矿用无线通信技术比较概况

1、二号煤矿无线通信现状及三种矿用无线通信技术比较信息化办公室2012/9目录1. PHS 无线通讯系统（小灵通） 32. WIFI 无线通讯系统 43. TD-SCDMA 无线通讯技术 74. 矿用无线通信系统性能分析 125. 小结： 13目前二号矿使用的矿用无线通信技术为 PHS（俗称小灵通），从 2007 年底开始已经使用四年多了，随着大巷的开拓及延伸，原有的 系统已不能满足现有安全生产及管理的功能需求。 如若要满足现在井 下辅助通信需求， 目前唯一的办法就是对该系统进行改造升级， 如果 要对我矿现有系统改造升级， 目前井下所有的基站需更换， 主通信线 缆及机房内核心设备通信基站控制器需重

2、新更换， 其升级系统花费和 新上一套通信系统花费基本不相上下。但是目前市场上矿用无线通信技术有三种： PHS无线通讯系统（小 灵通）、 WIFI 无线通讯系统、 3G 无线通讯系统（ TD-SCDM）A。以下是 针对这些技术在煤矿中的使用情况所逐一进行分析。1. PHS 无线通讯系统（小灵通）小灵通 （PHS）无线市话技术源自日本，它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、拨打本地和国内、国际电话。它采用微蜂窝技术，通过 微蜂窝基站实现无线覆盖，将用户端（即无线市话手机）以无线的方 式接入本地电话网， 是固定电话的有效延伸和补充。 被

3、称为“固话的 补充和发展”。 以小灵通为代表的无线市话，在解决一定时期的应 用是很好的选择。2009年 2月，政府主管部门已明确要求所有 1900-1920MHz频段无线接入系统应在 2011 年底前完成清频退网工作，以确保不对 1880-1900MHz频段 TD-SCDMA系统产生有害干扰。这意味着，小灵通 将要在今年年内彻底退网。 目前所有生产厂家都停止生产， 设备及板件无法买到，对今后维护及故障处理造成最大困难2. WIFI 无线通讯系统所谓 WiFi ，是由一个名为“无线以太网相容联盟”的组织所发 布的业界术语， 中文译为“无线相容认证”。 它是一种短程无线传输 技术，能够在一百米左右

4、范围内支持互联网接入的无线电信号。 随着 技术的发展，以及 IEEE 802.11a 及 IEEE 802.11g 等标准的出现， 现在 IEEE 802.11 这个标准已被统称作 WiFi 。（ 1）通话质量WiFi 技术主要采用的语音编码技术有 ITU-T 定义的 G.729、G.711 等， G.729 的工作范围是 6.4kbit/s 11.8kbit/s ，语音质量也在此 范围内有一定的变化， G.711 的通话效果好，但占用带宽较大，减小 了系统的容量。 WiFi 传输带宽随环境动态变化，带宽越小，时延越 大，因此通话质量无法保障。加上没有严格的同步机制，又加大了时 延。而 TD-

5、SCDM技A 术采用了 AMR（ Adaptive Multi-Rate ，自适应多 速率）语音编码方式， 自适应的基本概念是以更加智能的方式解决信 源和信道编码的速率分配问题， 使得无线资源的配置和利用更加灵活 和高效，在信道很差的时候采用速率比较低的编码器， 这样就能分配 给信道编码更多的比特数来实现纠错， 实现更可靠的差错控制， 从而 有效地抑制错误发生，提高话音质量，增强抗信道误差的能力，传输 时延小。（2）切换机制由于 IEEE802.11 网络自身的不足，在 AP间跨区切换方面没有很 好的支持。现代 WiFi 网络的 AP虽然密度很高，但每个 AP覆盖的范 围有限。按正常速度行走，

6、 每几秒钟就可能发生一次漫游，每次漫游 都可能会出现突发丢包的现象， 而且手机只能在本基站下通讯， 手机 跨基站移动通话会导致掉线，严重影响通信质量。而 TD-SCDMA的关键技术之一就是接力切换技术，能很好的支持 小区间切换、基站间切换以及与其他网络的切换。（ 3）信息安全与抗干扰性802.11i 协议本身提供了强大的安全措施。但在语音部署上由于漫游切换效率考虑以及 Wifi 手机本身支持能力有限，只能考虑简单 的接入认证和加密方式。 Wifi 工作在 ISM国际开放频段 2.4GHz 的频 段上，网络易受到攻击，信息很容易被窃取。在这个频段上信号混杂 且交叉干扰大，传输带宽随环境动态变化，

7、语音通话有异步滞后感。 频繁的信号干扰可能导致服务质量的快速下降。 而且这个频段上只有 3 个不重叠的信道，所以没有很好的办法来解决干扰问题。（4）发射功率和待机时间Wifi 接入点和 Wifi 终端设备的发射功率都在 100mW左右。即使 在使用更低的发送功率也能完全满足要求的情况下， 这个发射功率也 不会有任何的变化。由于处于相同的发送功率， Wifi 终端之间的干 扰问题会很严重， 距离接入点较近的终端会对较远的终端产生很大的 干扰，并且会很快的消耗 Wifi 终端的电量， 导致 wifi 终端的待机时 间很短。在 TD-SCDMA网络中，采用了自适应功率调整技术，包括开环、 闭环和外环

8、三种功率控制技术。 开环功率控制用于确定用户的初始发 射功率，或用户接收功率发生突变时的发射功率调节。 闭环功率控制 可较好地解决因上、 下行信道电波功率的不对称性而精确性难以保证 的问题。外环功率控制技术是通过对接收误帧率的计算 , 确定闭环功 率控制所需的信干比门限。 正是由于这些精确的功率控制， 使得终端 和基站都会根据环境不断的调整发射功率， 由此来降低不同用户之间 的干扰，也减小了终端的耗电量，提高了待机时间。TD_SCDM工A 作电流仅为 100MA左右，待机电流为 5MA左右，远 低于 WIFI。（ 5）覆盖距离 无线链路预算是移动通信无线网络覆盖分析最重要的手段之一， 主要工作

9、是在保证通话质量的前提下， 确定基站和终端之间的无线链 路所能允许的最大路径损耗， 进而确定无线网络能够覆盖的区域。 核 心问题就在于接收机灵敏度，由于 WIFI 本身的技术限制 -80dbm 就是 其覆盖极限了， 而 TD-SCDM系A 统可以做到 -110dbm，使覆盖距离扩展 4 倍以上。 Wifi 的覆盖距离一般最大只有 200-300 米。3. TD-SCDMA 无线通讯技术TD-SCDMA技术是 ITU 正式发布的第三代移动通信空间接口技术 规范之一，它得到了 CWTS及 3GPP的全面支持。 TD-SCDM是A 集 CDM、A TDM、A FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱

10、利用率高、抗干扰 能力强的移动通信技术。它采用了智能天线、联合检测、接力切换、 同步 CDM、A 软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自 适应功率调整等技术。 TD-SCDM所A 呈现的先进的移动无线系统是针 对所有无线环境下对称和非对称的 3G业务所设计的，它运行在不成 对的射频频谱上。 TD-SCDM传A 输方向的时域自适应资源分配可取得 独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。 因此， TD-SCDMA 通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率， 可支持速率从 8kbps 到 2Mbps的语音、互联网等所有的 3G业务。1）频谱效率高TD-SCDMA系统综合采用了联合检测、

11、智能天线和上行同步等先进技术，系统内的多址和多径干扰得到了极大缓解， 从而有效地提高 了频谱利用率，进而提高了整个系统的容量。2) 系统性能容量高，业务质量好TD-SCDMA系统中，单载波支持 23 个语音用户，性能容量远超过 PHS以及 WIFI 等系统。并且在语音编码上采用最先进的 AMR编码方 式，确保语音清晰，比 WIFI的 VOIP方式的语音有更好的 QOS保证，3) 不存在呼吸效应及软切换用户数的增加使覆盖半径收缩的现象称之为呼吸效应。 CDMA系 统是一个自干扰系统， 当用户数显著增加时， 用户产生的自干扰呈指 数级增加，因此呼吸效应是一般 CDMA系统的天生缺陷。呼吸效应的另一

12、个表现形式是每种业务用户数的变化都会导致 所有业务的覆盖半径发生变化， 这会给网络规划和网络优化带来很大 的麻烦。 TD-SCDM是A一个集 CDM、A FDM、A TDMA于一身的系统，它通 过低带宽 FDMA和 TDMA来抑制系统的主要干扰， 使产生呼吸效应的因 素显著降低； 其他系统的语音业务与数据业务覆盖半径不一致， 导 致矿井下确保语音与数据业务共覆盖时需要更多的基站。4) 组网灵活、频谱利用灵活、频率资源丰富TD-SCDMA系统采用时分双工模式，它的一个载波只需占用 1.6MHz的带宽就可以提供速率达 2Mbps的 3G业务，对于频率分配的 要求简单和灵活了许多。 TDD双工的方式

13、，保证了网络的配置及维护 简单，在煤矿通信系统中只需要规划一个频率。5) 灵活高效承载非对称数据业务TDD技术的采用是 TD-SCDM系A 统与其他两大 3G主流标准 FDD系 统的根本区别。 TD-SCDMA系统子帧中上下行链路的转换点是可以灵 活设置的， 根据不同承载业务分别在上下行链路上数据量的分布， 上 下行资源可以有从 33 的对称分配到 15 的非对称分配调整。 在 未来 3G 多样化的业务应用中，非对称的数据业务会占有越来越多的 比例，大部分业务的典型特征是上行链路和下行链路中的业务量不对 称。FDD系统由于其固定的上下行频率的对称占用，在承载非对称业 务时会造成对频谱资源的浪费

14、。而 TD-SCDMA系统可以通过配置切换 点位置，灵活地调度系统上下行资源，使得系统资源利用率最大化。 因此 TD-SCDM系A 统更加适合未来的 3G非对称数据业务和互联网业务 方面。6) 可为实现感知矿山提供强力保障与支撑 TD-SCDMA是宽窄带业务一体化的系统，其强大的数据提供能力 可为感知矿山的信息传输提供方便的通道，打造感知矿山的业务平 台。7) 确保煤炭无线通信专网长期先进性 TD-SCDMA煤炭无线通信系统网络设备起源于公网，公网先进的 技术升级可方便的移值到煤炭通信系统中， 确保煤炭无线通信系统技 术的先进性，不会造成类似小灵通的技术无法升级以及 WIFI 的无法 演进。8

15、) 产业链丰富，确保客户投资TD-SCDMA煤炭无线通信系统网络设备起源于公网，具有很强的 公网基础， 是大众技术而非小众技术， 在网络设备以及终端设备上均 有强大的产业链支持，特别的目前的 TD-SCDMA终端有数百种，而且 随着在公网的应用，会逐渐增加，确保不会出现产业链断链，可有效 保护客户投资。9) 使用专属频段使用国家专门划分的频段， 在井下使用不会与别的无线系统产生 干扰。10) 与公网无缝链接提供接入移动公网的接口， 可以接入移动公网， 实现井下与全球 任一部电话语音、视频通话。11) 覆盖能力强专门为井下巷道环境设计的拉远型基站，保证井下无线覆盖 良好。12) 系统容量大每一个

16、井下信号点均是独立基站， 单载波支持 23 个用户，业务速率 2.8M。并且可根据实际情况扩展。13) 抗干扰能力强井下每个点均是独立基站，干扰不会扩散，系统抗干扰能力 强。14) 安全性高井下设备本安型设计， 采用光纤拉远性技术， 不涉及电信号，安全可靠。4. 矿用无线通信系统性能分析各矿用无线通信系统性能分析如表一所示系统名称矿用小灵通矿用 WIFITD-SCDMA覆盖方式定向天线定向天线定向天线覆盖距离500 米300 米单方向 500 米使用频段1.9G2.4G1.9G通话信道数316单基站单载波 23 个信道。通信安全性不安全不安全最为完善的安全机制，通过双向鉴 权，完整性保护等功能

17、保证系统安 全。调度功能支持支持支持数据传输128K54M单载波上行 2.2M，下行 2.8M视频监控不支持支持可视电话 / 无线摄像头安全性隔爆型本安型本安型抗干扰性井下每个点均是 独立基站，干扰不 会扩散公用频段，易受干扰井下每个点均是独立基站，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， 通话易掉线语音清晰，支持视频通话，可定制开发多种业务应用产业链已经退网，产业链已断链终端类型缺乏， wifi 手机基本 全是黑白屏的手 机TD-SCDMA为中国最大的运营商中国 移动所支持，产业链最为丰富，终 端类型更多样， 终端可选余地最大。5. 小结及建议：1) 小灵通通信技术，产业链已经断链，后续升级维护困难；2) WIFI虽可实现语音功能，但实际使用手机经常掉线，无线信 号在井下衰减太快， 覆盖范围很小， 不能满足煤矿对于无线通讯 的需求，且产业链薄弱， 终端设备类型非常有限， 只适用于数据 业务的传输；3) TD-SCDM网A络，除能解决语音通信功能外，还可提供数据和