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一、TD-LTE井下移動通信系統設計方案
1工作頻率
2013年11月公布了TD-LTE頻率規劃,共有210MHz帶寬,其中中國移動130M、中國電信40M、中國聯通40M。煤礦井下與地面隔離性好,不存在與公眾移動網的共存干擾,井下TD-LTE系統不用考慮改頻,采用公網頻段即可,這樣的好處是可以降低產品研發成本從而減少建設成本。在公眾網TD-LTE建設中,中國移動建設最早,已建成基站數最多,終端種類最豐富。頻率選擇方面首選中移動的頻段。
2TD-LTE語音與調度解決方案
TD-LTE移動通信系統只有分組域,不再通過電路域支持語音業務,語音通信采用VoLTE的方案,即在TD-LTE系統中引入IMS(IPMultimediaSubsystem:IP多媒體子系統),由IMS系統提供語音通信控制能力,IMS是最先進的軟交換技術,采用業務與控制、承載分離的架構,支持多媒體業務。通過IMS系統提供IP語音,具有QoS質量高、方便與其他系統融合的特點。
3系統組成
井下TD-LTE移動通信系統構成,包括地面和井下2個部分。地面部分包括核心網EPC、多媒體交換調度系統MMSS。為實現辦公區和居民區的覆蓋,井上還可以部署TD-LTE基站。MMSS是集IMS、多媒體調度以及語音網關等功能的多媒體交換調度系統,實現語音、視頻調度功能,并提供E1接口與程控交換PBX互聯互通。井下部分主要有礦用基站、本安手機、DTU等設備。TD-LTE的井下基站設備作為無線接入點,根據覆蓋需求部署在煤礦井下井下基站通過百兆以太網接口直接就近接入到工業以太環網,工業以太環網為井下基站提供可靠傳輸。TD-LTE礦用終端包括本安型手機和數據傳輸單元DTU,DTU應支持RS485/232接口和以太網接口,用于與井下傳感器、固定和移動視頻監控攝像機連接。
4寬帶無線性能
TD-LTE礦用基站最大發射功率500mW,采用2通道板狀天線在井下巷道可以實現500m半徑的覆蓋。由于TD-LTE工作在頻率較高的2GHz頻段,屬于視距傳輸,無線繞射能力差,煤礦井下主巷道較為筆直,每1000m左右部署1個基站,大多彎曲的巷道需根據實際勘測后確定基站部署,從而保證無線覆蓋連續。在拐彎較多的巷道可以采用與泄露電纜覆蓋結合的方式,實現低成本無縫覆蓋。礦用終端發射功率最大250mW,輻射小,適合井下環境使用。煤礦井下業務以上行為主,TD-LTE按照UL∶3/DL∶1的時隙配比,在20MHz載波寬度的條件下單個基站可支持上行28Mbps,下行26Mbps的數據傳輸能力。業務時延低、視頻傳輸能力強。
二、TD-LTE為井下移動通信系統功能特點
1)系統實現了結合井上與井下的覆蓋需求,對煤礦提供了一個全面的寬帶無線覆蓋,實現井上井下統一調度、有線無線融合通信。滿足煤礦行業生產“聽的見”需求。
2)利用TD-LTE的支持高清視頻監控特性,可以在井下設備檢修、故障排除時為專家會診提供高清移動視頻和局部細節的高清圖片,保障安全生產。滿足煤礦行業生產“看的清”需求。
3)利用TD-LTE無線部署簡單的特性,可實現有線無法到達區域井下有害氣體、環境安全數據、設備運行參數等監控傳感器的無線數據遠傳,為智慧礦山物聯網豐富了感知層數據點。擴展了監控的范圍,提升了安全預警能力。
4)利用TD-LTE提供的無線定位能力,可提供井下人員導航,在發生緊急情況時,通過定位功能快速確定撤退路徑,減少人員傷亡。
5)利用TD-LTE提供的高速數據傳輸通道,通過井下工作人員攜帶傳感器、攝像頭,使井下的工作人員成為一個個移動的探測節點,填補現有監控設備的盲點,提升井下安全度。
6)礦用TD-LTE移動通信系統與移動公網相結合,借助移動互聯網技術,使用智能手機,可在終端上實現遠程的寬帶移動辦公、智能巡檢、告警推送、企業信息等應用。無時無刻相關的管理人員及領導均對整個的生產情況能夠做到運籌帷幄。
7)TD-LTE井下移動通信系統提供了一個語音、數據、圖像融合的高帶寬平臺,并且接口高度開放,可以在此平臺基礎上開發適合煤礦生產的各種應用。
三、結語
基于TD-LTE技術的井下移動通信系統架構簡潔,設備小型化、低功率非常適于井下環境部署。其低時延、寬帶傳輸特性可以保證語音、數據、高清視頻的QoS質量,完全滿足智慧礦山井下多業務寬帶無線傳輸需求。系統支持基于IMS的音視頻多媒體調度,并可與原有基于程控交換的礦用調度系統互聯互通。實現了有線無線融合的調度,強化補充了礦用調度通信系統。
作者:張曉莉郭慶單位:西安科技大學大唐移動通信設備有限公司