2021-4-9 | 通信技术
0前言
计算机、自动化、通信技术的相互融合，使煤矿地面通信技术突飞猛进，但矿井地下通信由于其环境复杂、通信设备技术等情况的限制，技术和应用水平远远落后于地面和空间。随着我国煤炭行业信息化、网络化的发展推动了矿井通信系统的发展，数据传输技术在煤矿领域得到了广泛的应用。为了实现可靠而有效的矿井移动通信，必须要建立一个畅通、灵活、可靠的井下通信系统，是煤炭安全生产与抢险救灾的重要保障。
1矿井通信的主要特点
（1）移动通信设备要采用安全性能好的本质安全型防爆功能，防止井下空气中含有的甲烷、瓦斯和煤尘等发生爆炸。井下环境恶劣，设备故障率很高，要求移动通信设备应有较强的抗故障能力。（2）井下空间窄小，机电设备相对集中，电磁干扰严重，所以移动通信系统的体积设计不能太大而且应具有较强的抗干扰能力，应有防尘、防水、防潮、防腐、耐机械冲击等防护性能。（3）矿井移动通信设备发射功率较小，所以一般它的最大输出功率为25W左右。井下电网电源的电压波动范围较大，要求通信设备的电源电压波动适应能力强。
2矿井通讯技术
2.1低频导引通信技术
这种技术是利用同轴电缆对信号进行传输，工作在几百HKz的低频段。在矿井下每隔几百米在电缆上装一个辐射器，目的是使电波向电缆外的巷道内辐射来实现井下的无线移动通信。这种通信技术的优点是：频率低、电缆的传输损耗小、距离大，简单实用，造价最低。但是由于井下的各种低频电磁干扰存在，使数据误码率变高，可靠性低。
2.2漏泄通信技术
这种通信技术使用的传输介质是漏泄同轴电缆，它比普通同轴电缆在短波频段的传输损耗略大，在巷道中起到长天线的作用，因此传输距离更远，为了弥补长距离的能量损失以实现井下的远距离无线通信，每隔几百米加一个中继器。这种通信技术的最大的优点是地面通信设备和技术非常成熟，通信质量好。缺点是成本造价太高，而且还需要敷设专用传输线，当馈线表面屏蔽的同轴电缆覆盖有尘土或湿气时，它的衰减率将迅速增大。
2.3红外无线通信技术
红外线的波长介于红光和微波之间，红外设备中的主要组件是发光二极管和红外接收机。二极管是一个发射光源或者光束的电子器件，可以使用发射的光源或者光束对数据进行编码，红外接收机是一个光感应设备，能够感应到光源并且地光源中所携带的数据进行译码。红外光和其他常见光不同，即它的可见光反射及衍射。红外光的介质吸收能力也强于无线电波，红外光发射时，可见光对其影响较小，体积小、功率低，无需专业申请特定频率的使用执照，数据传输速率比较高，由于采用点到点的连接，数据传输受到干扰较少，因此，在近距的通信中被广泛应用。由于其对接收信号的方向性要求高，不能穿透不透明物体，信号很难被有效传输。
2.4蓝牙通信技术
蓝牙是一种短距离的、无线数据和语音传输的开放式技术标准，它将各种通信设备、计算机及其他终端设备、各种数字数据系统采用无线方式联接起来，它采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，适用于对数据传输速率要求不高的井下移动设备和便携设备。多种场合，设备功率低、对人体危害小。由于蓝牙技术采用了跳频方式来扩展频谱，将2.40~2.48GHZ的频段分成79个频点，每2个相邻频点间隔1MHZ，因此在井下通信时具有很好的抗干扰能力。通过蓝牙技术，井下人员可以相互连接，实现控制、数据传输等功能。
2.5RFID（射频识别）技术
RFID技术是一个IC芯片安装上微型天线的组合，是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号自动识别目标并获取相关数据。一个典型的RFID应用系统通常以标签的形式出现，RFID与其他系统最大的不同点是在读写器和应答器进行数据交换的时候，双方的物理接口没有实际的接触，而是通过天线、微波等介质进行数据、时序以及能量的交换。它不仅是一种近距离的自动识别技术，也是一种先进的近距离无线通信技术，在矿井通信技术中有丰非常广阔的发展前景。
2.6ZigBee技术
ZigBee技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的电子设备之间的无线通信技术。它的名字来源于蜂群采用的赖以生存和发展的通信方式，以此做为新一代无线通信技术的名称。它的特点是短距离、低速率、低成本、低功耗、网络容量大、兼容性好、采用直接序列扩频技术，工作频段灵活（工作频段在868MHZ、915MHZ、2.4GHZ，都是无需申请执照的频率）、数据传输可靠、安全性高。以上通信技术都各有优缺点，煤矿企业要根据自己的实际情况，生产调度和救灾通信的需要选取合适的通信技术。
3矿井通信技术的通信协议设计
矿井移动通信网络体系结构包括交换机、基站和移动台。基站和交换机之间采用RS-485总线相连，移动台和移动台之间数字收发采用900MHz左右的电磁波通过基站进行数据中转。通信协议分为有线和无线接口2部分。无线接口的通信协议是参照开放系统互连参考模型建立的。它的无线网络层次被划分为3个层次。
3.1物理层协议设计
（1）多址方式。它的基本类型有频分多址、时分多址和码分多址。其中码分多址比频分多址和时分多址有很多优点，是现代通信技术发展的方向，时分多址对于不断进展的新技术是开放的，公用设备的成本低，现有的设备可被为充分利用。系统的改进可通过软件的方式，多用于矿井监控系统、人员定位系统、考勤系统等。时分多址比频分多址公用设备的每用户平均成本低并且通信容量比频分多址大；移动台因需完成自适应均衡和成帧与同步比频分多址复杂；时分多址越区切换简单，移动台可以在其它的空闲时隙检测其它基站的信号强度，为越区切换作好准备。所以很多系统的多址方式选择时分多址。