wifi在矿井移动通信系统中的应用

停电或断电环境中系统可以正常工作。系统满足井下爆炸性气体环境用电气设备安全技术要求。

4.2 分站模块部分

井下分站作为矿井移动通信系统的关键部分，应具有多项重要功能。因为考虑到分站的体积重量以及分站内部包括多个功能模块，不适宜做成本质安全型，因此将分站安装在隔爆壳内，做成隔爆兼本质安全型。分站应具有的功能有：工作状态指示、语音通信、IP语音交换、人员定位、串行数据接入与传输、以太网接入、Wi-Fi无线局域网接入、数据存储、组网与冗余、网络管理、远程配置和不间断工作等。分站的功能原理如图2所示。

图2 分站原理框图

矿用分站内的冗余以太网模块a通过其冗余端口o1、o2进行网关与网关之间，网关至地面的互联，组成冗余网络。冗余以太网模块a通过其电口e1连接无线接入点模块b，无线接入点模块b连接发射天线t1提供基于IEEE802.11标准的无线以太网络覆盖。冗余以太网模块a通过其电口e2连接百兆以太光收发模块oe，百兆以太光收发模块oe的光信号输入端口o4连接井下网络摄像机。冗余以太网模块a通过其电口e7连接串口服务器模块d，串口服务器模块d的一个RS485/422/232串口d2供互联井下总线等设备使用，另一个串口d1连接射频识别读卡器模块c，射频识别读卡器模块c连接发射天线t2，接收天线t3，提供无线定位网络的覆盖。IP-PBX功能模块内置于IEEE802.11无线接入点模块中，电源模块p完成交流到直流的转换，为网关工作提供电源，其包含的备份电池可在断电环境下为网关提供不间断供电。

4.3 手机模块部分

由于煤矿井下是特殊的工作环境，移动通信设备要求采用安全性能好的本质安全型防爆措施，手机必须有防爆许可证。为了保证矿井移动通信系统覆盖全矿井，须选用合适的技术方案、频率和设计合理的结构。由于煤矿井下空间狭小，矿井最大尺寸也就4m左右，因此，移动通信设备的体积不能很大，终端的天线长度不能太长。由于在矿井中，50Hz和其谐波的干扰和电机车火花所造成的干扰大，所以移动通信的工作频率选择上应考虑这些干扰源，应尽量选择高频或甚高频作为系统工作频率。手机的键盘、麦克和扬声器设计时要特别考虑其防尘、防水、防潮、防霉、耐机械冲击等性能。

本质安全型无线以太网移动通信终端满足井下爆炸性气体环境用电气设备安全技术要求，终端由以下部分组成：本质安全型数字电路、本质安全型模拟电路、本质安全型RF前端、本质安全型电池与电源管理电路、天线与外壳;话音信号通过模拟电路部分转换成数字信号，再传输到数字电路部分，并按相应的通信模式进行I/O编码输入到射频前端电路最终馈入到天线，由天线将信号向空间辐射输出;由天线接收到的信号经由射频前端解调处理后得到相应的I/O信号，再通过数字电路部分处理后，得到模拟话音电信号，最终通过模拟电路部分转换出话音信号，传递给收听者，整个电路安装在一个外壳中。

终端采用多模式处理器实现GSM与无线以太网的双模通讯，使用2.4GHz无线以太网Wi-Fi协议实现井下移动话音通信，具有定位功能。终端的中央处理器采用OMPA730处理器芯片实现。基带处理器采用TWL3016处理器芯片实现。电池采用锰酸锂材料做电池芯中采用电阻或恒流二极管串联作为保护电路。

工作流程如下：

发送时，信号经TWL3016模拟基带和OMAP730数字基带调制解调器中的MAC单元对数据进行加密和CRC校验工作。基带处理器将Tx数据从MAC中取出，生成适于RF子系统(TRF6151)传输的帧数据。帧形式的数据经过一个DAC转换为模拟信号，经基带滤波器滤波后，送到TRF6151。TRF6151对这个模拟信号进行放大，接着将这个信号上变频到900MHzor1800MHz频段，再通过RF3133功放。这个输出信号通过匹配电路与PCB上的50欧姆阻抗RF线匹配，接着使用一个平衡非平衡变压器(balun)、桥式开关(bridgeswitch)和复用器(diplexer)/低通滤波器(LPF)将这个平衡的差分信号，变换为非平衡的单端信号送到天线端。

在接收模式下，天线接收到900MHzor1800MHz的RF信号，这个单端信号经过带通滤波器(BPF)、复用器(diplexer)，桥式开关(bridgeswitch)，并转换成平衡的差分信号，送到TRF6151的片上低噪放(LNA)。再由TRF6151的片内的RF和IF混频器(mixer)下变频为基带信号并送到放大级进行放大。信号经过一个A/D变换器变换为数字信号，最后输入到OMAP730数字基带调制解调器和TWL3016模拟基带中完成信号的最终处理。

5 总结

本文研究设计的矿井移动通信系统，利用了Wi-Fi无线局域网技术，系统结构简单有效，便于部署与运维，符合和满足矿用特定的使用环境与安全要求，可承载目前井下环境主