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4G时代现代化煤矿井下无线通讯顶层设计要重点考虑的问题
[ 录入者:admin | 时间:2016-04-18 13:25:01 | 作者:科达自控董事长付国军 | 来源:煤矿自动化网 | 浏览:824次 ]

 1、技术先进性  技木先进性是选择任何生产生活工具都要重点考虑的问题。对于矿山生产,先进性不是赶时髦,而是先进的通讯系统可以为你提供更强大的能力,为日后增加接入任务提供保障。
    具体来讲,4G通讯系统出现了,矿方再选择系统时,就应对比其技术性能,WIFI,3G,4G是目前可选的方案,WIFI带宽大,但覆盖差,移动效果差,适合小范围固定场合,小矿可选择。3G移动效果好,但带宽太窄,只能满足语音通讯,大矿选择较多,但都是3G+WIFI方案。4G出现后,同时具备大带宽和高移动性,大覆盖范围的特点,是矿山信息化井下无线网络的发展方向,而且LTE具有连续演进能力,新建或改造都应优先考虑4G无线系统,以兔发生刚安装就掏汰的命运。

2,技术的连续演进性
    什么是连续演进呢?在无线通讯技术领城,技术发展飞快,往往一项技术刚刚投入使用,另一项技术就出现了。如果新技术投入使用,旧技术的投入就会掏汰,造成大量浪费,如BB机,1G(大哥大),小灵通,
    2G,3G等。行业内为了解决这个问题,重新设计了4G标准。大家可能看到4G后面还跟着一个词即4G一LTE。LTE的意思就是连续演进。硬件设计畄有余地,以后可改进软件系统就可升级到4-5G或5G。这样的系统可为后续的发展打下良好的基础。目前国际上标准有两个,其一是中国标准TDD一LTE,其二是FDD一LFE,在竞争中美国的WyMAx方案落选,所以目前国际标准就是两个,而不是3G时代的三个。

3,覆盖范围
无线通讯系统在井下使用,覆盖范围最非常重要的指标,一定要重要考该。
     无线通信系统的覆盖范围是与电磁波的传播机制和发射功率息息相关的,我们知道电磁波在空间传播会产生反射波、绕射波、散射波等现象,从而产生了损耗,形成了多径效应、多普勒效应、阴影效应等影响无线信号覆盖的因素。
     煤矿井下是典型的限定空间,高度复杂的通讯环境。因此,煤矿井下的信号覆盖范围因巷道环境的差异而出现巨大波动。此如,普通的对讲机,在地面开阔地带可覆盖1000米以上,在井下大巷只能达到100一200米,而在综釆工作而也就是十几米的范围。不同的通讯机理和技术,决定了不同产品在井下的覆盖范围。如同样在无遮挡的辅运直巷道(神东大柳塔测试),wIFI可以实现单基站300米的通信覆盖;3G可达500米,4G可达1500米。而在大型设备密集的综采工作面,wIFI有效覆盖60米,3G可达100米,4G单基站能达到350米的通信覆盖。因此在网络布设时,需要充分考虑现场地理情况及空间条件,进行合理安排。
    当然,我们可以看到,4G网络系统在煤矿井下的覆盖具备先天的优势,由于OFDM等技术降低了路径损耗,并且可采用更低的频段,4G信号的覆盖范围远远超出了3G、WiFi、Mesh等无线系统,为煤矿无线网络的建设节省了大量基站数量。

4, 基站间漫游性。
    无线通信网络覆盖下,数据源在不同基站间漫游而要保证通信不至于中断,就要遵循一定的空口协议进行基站间的切换。根据切换的触发原因不同,可以分为基于覆盖的切换、基于业务的切换和基于负载的切换;另外数据源与基站建立联接的过程不同,可以分为软切换和硬切换。切换技术决定无线系统的可够动性,如以前使用过的小灵通系统就不如当时的GSM(2G)系统而被淘汰,wIFI系統也因其慢游性能不好而不能应用于大范围移动场所,只能做为热点覆盖而做为补充应用。3G、4G系统以其优越的慢游性能而得以广泛应用,煤矿应用也是如此,主要为移动的车辆、设备、人员等解决通讯问题,所以慢游性能应是以后能否应用到无线摇控的关键技术。
      软切换发生在同一个Node B(BBU的一个通道)的不同小区之间,也就是同频组网情况下,数据源同时与两个基站建立连接,漫游时做到了平滑过渡,但软切换在数据量大时比较占用资源造成系统通信速率下降。硬切换指断开原基站连接然后才连接目标基站,同一时间只和一个基站连接,硬切换性能不如软切换,连接失败率要高,但可以实现异频切换、异系统切换。这也就是说,基站间慢游是会降低带宽的,基站间切越频繁,掉线的可能性越大,系统带宽损失越严重。
     因此在煤矿井下设计4G无线通信系统时,我们要考虑现场业务情况,要尽可能选择覆盖范围大的基站,不仅可以减少基站数量降低工作量,而且大大提高系统的可靠性。在数据稳定连接性要求高的区域采用同一个Node B口串接基站组网,形成软切换。如综采工作面、交轮车大巷等大量的移动视频采集区域。而数据量不大、没有控制功能或重要数据的场所,基站覆盖重叠区要小,形成硬切换,减少对系统的堵塞。
      4G系统目前有宏基站方案和微基站方案,宏基站不论从运算能力、数据呑吐量、覆盖范围等指标均远胜于微基站方案。从系统长期发展角度,无线4G上了之后,会加入越来越多的功能,尤其是远程控制功能一定会加入,那对系统的可移动性、系统的可靠性要求会更高,所以见议先进矿井优先采用宏基站专网方案。

5、系统造价及运行费用 
    任何一个生产或安全产品,都不能仅从技术角度来分析,性能价格比才是用户更关心的。wIFI与3G系统因性能的缺陷与4G无线网络系统没有可比性。就4G系统而言,现在市场已有两种系统配置方案,方案一,是采用集团宽带无线专网方案,企业内通过核心网+宏基站+终端+网关构成内部专用无线络,通过网关与公网进行对接。方案二是公网分站+微基站方案。二者相比方案一性能要远高于高案二,但方案一的设备造价也要远高于方案二。这和使用基站数量及核心网用户量规模有关,目前由于4G无线通信系统在公网刚刚商用,在专网方面还处于起步阶段,因此煤矿4G网络基站及核心网的单机造价是3G基站的两倍左右。
 
    一般情况下,无线通信系统由核心网,基站和终端组成,核心基站造价较高,但一个系统只有一套,对规模较大的系统来讲,可能不是问题。基站和终端是系统价格主要内容,还有一项系统施工费用(含电源、电缆等)是最容易被怱视而又是造价很高的一块。设备费用的高低主要取决于系统方案。现就专网+宏基站方案和公网+微基站方案进行此较。1,核心网:专网系统核心网功能强大,自成体系,同时可与公网对接,造价较高。公网系统无核心网,好多功能需向上级运营商申请开通,在矿上安装设备只是相当于宏基站的设备,造价较低。2,基站:专网系统一般选用宏基站可大大提高覆盖效果,单价较高,但覆盖范围相当于微机站4倍,数量较少。公网方等采用微机站进行覆盖,单价较低,但数量多,效果差。3,终端:专网方案因系统的封闭性,系统可接入的信息很多,包含语音、数据、视频和控制命令。单就语音而言,专网配工程手机,价格高,其它不可比。公网方案因安全性差,数据和控制不建议接入,语音终端可用地面通用手机,价格低。4,安装费,无线系统安装费主要与基站数量有关,包括电塬、供电电缆、交换机和光纤筹材料和人工、运输费等。专网系统基站少,费用纸,公网系统造价高。

    运行费用是更大的费用,专网是私网,所有功能内部完成,不产生话费和流量费,公网方案在井下可走内网,到地面就会产生费用。与3G时代不同的是4G时代流量会爆发式增长,费用会很高,而且是系统接入内容越多,费用越高。随着4G向5G演进,煤矿井下可能会取消所有弱电信号线,全部由无线传输,系统应用越好,两者运行费用差距越大。
 
    综上所述企业宽带专网综合费用远远低于公网+微基站方案。

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