DSCDMA与Femocell用于矿井通信的对比

TD-SCDMA与Femtocell用于矿井通信的对比分析://(2023/6/1413:49)摘要：文章针对煤炭行业信息化的发展需求和特点，结合TD-SCDMA和Femtocell的技术特点，对基于Femtocell的矿用无线通信系统和基于TD-SCDMA的煤炭专网系统进行分析，说明了各自的特点，并对其在矿井中的适用性做了对比。对比结果表明：基于Femtocell的矿用无线通信系统在技术和实现上具有很多不足，而大唐移动提出的基于TD-SCDMA的煤炭专网系统从规划到实施具有较高的可行性，完全符合煤矿特殊作业环境对通信的需求，是广大煤矿企业首选的矿井无线通信解决方案。关键词：通信；TD-SCDMA；Femtocell；矿井1引言随着移动通信技术迅猛发展，3G已经在中国大规模建网并投入商用，可以说公众移动通信网络的飞速发展为广大人民的生活与工作带来了全新的体验与极大的便利。但是相比公网而言，行业领域的移动专网水平已经不能满足现有行业应用的发展需要，因此尽快在行业应用中引入先进的通信技术，特别是拥有我国自主知识产权的技术显得日益迫切。近年来，随着石油资源的紧张、石油价格的飚升，煤炭行业的重要性和不可替代性也日益凸现。众所周知，我国是一个煤炭大国，已探明煤炭存储量居世界第三，煤炭开采量居世界第一，但是，我国同时也是矿难大国，矿难死亡人数高居各类行业安全事故之首，国家安全生产监督管理总局公布，2023年全国煤矿事故发生1403起，死亡2433人，严峻的安全生产形势已经迫使煤炭企业开始在国家政策的强力支持下寻求煤矿安全生产信息化的解决方案和产品，国家也通过各种政策强制煤炭生产必须走工业化、信息化结合的道路。2基于Femtocell的矿用无线通信系统2.1FemtocellFemtocell又可称为毫微微小区、家庭基站，是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的低功率、超小型化移动基站。它具有1个载波，发射功率为10~100mW，覆盖半径为50~200m，支持4~6个活动用户（最多可支持16个用户），允许的最大用户运动速度为10km/h。在地面应用中，Femtocell使用IP协议，通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接，远端由专用网关实现从IP网到移动网的联通，可为用户提供语音及数据通信服务。Femtocell的大小与ADSL调制解调器相似，具有安装方便、自动配置、自动网规、即插即用的特点，是蜂窝网络解决室内覆盖问题的一个重要手段。目前，Femtocell有适用于CDMA、GSM、UMTS的各种标准和支持2G、2.5G、3G的产品，其制式、频段与运营商现有基站相同，等移动终端可以与地面移动通信网络通用。2.2系统结构最初Femtocell是被设计为应用在家庭环境中的消费电子产品，随着对Femtocell技术研究的深入，人们发现Femtocell的潜力不仅仅是只在家中使用。由于它的大小与ADSL调制解调器相似，发射功率小，具有安装方便、自动配置、即插即用等特点，人们开始考虑将它应用在煤炭、石油等行业领域，并提出了基于Femtocell的矿用无线通信系统。基于Femtocell的矿用CDMA无线通信系统结构如图1所示：图1基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统结构Fig1WirelessCommunicationSystemStructureofMineWCDMAbasedonFemtocell基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统采用现有的IP传输，Femtocell通过工业以太网与地面主系统相连，井下通信的网络架构可采用标准的Femto网络架构实现井下、井上通信的结合，传输使用矿区已经部署的井下工业以太环网。Femtocell包含了NodeB（即移动基站，一般由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频/基带子系统、天馈子系统等部分组成）和RNC的功能，它通过Uu接口与UE通信；同时通过Iuh接口经矿区宽带承载网与Femtocell网关相连，然后通过Iu接口连接到核心网络（核心网包括移动交换中心MSC和用户归属位置寄存器HLR等,其主要作用是整个呼叫信令控制和承载建立)，核心网络采用的是现网核心网。万2.诞3完系统滤分析址无线励干扰咽问题垂与传辅统基约站相贺比，芽Fe还mt煌oc既el昏l浮具有躲1跳个载公波，边发射削功率罢为恭10成~1字00粮m刊W每，覆锯盖半昂径也汇相应摇较小滨，一堪般为污50扒~2猴00蜓m常，最右多可图支持各4~童6莫个活构动用候户，边因此叫，在疯井下持Fe纲mt衬oc百el爱l滴的部拌署数适量不名是一栽个小相数目坊，尤痒其是暗在井瓦下人达员较耗多的墓大中广型煤浆矿。静需要乎注意阴的是证，无充线频兽谱是泳有限疑的，丙当使驴用隆Fe贤mt灿oc臂el隆l忽的数步量比该较多骑之后董，网循络管赞理的酿复杂霸度会嚼随着钉增加训，株Fe婚mt涝oc递el往l皆之间季的信狮号干阳扰就辅有可悄能变娃大，胁如何敏降低吊相互点之间乎的无匪线干南扰是昨需要窗继续柿探讨辉的问硬题。谋同步吸问题零同步钉问题烈也是壳基于累Fe笑mt蛙oc哭el询l谎的矿彩用无邪线通晶信系执统不披可忽覆略和箱避免沾的问牺题，素尤其址是在雅国内搂环境并下，杂Fe鞭mt恩oc携el忙l记同步昼是一丙个挑嘴战，皂目前告Fe禁mt沫oc隆el疏l沸和网乞络的占同步礼主要例是用版GP践S塔同步烤，在劝很多妖场景俊下没深有办亦法获摇得足管够多圾的台GP籍S燃信号怒。在厅国内锐，矿理井的前平均亚深度鸟超过漆30绝0插米，周最大译井深耐超过丢10雁00录米，贞在矿慕井中愈，几闭乎不朱可能误获得胸GP案S碰信号准，基绢于此创，必摧须要蛮寻求艺不依吧赖于堂GP扭S干的替如代方线式，孝Fe夫mt你oc怒el樱l玩才能状够真悉正实旨现用迈户安承装即软插即趋用。锣切换宰问题杠目前昆Fe狂mt县oc孙el号l来还无阔法实涛现网榆络优赵选，港在手倡机进艘入蚂Fe映mt俗oc掌el惧l排区域月时无夺法切哀换进消去，渠出来乏时又暂无法誓切换缺到宏皇网络适。博Fe拦mt薄oc海el犯l宗用在跨矿井泰中，输连续罚大面酷积覆切盖的挺情况阴下需贩要用该多个娃Fe扛mt瞒oc违el辛l忙进行先覆盖虽，这愁时候荣需要掘考虑刑续从飘Fe悉mt婆oc推el努l资到阳Fe什mt庭oc晓el驾l唱之间灭的切漫换。滋由于总Fe王mt慰oc卧el榆l短的容添量很症有限畅，尤米其是跑在大泳中型阀煤矿广企业杂这样救的大属面积格连续效覆盖短场景者下，挖所需火要的怖Fe恼mt芳oc芦el识l随的数纷量不京是一叶个小紧数目预，而秒且一心个岂Fe洞mt睁oc郑el绪l分的覆迅盖半商径只偷有衣50陕~2岔00筋m易，在粘通话汇或做迁其他浑业务急时，王很容帅易从扣一个暖Fe匪mt扶oc待el授l眉的覆嗽盖区疮域进唇入另聪一个冶Fe螺mt订oc格el著l量的覆态盖区滑域，背这种压Fe派mt怖oc喇el项l蛛之间赵的频楚繁切表换也晒会带守来通航话质斯量以反及稳寿定性幼等方变面的阵问题写。俯Fe版mt绸oc麦el奇l略网络雁架构视的安痛全问胆题炸使用斩过搭WI捏FI婆的用讽户都杯有这亲样的爽体验讲，如舍果不画设置钻任何园密码烛，颗WI垦FI姓连接缩很容脏易被卖其他圣人盗钞用。匆当一纱个用君户在兽家里绪通过背WI宾FI文路由风器订上网备，楼疤上的判邻居悦也可各以毫钩无阻脆碍的续使用创这个馅WI仪FI鸽连接同上网旋。和班WI瘦FI谦一样来，疫Fe贫mt岩oc居el勿l留也存孟在信液号泄豆露的舒问题匆，因菜此艰Fe冶mt穴oc钞el态l稍必须桐保证搭未授硬权的增用户取无法蹦使用堪Fe向mt扛oc施el忆l派的信耗号进勤行业件务。仔拥有林Fe迁mt突oc族el茂l碌的用孤户等箭于拥玻有了嘱一个窑可以熄连接煎到运技营商足核心戏网的犹设备臣，这悲在过丈去是苗不可鼓能的觉，谨Fe任mt所oc信el缘l略网络陵架构朝必须缘保证脆用户招无法种利用虎Fe基mt倚oc赛el佩l揪作为动攻击幅运营输商核塑心网箩的工祖具。协Fe痛mt笔oc啊el爱l惰终端项尚未脾得到旬工信依部挨认可轻和销枝售许努可发车放国Fe凳mt凑oc扑el直l弦在中张国实雄现大想规模片商用抗还存钉在着嗓众多饭很严蔑重的扰问题借，因摆为休Fe论mt浮oc处el灭l锅终端弯尚未尤得到耍工信诉部认主可和躲销售岛许可梁发放驾，从笔国外峰引进袜Fe础mt围oc财el梨l历就只趟能是据以实胞验为级名进萍口，史但这样样一宿次最侵多就杀能购建买胃50扁0劈台，稿而且缺即使拘测试驴成功样也没夹办法若卖给竟消费费者，退这也孟是运播营商篇布局献Fe冤mt移oc棉el饮l桨所面商临的般重要办问题授。售Fe只mt量oc花el页l堵的符3G漂PP得标准勺架构骑的确旬定滞炮后于等各个寇厂商途的产匙品实犯现。嘉也就色是说完各个匪厂商完的产萌品在亚标准绩规范覆出现隔之前改就已拆经趋够于成典熟了旦，因威此，仙其中针的很境多接戏口是察基于俱私有五的协访议。肾目前封正式辣商用碌Fe耍mt保oc条el钳l腊的运占营商猾也没舌有部柿署基程于标枪准的跃Iu始h卡接口层，政清府相西关部灭门也挪没有检指定仆行业颤标准纷的测五试规李范，前测试多验证盗工作苦也不悼够深往入。翁因此盲，基架于滋Fe牢mt配oc驻el郊l庄网络为架构吉的标柄准化郑工作疗还有团待进够一步对提升味。吃Fe县mt粒oc眯el剑l降产业妙链薄信弱，转限制残应用灭市场嚷发展扛从目捡前市豪场上花来看炎，除徒了运肿营商朵提及茅的少或数的皂几个择服务案，以搞及设旦备供冒应商礼提供燕的一色些基膛站产初品外乎，很伴少能惭看到特如漂WI赛FI斩产业富链中且那么寻全面社的产蜜品，滔而过胸于单雾一的合产品巧线也挺将导桂致用胖户对够Fe宏mt薄oc碍el冈l熄技术楚的热度情有驶所降鲁低。努更重拦要的拖是，观由于悼产品挑的缺饥乏，穷直接隔导致弄了应意用市滔场的般停滞纹不前臣，运岭营商鸭的业悠务难桌以得障到更敲好的亩推广皇，更沙别提保商业裙模式跃能有骗所创滩新了棚。矛3承基于蠢TD颗-S企CD破MA渔的煤奶炭专匹网解爬决方张案更煤炭广等国加家敏死感行狮业对监通信幼的安停全性算、保榆密性须、可丘靠性翻决定忽了具贝有自加主知尺识产矩权的胆TD福-S姑CD剧MA担在煤瞎炭行简业应灵用时摧得天造独厚絮的生楚命力防！其TD雀-S镇CD呢MA鸭技术因应用街于煤膜炭行拿业，粱一方耻面可孕以煤晕炭行务业的丝建设膀及发铅展保壳驾护稠航，蛇也可捐进一愉步增罩强程TD柴-S秧CD佣MA踩产业垮的实声力，丰促进层TD仆-S耍CD峰MA麦产业蝇链上于各个估环节嚷领域塔的发末展，妻还可棕进一还步提妥升敲TD赤-S裙CD望MA灰的技脑术价吊值，誉为今朗后辣TD璃D键系统岸的发蓝展，虫TD核-S警CD醒MA掘向国牌外的受拓展洗奠定规更加箱坚实调的基混础！鼓是对比党中积央提辰出的搂“雄通过营技术蝴创新是发展泪经济窃”驻的具阶体践略行。粥3.凭1勉方案庆总体肆架构陡凭借旁TD既-S颜CD畏MA亲领域络的核衡心优岂势，炊大唐贪移动叫积极僻探索溉TD雅在各听行业呀领域锋的应让用，愁率先渡开发动出适津用于永煤炭共、油垦田、淡核电肾、风枯电、弟人防壳、特锋通等辛多个燥行业努信息寺化应脾用的惭小型典化缘TD颤-S畏CD唤MA队企业例专网疮系统纷——阻TD全eN局（卡TD驴-S仰CD黄MA创E蒜nt琴er侄pr符is渴e供Ne贺tw荣or谋k砖，屠TD唉-S饭CD贞MA蝶企业陡专网拆），寺该系肝统可逝充分口满足篮行业改用户咳的生裤产与受生活式需要碧，深璃度推长进工掠业化艳与信签息化彻的相挥互归融合侨，左TD思eN吉具有赶综合响性业获务通咏信网搞、组岸网灵梦活，刷业务占扩展坛能力对强、籍多点脸互联捡和自珍由妖漫游裕能力情、适确应多玩种企香业运芒行环歉境并枝具有脾良好秧的兼熟容性额以及泰高可中靠性绳和高封安全式性的嚼特点岂。该括方案闲的总当体结村构如脑图桶2敌所示水：绳图怠2筛TD屡-S雅CD仗MA果专网泡拓扑产图伐Fi右g报2

辈T虹D-而SC街DM刷A异En支te临rp取ri损se俊N昼et淹wo永rk离T咳op音ol住og饰y流3.捞2廉方案绕特性药系统悠主设寇备说畏明信TD钞R1荷00桥：梅综合吃接入挥控制或设备迈，主鸦要完漂成用张户业俊务的腔接入安与综肾合处众理；仓TD焰R1翼00恋采用擦小型蔑化的爹设计雀原则杏，将基基站英控制天器、垂基带涨处理岔部分馒、分找组业丢务核叮心网玩功能默进行砌整合舞，更葬适用茧于企构业用被户的锣需要考，减菊少了羽设备疗的建赞网成炉本。听TD采S1爷00佳：交哪换调姓度机分，主母要集津成了室TD稠-S掉CD芹MA守公网苹中核脆心网患CS苦域的腥MS黎C销se宗rv瓜er惑的功堡能，贤同时惨具有钉交换话和调栏度的怨功能撑，最霉大支午持跌50某00艇用户住。患TD债U1挣00零：井拥下本麦安型局基站颗，主薪要完书成井龟下网毯络的缺覆盖纠。农TD险U1创00毙使用俱本安董型电应路设为计，宴具备闻防爆逼、低笛功耗掀、低锯热量斤、高纸可靠县性的盲特性厌。介TD北U2歌00饱：井胃上室恶内型考基站丧，用决于井亚上室拥内网离络覆役盖，邀提供傍稳定纽、高湖速的妹数据丧业务兵；最钞大拉壳远距件离城40哄km兼，具淘备高袍效率刃、结兼构紧骆凑的陷特性后。窑TD哥U3滤00法：井甚上矿岸用基慎站，梯主要俱完成相地面摆室外刺网络子覆盖震；待TD晶U3剃00豪利用伤光纤稠拉远和的应求用优当势，尘充分亦考虑史了用阀户在目业务创、容伪量、扁覆盖继、传残输、经电源齿、安送装、拾维护疲等方爹面的架需求拜，采落用一箱体化朗的设峡计，慨集成民度高刮，并夺可实览现远拼端独毁立覆肉盖，撤从而尺节省汉了站召址资奔源。哗系统躬性能雨支持宴的太CS粥话务户量：灵80忘Er事l哄；烘支持议的梢PS店吞吐峰量：泳24脸M疤；恋井下价支持冲12哑载波语，支生持腔20地00衬个语郊音用开户；贷井下男可连夏接据14单4淡个咽TD架U1吴00裁；熔井下贸基站堵为本辫安型礼设计挥；饲井下教设备置全部鲁采用旋光缆针连接烧，不畅涉及约任何国电信素号，吼安全诉可靠谋，不颜会有译打火汽的危腾险。塔该系调统支乓持扣12扣.2餐K议实时治语音急业务看，支干持脊HS叼DP汁A枪/H誓SU欺PA巧，可蹦通过饥调度奏台同递时解但决煤甩矿井躬上、瓶井下醒的通怖信问悲题，顿达到居纵向捞调度屑灵活勉可靠枪，矿气区内从外通宫信畅地通无糠阻，臂不仅畏能满罪足日迅常安蜂全生汤产的消通信岁需要纸，而挑且能驾够保忧证在捐自然刚灾害蒸和矿汇井事啄故发欢生时案进行吨应急僻指挥务通信像。膏该专盏网系冈统可弦大可李小，辅根据有不同堪的场孔景需嚼求可腰灵活什进行劳定制端，适椅用于耗小型山煤矿冰、大满中型消煤矿湿以及碰多矿与等煤蚁矿企些业。霸3.陈3往方案号分析管基于浊TD糊-S云CD味MA双的煤赞炭专抢网系供统是闷大唐姻移动抓专门右针对旧煤炭算通信持环境但设计谱开发阴的移螺动专倦网通只信系矮统，夏具有漂如下鬼特色差：竭技术型的先括进性模TD王采用丢的是胖时分余双工醉的接勇入方失式，骂是拥荷有我报国自悬主知回识产洒权的妈3G摩国际鞋通信宝标准漆，是抚获得使国际久电信轿联盟惜（谣IT霜U讲）批伴准的屋主流庆标准乒。肯TD躬-S摔CD团MA研提供无了先另进、巾主流践的通质信技到术，箭其高垄话质劲、高你带宽愚数据脾能力蒙、优勺良的含无线踏特性欧，使奔得矿屡用通书信与咬调度庄系统轿更加条完善惨。遗与公颤网技停术同裹源号中国兆移动店网络腰的充籍分验京证和志锤炼雾，确赌保系合统性局能充绩分稳犯定，使达到通电信他运营昏级标尼准；炮同源阔技术袍，使泛得煤位炭专漠网搭啊载中逃国移鹊动公笑网，翠得到缸长期城优化令和发捐展；轿与公杯网同偿步，辰使得啦TD歪-S梯CD挽MA场产品歌能够绵成为秘真正伯意义认上的达大众础产品蓄，成全本大邀大降橡低，惯可为垒专网衬用户催提供留价廉桌物优树的设们备。浑强大摊的产亦业联僻盟芹从终星端芯泳片到旨主设调备，校从仪汇器仪说表到丛业务盛应用名，圈TD损拥有屑强大递的产堂业联约盟后丛盾；盾而甜大唐胜也是砌国资饰委直布接管培辖下狂的优敞势品筑牌，俩可确僵保客仅户的吓投资表得到肯长期全保障梁，专柿网后胳续的俗发展笼与技浸术演屋进可况获得赠强力歌支持绢。扬综合吩性业损务通兼信网海TD渗eN你支持侦丰富任的业叙务类应型：母高质若量的您语音纱业务铁、多弟方通束话、另可视潜针、点划对点蒙短信丽、短歌信群案发、怨数字唤集群麦调度唱、视聪频监雾控、矿可与劈公网唉互连惹互通重、有犯线和敢无线孟泄可统坏一调翠度以仇及其筛他数框据业谣务。鞭组网佛灵活示，业贩务拓轻展能刑力强强频谱泰利用在率泡高，猾覆盖宝范围明广，抱网络雀规划茫与维帆护简盯单；烤设备惊小型胳化，敏采用游3G汗网络嘴部署众主流燥方案律——举光纤勺拉远斑分布事式基湿站技垦术，挺专网配系统报可大效可小辞，根皆据不舅同的筐场景亲需求枕可灵毒活进蝴行定赌制，决组网壶灵活诸；开产放的蚁系统宴平台塘提供流免费迹的上吩层应植用接应口，额便于输业务减扩展迫。家高可勇靠性效和高另安全卷性适井下油设备悔无需份电源坡的光臭纤信烟号传屋输方蚊式，怜带宽屿高、灾距离典远、黑造价圆低、慕更安踢全、搂网络棉建设屿更加括灵活真、便患捷；采依从择国际殿一流捐通信组标准船，拥存有高脂可靠择性和磨安全前性，披井下脱设备阁（基剖站）色完全脆符合茅煤炭只行业逗的本悔质安器全标跟准，昆进一将步满衬足煤许炭安丝全生舅产的援特殊看要求剖，专惩网产夸品采闭用热赔备份追或负吧荷分戴担等饿冗余安设计右方式扫，确创保达梨到电拐信级元设备写的要灭求。拴4狡对比孕分析铃以下掠将从卷井下谣无线米通信离系统小的几增个关原注点垦对两革种系谱统方霞案进皆行对戴比分兵析：伸电气宴防爆俊：基伤于甜TD简-S俊CD祝MA纹的煤榴炭专粉网系雷统的斧井下龄设备臂（基级站）启完全荒符合币煤炭近行业猴的本趟质安潮全标灿准，丹满足畏煤炭舞安全董生产耐的特碧殊要毙求；耍而基勇于渠Fe缠mt禁oc倘el挖l薄的矿将用无卧线通病信系拨统并仗不能忌保证斜井下舟设备耻的电樱气防棒爆性负能，浇安全抄性还齐有待掠于进合一步阁提升老。疯发射哄功率东：两等种方命案井吉下设也备的陵发射萝功率浩都较旬小，规以达身到本歉质安惭全防健爆要察求。貌设备梢小型筑化：束TD椒R1魄00秩体积煤小、废重量袍轻，私可方鲜便地遮安装耽在建抖筑物暂的室丘内墙乞体上寻、治19妹寸标痒准机鲜柜内喷，可脆直接尽安装菌于室扮内环集境实傻现低车成本奖快速灾部署部；而辞Fe控mt劲oc棋el微l维需要升安装迎在井酷下，虑虽然球能实奥现小职型化岩，但牛安装龄数量怜较多年。落抗干再扰能瓣力强迫：基京于填TD彼-S细CD滥MA喇的煤叮炭专缝网系坝统中有TD水U1隐00渠双向集覆盖衔，覆息盖距克离社50宪0粱米，呼TD蹈U风之间批的相霸互干侦扰较盖小，垮并且叠TD单-S商CD绝MA简技术军本身材的抗蹲干扰铺能力束较强懒；而饲基于泼Fe绵mt唉oc愿el拜l岭的矿何用无帖线通患信系附统中面Fe亭mt萍oc锡el捞l拿覆盖絮半径米较小祥，设锯备相安对集香中，恳电磁街干扰六严重类，抗老干扰才能