[發明專利]一種基于TD-LTE技術的井下通信及人員監測系統

有效

• 申請號: 201210276234.X
• 申請日: 2012-08-06
• 公開（公告）號: CN102802173A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 孫繼平;王帥
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: H04W24/00
• 分類號: H04W24/00;H04W64/00;H04W84/00;H04B7/04;H04B7/208
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種通信監測系統，具體是一種基于TD-LTE技術的井下通信及人員監測系統，屬移動通信的技術領域。特別適用于煤礦井下工作人員通信及位置信息的測定。該通信監測系統包括移動終端、中繼站、通信基站、定位服務器、交換機、核心網設備、上位機和傳輸線。

背景技術

近年來針對煤礦井下移動通信及監測的方式方法研究已經受到了廣泛的關注，相對落后的傳統井下通信及監測方式已無法滿足現代化要求。目前存在的井下通信系統大部分采用感應通信系統、漏泄通信系統和礦用小靈通通信系統等；對井下人員的監測主要針對人員所在位置坐標的測定。但是將上述現有通信及監測系統應用于井下尚有不足之處。首先，通信系統功能結構較為簡單，未能達到高質量數字化礦井的標準，主要表現為：話音延遲明顯，載波帶寬較窄導致大容量文件傳輸速度受限；射頻天線吞吐量小，輻射范圍不能覆蓋所有待測人員，小區邊緣盲區現象尤為嚴重；小區間未能保持系統同步，存在較為嚴重的信息收發錯位等問題。其次，對井下人員位置坐標的測定僅限于固定點位的監測，用于監測的定位服務器抗靜電與電磁干擾力差；坐標測定算法單一，測得的人員坐標數據誤差較大，一旦井下發生事故，不精確定位會直接影響救援工作的順利進行。時分長期演進(TD-LTE)技術以其低傳輸時延、高傳輸速率、優化的網絡架構、大載波帶寬和大容量覆蓋等優點從眾多通信技術中脫穎而出，其主要特點很好的解決了礦井中復雜惡劣條件下通信及監測難的問題。因此，研究一種新的基于TD-LTE技術的井下人員通信及監測系統勢在必行。

中國專利申請號200920112969.2，公開日2009.12.30，公開了一種具有一鍵對講功能的煤礦井下通信手機。包括外殼、用以給系統提供電源的電源管理模塊、用于實現通信功能的中央控制模塊、用于通過無線射頻技術將數據發出或接收射頻信號的無線通信模塊和用于控制耳麥的語音數據的語音處理模塊。該手機能增強對講功能、具備一鍵對講功能按鈕，但是不足之處在于該系統結構簡單功能單一，無法實現井下通信多業務多需求拓展；且射頻模塊中采用的是單天線設計，將會導致該手機在井下惡劣環境下通話質量低，所受小區間干擾嚴重，實際應用受限。

中國專利申請號200710057432.6，公開日2008.11.26，公開了一種專用于井下人員定位使用的通信線纜。該線纜在內含電源上分布若干定位信息接收節點連接端口，線纜至少采用6芯線纜。該線纜可變為復合通訊線纜，實現原有線纜的替用。也可根據實際需求，在井下各檢測區段的范圍內，選擇通信線纜上的定位接收節點連接端口之間的間隔，實現動態調整定位精度的需求，并通過定位接收節點裝置的安裝，從而完成井上和井下的定位及通訊。不足之處在于該通信線纜抗外部破壞力差，稍有破損就會導致通信中斷，無法適應井下復雜環境中的通信及信息傳輸，尤其當井下發生瓦斯爆炸事故時，掉落的燃燒著的礦石會瞬間將線纜砸斷或熔毀以致無法使用。而且關于人員定位方面只局限于確定井下固定點坐標處是否存在工作人員，不能獲取人員離開此點位后的具體位置，沒有解決定位的根本問題。

鑒于此，當前煤礦井下迫切需要一種新的無線通信及人員監測系統。本發明將現有通信系統及監測算法進行改進，并將改進后的系統及算法應用于井下工作人員通信及位置信息的測定中。

發明內容

為了克服現有的井下有線通信定位線纜的抗外部破壞力差，延拓性低，發生事故后易砸斷或熔毀；現有井下無線通信系統結構簡單功能單一，低速率高延遲，盲區現象嚴重，人員位置監測算法的測定精度低，測量范圍小，魯棒性差等缺點，本發明提供一種無線通信監測系統及算法，具體是一種基于TD-LTE技術的井下通信監測系統及人員定位算法。通過引入正交頻分多址接入和多輸入多輸出等技術將系統進行優化，降低用戶通話時延同時提高數據傳輸速率和各項性能；將定位算法改進為信號收發時間測量與角度測量的混合測量模式，通過獲取發射信號的回波時間和智能天線接收信號的角度兩項參數從而準確計算井下人員位置坐標，大幅提高定位精度，實現復雜條件下的高質量無線通信、數據傳輸及人員位置信息監測。

本發明采用的技術方案是：