矿井巷道中应急通信系统研究范文

1井下巷道应急调制技术

矿井供电由地面变电所和井下中央变电所构成。地面变电所电源来自35KV电网，被变压后沿两趟架空线被送往矿区，经井筒由高压电缆被送到地下的中央变电所及高压用户，再进行一次变压器变压可以把电力送到低电压用户，如井底车场、采区低压设备等。井下主运输大巷工程设备包括井底固定设备、运输设备和移动设备等，铺设在巷道中的电力线相互交错，利用电力线作为信息传输通道虽有许多优点，但是，也有很多困难。在矿井下使用电力线来传输应急信号所受到的主要干扰包括：1）电力线网负荷波动大，启动和停止大型设备（例如采煤机、液压支架、运输输送带）经常给电网造成巨大影响；2）设备的连接线和电路网络复杂;3）变电站、开关柜、可控硅等对电网造成的宽频带、大强度的干扰。由香农公式可得：对于给定的有噪声信道，至少存在一种编码方式，可以使信道的传输速率无限接近信道容量，而同时保证传输速率达到任意小。可以对于一定的信道容量（C）,用增大传输带宽（B）来获得较低的信噪比（S/N），即信息差错率。扩频通信技术正是利用这一原理用高速率的扩频码来达到扩展待传输数字信息带宽的目地。这一公式指明了扩频通信的优越性，即用扩展频谱的方法来降低对信噪比的要求，使信号传输更为可靠，同时降低单位带宽上的功率谱密度。信息数据流在传输过程中为多个载波并行，采用数学上每一个载波相互正交的可以重叠的正交子载波，这些子载波相比传统的多载波系统具有较高的频谱效率，是一种多载波高速调制技术，称为正交频分复用（OFDM）技术。多载波正交技术通过打开和关闭子信道的方式，发送方将关闭信号衰落和信号噪声比超过阈值的信道所在子载波，避免衰落引发的误码。当系统传输速率很高时,如实现快速均衡则其复杂性和成本都难以接受,采用使每个子信道的速率较低以实现均衡较为简单[3]。

2应急信号传输系统

在系统调制端，串行码元序列经基带调制和串/并转换分别被调制在N个子载波上。发送端所发送的子载波信息码序列由待传递的信息码序列与高速率的伪噪声码序列进行模二加后（波形相乘）得到复合码序列，用它来直接控制射频信号的某个参量（通常是载波相位），由此得到的一个直接序列扩展频谱信号。各巷道内的通信设备之间的信息传输时，校验码是由核心控制芯片发出，供给扩展模块与宽带伪随机序列调制的窄带信号实现扩展频带、提高抗噪声的能力。鉴于伪噪声码的多样性，扩频可以在同一时间使用多个伪噪声码。正交小波基可以代替传统的正弦载波，合适的正交小波基，可以减少系统的干扰。在接收端，接收到的信号进行采样的转换器具有相同的采样频率。循环前缀部分在接收端被去除，然后进行解调。由于循环前缀的存在，所有的子信道是独立的。并行数据在接收端经耦合电路和解调后转换为频域的子载波分量，并恢复到数据码元序列的原始信号。使用相同的扩频码序列进行解扩，展宽的扩频信号恢复成原来的消息，从而取得直接序列扩频信号。如果接收信号中被检测到有错误，信号重发的请求信号被叠加在预先指定的负载波上来生成重发信号。接收机实际上是一组解调器，它将不同载波搬移至零频点.然后在一个码元周期内积分。其他载波在该区域由于与所积分的信号正交，因此不会对这个积分结果产生影响。如果每个子信道都可以正确解调出源信号，将其合并后就能够恢复发送端高速串行码元序列。

3实验

为了测试的三相交流信号传输情况，对基于多载波扩频调制技术的数据传输进行测试，如下所述。数据传输测试终端和开关柜之间的直线距离约200米。与以太网RJ-45接口，用于连接计算机的调制解调器，然后连接到电源插座。点对点测试数据如下所示（单位：Mbps）：平均吞吐量：1.30;最大吞吐量：1.86;最低吞吐量：0.61。从测试中，我们发现大多吞吐量的范围在1Mbps～2Mbps之间。三相耦合信号强于单相耦合信号;针对复杂的情况下，测试效果还是相当不错的。这证明了在矿山巷道中基于多载波扩频的信号传输是完全可行的。

4结束语

煤矿井下巷道的工作环境非常复杂，设备移动频繁，利用电力线传输信息具有经济、安全和高效等优点，本文中，巷道内电力线被用作应急`信号传输的介质。利用扩频技术将原始的信号的频谱扩展，然后进行传输，它提高了信号在巷道内传输的抗干扰能力。扩频被用作抗干扰性影响的方法具有特殊的优越性，对它与多载波技术的结合的研究，为巷道内应急`通信系统建设提供一个简单而有效的方法，具有十分广阔的应用前景。基于正交频分复用电力线通信技术不仅应急救援时能充分利用已有的电力设施建立有效的信息通道，而且平时能作为井下宽带接入手段，实现数据、语音、视频和电力的“四网合一”，具有十分广阔的应用前景，为应急事故处理，建立有效的信息通道。

作者：王文星单位：华北水利水电大学