目录,PHS无线通信系统介绍,3.1系统概述,无线市话（PersonalHandy-PhoneSystem)简称PHS，俗称“小灵通”，是一种新型的个人无线接入系统。它采用微蜂窝、信道动态分配技术，提高了频率的使用率和系统的无线容量。将用户端(即无线市话手机）以无线的方式接入本地电话网，使传统意义上的固定电话不再固定在某个位置，可在无线网络覆盖范围内自由移动使用，随时随地接听、拨打本地调度电话、行政电话及国内、国际电话。每个小基站具有三个通话信道，有效的解决了最后一公里的无线接入问题，并且也能实现漫游和切换。,返回目录,PHS无线通信系统介绍,3.2系统基本框架结构,KT26型矿井无线调度通讯系统，该系统主要由无线调度交换机（无线控制交换中心），基站控制器，基站，移动终端及网管等组成。系统设备配置如图所示。,返回目录,PHS无线通信系统介绍,3.2系统基本框架结构,返回目录,3.3系统主要特点,性价比高：既有地面无线通讯设备的高可靠性，又有煤矿井下专网无线信息网络服务的平台。同时具备有线/无线综合调度功能。网络统一：地面无线通讯与井下无线通讯相互一致，个人终端可以自由漫游于地面、井下，如果需要还可方便接入公众通讯网。功能强大：具有通话、短信、定位、调度功能。绿色、环保：基站发射功率不超过500mW，远低于GSM技术，终端发射功率仅10mW，对人体无任何不良影响，对电磁设备无任何干扰。安装扩容简单：基站与基站控制器之间采用双绞线连接，布线简单；小功率基站（40mW）采用远端馈电；大功率基站（500mW）采用本地交流220V供电。无需进行频率规划，扩容方便快捷。有线用户可通过KTA7安全耦合器接井下KTH8/B本安自动电话机。,PHS无线通信系统介绍,完善的网管系统：配置管理：有线、无线单元设备的配置管理。故障管理：显示各项设备的告警状态。性能管理：收集各项统计数据，对设备的性能进行监测。安全管理：定义各种用户帐号的访问权限，记录所有用户操作的操作信息。话务统计：对交换系统输出的各类统计数据进行定量分析计算，生成各种统计表格和曲线。并可对本地、国内、国际长途的所有呼叫提供实时详细话单计费功能。,3.3系统主要特点,PHS无线通信系统介绍,返回目录,PHS无线通信系统介绍,3.4系统主要功能,a.外线电话与系统内手机或者固定电话可相互呼叫通话；b.系统内手机之间或手机与固定电话之间可互相呼叫通话；c.短信功能：系统内各手机之间发送短信，系统内的短信群发；d.移动分机与固定分机的一号双机业务；e.本调度交换机具有与调度交换机、行政交换机中继互联功能；f.系统维护终端具有维护和管理功能；g.调度功能：对无线用户和固定用户，可实现群呼、强拆、强插、会议等功能。h.定位功能。,返回目录,PHS无线通信系统介绍