2021-4-9 | 无线通信论文
作者：孙春义 单位：河北能源职业技术学院
矿井巷道受空间自由度的限制，直接制约无线电波在井下巷道的传输作用，因此应该在井下安装功能更强的移动通信装置。通信装备性能描述（1）地面通信装备是在以较精确的信道参数为基础上设计制造的，而因为井下具有粉尘严重、潮湿等环境问题，且在有限的巷道空间内安装支架、铁道、电缆与管道等金属部件，于是不管借用信道还是专用信道，它们的特性均会受到较强的干扰，降低信道特性的稳定性。（2）井下用电装置启动频繁且配置量大，对信道产生电气干扰的噪声电平高和频谱宽，这些直接影响着井下通信装置的正常运作，因此需要使用能适应较强的干扰与较差的信道条件的井下通信装置。
经典的矿井井下通信技术
1低频引导通信超低频透地通信是一种使用无线电波穿透地面的无线通信技术，其将大地作为电磁波的传导媒介。由澳大利亚MST矿井技术公司研发的透地通信系统是一种超低频PED矿井井下急救和无线通信系统，在突发事故中主要用于井下应急救援工作者与地面间的通信。该通信系统具有较低的无线通信速率、较小的信道容量和较窄的传输带宽,且易受低频电磁影响。另外,PED系统灵活性较差，结构比较繁琐。
2漏泄通信所谓的漏泄通信，指将一条特制的同轴电缆安置在巷道中，在电缆上每隔一段距离打1个槽孔,使用泄漏出的电磁场完成各个移动台之间、固定台与移动台间的远距离通信。该方式是一种完成井下巷道内无线通信的较理想的模式。早在20世纪90年代，泄漏通信技术就被广泛应用于公路铁路隧道、煤矿井下、地铁等一些受空间限制的地下通信中。具体结构框图如图1所示。漏泄通信技术使用超高频信号实施无线通信,拥有电磁干扰较小和信道稳定等优点。但也具有以下缺点:（1）具有较差的抗故障能力和系统可靠性。一旦电缆和中继器发生故障，会导致该中继器下属部分出现瘫痪;并且,中继器越多,噪音累加就越多,极易出现信号失真。（2）每个通道使用特定的设备,具有较低的信道使用率。当将井下各种通信系统与监测监控系统均连入漏泄系统进行传导时,会出现某些信道数不够使用或长期搁置不用的状况。（3）具有较高的管理和维护成本。通常移动台接收距离限定在离漏泄电缆30m的范围内,该通信系统对漏泄电缆具有较高的安装要求和藕合要求。
3矿用小灵通通信系统矿用小灵通通信系统改变了传统的通信方式，是在井下无线通信应用分析的基础上研发的。将其广泛应用于全国各大中小城市的大众通信体系PHS《也称小灵通》，根据“煤安标办”标准进行安全技术分析,并将其延伸移植到矿井井下,以此成为井下无线通信网络的服务窗口。该系统既能服务于井下的生产调度和个人无线通信系统，又能服务于地面系统。于是开创了井下无线通信的新天地,对井下无线通信具有深远的意义，矿用小灵通通信系统结构框如图2所示。该通信系统具有以下特点:（1）将传统模拟通话和单工模式转变为实现数字通话和双工模式。（2）生活办公区通信系统与防爆区域中调度系统有机无缝连接，形成一体化。（3）手机通话语音清晰，质量可靠，通话时间与待机时间长，且外形小巧便于携带。（4）可实现图像传输,工作人员可对远端无人留守区情况进行实时观察。（5）可实现人员的识别、跟踪以及定位等功能。
抗噪声干扰分析
消除噪声干扰是一个可靠、高效的矿井通信系统的必要前提。目前使用的抗干扰方法主要有以下几种[6]:（1）选取恰当的通信频段。在特定的井下工作环境中，噪声源一般是同一类型,因此可生成能量比较集中的噪声,可以说大多处于特定的频率范围内。而且几兆的通信频段对矿井通信来说就已足够,因此，在选取通信频段时，可避开噪声较强的集中区域。（2）采用定向天线提高天线发射通信信号的有效功率，并利用定向天线对空间进行选择,增加信噪比和发射信号的电平,实现抑制噪声干扰的功能。（3）采用窄带滤波器选择频率。该种自适应滤波器的频带保持与自适应输入信号频带宽相对应,有效地降低了井下各种设备噪声对通信信号造成的干扰。（4）使用相关器选取波形。在频域上，窄带滤波器对信号实施分析；在时域上，使用相关接收法对收到的信息实施处理。在确保相关器工作在线性状态，且输入相关器的干扰与信号电平均较低时,其抗干扰能力明显高于窄带滤波,然而当输入干扰信号电平越出相关器工作的线性区时,抗干扰能力出现大幅度降低。所以,窄带滤波器具有很好的抗干扰功能。
结论
随着微电子技术与计算机技术的不断发展，给煤矿通信技术注入了新的科技、新的活力，将其推入一个新的天地。进一步利用先进的通信技术，井下通信最终建立移动与固定相结合、光缆与电缆相结合、容量大、灵活方便、多信道以及多功能的煤矿井下无线通信网络。一套可靠程度高的井下无线通信系统，对于煤矿安全生产和效率提高至关重要，具有深远的意义。