專利名稱：一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法和組網(wǎng)、呼叫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦井巷道無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤炭是我國的主要能源，煤炭開采主要以井下為主，巷道可長達(dá)數(shù)十千米。礦井生產(chǎn)工序多作業(yè)地點(diǎn)分散，人員流動(dòng)性大且工作環(huán)境惡劣，事故隱患極大。礦井生產(chǎn)的這種特點(diǎn)對(duì)建立一個(gè)良好的全礦井無線通信系統(tǒng)有著迫切的要求。電磁波在礦井巷道中傳播衰耗嚴(yán)重?zé)o線通信距離短，已成為制約有效實(shí)現(xiàn)礦井巷道中無線通信的瓶頸問題，因此如何解決這一問題是有效建立全礦井無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵。
國外對(duì)電磁波在礦井巷道中傳播特性的研究在七、八十年代取得了一定的成果。在國內(nèi)，中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)信息工程研究所在系統(tǒng)的研發(fā)與電磁波傳輸理論的研究上，太原理工大學(xué)受限空間通信研究所在電磁波傳輸?shù)臏y試與理論研究上都取得了一定的成果。但以往的研究都集中在研究不同頻段的電磁波在巷道中傳播時(shí)巷道的截面、彎曲、傾斜等對(duì)電磁波傳播特性的影響，沒有從根本上找到克服電磁波沿礦井巷道中傳播時(shí)衰耗嚴(yán)重問題的有效方法和相應(yīng)的構(gòu)建全礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是，提出一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法和組網(wǎng)。該方法有效提高礦井巷道無線通信距離，解決在礦井巷道中有效實(shí)現(xiàn)無線通信的瓶頸問題，該組網(wǎng)方案能充分利用所提出方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和充分滿足礦井生產(chǎn)對(duì)調(diào)度移動(dòng)通信的需求。
本發(fā)明的技術(shù)思想—一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法就是根據(jù)礦井巷道中頻率資源是開放的特點(diǎn)，充分利用礦井巷道中頻率資源的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)香農(nóng)信道容量基本原理，采用“以帶寬換距離”的構(gòu)思來解決礦井巷道中無線通信問題?？傮w的技術(shù)方法就是采用寬帶擴(kuò)頻無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)基站和調(diào)度移動(dòng)臺(tái)以解決電磁波在礦井巷道中傳播衰耗嚴(yán)重?zé)o線通信距離短這一制約有效實(shí)現(xiàn)礦井巷道中無線通信的瓶頸問題。
本發(fā)明的組網(wǎng)—一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法利組網(wǎng)采用三級(jí)非均勻帶狀小區(qū)制結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)由三部分組成地面設(shè)置的交換裝置、礦井巷道中設(shè)置的基站和礦井巷道中工作人員使用的調(diào)度移動(dòng)臺(tái)。
本發(fā)明的呼叫—一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法利組網(wǎng)、呼叫根據(jù)礦井調(diào)度移動(dòng)通信的特點(diǎn)采用了跨站呼、站內(nèi)呼和直接呼三中呼叫方式。
以下對(duì)發(fā)明的內(nèi)容加以論述。
1.一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法礦井無線通信的難點(diǎn)在于電磁波沿礦井巷道傳輸時(shí)衰耗十分嚴(yán)重，在相同的發(fā)射功率下，與地面相比電磁波傳播的距離要短得多。因此，構(gòu)建滿足礦井生產(chǎn)的調(diào)度移動(dòng)通信網(wǎng)十分困難。但是與地面無線通信相比，礦井巷道無線通信也有其自身的優(yōu)勢(shì)，那就是礦井巷道中的頻率資源是開放的，而且在礦井巷道中不會(huì)設(shè)置兩種或以上的無線通信系統(tǒng)。充分利用礦井巷道頻率資源的優(yōu)勢(shì)將成為解決礦井巷道中無線通信的關(guān)鍵，而這一點(diǎn)恰恰被是以往的研究所忽略。為實(shí)現(xiàn)礦井巷道中的無線通信可以根據(jù)需要采用任何頻段和任何帶寬。香農(nóng)信道容量的基本公式C＝Wlog2(1+S/N) [公式1]表明了信道容量C、信號(hào)帶寬W和信噪比S/N三者之間的關(guān)系。因此，在信道容量C一定的條件下可以通過增加信號(hào)帶寬W容忍信噪比S/N的下降的影響，使系統(tǒng)的性能不會(huì)下降。具體到礦井巷道中的無線通信問題，由于電磁波沿礦井巷道傳輸時(shí)隨著傳輸距離增加的迅速衰耗意味著信噪比S/N的迅速下降，因此采用窄帶無線通信技術(shù)在維持系統(tǒng)性能一定的條件下增加傳輸距離將是非常困難的，特別是在巷道截面狹小、彎曲、傾斜嚴(yán)重的地段將造成無線通信性能的嚴(yán)重下降甚至中斷。但是如果采用寬帶擴(kuò)頻無線通信技術(shù)，充分利用礦井巷道頻率資源的優(yōu)勢(shì)，盡可能增加信號(hào)的傳輸帶寬W則可以充分彌補(bǔ)電磁波隨著傳輸距離增加的迅速衰耗所引起的信噪比S/N迅速下降對(duì)無線通信性能的影響。這就是本發(fā)明所提出的一種有效提高礦井巷道無線通信距離的基本構(gòu)思。
2.組網(wǎng)為充分支持本發(fā)明所提出的一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法，提出了一種相應(yīng)的組網(wǎng)方案以滿足對(duì)全礦井調(diào)度移動(dòng)通信的需求。具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用三級(jí)非均勻帶狀小區(qū)制結(jié)構(gòu)，即由地面設(shè)置的交換裝置、礦井巷道中設(shè)置的基站和礦井巷道中工作人員使用的調(diào)度移動(dòng)臺(tái)三部分組成。系統(tǒng)的話務(wù)接續(xù)與各種調(diào)度功能的實(shí)現(xiàn)是由基站配合地面的交換裝置來完成的，交換裝置具有與地面調(diào)度電話網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的功能。根據(jù)井下工作的需要，基站具有一定的交換功能，調(diào)度移動(dòng)臺(tái)與調(diào)度移動(dòng)臺(tái)間也具有直接通話的功能。基站通過有線方式與交換裝置相連，各調(diào)度移動(dòng)臺(tái)由其所在的小區(qū)基站進(jìn)行管理和控制。
3.呼叫方式根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與礦井調(diào)度移動(dòng)通信的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的呼叫方式。
1)跨站呼。當(dāng)主呼調(diào)度移動(dòng)臺(tái)呼叫另一調(diào)度移動(dòng)臺(tái)，一般采用跨站呼叫的方式?？缯竞艚胁捎昧恕耙积R呼”的方式。所謂“一齊呼”的方式是指主呼調(diào)度移動(dòng)臺(tái)首先與其所在小區(qū)基站建鏈、交換信令。然后由其所在小區(qū)基站與交換裝置交換有關(guān)信令，并通過交換裝置指令系統(tǒng)中的所有基站在其所在小區(qū)發(fā)出選呼信令，以確保呼出被呼調(diào)度移動(dòng)臺(tái)。采用“一齊呼”的方式解決了調(diào)度移動(dòng)臺(tái)在網(wǎng)內(nèi)“漫游”的問題。
2)站內(nèi)呼。由于礦井調(diào)度通信的重點(diǎn)在生產(chǎn)第一線，特別是局部小區(qū)范圍內(nèi)工作人員的通信聯(lián)絡(luò)占有較大比重。因此，為方便小區(qū)基站內(nèi)的通信聯(lián)絡(luò)，基站內(nèi)調(diào)度移動(dòng)臺(tái)間的呼叫、通話，可由小區(qū)基站進(jìn)行接續(xù)完成，而不必通過地面交換裝置，稱這種呼叫方式為站內(nèi)呼。系統(tǒng)設(shè)有站內(nèi)呼功能的另一主要考慮是當(dāng)交換裝置及交換裝置與基站相聯(lián)的電纜發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)具有重要意義，而且對(duì)在沒有礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)的礦井發(fā)生災(zāi)變時(shí)或某些區(qū)域只需要局部礦井調(diào)度移動(dòng)通信時(shí)，可只設(shè)獨(dú)立基站，而不必敷設(shè)電纜及設(shè)置程控交換裝置。
3)直接呼。直接呼是指調(diào)度移動(dòng)臺(tái)和調(diào)度移動(dòng)臺(tái)直接通話而不需要通過基站和交換裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)接。直接呼叫功能的作用是在難以布置基站的地段或在礦井發(fā)生災(zāi)變整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的情況下，工作人員仍可以通過調(diào)度移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通話。直接呼叫功能對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)同樣具有重要意義。
本發(fā)明的有益效果首先，由于采用了寬帶擴(kuò)頻無線通信技術(shù)，充分利用了礦井巷道頻率資源的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了以“帶寬換距離”的構(gòu)思，大大增加移動(dòng)臺(tái)與基站之間的無線通信距離，將使整個(gè)礦井無線通信系統(tǒng)配置的基站數(shù)大大減少，這對(duì)簡化礦井無線通信系統(tǒng)，降低系統(tǒng)造價(jià)是非常有利的。同時(shí)，由于采用了寬帶擴(kuò)頻無線通信技術(shù)，基站只需一套無線收發(fā)設(shè)備，基站的體積大大減小，這對(duì)在狹小的巷道中配置基站是很有利的，對(duì)降低基站的功耗也是很有利的。其次，由于采用三級(jí)非均勻帶狀小區(qū)制結(jié)構(gòu)來構(gòu)建全礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)，充分利用了寬帶擴(kuò)頻無線通信的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅有利于實(shí)現(xiàn)全礦井調(diào)度移動(dòng)通信的功能，而且對(duì)進(jìn)一步構(gòu)建立全礦井調(diào)度無線信息系統(tǒng)也是非常有利的。所設(shè)計(jì)的呼叫方式非常有利于全礦井調(diào)度移動(dòng)通信的實(shí)現(xiàn)和搶險(xiǎn)救災(zāi)。


圖1是系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明的方法和組網(wǎng)適用于構(gòu)建任何全礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)。
圖1給出了該方法和組網(wǎng)應(yīng)用于全礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法和組網(wǎng)、呼叫構(gòu)建全礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)的具體過程如下首先，根據(jù)礦井巷道中頻率資源是開放的特點(diǎn)，充分利用礦井巷道中頻率資源的優(yōu)勢(shì)，采用“以帶寬換距離”的構(gòu)思來解決礦井巷道中無線通信問題，基于寬帶擴(kuò)頻無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)備。其次，構(gòu)建全礦井調(diào)度移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用地面設(shè)置交換裝置，沿礦井巷道設(shè)置基站以覆蓋絕大部分礦井巷道，調(diào)度移動(dòng)臺(tái)可在整個(gè)全礦井調(diào)度移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)自由移動(dòng)。地面設(shè)置的交換裝置完成整個(gè)調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要話務(wù)交換以及大部分調(diào)度功能，基站控制其所在小區(qū)的調(diào)度移動(dòng)臺(tái)，根據(jù)具體的調(diào)度需要基站設(shè)置部分的交換功能，即基站所在小區(qū)內(nèi)的調(diào)度移動(dòng)臺(tái)通過其所在小區(qū)基站進(jìn)行話務(wù)接續(xù)。調(diào)度移動(dòng)臺(tái)的日常調(diào)度移動(dòng)通話采用跨站呼和站內(nèi)呼兩種方式完成，必要時(shí)通過直接呼完成。
權(quán)利要求
1.一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法和組網(wǎng)、呼叫，其特征在于首先根據(jù)礦井巷道中頻率資源是開放的特點(diǎn)，充分利用礦井巷道中頻率資源的優(yōu)勢(shì)，采用“以帶寬換距離”的構(gòu)思來解決礦井巷道中無線通信問題，基于寬帶擴(kuò)頻無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)備，其次，采用地面設(shè)置的交換裝置、礦井巷道中設(shè)置的基站和礦井巷道中工作人員使用的調(diào)度移動(dòng)臺(tái)三級(jí)非均勻帶狀小區(qū)制結(jié)構(gòu)構(gòu)建全礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)，最后采用跨站呼、站內(nèi)呼和直接呼三種呼叫方式完成不同情況下的調(diào)度移動(dòng)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法和組網(wǎng)、呼叫，其特征在于基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)備是通過寬帶擴(kuò)頻無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法和組網(wǎng)、呼叫，其特征在于采用地面設(shè)置的交換裝置、礦井巷道中設(shè)置的基站和礦井巷道中工作人員使用的調(diào)度移動(dòng)臺(tái)三級(jí)非均勻帶狀小區(qū)制結(jié)構(gòu)構(gòu)建全礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)，各基站采用有線方式與地面設(shè)置的交換裝置相聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法和組網(wǎng)、呼叫，其特征在于礦井調(diào)度移動(dòng)通信是采用跨站呼、站內(nèi)呼和直接呼三種呼叫方式實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
一種有效提高礦井巷道無線通信距離的方法和組網(wǎng)、呼叫，其特征在于首先根據(jù)礦井巷道中頻率資源是開放的特點(diǎn)，充分利用礦井巷道中頻率資源的優(yōu)勢(shì)，采用“以帶寬換距離”的構(gòu)思來解決礦井巷道中無線通信問題，基于寬帶擴(kuò)頻無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)備，其次，采用地面設(shè)置的交換裝置、礦井巷道中設(shè)置的基站和礦井巷道中工作人員使用的調(diào)度移動(dòng)臺(tái)三級(jí)非均勻帶狀小區(qū)制結(jié)構(gòu)構(gòu)建全礦井調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)，最后采用跨站呼、站內(nèi)呼和直接呼三種呼叫方式完成不同情況下的調(diào)度移動(dòng)通信。
文檔編號(hào)H04W76/02GK1492698SQ03126490
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者楊維, 維 楊 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)