礦井巷道中應急通信系統研究范文

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1井下巷道應急調制技術

礦井供電由地面變電所和井下中央變電所構成。地面變電所電源來自35KV電網，被變壓后沿兩趟架空線被送往礦區，經井筒由高壓電纜被送到地下的中央變電所及高壓用戶，再進行一次變壓器變壓可以把電力送到低電壓用戶，如井底車場、采區低壓設備等。井下主運輸大巷工程設備包括井底固定設備、運輸設備和移動設備等，鋪設在巷道中的電力線相互交錯，利用電力線作為信息傳輸通道雖有許多優點，但是，也有很多困難。在礦井下使用電力線來傳輸應急信號所受到的主要干擾包括：1）電力線網負荷波動大，啟動和停止大型設備（例如采煤機、液壓支架、運輸輸送帶）經常給電網造成巨大影響；2）設備的連接線和電路網絡復雜;3）變電站、開關柜、可控硅等對電網造成的寬頻帶、大強度的干擾。由香農公式可得：對于給定的有噪聲信道，至少存在一種編碼方式，可以使信道的傳輸速率無限接近信道容量，而同時保證傳輸速率達到任意小。可以對于一定的信道容量（C）,用增大傳輸帶寬（B）來獲得較低的信噪比（S/N），即信息差錯率。擴頻通信技術正是利用這一原理用高速率的擴頻碼來達到擴展待傳輸數字信息帶寬的目地。這一公式指明了擴頻通信的優越性，即用擴展頻譜的方法來降低對信噪比的要求，使信號傳輸更為可靠，同時降低單位帶寬上的功率譜密度。信息數據流在傳輸過程中為多個載波并行，采用數學上每一個載波相互正交的可以重疊的正交子載波，這些子載波相比傳統的多載波系統具有較高的頻譜效率，是一種多載波高速調制技術，稱為正交頻分復用（OFDM）技術。多載波正交技術通過打開和關閉子信道的方式，發送方將關閉信號衰落和信號噪聲比超過閾值的信道所在子載波，避免衰落引發的誤碼。當系統傳輸速率很高時,如實現快速均衡則其復雜性和成本都難以接受,采用使每個子信道的速率較低以實現均衡較為簡單[3]。

2應急信號傳輸系統

在系統調制端，串行碼元序列經基帶調制和串/并轉換分別被調制在N個子載波上。發送端所發送的子載波信息碼序列由待傳遞的信息碼序列與高速率的偽噪聲碼序列進行模二加后（波形相乘）得到復合碼序列，用它來直接控制射頻信號的某個參量（通常是載波相位），由此得到的一個直接序列擴展頻譜信號。各巷道內的通信設備之間的信息傳輸時，校驗碼是由核心控制芯片發出，供給擴展模塊與寬帶偽隨機序列調制的窄帶信號實現擴展頻帶、提高抗噪聲的能力。鑒于偽噪聲碼的多樣性，擴頻可以在同一時間使用多個偽噪聲碼。正交小波基可以代替傳統的正弦載波，合適的正交小波基，可以減少系統的干擾。在接收端，接收到的信號進行采樣的轉換器具有相同的采樣頻率。循環前綴部分在接收端被去除，然后進行解調。由于循環前綴的存在，所有的子信道是獨立的。并行數據在接收端經耦合電路和解調后轉換為頻域的子載波分量，并恢復到數據碼元序列的原始信號。使用相同的擴頻碼序列進行解擴，展寬的擴頻信號恢復成原來的消息，從而取得直接序列擴頻信號。如果接收信號中被檢測到有錯誤，信號重發的請求信號被疊加在預先指定的負載波上來生成重發信號。接收機實際上是一組解調器，它將不同載波搬移至零頻點.然后在一個碼元周期內積分。其他載波在該區域由于與所積分的信號正交，因此不會對這個積分結果產生影響。如果每個子信道都可以正確解調出源信號，將其合并后就能夠恢復發送端高速串行碼元序列。

3實驗

為了測試的三相交流信號傳輸情況，對基于多載波擴頻調制技術的數據傳輸進行測試，如下所述。數據傳輸測試終端和開關柜之間的直線距離約200米。與以太網RJ-45接口，用于連接計算機的調制解調器，然后連接到電源插座。點對點測試數據如下所示（單位：Mbps）：平均吞吐量：1.30;最大吞吐量：1.86;最低吞吐量：0.61。從測試中，我們發現大多吞吐量的范圍在1Mbps～2Mbps之間。三相耦合信號強于單相耦合信號;針對復雜的情況下，測試效果還是相當不錯的。這證明了在礦山巷道中基于多載波擴頻的信號傳輸是完全可行的。

4結束語

煤礦井下巷道的工作環境非常復雜，設備移動頻繁，利用電力線傳輸信息具有經濟、安全和高效等優點，本文中，巷道內電力線被用作應急`信號傳輸的介質。利用擴頻技術將原始的信號的頻譜擴展，然后進行傳輸，它提高了信號在巷道內傳輸的抗干擾能力。擴頻被用作抗干擾性影響的方法具有特殊的優越性，對它與多載波技術的結合的研究，為巷道內應急`通信系統建設提供一個簡單而有效的方法，具有十分廣闊的應用前景。基于正交頻分復用電力線通信技術不僅應急救援時能充分利用已有的電力設施建立有效的信息通道，而且平時能作為井下寬帶接入手段，實現數據、語音、視頻和電力的“四網合一”，具有十分廣闊的應用前景，為應急事故處理，建立有效的信息通道。

作者：王文星單位：華北水利水電大學