0前言

計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信技術(shù)的相互融合，使煤礦地面通信技術(shù)突飛猛進(jìn)，但礦井地下通信由于其環(huán)境復(fù)雜、通信設(shè)備技術(shù)等情況的限制，技術(shù)和應(yīng)用水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于地面和空間。隨著我國(guó)煤炭行業(yè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展推動(dòng)了礦井通信系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在煤礦領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)可靠而有效的礦井移動(dòng)通信，必須要建立一個(gè)暢通、靈活、可靠的井下通信系統(tǒng)，是煤炭安全生產(chǎn)與搶險(xiǎn)救災(zāi)的重要保障。

1礦井通信的主要特點(diǎn)

（1）移動(dòng)通信設(shè)備要采用安全性能好的本質(zhì)安全型防爆功能，防止井下空氣中含有的甲烷、瓦斯和煤塵等發(fā)生爆炸。井下環(huán)境惡劣，設(shè)備故障率很高，要求移動(dòng)通信設(shè)備應(yīng)有較強(qiáng)的抗故障能力。（2）井下空間窄小，機(jī)電設(shè)備相對(duì)集中，電磁干擾嚴(yán)重，所以移動(dòng)通信系統(tǒng)的體積設(shè)計(jì)不能太大而且應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，應(yīng)有防塵、防水、防潮、防腐、耐機(jī)械沖擊等防護(hù)性能。（3）礦井移動(dòng)通信設(shè)備發(fā)射功率較小，所以一般它的最大輸出功率為25W左右。井下電網(wǎng)電源的電壓波動(dòng)范圍較大，要求通信設(shè)備的電源電壓波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)。

2礦井通訊技術(shù)

2.1低頻導(dǎo)引通信技術(shù)

這種技術(shù)是利用同軸電纜對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，工作在幾百HKz的低頻段。在礦井下每隔幾百米在電纜上裝一個(gè)輻射器，目的是使電波向電纜外的巷道內(nèi)輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)井下的無(wú)線移動(dòng)通信。這種通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：頻率低、電纜的傳輸損耗小、距離大，簡(jiǎn)單實(shí)用，造價(jià)最低。但是由于井下的各種低頻電磁干擾存在，使數(shù)據(jù)誤碼率變高，可靠性低。

2.2漏泄通信技術(shù)

這種通信技術(shù)使用的傳輸介質(zhì)是漏泄同軸電纜，它比普通同軸電纜在短波頻段的傳輸損耗略大，在巷道中起到長(zhǎng)天線的作用，因此傳輸距離更遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)長(zhǎng)距離的能量損失以實(shí)現(xiàn)井下的遠(yuǎn)距離無(wú)線通信，每隔幾百米加一個(gè)中繼器。這種通信技術(shù)的最大的優(yōu)點(diǎn)是地面通信設(shè)備和技術(shù)非常成熟，通信質(zhì)量好。缺點(diǎn)是成本造價(jià)太高，而且還需要敷設(shè)專用傳輸線，當(dāng)饋線表面屏蔽的同軸電纜覆蓋有塵土或濕氣時(shí)，它的衰減率將迅速增大。

2.3紅外無(wú)線通信技術(shù)

紅外線的波長(zhǎng)介于紅光和微波之間，紅外設(shè)備中的主要組件是發(fā)光二極管和紅外接收機(jī)。二極管是一個(gè)發(fā)射光源或者光束的電子器件，可以使用發(fā)射的光源或者光束對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，紅外接收機(jī)是一個(gè)光感應(yīng)設(shè)備，能夠感應(yīng)到光源并且地光源中所攜帶的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。紅外光和其他常見(jiàn)光不同，即它的可見(jiàn)光反射及衍射。紅外光的介質(zhì)吸收能力也強(qiáng)于無(wú)線電波，紅外光發(fā)射時(shí)，可見(jiàn)光對(duì)其影響較小，體積小、功率低，無(wú)需專業(yè)申請(qǐng)?zhí)囟l率的使用執(zhí)照，數(shù)據(jù)傳輸速率比較高，由于采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接，數(shù)據(jù)傳輸受到干擾較少，因此，在近距的通信中被廣泛應(yīng)用。由于其對(duì)接收信號(hào)的方向性要求高，不能穿透不透明物體，信號(hào)很難被有效傳輸。

2.4藍(lán)牙通信技術(shù)

藍(lán)牙是一種短距離的、無(wú)線數(shù)據(jù)和語(yǔ)音傳輸?shù)拈_(kāi)放式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其他終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)采用無(wú)線方式聯(lián)接起來(lái)，它采用無(wú)線接口來(lái)代替有線電纜連接，具有很強(qiáng)的移植性，適用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的井下移動(dòng)設(shè)備和便攜設(shè)備。多種場(chǎng)合，設(shè)備功率低、對(duì)人體危害小。由于藍(lán)牙技術(shù)采用了跳頻方式來(lái)擴(kuò)展頻譜，將2.40~2.48GHZ的頻段分成79個(gè)頻點(diǎn)，每2個(gè)相鄰頻點(diǎn)間隔1MHZ，因此在井下通信時(shí)具有很好的抗干擾能力。通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)，井下人員可以相互連接，實(shí)現(xiàn)控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?

2.5RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)

RFID技術(shù)是一個(gè)IC芯片安裝上微型天線的組合，是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。一個(gè)典型的RFID應(yīng)用系統(tǒng)通常以標(biāo)簽的形式出現(xiàn)，RFID與其他系統(tǒng)最大的不同點(diǎn)是在讀寫器和應(yīng)答器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的時(shí)候，雙方的物理接口沒(méi)有實(shí)際的接觸，而是通過(guò)天線、微波等介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)、時(shí)序以及能量的交換。它不僅是一種近距離的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，也是一種先進(jìn)的近距離無(wú)線通信技術(shù)，在礦井通信技術(shù)中有豐非常廣闊的發(fā)展前景。

2.6ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的電子設(shè)備之間的無(wú)線通信技術(shù)。它的名字來(lái)源于蜂群采用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，以此做為新一代無(wú)線通信技術(shù)的名稱。它的特點(diǎn)是短距離、低速率、低成本、低功耗、網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性好、采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，工作頻段靈活（工作頻段在868MHZ、915MHZ、2.4GHZ，都是無(wú)需申請(qǐng)執(zhí)照的頻率）、數(shù)據(jù)傳輸可靠、安全性高。以上通信技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn)，煤礦企業(yè)要根據(jù)自己的實(shí)際情況，生產(chǎn)調(diào)度和救災(zāi)通信的需要選取合適的通信技術(shù)。

3礦井通信技術(shù)的通信協(xié)議設(shè)計(jì)

礦井移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括交換機(jī)、基站和移動(dòng)臺(tái)。基站和交換機(jī)之間采用RS-485總線相連，移動(dòng)臺(tái)和移動(dòng)臺(tái)之間數(shù)字收發(fā)采用900MHz左右的電磁波通過(guò)基站進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。通信協(xié)議分為有線和無(wú)線接口2部分。無(wú)線接口的通信協(xié)議是參照開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型建立的。它的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層次被劃分為3個(gè)層次。

3.1物理層協(xié)議設(shè)計(jì)

（1）多址方式。它的基本類型有頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址。其中碼分多址比頻分多址和時(shí)分多址有很多優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的方向，時(shí)分多址對(duì)于不斷進(jìn)展的新技術(shù)是開(kāi)放的，公用設(shè)備的成本低，現(xiàn)有的設(shè)備可被為充分利用。系統(tǒng)的改進(jìn)可通過(guò)軟件的方式，多用于礦井監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等。時(shí)分多址比頻分多址公用設(shè)備的每用戶平均成本低并且通信容量比頻分多址大；移動(dòng)臺(tái)因需完成自適應(yīng)均衡和成幀與同步比頻分多址復(fù)雜；時(shí)分多址越區(qū)切換簡(jiǎn)單，移動(dòng)臺(tái)可以在其它的空閑時(shí)隙檢測(cè)其它基站的信號(hào)強(qiáng)度，為越區(qū)切換作好準(zhǔn)備。所以很多系統(tǒng)的多址方式選擇時(shí)分多址。