900MHz無中心通信系統在隧道礦井應用的優勢

      一、前言         
      近來我國煤礦事故有攀升趨勢，礦井安全生產通信問題已引起國家和社會的關注。由于隧道礦井無線通信存在著空間受限、地型復雜、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，但工程造價昂貴，長期使用泄漏孔會堵塞，難以推廣應用。那么什么樣的通信系統適用于隧道礦井通信？為此，我們收集了大量資料進行分析，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無中心通信系統是否適用于隧道礦井通信？為了證實這一點，２００６年７月１４日三威公司與唐山市特威電子在唐山地區遵化市鐵礦井下做了實地實驗對比，進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。”結論是正確的，這一結論也與ＩＴＵ－Ｒ Ｒｅｐ．９０２技術報告是一致的，即陸地移動頻帶，在隧道中的傳播是以波導方式傳播，頻率越高，通信距離越遠。

      二、礦井通信實驗
      試驗地點：唐山地區遵化市鐵礦井下
　  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
      試驗時間：２００６年７月１４日

圖１  鐵礦井下隧道分布圖
      試驗環境如圖１所示：該礦井是一個品質優良的鐵礦石的開采井。共有：措施井、副井、斜井及風井等出入口，進入地下－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  鐵礦井下隧道實況
      試驗設備：
      １、９００ＭＨｚ無中心對講機Ｖ９（３Ｗ、電壓７．２Ｖ）
　　２、９００ＭＨｚ無中心轉發臺（８Ｗ、電壓１３．５Ｖ、采用４根０．９米定向天線）
　　３、４００ＭＨｚ常規對講機（５Ｗ、ＭＯＴＯＲＯＬＡ）
      試驗情況：
      １、單機通信對比實驗
　　兩人各持一部９００ＭＨｚ對講機Ｖ９和４００ＭＨｚ常規對講機，同時在井下背向行走。４００ＭＨｚ常規對講機在兩人相距５０－６０米處，語音就不清楚。到兩人相距８０米時，無法通訊。最遠不過１００米。
      而９００ＭＨｚ對講機Ｖ９兩人一直走到直線盡頭（距離約５００－６００米）仍語音清楚，當一人轉進一個彎（約４５度）語音仍然清晰。當轉進第二個彎（約３０度）時，往前２、３米后。語音突然沒有。
      ２、９００ＭＨｚ無中心轉發臺在井下通信試驗
      ９００ＭＨｚ轉發臺架設位置見圖１。９００ＭＨｚ轉發臺（功率為８Ｗ）有兩個接收機：一主、一從。接收主臺Ａ與從臺Ｂ相距４０米左右。兩個接收機各用一個功分器分出兩個端口，分別接兩根定向天線（即一套轉發臺共接了四根定向天線）。主臺Ａ的天線指向南分支和風井方向，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發臺有約４００－５００米，從轉發臺繼續直線向前，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，繼續向前２００－３００米（風井地下變電站處）語音才斷斷續續，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）。

      一人仍站在風井地下變電站處，另一個人從轉發臺另一側走進北分支拐彎（約１３５度），前進１００米后，沒有信號，不能通信。
      其他說明：在測試中，轉發臺天線的架設和位置，對通訊有較大影響。當天線架設距在礦井粗糙的墻壁約一米處時，通訊距離則只能到達第三個彎之后約２０－３０米。（轉發臺另一端無大影響，主要是因為那一端是直線。）只有當天線架設在礦井中間時，才能與風井發電站清晰通話。
      結論：從以上實驗測試可以得到如下結論：在隧道礦井通信中，９００ＭＨｚ無中心通信系統對講機明顯優于４００ＭＨｚ常規對講機，通信距離是其１０倍以上。

      三、人防工事、隧道通信實驗
      為弄清楚高頻、甚高頻電臺在地下坑道、工事、隧道中應用的可能性，我們在地下商場、人防工事、隧道進行了一系列試驗。例如在無錫市人防部門協助下，我們在某地段圓拱形人防工事內（工事拱頂離地面高約２米）用１５０ＭＨｚ、４７０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ三種手持機進行了直線通信距離對比試驗。１５０ＭＨｚ發射功率３瓦，兩臺手持機可通３０４０米；４７０ＭＨｚ發射功率１瓦，兩臺手持機可通６０７０米；９００ＭＨｚ發射功率１瓦，兩臺手持機可通５００米以上；由于條件限制，距離未進一步拉開。試驗數據的重復性穩定，說明了在坑道、工事、各種礦井內，９００ＭＨｚ電臺遠比１５０ＭＨｚ、４７０ＭＨｚ電臺優越，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（發射功率１瓦）在橫嶺１號、２號隧道進行了通信試驗。
      手持機甲固定在１號隧道口，手持機乙向洞內移動，每隔２０米通信聯絡一次。試驗結果，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，通話聲音強度無變化，始終清晰、響亮。緊接著乙臺進入長２０米空地，在１號隧道和２號隧道之間的橋上，通信仍暢通。以后乙臺進入２號隧道，甲臺仍在１號隧道口原地，通信聯絡保持良好，乙臺進入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。
      這次試驗表明，即使是在有圓弧形彎曲的隧道中，９００ＭＨｚ電波傳播也是穩定的，而且場強分布比較均勻，通信無“死點”。與１５０ＭＨｚ、４７０ＭＨｚ電臺相比，其優越性是比較突出的。因此，９００ＭＨｚ無中心系統是構成山區鐵路系統通信網的優選系統，與其它系統比較，９００ＭＨｚ無中心系統投資少，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一在一個網內，便于指揮和調度。
      結論：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無中心通信系統的優勢
    （１）９００ＭＨｚ無中心多信道選址移動通信系統，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、數字選呼等特點。可設置多組地址碼（單呼號、組呼號、群呼號、網呼號），可以點對點通信，也可點對多通信，特別適合作調度網。該通信網絡結構簡單，組網快捷方便，產品價格適中。該通信系統產品也是國家無線電管理局大力推廣的。
    （２）數字集群功能強大，但終端產品昂貴，網絡結構復雜，建網投入費用龐大。
    （３）ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＰＨＳ這些系統均需基站方可進行通訊，建網投入費用龐大，還不能實現組呼、群呼功能。遇緊急狀況如停電、水火災、地震等基站損壞，單機無法通信，形如廢鐵。
      （４）１５０ＭＨｚ４０