2021年矿山行业应用WCDMA无线通讯技术可行性分析V1.0.1.pdf

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1、矿山行业应用WCDM 无线通讯技术可行性分析1.矿山行业无线通讯现状随着国家对矿山安全生产的日益重视，矿山企业对通信的安全性、便捷性、可靠性、实用性的需求越来越强烈。但是由于矿山主要作业面广阔，作业点分散，而巷道数量增加和分布也越来越复杂。所以在多工序、多环节、多地点地分层立体交叉的作业模式下，井下通讯系统的不便，在限制了作业效率进一步提高的同时，也造成了一系列安全隐患。在此背景下，将先进的无线技术应用于井下和井上的无线调度和行政通信、并与固定电话方式的调度、行政通信系统合而为一，实现通信的移动化、一体化、业务的多样化，成为矿山企业信息系统现代化建设的中心内容。目前市场上矿用无线通信技术占据主

2、流地位的主要有：PHS无线通信系统（小灵通）、WIFI无线通信系统、TD-SCDMAc线通信系统、WCDM无线通信系统。1）PHS无线通信系统（小灵通）PHS无线通信系统（小灵通）作为我国第一个煤矿无线通信技术标准，是目前我国煤矿电力石化等工业移动生产与调度通讯市场中应用范围最广的无线专网通信解决方案。PHS小灵通具有语音通话质量好、规模组网通信规范、移动切换呼通率高、施工与维护成本低、产品绿色环保安全、系统增值业务丰富等技术优势，特别是其无线微蜂窝基站井下分布式组网覆盖、手机/固话混合通讯调度、终端锰酸锂电池超长待机等先进的技术理念，都成为了后来出现的矿井无线通信技术的行业指导性规范，对煤矿

3、无线通信技术的发展起到了创始奠基作用。但是PHS存在单基站信道少、系统无法与煤矿光纤环网互联互通、宽带数据接入能力薄弱等缺陷，同时由于国家产业政策，2009年2月政府主管部门已明确要求所有1900-1920MHZ频段无线接入系统在2011年底前完成清频退网工作，以确保不对1880-1900MHZ频段TD-SCDM療统产生有害干扰。目前所有生产厂家都停止生产，设备及板卡无法买到，对今后维护及故障处理造成最大困难。2）WIFI无线通信系统WIFI是在小灵通退网后涌入煤矿的众多专网无线通信技术之一，WIFI属于国际电信联盟ITU规定的短距无线宽带数据接入标准，即：IEEE 802.11，全称Wire

4、less Fidelity，使用2.4GHz附近频段，具有覆盖范围广、传输速度高、布网成本低等特点。矿井WIFI具有单基站语音业务信道多、支持煤矿精品w o r d 学习资料 可编辑资料-精心整理-欢迎下载-第 1 页，共 14 页光纤环网对接、无线微蜂窝AP分布式组网、支持宽带数据接入等技术优势，特别是其多网合一与IP融合技术代表了未来矿山统一通信的发展方向。但是WIFI 技术本身不支持移动语音通信业务，依赖数据进行语音的传输，而WiFi 传输带宽随环境动态变化，带宽越小，时延越大，因此通话质量无法保障。加上没有严格的同步机制，又加大了通话时延，严重影响通话质量。并且WIFI 不具备移动通信

5、所必需的完善的空口同步机制与可靠的移动漫游切换技术，在井下通讯应用过程中，特别是在手机移动或组呼群呼时，WIFI 终端通话漫游与跨基站成功率仅为50%，而由于缺少移动通信所必需的空口协议标准和严格的产品技术规范，因此，WIFI 不具备大规模多基站的通信组网能力和相应的通信理论基础。最重要的是WIFI大功率AP所在2400MHz频段和其DSSS直序扩频的调制方式，决定了WIFI信号没有任何空间绕射、透射能力，且无线电辐射衰落剧烈，对于矿山企业复杂的工作面环境不能进行有效覆盖，最终无法满足用户井上井下可靠通讯的需求。所以目前矿井WIFI 实用效果参差不齐，产品服务混乱不堪，技术改造升级严重滞后，无

6、法长期持续跟踪煤矿通信行业发展，这些都是未来矿井WIFI 面临的最大挑战。TD-SCDMA6线通信系统中国第三代移动通信网络建设经过十年飞速发展，中国联通的WCDMA中国电信的CDMA2000中国移动的TD-SCDMAE个3G标准在中国市场上的残酷竞争，随着2013年国家工业信息产业部发布了未来重点投资LTE-4G第四代移动通信标准研发与试验网建设而落下帷幕。TD-SCDMA手机已逐渐销声匿迹，而此时中国联通的WCDM用户数量已经占据了国内3G市场70%的份额。TD-SCDMA术是ITU发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一。TD-SCDMA的特点是上下行同频段，通过时隙配置为上下行信道提供

7、无线承载。TD-SCDMA可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。目前TD-SCDM矿用通信系统采用BBU+RR拉远方式，BBU部署在地面，RRU乍为井下无线站点部署在井下，地面与井下采用私有的Ir 接口，必须使用裸光纤，无法直接使用井下工业以太环网。这样，就需要重新拉光纤，重新部署传输网，增大了施工复杂度，施工成本。另外不便于随着巷道的延伸进行扩容，维护成本也随之增高。并且井下基站与BBU通过多个RRU级联方式连接，当BBU出现故障，会导致全网无法工作，或者某个中间RRU故障，会导致整个链上的RRU无法工作。TD-SCDMA除在中国移动已经规模应用，在日本软银有小规

8、模应用，全球其他国家无应用。终端解决方案厂商集中在联芯，T3G,展讯等公司，数据终端少，相关产业链、技术人员、软硬件资源都将随着国家产业政策的转型迅速流失殆尽，这就为TD-SCDMA技术长期跟踪煤矿通信市场发展与可持续产品技术升级带来了重大隐患。精品w o r d 学习资料 可编辑资料-精心整理-欢迎下载-第 2 页，共 14 页文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:

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16、是有较高的扩频增益。因此，WCDM在提供高速数据业务方面，与3G其他技术相比，具有绝对的优势，可支持语音、互联网等所有的3G业务。WCDM是异步网络，WCDM的网络在许多环境下更易于部署，即使在矿井中GPS信号无法到达的地方也能安装基站，实现真正的无缝覆盖。而应用于矿山的WCDM为基于微基站的矿用无线通信系统，每一个站点就是一个独立的基站，支持即插即用。传输采用IP 方式，可接入以太环网,支持光口或电口等多种方式。并且随着巷道的延伸，可以通过直接增加基站实现扩容，大幅降低了工程复杂度、施工成本和扩容维护成本。更重要的是基于微基站的WCDM矿用无线通信系统在传输链路被切断的情况下，基站支持自组网

17、，通过无线方式和其他基站以及地面设备建立传输链路，确保正常提供服务。在发生事故情况下，为人员救助提供了通信保障。另外WCDM煤炭无线通信系统网络设备起源于公网，公网先进的技术升级可方便的移值到煤炭通信系统中，而WCDM在公网的大量应用使得其产业链相当成熟，确保系统特别是终端的普及和低成本，并且能保证煤炭无线通信系统技术的先进性，不会造成类似小灵通的技术无法升级以及WIFI 的无法演进的情况。由上述分析可知，WCDM技术作为商用最早、运营网络最多和数据速率最高的3G技术，其系统设备技术领先、产业链成熟、运行稳定、可靠，是目前最适合矿山企业的井下无线通信系统，能够很好地满足煤炭企业新型通信联络系统

18、的需求和建设目标。另外，随着移动通信技术的发展，4G 无线通信系统LTE也开始进入矿山无线专网中，并已开展积极的应用探索。2.面向行业的WCDM 技术分析2.1.WCDM 系统组成面向矿山行业的WCDM矿用无线通信系统主要由集综合系统交换与调度于一体的融合智能交换机、接入网关、本质安全型基站、不同种类的终端等组成，如震有3G矿用企业级微站系统采用扁平化全IP架构，有效减少了网元数目，并针对矿山应用的特殊需求，对整机功耗、发射功率、回传网等网元进行了优化；有效的解决了矿下连续覆盖及高速数据传输的需求。其网络架构如下：精品w o r d 学习资料 可编辑资料-精心整理-欢迎下载-第 3 页，共 1

19、4 页文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F

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26、微站，无线接入子系统；支持WCDM标准空中接口协议，支持语音、视频、数据、切换等业务。接入智能网关：位于WCDM基站和核心网之间，负责对基站侧的信令和数据进行汇聚和分发，核心网侧实现Iu接口；同时负责对基站用户的注册和接入控制等。核心网：融合通信网关，实现电路、数据双域功能；支持基于IP的标准Iu接口，支持语音编解码、视频转发、短信、上网、以及移动性管理等业务，可作为接入PSTN PLMN网关，同时可以作为RNC设备接入MSC另外，同传统的运营商基站设备相比，震有科技的企业级微站系统具有如下优点：系统扁平化，基站集成了NodeB和RNC功能：信令的处理集中在基站，信令交互少，时延小；并有效的减

27、少了网元数目、组网方式简单；硬件平台化，同一个硬件平台支持WCDMATDD-LTE FDD-LTE等多种制式；软件模块化：上层软件采用模块化设计，最大化的实现软件模块复用，极大缩短了新系统开发周期。2.2.WCDM 技术优势语音视频数据同传业务带宽高WCDM空 口业务带宽为上行可达5.7M/下行可达14.4M，是小灵通的5倍，TD-SCDMA勺4倍；WCDMA 基站可同时接入32路手机话路，是WIFI的2倍，是小灵通的10倍。组网简单、快速建网微基站集成基站控制器RNC及基站的基带与射频部分，接口采用全IP协议栈模型，可充分利用井下的工业以太环网，不需要单独为矿用无线通信调度系统部署单独的光缆

28、,度。井下基站小型化、安装简单、即插即用、施工便捷。覆盖距离远避免重复投资、减少施工难PSTN精品w o r d 学习资料 可编辑资料-精心整理-欢迎下载-第 4 页，共 14 页文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10

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35、9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10根据煤矿巷道空间直线覆盖与矿道交叉分叉组网通信特点，震有科技WCDM微基站实现了基站双天线全双工双向覆盖，在200mW天线状态下，用增益为14dBi的板状天线，无遮挡实际测试，1000m处手 机接入正常，通话正常，接通率100%可实现视频通话；1300m处接通率为96%1500m处有80%左右的接通率。是TD-SCDMA勺2倍，小灵通的4倍，WIFI的6倍，不仅成倍提高了矿井基站覆盖范围，而且减少了井下布网施工难度。抗毁性网络在传输链路被切断的情况下，WCDM基站支持自组网，通过无线方式

36、和其他基站以及地面设备建立传输链路，确保正常提供服务。在发生矿难情况下，为人员救助提供了通信保障。高安全性WCDM一方面支持强大的双向鉴权和加密、完整性保护机制，另一方面使用的是3G无线通信专用频段，是最安全的3G网络。并且针对矿山井下特殊环境，基站本质安全型设计，设备安全。业务丰富WCDM矿用无线通信系统不仅仅支持基本的语音、短信业务，而且基于WCDM的高带宽特性，可灵活承载移动办公，生产巡检等各种数据业务，提供业界独特的短信调度应用，并且可根据现代化矿山的特点，灵活定制适应于矿山安全生产的多种业务。公网级联WCDMA系统可以组建独立的无线通信系统，在专网内多点互联组网，提供各种业务.同时，

37、震有科技的WCDM系统也可以将核心网MSC!过RANAP协议接入公网MSC使得矿山的WCDM无线通信系统接入到联通的公网，实现与运营商联建部署“宽联矿山”方案，手机可以在井下私网和井上联通公网无需换卡同时使用，真正实现了一机双网与公私无缝漫游切换。兼容性强WCDM矿用无线通信系统可以和不同制造商生产的公网模式的W终端兼容，产品丰富而价格实惠。并且微基站结构使得系统架构简洁，造型小巧，设备安装简单，极大的降低系统的建网成本。保护客户投资WCDM网络是全球部署最为广泛的网络，也是全球产业链最为完整的3G无线移动通信系统，完整的产业链确保WCDM技术作为移动通信的主流技术会长期发展，不会产业链断链，

38、客户的投资能够得到长期的保证。精品w o r d 学习资料 可编辑资料-精心整理-欢迎下载-第 5 页，共 14 页文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9

39、M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X

40、9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6

41、X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L

42、6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8

43、L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K

44、8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7

45、K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K103.LTE 技术发展探讨LTE,商业宣传上通常被称作4G LTE,是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像的技术产品，其图像传输质量与高清晰度电视相近。4G系统可实现以100 Mb/s的速度下载文件，上传速度也可达50 Mb/s,能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。目前已在国内共在15个城市建设了TD-LTE试验网，其中宁波、杭州、深圳、广州、南京等实现了主要城区全覆盖并开始规模4G体验，3.1.LTE 技术优势LTE(Long Term Evolution)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDR和MIMO作为其

46、无线网络演进的唯一标准，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。与3G相比，LTE具有如下技术特征：通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbpss上行为50Mbp&提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz,(3-4倍于R6HSDPA)上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6HSU-PA2-3 倍。以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部

47、署上的灵活性。降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan5ms,C-plan100ms。增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz 的数据速率。强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。3.2.LTE 运营商组网目前中国三大运营商均已经开始LTE网络运营，运营商TD-LTE系统由多个子系统组成，包括终端UE无线

48、接入微基站子系统，增强的数据核心子系统EPC(MME SGW，PGW PCRF,统一归属用户服务器HSS取消了3G网络中的CS域MSC-Server,MGW两个物理网元。系统组网图如下:精品w o r d 学习资料 可编辑资料-精心整理-欢迎下载-第 6 页，共 14 页文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6

49、X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I

50、6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9I6X10F6K10文档编码:CU4K9J4T10C9 HE7K8L6X9M3 ZH9