| 姜群星：煤矿无线通信技术分析 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 煤炭资讯网 | 2010-8-12 11:10:19论文、言论 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
中国是世界煤炭储量、产量和用量最大的国家，而我国又是一个高瓦斯煤矿和安全事故频发的国家，据2008年国家安全生产监督管理总局通信信息中心的统计，我国平均每3天发生一起矿难，每百万吨的煤炭生产就要死亡7人，列全球煤矿安全事故和死亡率之首。长期以来，我国井下煤炭安全技术特别是通信技术落后，与世界发达国家相比滞后了近30年，这也就为煤矿安全埋下了重大隐患！为了改变我国过去矿井通信仅依赖简陋的防爆对讲话机的落后技术面貌，从2000年起，经过国家安监总局、煤科总院、中国矿大等多家从事煤炭生产安全研究和行业管理的权威机构与专家论证，终于诞生了国内第一套基于PHS专网手机大规模组网通信的真正意义上的煤矿无线通讯与移动调度系统（俗称矿井小灵通），及其相关行业的安全技术标准，由此开创了我国煤矿无线通信的新纪元！到2009年上半年为止，国内已经有超过20家企业获得了矿井无线通信产品的煤炭安全认证，而这些企业产品的核心技术主要来自于国内3家研发商，即：ZTE中兴通讯、UT斯达康和PNC北京灵通网联，其中前2家为我国电信公网的大型设备供应商，北京灵通网联通信技术有限公司为企业无线通信专网设备提供商。 随着近些年我国煤矿无线通信市场的迅速发展，众多专网无线通信技术纷纷涌入了该领域，如：PHS小灵通、SCDMA大灵通、数字无线对讲、WIFI无线局域网、以及今年最新出现的基于全球第四代移动通信标准之一的Next Generation Advanced PHS（简称NGP）技术。如此纷繁复杂的无线通信体制和产品技术，既为广大煤炭用户带来了更多的技术方案选择和产品价格优势，同时，也给许多煤矿企业带来了不少的困惑，加之许多煤矿通信行业的从业公司在产品推销过程中，为了获得销售业绩片面夸大或贬低某种技术标准，造成了目前该领域的市场混乱，使得很多煤矿企业只能持观望状态，无法在这些技术和产品中选择对自己最为合适且性价比最好的通信解决方案，这也成为了现在煤矿通信系统投标过程中最大的也是最主要的问题。为此本人作为长期从事煤矿无线通信与移动调度领域的研发者和从业者，以科学客观冷静的视角，对目前煤矿行业已有的通信体制及其技术优缺点进行如下分析对比。
1， PHS （矿井小灵通） PHS 技术符合国际电信联盟标准，有国家电信公网商用运营的历史，是目前全球四大移动通信标准之一（GSM/CDMA/ 由于2009年初国家无线电管理委员会下发原电信公网小灵通频段1900MHz-1925MHz将于2011年让给我国自主研发的TD-SCDMA的 １） 国家产业政策 2008 年国家工信部曾下发过关于建议小灵通技术转向煤矿、电力、石化、医疗、公安、交通、建筑等行业应用的文件，已经把国家对PHS技术转型企业应用的鼓励性政策信息表达得再清楚不过了，这也就是为何2009年矿井小灵通的国家通讯检测机构从原来的1家迅速增至3家的主要原因！另外，由于我国还有近7000万的小灵通用户、1000万的相关从业者和近3000亿的网络设备，如此大的用户群和国家电信资产，是否真的可以随公网小灵通频段被占用而全部付之东流，我个人认为是个巨大的未知数，而本人更乐观的看法是国家最终将为小灵通保留5-10MHz的带宽或移频到其它频段继续运营，毕竟这7000万小灵通用户中的绝大部分都是我国最贫穷地区的低端用户，强行让他们转网到资费昂贵的GSM/CDMA/ ２） 无线频段占用 从技术角度分析，第三代移动通信技术（ 由于煤矿无线通信的主要现场在深达几百米的井下，因此，根本不用担心矿井小灵通对地面 ３） 长期供货服务 假定3年后公网小灵通退市成为现实，按照目前我国拥有7000万小灵通用户和近千家配套生产手机、天线和其它PHS附属产品企业的现状，以及近1000万的小灵通手机库存和过百亿的PHS元器件与辅料积压，就是每年煤矿销售1万部手机，也足以保证中国煤矿使用1000年！其次，PHS技术是一个长期发展演进的技术，国外还有2亿PHS电信用户和3000万的PHS企业用户，其配套元器件也不存在断货的可能性，而我国南方大批的生产加工企业，在当前金融危机形势下，大部分都处于半停产状态，500部手机的加工单都会立刻开工，而对它们来说加工PHS手机还是GSM手机都是一样的流程和工序，加之PHS从手机到基站到系统的全部核心技术已经被国内企业完全掌握，因此，更不存在小灵通手机或其它配套产品无人生产和后续供货不足的情况发生！ 由于小灵通技术已经在中国电信公网市场成功商用运营了十几年，长期积累了的一大批经验丰富的产品生产、技术研发与工程服务人才，加之有多年形成的强大成熟的PHS手机等附属配套产业链支撑，以及PHS具有很强的技术延续性和后续提升能力，特别是近500家煤矿的成功应用，因此不难看出，从未来煤矿无线通信技术与市场长期发展演变的角度看，以上这些优势都可确保矿井小灵通技术在煤矿通信行业长期稳定地向前发展，而从技术标准性开放性、产品成熟性可靠性、以及用户实用性等方面综合分析，矿井小灵通应当是目前煤矿通信领域的最主流也是最佳的解决方案！ 2， SCDMA （矿井大灵通） 该技术不符合国际电信联盟标准，没有国家电信公网商用运营的历史，仅在村村通等专网市场应用，没有在电信公网和企业专网中大规模应用，虽然其核心技术为我国自主研发，但其成熟性、可靠性和实用性还有待市场检验。在我国煤矿通信领域，SCDMA作为非主流技术方案有过少量应用，它的最大优势为单基站业务信道多、语音通话质量好、组网通信规范严格、移动切换呼通率高、单基站覆盖范围大等，但由于它属于大蜂窝通信体制，单基站功率大信道多成本高导致其在井下这种空间狭窄和人员分布分散的场合，无法发挥其技术优势，因此，该产品只适合地面空间开阔人员密集的地区进行网络覆盖使用。 为了解决井下使用问题，避免昂贵的大蜂窝基站在井下多点分布组网，SCDMA只得采用了泄漏电缆通讯方式进行矿井坑道覆盖，但由此带来了诸多技术弊端，具体分析如下： １）由于泄漏通讯采用了造价很高的高频电缆和孔状天线辐射技术，而且泄漏电缆对信号的衰减非常快，所以，矿井沿途必须不断地接入中继放大器和配套供电设施，因此，不仅增加了煤矿施工难度，同时，整个工程电缆设备成本也会非常高。 ２）由于整个矿井的无线通讯都依赖一个或几个定点放置的大功率基站，所以，手机定位也只能固定在这几个基站位置上，当然也就失去了矿工移动位置跟踪的意义了。 ３）由于井下环境潮湿酸性气体浓度大，因此，对于泄漏通讯的孔状天线电缆腐蚀会非常严重，从而导致天线辐射效果变差和通信距离缩短，而且后期无法维护，只能更换造价昂贵的射频电缆。 SCDMA除了以上技术弱点外，由于它没有在我国电信公网大规模推广，属于通信行业的边缘技术，所以，与其配套的手机、元器件等附属产业链非常薄弱，特别是相关的产品生产、技术研发与工程服务人才都非常少，这些都无法保证该技术在煤矿行业长期稳定的存在和发展！因此，从未来煤矿无线通信技术与市场长期发展演变的角度看，SCDMA（矿井大灵通）无论是其技术标准性开放性、产品成熟性可靠性、还是用户实用性等方面综合分析，SCDMA都不可能成为煤矿通信领域最主流和最佳的解决方案！ 3， 矿井无线数字对讲 该技术在传统的企业专网无线通信市场中应用非常广泛，配套的产业链也很完备，由于采用手持机点对点或点对多点广播通信方式，因此，其组网简单和系统造价低也是其主要的技术与市场优势！随着全球移动通信技术的高速发展和企业用户对无线通信需求的不断增加，该技术已经越来越无法适应现代企业通信的要求，其主要表现为以下几点： １）无法实现企业大规模移动通信组网和手机全双工保密通信； ２）无法与企业原有用户固话交换和电信公网互联互通； ３）业务信道少、覆盖范围小、手持机功率大不环保、通话安全性差等； ４）不支持手机定位、不支持工业CTI调度、不支持短信、不支持多网合一等增值服务功能； 由此不难看出，从未来煤矿无线通信技术与市场长期发展演变的角度分析，无线数字对讲从其产品先进性、互联性、以及后续技术发展的提升性延续性来看，是不符合今后煤矿通信发展方向的，但由于它具有很强的产品成熟性可靠性和用户实用性，以及极好的价格优势，所以，该产品作为煤矿通信行业的非主流技术还将在矿井通信领域长期存在！ 4， WIFI （矿井无线局域网） 随着我国煤矿无线通信市场的迅速发展，众多专网无线通信技术纷纷进入了该领域，而近期在煤矿兴起的WIFI（WIieless Fidelity）技术就是其中之一。WIFI归属于国际电信联盟ITU为短距无线宽带数据传输制定的IEEE802.11通信技术标准，从开始推出之初就定位为非移动的无线宽带数据通信，主要应用于WLAN无线本地局域网市场，即我们通常所用的无线网卡和无线网桥，本身不支持无线语音业务和移动数据传输，只是近些年为了抢占国际数字无绳电话市场，才推出了WIFI手机和相应的家庭无线子机对讲标准，是针对传统模拟无绳电话的技术升级，缺少手机与基站之间的严格同步切换机制和空口协议保证，不具备大规模移动通信组网的理论基础和技术能力！ 国内某些IT公司为了抢占类似煤矿这样的企业无线通信市场，在该产品平台上进行了简单的系统集成和局部的软件改造，一定程度上克服了WIFI手机跨基站断话、语音通话滞后和无线信道带宽不稳定的技术弊端，但其手机移动通话效果和漫游切换成功率仍然很低，仅仅是治表不治本，这也就是为何国家工信部不采用该技术作为我国新一代移动通信标准的主要原因！此外，由于WIFI的核心技术标准为国外制定，因此，国内的IT企业只能从事一些WIFI产品的系统集成工作，不具备核心芯片的自主研发和长期技术演进的能力！ 正是由于WIFI技术存在如下这些致命的技术缺陷：a，只有数据压缩传输算法，没有语音压缩算法，通话质量严重失真；b，手机只能在本基站下通讯，手机跨基站移动通话会导致掉线；c，空口无线业务信道带宽不恒定，无法保证每部手机的正常通话；d，只适合对同步要求不高的异步数据传送，不具备对实时性要求极高的移动语音通讯的严格同步机制；e,DSSS短码直序扩频的通信体制不适合采用井下定向天线辐射，严重影响手机通信距离等，所以，该技术作为矿井无线通信与生产调度应用，其市场寿命肯定是不会长久的！但由于WIFI具有宽带数据接入和以太网传输的强大功能，因此，把它作为煤矿综合自动化监控数据传输、光纤环网对接和多网合一的网关设备应用，应当是目前煤矿最好的宽带数据通讯解决方案，但作为煤矿无线语音通讯和移动指挥调度应用，从技术理论上分析是不合理的！ 5， NGP （新一代PHS）
NGP 作为全球第四代移动通信的技术平台之一，符合国际电信联盟ITU标准，有国家电信公网商用运营的历史，全世界在网用户人数1亿，企业专网用户人数已超过500万，其技术先进性、标准性、成熟性、可靠性和实用性当然不言而喻。在我国煤矿通信领域，已有煤炭科学研究总院、天地科技常州自动化分院、中国矿业大学、重庆梅安森等多家著名煤炭科研企业采用了NGP技术解决方案进入了矿井无线通信市场！NGP技术综合了传统矿井小灵通移动语音组网通信质量好和WIFI宽带数据接入传输能力强的优势，实现了语音视频数据的并网传输，完成了矿井人员定位、井下综合自动化监控、移动通讯调度等系统的光纤环网无缝对接和多网合一，彻底解决了困扰煤矿多年的全网数据统一通信和信息孤岛的问题，为广大煤矿生产企业节省了多网重复建设的巨额成本，代表了我国未来煤矿多网IP融合和无线一体化通信的发展方向！ NGP 技术在煤矿通信市场应用的主要特点和技术优势如下： １） 与传统矿井小灵通系统依靠电话线通讯传输不同，NGP系统中的基站、基站控制器和移动交换机全部依赖以太网平台传输，可直接与井下光纤环网无缝对接，实现了全网一体化统一通信，为煤矿节省了大量的通信电缆！同时，也为煤矿RFID人员定位、井下视频监控、煤矿综合自动化监控、矿井无线通讯调度等多系统的多网合一奠定了通讯传输基础。 ２）传统矿井小灵通手机定位必须依靠系统不断地向其发起虚拟呼叫和轮流查询，才可保证矿工位置信息的及时更新，严重影响正常的手机呼叫；而新一代PHS的空口协议支持手机主动定位，无需系统任何操作，手机即可实时准确地把自己的位置信息自动上报移动交换主机，也可与成熟的RFID技术结合，实现矿工在井下的精确定位和移动跟踪！ ３）NGP技术的最大亮点就是支持基于手机键盘平台操作的移动指挥调度，使调度员彻底摆脱了传统的固定调度台的束缚，调度员可随时随地及时便捷地完成对全矿生产的指挥调度与通讯管理，是真正意义上的移动生产调度系统！ ４）NGP技术除了提供传统矿井小灵通的短信服务功能外，还可支持系统短信告警群发与手机短信内容分析，以及SMS内容自动匹配后联动终端声光电报警。 ５）NGP基站具有宽带视频接入和窄带串口数据采集监测分控功能，其接收灵敏度和井下直线通信距离较比传统矿井小灵通更远！ ６）NGP基站控制器具备本地移动交换、机车打点调度和数据采集分控功能，可作为小型煤矿无线通讯和机车调度通讯应用。 ７）传统矿井小灵通只有77个业务频点，而NGP具有255个业务频点，通过信道频点分配控制技术，很好地解决了传统PHS与 ８）NGP技术从终端到无线接入到系统交换都可以免费为煤矿用户提供特色的增值服务应用开发，是目前煤矿通信行业了唯一的可编程技术解决方案！ 综上所述，随着NGP技术在煤矿无线通讯与移动调度行业的迅速崛起，以及它具有的无线宽带数据接入、移动指挥调度、终端自主定位、多网合一和继承兼容传统PHS等巨大的技术优势，是目前煤矿已有的矿井小灵通/SCDMA/WIFI/数字无线对讲等无线通信技术无法比拟的，同时，NGP技术还广泛应用于国内外企业无线通信市场，诸如电力、石化、公安、监狱、消防、交通、轮船、火车、学校、医院、物流、港口、场馆、楼宇、小区、建筑工地、移动办公、部队作训等众多领域，因此，我们从未来煤矿无线通信技术与市场长期发展演变的角度看，NGP无论从技术标准性开放性继承性，还是产品成熟性可靠性实用性等方面综合分析，都应当是未来煤矿通信领域的最主流也是最佳的解决方案！ 综上所述不难得出，广大煤矿企业在选择矿井无线通信解决方案时必须理性分析判断，以产品的实际应用效果和技术成熟性可靠性作为决策的主要依据，而不是根据一些不着边际的猜想预测或某些不确定的政策因素，去否定一个已经被众多用户应用并得到良好认可的技术解决方案。在国家工信部没有任何官方小灵通退市文件发布的情况下，因为市场利益竞争就去误导广大煤矿用户，以不客观和伪科学的态度去贬低一种技术，这些做法都是不应提倡和必须批判的，是与国家倡导的科学发展观背道而驰的！ PHS 技术毕竟在中国有十几年成功的电信公网商用历史与强大的产业链基础，有近500家煤矿通讯调度和近千家企业无线通信的成功应用案例，其技术特点和产品优势都非常明显，这些都是WIFI、SCDMA等煤矿通信解决方案无法比拟的！特别是下一代PHS通信技术（NGP）的出现，为矿井小灵通在煤炭 通信领域的推广注入了全新的市场生命力，而正是因为PHS技术具有着强大的技术延续性、发展性和长期不断的演变性，所以，它才可以在全球移动通信领域中占有一席之地，才可以成为全球企业无线通信发展的主流方向！PHS技术开创了电信公网移动通信向企业专网无线通信进军的新时代，代表了我国未来煤矿多网IP融合和无线一体化通信的发展趋势！
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