张少平
国家能源集团神东煤炭集团人力资源共享服务中心 陕西省榆林市 719315
摘要：全IP化4G技术支持下，4G无线通信技术得到了空前发展，煤矿开采施工的复杂性和危险性对无线通信系统提出了更高的要求。现代无线通信技术在4G 技术支持下，逐步实现了 TD-LTE 矿用无线通信系统建设，该系统是以电信级 TD-LTE 无线通信设备为基础，以煤矿井下安全为准则，以通信联络系统建设为规范，对专网应用进行优化，建立专网独立应用调度平台，极大地提升煤矿企业安全生产管理水平，对企业网络信息建设具有重要意义。
关键词：4G；通信技术；煤矿；无线通信系统
目前在我国人们已经习惯于在移动公网用手机上网，移动办公等。煤矿行业在许多场合，也需要建设和应用自己的无线宽带移动通信系统。当前，大部分煤矿在数字化、智能化矿山建设无线网络传输方面存在一些突出问题，集中体现在: 现有子系统种类繁多，网络相互独立，信息不能共享; 缺乏统一规划，网络重复投资、重复建设; 通讯线路复杂，数量多，系统维护量大，维护困难; 整体可靠性差，不利于煤矿安全生产。4G 无线通信系统是无线高速传输通道，可以为矿井提供通信、调度、监测控制等功能。4G 无线通信系统，具有结构简单、设备量少、 容量适中、业务丰富、构建灵活、使用便捷、适应性强、性价比高等特点，可满足后期智慧矿山项目中各种子系统的接入。
一、无线通信技术应用于煤矿开采的重要意义
由于煤炭生产的施工环境比较复杂，井下人员较多，设备流动性也较大，在生产操作中，常常采用多工种联合流水作业的形式进行煤矿开采，这就要求需要大量的重型设备参与到煤矿生产中，无论是在设备运输中，还是在安装、调试中，其都有较高的要求，若不注重煤炭井上井下的协同生产，则容易发生瓦斯爆炸等事故。然而，随着移动通信技术的发展，建立基于4G通信技术的无线移动通信系统，并将其应用于煤矿生产中，其不仅可以确保煤矿生产顺利进行，还可以完成紧急事故的处理，因此，煤矿4G无线通信移动系统的实现，具有十分重要的意义。
二、煤矿无线通信技术发展
井下无线通信技术主要经历了井下无线漏泄通信、井下透地通信、井下小灵通通信和井下 3G 通信系统阶段，随着通讯技术的不断发展和硬件的更新换代，前三种通信技术逐渐被淘汰，被 3G 通信技术所替代。3G 的主要优点是能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率。虽然 3G 无线通信技术有诸多优点，但其也存在诸如数据带宽小，无法实现大数据和视频的传输等缺点。第四代移动通信技术，简称 4G。4G 是集 3G 与 WLAN 于一体，并能够快速传输数据、高质量音频、视频和图像等。4G 能够以 100 Mbps 以上的速度下载，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G 可以部署在 DSL 和有线电视调制解调器没有覆盖的地方，然后再扩展到整个地区。很明显，4G 有着以往通信技术不可比拟的优越性。4G 的主要优点是通信速度快、网络频谱宽、通信灵活、智能性能高、兼容性好、通信质量高、频率效率高、费用便宜并且集数据、视频和语音三大业务于一身，将其应运于煤矿通信系统中能够同时实现矿井集群调度、井下视频监控、井下语音视频通信以及第三方数据业务的传输等，大大提高了矿井通信系统的效率。
三、基于 4G 信技术的煤矿无线通信系统
1、无线移动通信系统架构。（1）基于 TD-LTE 通信技术的系统架构。TD-TLE 煤矿无线通信系统网络是由基站、接入网关、BRAS 和核心网通信组成。其语音通信、数据传输和集群呼叫主要由核心网网元实现，实现模式则是通过 IMS、EPS、DSS 集群完成。（2）建立基于 TD-LTE 通信技术的基站通信系统。以 Femto Pico基站为基础建立无线通信系统，不但能够扩大通信覆盖范围，还能以 IP SEC 方式，通过自身的传输网络统一接入到安全网关中，提升网络传输的安全性能。在基站通过提供 WLANAP 承载数据业务过程中，一般是以 PDG 为媒介直接接入网络传输数据业务，通过接入 3GPP 核心网来提升通话质量、数据传输的高效率，实现统一的业务活动。此外，还可以通过 Small Cell 基站的网管系统，形成上下层无线网络通信系统的对接。（3）以 IMS、EPC、DSS 集群模式为基础的核心网。系统中的核心网主要用于用户连接、系统管理和网络承载，具体业务包括遥感业务、简单消息传递和监视控制等。TDLTE 无线通信系统采用 IMS+EPC+DSS 集群构架的融合核心网系统 ZXUN iEPC-5。ZXUN iEPC-5 小型化产品集合了电信级 EPC 核心网的特性，使用 5U 插箱，集合 MME、SGW、PGW、HSS 等功能特性，为用户提供高速、安全可靠的通信传输。（4）综合应用系统平台。综合应用系统平台是以多场景分布式高性能云计算框架结构为基础，通过各种业务数据的分析处理引擎等专用支持工具，对各数据进行高速、可靠、统一处理的平台。它具备灵活性、可裁剪、可适配等多种明显特点，综合应用系统平台可以实现统一的数据存储、应用接口支撑生产自动化管理、安全管理等多种功能，它在Wi-Fi 网络以及 LTE 终端基础上，保障语音、视频和数据等各类业务的有效进行，为煤矿企业安全生产和数据处理提供技术支持。
2、无线移动通信系统功能。（1）调度功能。煤矿生产中调度功能是必不可少的，生产调度员需要实现资源有效调度，以保障煤矿生产中的各种突发状况和安全生产，调度功能主要针对生产进程管理、煤矿生产流程、资源整合分配等。（2）语音业务。语音业务包括移动电话和紧急呼叫业务、主叫号码识别显示业务三种。移动电话是煤矿通信系统用户与系统内外其他用户语音通信的重要保障；紧急呼叫业务主要应用于集群用户发起就近紧急，其余电话业务有类似，但是比一般电话业务快速。（3）集群通信。集群通信主要是在无线集群通信系统基础上实现的自动化信息共享，它主要用于提供系统内部的全呼、组呼和双向通话等。根据事件等级和紧急呼叫功能划分呼叫等级，确保煤矿生产的安全调度。（4）增值数据服务。增值数据服务主要包括视频通话、物联网介入和手机终端定位等。在 4G 通信技术支持下，增值数据服务能够确保信号传输时间的准确性和精密性，以此了解井下人员的位置和分布，确保煤矿生产安全和信息的时效性。
基于4G无线通信技术的煤矿无线通信系统，利用TD-LTE无线通信技术来建立宽带无线网络，由于TD-LTE无线通信技术具有覆盖面积广、信号强、传输速率高的优点，将无线移动通信系统应用于煤矿生产中，不仅可以煤矿地面井下实时通信，也可以确保煤矿井下安全生产，因此，采用基于4G通信技术的煤矿无线通信系统，利用先进的计算机技术、通信技术、自动化技术来实现智能化和自动化的煤矿安全生产管理系统，以保证煤矿安全生产。
参考文献：
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