900MHz無中心通信系統(tǒng)在隧道礦井應(yīng)用的優(yōu)勢

      一、前言         
      近來我國煤礦事故有攀升趨勢，礦井安全生產(chǎn)通信問題已引起國家和社會的關(guān)注。由于隧道礦井無線通信存在著空間受限、地型復(fù)雜、傳播條件惡劣等不利條件，多年來，一直未得到很好的解決。雖然有人提出采用泄漏電纜中繼式無線通信系統(tǒng)，但工程造價昂貴，長期使用泄漏孔會堵塞，難以推廣應(yīng)用。那么什么樣的通信系統(tǒng)適用于隧道礦井通信？為此，我們收集了大量資料進(jìn)行分析，各說不一，有說低頻率適用于隧道礦井通信，有說高頻率適用于隧道礦井通信。９００ＭＨｚ無中心通信系統(tǒng)是否適用于隧道礦井通信？為了證實(shí)這一點(diǎn)，２００６年７月１４日三威公司與唐山市特威電子在唐山地區(qū)遵化市鐵礦井下做了實(shí)地實(shí)驗(yàn)對比，進(jìn)一步證明了許多年前無錫無線電廠于兵寫的文章提到的“在地下坑道、工事、隧道中，９００ＭＨｚ無中心電臺作為固定和移動通信工具是１５０ＭＨｚ、４７０ＭＨｚ電臺所不能代替的。”結(jié)論是正確的，這一結(jié)論也與ＩＴＵ－Ｒ Ｒｅｐ．９０２技術(shù)報告是一致的，即陸地移動頻帶，在隧道中的傳播是以波導(dǎo)方式傳播，頻率越高，通信距離越遠(yuǎn)。

      二、礦井通信實(shí)驗(yàn)
      試驗(yàn)地點(diǎn)：唐山地區(qū)遵化市鐵礦井下
　  參加單位：深圳市三威電子有限公司、唐山市特威電子有限公司
      試驗(yàn)時間：２００６年７月１４日

圖１  鐵礦井下隧道分布圖
      試驗(yàn)環(huán)境如圖１所示：該礦井是一個品質(zhì)優(yōu)良的鐵礦石的開采井。共有：措施井、副井、斜井及風(fēng)井等出入口，進(jìn)入地下－６０米。整個礦井直線距離２８００米。但中間分岔口很多，真正直線（指井下無拐彎）的長度最長的也不過５００－６００米。井下地面有積水，墻體粗糙，全為巖石。過道寬僅４米左右，最高處的高度約３米。同時容納兩條小鐵軌礦車通過，余下的空間很小。（見圖２）

圖２  鐵礦井下隧道實(shí)況
      試驗(yàn)設(shè)備：
      １、９００ＭＨｚ無中心對講機(jī)Ｖ９（３Ｗ、電壓７．２Ｖ）
　?。病ⅲ梗埃埃停龋鸁o中心轉(zhuǎn)發(fā)臺（８Ｗ、電壓１３．５Ｖ、采用４根０．９米定向天線）
　　３、４００ＭＨｚ常規(guī)對講機(jī)（５Ｗ、ＭＯＴＯＲＯＬＡ）
      試驗(yàn)情況：
      １、單機(jī)通信對比實(shí)驗(yàn)
　　兩人各持一部９００ＭＨｚ對講機(jī)Ｖ９和４００ＭＨｚ常規(guī)對講機(jī)，同時在井下背向行走。４００ＭＨｚ常規(guī)對講機(jī)在兩人相距５０－６０米處，語音就不清楚。到兩人相距８０米時，無法通訊。最遠(yuǎn)不過１００米。
      而９００ＭＨｚ對講機(jī)Ｖ９兩人一直走到直線盡頭（距離約５００－６００米）仍語音清楚，當(dāng)一人轉(zhuǎn)進(jìn)一個彎（約４５度）語音仍然清晰。當(dāng)轉(zhuǎn)進(jìn)第二個彎（約３０度）時，往前２、３米后。語音突然沒有。
      ２、９００ＭＨｚ無中心轉(zhuǎn)發(fā)臺在井下通信試驗(yàn)
      ９００ＭＨｚ轉(zhuǎn)發(fā)臺架設(shè)位置見圖１。９００ＭＨｚ轉(zhuǎn)發(fā)臺（功率為８Ｗ）有兩個接收機(jī)：一主、一從。接收主臺Ａ與從臺Ｂ相距４０米左右。兩個接收機(jī)各用一個功分器分出兩個端口，分別接兩根定向天線（即一套轉(zhuǎn)發(fā)臺共接了四根定向天線）。主臺Ａ的天線指向南分支和風(fēng)井方向，從臺Ｂ的天線指向北分支和副井方向。
      測試距離：從副井井底沿直線到轉(zhuǎn)發(fā)臺有約４００－５００米，從轉(zhuǎn)發(fā)臺繼續(xù)直線向前，大約３００米，向西４５度拐彎，語音清晰，再拐一個３０度彎，仍然語音清晰，拐第三個彎（約３０度）后，繼續(xù)向前２００－３００米（風(fēng)井地下變電站處）語音才斷斷續(xù)續(xù)，不清晰。這種情況，通信總長度在１１００米以上（三個彎的長度加起來超過１００米）。

      一人仍站在風(fēng)井地下變電站處，另一個人從轉(zhuǎn)發(fā)臺另一側(cè)走進(jìn)北分支拐彎（約１３５度），前進(jìn)１００米后，沒有信號，不能通信。
      其他說明：在測試中，轉(zhuǎn)發(fā)臺天線的架設(shè)和位置，對通訊有較大影響。當(dāng)天線架設(shè)距在礦井粗糙的墻壁約一米處時，通訊距離則只能到達(dá)第三個彎之后約２０－３０米。（轉(zhuǎn)發(fā)臺另一端無大影響，主要是因?yàn)槟且欢耸侵本€。）只有當(dāng)天線架設(shè)在礦井中間時，才能與風(fēng)井發(fā)電站清晰通話。
      結(jié)論：從以上實(shí)驗(yàn)測試可以得到如下結(jié)論：在隧道礦井通信中，９００ＭＨｚ無中心通信系統(tǒng)對講機(jī)明顯優(yōu)于４００ＭＨｚ常規(guī)對講機(jī)，通信距離是其１０倍以上。

      三、人防工事、隧道通信實(shí)驗(yàn)
      為弄清楚高頻、甚高頻電臺在地下坑道、工事、隧道中應(yīng)用的可能性，我們在地下商場、人防工事、隧道進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。例如在無錫市人防部門協(xié)助下，我們在某地段圓拱形人防工事內(nèi)（工事拱頂離地面高約２米）用１５０ＭＨｚ、４７０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ三種手持機(jī)進(jìn)行了直線通信距離對比試驗(yàn)。１５０ＭＨｚ發(fā)射功率３瓦，兩臺手持機(jī)可通３０４０米；４７０ＭＨｚ發(fā)射功率１瓦，兩臺手持機(jī)可通６０７０米；９００ＭＨｚ發(fā)射功率１瓦，兩臺手持機(jī)可通５００米以上；由于條件限制，距離未進(jìn)一步拉開。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性穩(wěn)定，說明了在坑道、工事、各種礦井內(nèi)，９００ＭＨｚ電臺遠(yuǎn)比１５０ＭＨｚ、４７０ＭＨｚ電臺優(yōu)越，可以作為一種有效的固定通信、移動通信工具。
      我們與太原鐵路分局的同志，用我廠９００ＭＨｚ手持機(jī)（發(fā)射功率１瓦）在橫嶺１號、２號隧道進(jìn)行了通信試驗(yàn)。
      手持機(jī)甲固定在１號隧道口，手持機(jī)乙向洞內(nèi)移動，每隔２０米通信聯(lián)絡(luò)一次。試驗(yàn)結(jié)果，乙臺走完整個隧道，總長２４００米左右，隧道的中段還有圓弧形路段，通話聲音強(qiáng)度無變化，始終清晰、響亮。緊接著乙臺進(jìn)入長２０米空地，在１號隧道和２號隧道之間的橋上，通信仍暢通。以后乙臺進(jìn)入２號隧道，甲臺仍在１號隧道口原地，通信聯(lián)絡(luò)保持良好，乙臺進(jìn)入２號隧道９５０米處（２號隧道總長約２．２公里），兩臺通話聲音無變化，始終清晰、響亮。
      這次試驗(yàn)表明，即使是在有圓弧形彎曲的隧道中，９００ＭＨｚ電波傳播也是穩(wěn)定的，而且場強(qiáng)分布比較均勻，通信無“死點(diǎn)”。與１５０ＭＨｚ、４７０ＭＨｚ電臺相比，其優(yōu)越性是比較突出的。因此，９００ＭＨｚ無中心系統(tǒng)是構(gòu)成山區(qū)鐵路系統(tǒng)通信網(wǎng)的優(yōu)選系統(tǒng)，與其它系統(tǒng)比較，９００ＭＨｚ無中心系統(tǒng)投資少，性能全面，通信效果好，有可能把沿線通信、列車與車站通信、列車雙車頭之間的通信統(tǒng)一在一個網(wǎng)內(nèi)，便于指揮和調(diào)度。
      結(jié)論：地下坑道、工事、隧道中，９００ＭＨｚ無中心電臺作為固定和移動通信工具是１５０ＭＨｚ、４７０ＭＨｚ電臺所不能代替的。摘自無錫無線電廠 于兵）

      四、９００ＭＨｚ無中心通信系統(tǒng)的優(yōu)勢
    （１）９００ＭＨｚ無中心多信道選址移動通信系統(tǒng)，有２ＭＨｚ帶寬，１個信令信道、７９個話音信道，具有多信道共用、自動選頻、數(shù)字選呼等特點(diǎn)?？稍O(shè)置多組地址碼（單呼號、組呼號、群呼號、網(wǎng)呼號），可以點(diǎn)對點(diǎn)通信，也可點(diǎn)對多通信，特別適合作調(diào)度網(wǎng)。該通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，組網(wǎng)快捷方便，產(chǎn)品價格適中。該通信系統(tǒng)產(chǎn)品也是國家無線電管理局大力推廣的。
    （２）數(shù)字集群功能強(qiáng)大，但終端產(chǎn)品昂貴，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建網(wǎng)投入費(fèi)用龐大。
    （３）ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＰＨＳ這些系統(tǒng)均需基站方可進(jìn)行通訊，建網(wǎng)投入費(fèi)用龐大，還不能實(shí)現(xiàn)組呼、群呼功能。遇緊急狀況如停電、水火災(zāi)、地震等基站損壞，單機(jī)無法通信，形如廢鐵。
      （４）１５０ＭＨｚ４０