1煤礦井下電力線擴頻載波通信系統

1.1電力線擴頻通信系統示意圖

在發送單元里，使用偽隨機碼對信息碼序列實施頻譜擴展，生成的擴頻信號序列對載波（頻率為120kHz）進行載波調制，再通過放大后，由耦合電路傳輸給電力線。在接收單元，選頻電路發送頻率為120kHz的載波，通過載波解調恢復其原始的擴頻信號，再使用解擴電路對擴頻信號進行跟蹤、捕獲和自相關運算，恢復原信息碼完成解擴。

根據鎖相環理論，在接收單元中可對120kHz的載波使用同步濾波實施提純，有效改善擴頻通信系統的處理增益。

1.2擴頻處理增益

結合擴頻系統理論，處理增益Gp表現了擴頻系統具有的抗干擾能力優劣[3]

（1）其中BRF為通過擴頻后信號的射頻帶寬,Bb為數字基帶信號帶寬。由式（1）可以看出，BRF/Bb越大，系統具有的抗干擾能力就越強。在地面高載頻通信中，為了充分顯示擴頻通信的優勢，BRF/Bb可達數百甚至上千。但是目前井下電力線載波通信使用的信道處于中低頻窄帶，根據限制的試驗條件和信道帶寬，試驗取BRF為20kHz。此時信號帶寬Bb與信息速率Rb近似相等，可以Rb來表示。Rb的選擇要滿足礦井一般監測信息傳輸速率和傳輸穩定性的要求，在此試驗選取Rb為0.6kHz。所以，處理增益Gp約為15db。

1.3載波頻率f0的選擇載波頻率f0的選擇按照以下原則：

（1）避開工頻諧波。

（2）適當的頻率范圍。載頻過高可導致輻射損耗的增加；過低則會影響信號的傳輸距離，同時造成調制后的信號低端出現較大的衰減。

（3）降低對井下其他通信裝置的干擾。通過研究其他煤礦載波信道公布的成果，試驗中選取120kHz為載波頻率（雖未能避開工頻諧波，但選取的載波頻率為工頻頻率的2400倍，因此可忽略工頻的影響）。

1.4擴頻碼速率與偽隨機碼長度的選擇

設Rc為偽隨機擴頻碼速率，也可用擴頻后碼速表示。擴頻碼對載波進行載波調制后，信號帶寬變為20kHz，因此Rc就為10kHz。此時與Rb（0.6kHz）相對應的偽隨機碼長度應為選15位。

1.5電力線擴頻通信主要優點

（1）抗干擾能力強。大量的實驗表明電力線擴頻通信對單頻、白噪聲等具有極強的抗干擾能力[4]。理論上也證明,抗干擾能力與頻譜展寬成正比。在工業干擾十分嚴重的礦井通信，這一優點是非常重要的。

（2）易與其它通信裝置共用信道。由于擴頻通信具有較低的功率密度,對其它通信裝置不造成干擾,也不受其它信號的干擾,因此借助于已有的信道，能夠實現信道的共用,減少建設投資的成本，增加通信效率。如使用的工業電信道和泄漏電纜等。

（3）具有碼分多址（CDMA）的功能。全部的通信用戶使用同一個頻帶,但分別使用擴頻碼不同的序列,并使它們之間具有極小的相關系數,實現各用戶間的互不干擾,即形成了碼分多址,與時分多址和頻分多址相比，這種方式更方便、更為有效、更易于組網。

（4）使模擬信號與數字信號間具有較好的兼容性。擴頻通信系統不僅能傳輸數字信號,也能將模擬量使用A/D轉換為數字量,再實施擴頻通信,使系統具有較多且更方面的應用功能。此外，擴頻通信系統還具有抗多徑效應、抗衰落及精確測量等優點。在遙控、探測、導航、電子對抗及空間通信等方面，擴頻通信得到了廣泛的應用。

2應用前景

2.1煤礦井下救護通信

在井下，隨時會有塌坊、冒頂等事故的發生，有效的急救是減小損失的唯一方法，而可靠的通信網絡是有效急救的前提。

無線通信是所有通信措施中最好、最有效的。但在此狀況下電波干擾會大幅度降低一般的通信方式的可靠性，而電力線擴頻載波通信擁有較強的抗衰減和抗干擾能力，因此使用該通信技術能很好的解決這一難題。

2.2基于擴頻載波通信的無線通信網

目前，雖然煤礦企業擁有較為完善的有線通信網絡，但如果生產現場的電纜出現損壞，就會中斷與集團中心間的通信，直接影響生產一線調度與集團調度中心的指揮，并且較難恢復被破壞的光纜。又因為煤礦大多都位于地形復雜的大山中，井下生產部門僅使用有線通信與外界聯絡，是極不可靠的，因此需要為有線通信建立起無線通信保障。

電力線擴頻通信技術的特點非常適用于中小型煤礦的通信。擴頻碼分多址技術在實際應用中得到了充分的驗證，并獲得大范圍的推廣。擴頻載波通信與其它通信設備共用信道。此外礦區一般處于地理環境復雜，干擾源較多的地區，建立有線通信投資高，并且維護困難。而擴頻載波通信的優點使其能夠將無線通信網絡建在礦區。

同時，擴頻碼分多址技術形成較為靈活的通信網絡，只要得到允許或授權，沒有入網的用戶即可隨時入網，而無需重新布線。

2.3井下數據通信

煤礦井下數據大多來源于各種傳感器與監測監控系統。一般的監測監控系統信息數據的傳輸速率低于2400bps。可將井下多個監測監控系統的分站聯系在一起，與話音設備共用傳輸速率為64kbps的信道進行傳輸。然而，隨著煤炭業對新技術應用的需要不斷加大，也提高了對監測監控系統的數據傳輸速率的要求，比如煤礦的采場礦壓和巷道參數實時監測監控體制需要同時對數百個傳感器實施動態數據的收集、統計和處理，具有極大的數據量。目前因為受通信條件的限制，該系統實時性較差，其應有的作用得不到充分的發揮。

3結語