一种多模式矿井移动通信系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多模式矿井移动通信系统，包括控制单元，树形结构无源光网络，井下防爆多输入多输出(MIMO)基站，井下防爆单输入单输出(SISO)基站，分布式MIMO天线和井下移动终端；所述系统动态选择多个模式工作：在SISO模式中，系统通过所述分布式MIMO天线的通信网关和远端天线单元处理SISO信号；在MIMO模式中，系统通过所述分布式MIMO天线的通信网关和远端天线单元组处理MIMO输出信号；在混合模式中，系统通过所述分布式MIMO天线的通信网关与天线单元组处理SISO和MIMO输出信号。本实用新型专利技术结构简单、部署灵活，系统信道容量大，抗干扰能力强，网络覆盖范围广，能够克服远近效应和消除通信盲区，满足矿用特定使用环境和安全要求，适用于煤矿井下移动通信和移动监控。

【技术实现步骤摘要】
一种多模式矿井移动通信系统
本专利技术专利涉及一种煤矿井下移动通信系统，具体地说是涉及一种多模式矿井移动通信系统。
技术介绍
现有的矿井移动通信系统大多采用小区制蜂窝网络，在发送端和接收端各采用一根天线。然而，对于矿井限定非自由空间环境，传统的井下单发射天线和单接收天线信系统(即单输入单输出，SISO)存在多径衰落严重、环境噪声影响大、信道容量小和传输损耗大等问题，难以满足矿井移动通信和移动监控的需要，特别是在多径衰落深度较大的矿井环境，由于井下设备的防爆要求和发射机功率受限，通过增加发射功率难以克服深度衰落。随着多输入多输出(MIMO)技术在移动通信系统的广泛应用，集中式多天线系统，分布式多天线系统已成为移动通信系统典型的无线网络结构。而集中式MMO系统采用传统的蜂窝结构，将基于MMO技术的多个天线集中部署，仅通过要求各天线间的间距等于或大于1/2信号波长，从而使收发天线对小尺度衰落不相关而获得相应的增益。然而矿井覆盖范围纵横可达数十公里，煤矿井下空间狭小、巷道倾斜、表面粗糙，有拐弯和分支，井下电磁干扰严重，电磁波传输损耗大，采用传统的SISO系统和集中式MIMO系统往往存在着阴影区或通信盲区，即天线由于集中放置而无线网络无法覆盖到井下狭长巷道或拐弯巷道区域，在这些区域内信号衰落非常明显甚至根本无法通信，而且传统集中式MMO天线选择技术通过减少射频单元的数量和改善空域相关特性等方法，也无法应用于分布式多天线网络结构中。因此，针对煤矿井下的特殊性，研宄抗灾变、抗干扰和无盲区的矿井移动通信系统，显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种多模式矿井移动通信系统，旨在解决上述不足之处，特别是为了克服现有的矿井通信系统信道容量较小、抗干扰能力差和存在通信盲区问题，提供了一种高带宽、抗干扰能力强、覆盖范围广、通信质量好的多模式矿井移动通信系统。 本专利技术采用的技术方案是:一种多模式矿井移动通信系统包括控制调度单元，树形结构无源光网络，井下单输入单输出基站(以下简称井下SISO基站)，井下多输入多输出基站(以下简称井下MIMO基站)，MIMO通信网关，分布式多输入多输出天线(以下简称分布式MMO天线)和井下移动终端。 所述系统采用正交频分复用多址射频技术。 所述系统无线接口采用WCMDA或WiF1、LTE或WiMAX空中接口。 所述系统能够选择单输入单输出模式、多输入多输出模式和混合模式多个操作模式工作。 在单输入单输出模式，所述井下SISO基站被配置成WCDMA或WiFi基站，至少输出第一信号和第二信号，并且通过所述MIMO通信网关与所述分布式MIMO天线通信。 在多输入多输出模式，所述井下MMO基站被配置成LTE或WiMAX基站，至少输出第一信号和第二信号，并且通过所述MIMO通信网关与所述MIMO分布式天线通信。 在混合模式，所述井下SISO基站和所述井下MIMO基站分别与所述MIMO通信网关相耦合，并且通过加法电路将单输入单输出信号和多输入多输出信号组合后选择性地通过所述MIMO通信网关与所述分布式MIMO天线通信。 所述控制调度单元由井上调度装置和基站控制器组成，通过所述树形结构无源光网络分别与所述井下井下单输入单输出基站和所述多输入多输出基站连接，并且通过所述分布式MIMO天线与所述井下移动终端进行通信。 所述树形结构无源光网络，包括: 光线路终端，用于井下上行数据帧的调度、波长信道分配和网络终端的通信，以及井下远端光链路中断、断电告警和运维管理； 光网络终端，提供无线接口、光接口、以太网接口和总线接口，用于井下通信设备的无线和有线接入； 光链路，用于传输调制的数字信号或光纤无线电载波信号，至少包括第一光纤、第二光纤和波分复用器；其中，所述第一光纤、第二光纤均采用工作波长为A1= 1490nm和λ2= 1310nm的单模光纤并互为备份链路，并且在单条光纤上以不同波长传输上行链路信号和下行链路信号，所述波分复用器采用I m分光比波分复用，其中2 < η < 32，用于上行链路信号和下行链路信号滤波分路和聚合。 所述分布式MMO天线包括单个或多个远端天线单元组，用于与所述MMO通信网关进行通信，并将已调信号发送到一个或多个井下移动终端；所述远端天线单元组使用相同的载波频率、时隙和码道，每个远端天线组至少包含一个天线单元，并包含信道FFT/IFFT、循环前缀发生器、数字IF处理上变频器、功放和滤波的射频电路。 所述MMO通信网关提供无源光接口、以太网接口、总线接口，用于将以太网数据信号、视频信号、音频信号落地，实现井下数据、视频图像等多媒体业务的传输及工业以太网设备、以太网终端、移动监控与通信设备的接入。 所述井上调度装置包括调度控制服务器、移动定位网关和以太网交换机，其分别与通过光纤接口或电接口与光线路终端连接。 所述调度控制服务器通过以太网与光线路终端连接，其内置基站调度控制模块和脱网直通模块。 所述移动定位网关通过与光线路终端连接，移动定位网关为井下移动终端提供定位服务，实现井下人员、机车的定位功能。 所述井下SISO基站和所述井下MMO基站为隔爆兼本质安全型防爆装置。 所述MIMO通信网关为本质安全型防爆装置。 所述井下移动终端为具有脱网直通、移动定位功能的本质安全型防爆装置。 本专利技术的有益效果在于: 1.采用多模式矿井移动通信系统，解决了井下移动通信远近效应问题和提高系统的抗干扰能力。 2.采用分布式MMO天线，实现井下无线场强均匀覆盖，克服了井下多径干扰，消除井下通信盲区，增强了系统的鲁棒性。 3.采用MMO通信网关和移动终端的定位功能，将音频信号、数据信号、视频信号落地，实现井下语音、数据、视频图像等多媒体业务的融合及工业以太网设备和有线电话的接入，实现对井下人员、机车的移动监控及监测和应急通信能力。 该系统采用多模式工作方式，结构简单、部署灵活，系统信道容量大，抗干扰能力强，场强覆盖范围广，能够克服远近效应和消除通信盲区，符合矿用特定的使用环境和安全要求，适宜部署在煤矿井下高温、高湿和电磁干扰严重等恶劣工作环境。 【附图说明】 此处所描述的附图用于对本专利技术的进一步解释和理解，附图中: 图1为多模式矿井移动通信系统的结构框图； 图2为MMO通信网关的结构框图； 图3为MMO接收机处理器单元框图。 下面将参考附图并结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。 【具体实施方式】 图1为多模式矿井移动通信系统结构框图，实施例中描述的系统包括调度控制单元102、无源光网络123P、井下SISO基站40、井下MMO基站50、分布式MMO天线67D和井下移动终端80。无源光网络123P由光线路终端10、光链路23P和MMO通信网关60组成；分布式MMO天线67D由多个远端天线单元70组成；调度控制单元102由基站控制器20和井上调度装置90组成。井下移动终端60通过远端天线单元70接入无线网络。在矿井移动通信系统中，无线和有线业务均在光纤上传输，光信号作为载波，射频信号作为调制信号，光纤为长波长单模光纤，工作波长为λ #卩λ 2，λ i波长为1490nm，λ 2波长为1310本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模式矿井移动通信系统，其特征在于，系统包括控制调度单元，树形结构无源光网络，井下单输入单输出基站，井下多输入多输出基站，MIMO通信网关，分布式多输入多输出天线和井下移动终端；其特征还在于，所述系统采用正交频分复用多址射频技术；所述系统无线接口采用WCMDA或WiFi、LTE或WiMAX空中接口；所述系统能够选择单输入单输出模式、多输入多输出模式和混合模式多个操作模式工作；在单输入单输出模式，所述单输入单输出基站被配置成WCDMA或WiFi基站，至少输出第一信号和第二信号，并且通过所述MIMO通信网关与所述分布式多输入多输出天线通信；在多输入多输出模式，所述多输入多输出基站被配置成LTE或WiMAX基站，至少输出第一信号和第二信号，并且通过所述MIMO通信网关与所述分布式多输入多输出天线通信；在混合模式，所述井下单输入单输出基站和所述井下多输入多输出基站分别与所述MIMO通信网关相耦合，并且通过加法电路将单输入单输出信号和多输入多输出信号组合后选择性地通过所述MIMO通信网关与所述分布式多输入多输出天线通信；所述控制调度单元由井上调度装置和基站控制器组成，通过所述树形结构无源光网络分别与所述井下单输入单输出基站和所述井下多输入多输出基站连接，并且通过所述分布式多输入多输出天线与所述井下移动终端进行通信；以及所述树形结构无源光网络，包括：光线路终端，用于井下上行数据帧的调度、波长信道分配和网络终端的通信，以及井下远端光链路中断、断电告警和运维管理；光网络终端，提供无线接口、光接口、以太网接口和总线接口，用于井下通信设备的无线和有线接入；光链路，用于传输调制的数字信号或光纤无线电载波信号，至少包括第一光纤、第二光纤和波分复用器；其中，所述第一光纤、第二光纤均采用工作波长为λ1＝1490nm和λ2＝1310nm的单模光纤并互为备份链路，并且在单条光纤上以不同波长传输上行链路信号和下行链路信号，所述波分复用器采用1∶n分光比波分复用，其中2≤n≤32，用于上行链路信号和下行链路信号滤波分路和聚合。...

【技术特征摘要】
1.一种多模式矿井移动通信系统，其特征在于，系统包括控制调度单元，树形结构无源光网络，井下单输入单输出基站，井下多输入多输出基站，MIMO通信网关，分布式多输入多输出天线和井下移动终端；其特征还在于， 所述系统采用正交频分复用多址射频技术； 所述系统无线接口采用WCMDA或WiF1、LTE或WiMAX空中接口； 所述系统能够选择单输入单输出模式、多输入多输出模式和混合模式多个操作模式工作； 在单输入单输出模式，所述单输入单输出基站被配置成WCDMA或WiFi基站，至少输出第一信号和第二信号，并且通过所述MIMO通信网关与所述分布式多输入多输出天线通信；在多输入多输出模式，所述多输入多输出基站被配置成LTE或WiMAX基站，至少输出第一信号和第二信号，并且通过所述MIMO通信网关与所述分布式多输入多输出天线通信；在混合模式，所述井下单输入单输出基站和所述井下多输入多输出基站分别与所述MMO通信网关相耦合，并且通过加法电路将单输入单输出信号和多输入多输出信号组合后选择性地通过所述MIMO通信网关与所述分布式多输入多输出天线通信； 所述控制调度单元由井上调度装置和基站控制器组成，通过所述树形结构无源光网络分别与所述井下单输入单输出基站和所述井下多输入多输出基站连接，并且通过所述分布式多输入多输出天线与所述井下移动终端进行通信；以及所述树形结构无源光网络，包括: 光线路终端，用于井下上行数据帧的调度、波长信道分配和网络终端的通信，以及井下远端光链路中断、断电告警和运维管理； 光网络终端，提供无线接口、光接口、以太网接口和总线接口，用于井下通信设备的无线和有线接入； 光链路，用于传输调制的数字信号或光纤无线电载波信号，至少包括第一光纤、第二光纤和波分复用器；其中，所述第一光纤、第二光纤均采用工作波长为A1= 1490nm和λ 2 =1310nm的单模光纤并互为备份链路，并且在单条光纤上以不同波长传输上行链路信号和下行链路信号，所述波分复用器采用1: η分光比波分复用，其中2 < η < 32，用于上行链路信号和下行链路信号滤波分路和聚合。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述井下多输入多输出基站包括: 处理器，用于处理一个或多个井下移动终端的数据，并进行编码、调制和扩频以及信令处理，以提供多个调制码元流； 控制器，接收指示一个或多个井下移动终端的信道状态信息，并基于接收到的信道状态信息提供一个或多个控制、工作状态监控和告警信息； 选择器，通过对远端天线单元进行功率分配和天...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11