1   方案设计

1.1 设计依据

本技术建议书遵循以下技术规范编写：

Ø   《煤矿安全规程》

Ø   国家煤矿安全监察局《煤矿井下避难所试点建设基本要求》（煤安监司办2010第9号）；

Ø   国家安全监管总局国家煤矿安监局关于《建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》（安监总煤装〔修2010〕146号）；

Ø   《煤矿安全装备基本要求》；

Ø   《煤矿通信、检测、控制用电工产品通用技术条件》（MT 209）；

电信行业的相关规范

Ø   GB4943-90  信息技术设备的安全

Ø   GB5081-85  电子产品现场工作可靠性、有效性和维修性数据收集指南

Ø   GB7611-87  脉冲编码调制通信系统网路数字接口参数

Ø   GB9254-88  信息技术设备的无线电干扰极限和测量方法

Ø   GB/T6879-95 2048kbit/s，30信道PCM复用设备的技术要求和测试方法

Ø   GB/T13543-92  数字通信设备环境试验方法

Ø   MT401-1995煤矿生产调度通信系统通用技术条件

安全生产的规范

Ø   GB3836.1－2000  爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求

Ø   GB3836.2－2000  爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”

Ø   GB3836.4－2000  爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i”

Ø   GB/T4208-93  低压电气外壳防护等级

Ø   ZBD 98 001-90  煤矿机采工作面通信、控制装置

Ø   系统井下设备除满足上述标准及其他相关标准规定要求外，在结构、隔爆接合面、外壳机械强度、坚固件、引入装置及电气安全等均应符合各自产品标准规定的要求。

Ø   按照煤矿安全有关规定应具有认可、许可、认证（如煤安及防爆认证）等的设备、材料，并提供符合各自产品标准规定并符合上述认可、许可、认证的产品及服务。

1.2 设计原则

1.  坚持以《煤矿安全规程》为依据，统筹规划，突出重点，应用成熟的煤矿成熟可靠的设备为原则。建设及完善煤矿调度通信指挥系统，实现煤矿地面及井下立体综合智能有线、无线于一体，有力地保障安全生产。

2.  新建设的无线通讯网络能与现有的井上下有线通讯网络有机结合，以扩大专网的应用领域。

3.  灵活性和兼容性原则：考虑系统升级扩容的灵活性和兼容性。系统是开放式、分布式的系统，使得在不改变原有设备的情况下能方便的升级、扩容，确保系统的科学合理和先进性。

4.  扩容无需再进行繁杂的布线工作，能与现有设备有机对接，同时系统还留有很大的冗余，保证将来系统扩容升级时无需替换现有设备，避免重复性投资。

5.  系统硬件采用模块化设计，使用先进可靠的设计制造技术，在系统结构形式和控制方式上确保系统的可靠性。硬件连接简单、方便实施。

6.  系统设计人性化，功能丰富，操作上易用性强；硬件连接简单、方便实施。

7.  系统设计合理，集成度高、造价低。

8.  系统必须符合国家相关规定，整个系统必须具有煤矿安全标志

2   系统构成

2.1 系统架构

4G无线通信系统由地面调度服务器、录音服务器、4G核心网系统、井上无线基站、井下无线基站、无线手机、本安型隔爆电源、光缆等组成。每部无线手机设置自己的电话号码，无线基站只作为无线接入点，可以方便布置在需要的区域。同时，地面调度系统可以对所有手机用户呼叫进行录音，以备事后检查。

核心调度服务器：实现电话业务交换功能、电话调度功能、短信服务功能。

录音服务器：实现对无线手机的录音、数据管理、数据统计、提供查询等。

核心网系统：支持语音、短信、数据等基本功能。

无线基站：井下4G基站为4G综合通信分站，支持4G、以太网数据连接。

2.2 系统说明

l  井下部署4G无线基站，提供4G信号覆盖；4G基站可任意的连接，光缆、网线等任意拓展。

l  核心服务器可以通过E1数字中继或模拟中继与现有调度交换机、行政交换机互连，实现手机与现有行政电话、井下生产调度电话互联互通无缝衔接。

2.3 实现的基本功能

l  综合业务：实现地面与井下的无线信号覆盖，提供提供语音、数据、高清视频、短消息、定位等功能；提供呼叫、强插、强拆、监听、会议、录音等调度功能；

l  系统容量大：支持10000注册用户，支持500路以上语音并发，并支持堆叠扩容；

l  覆盖范围广：4G基站中4G信号在水平巷道中覆盖距离大于800米；

l  可靠性高：支持环形组网，在光纤传输遭到破坏时可以自动完成链路切换；

l  标准接口：核心网支持SIP接口，可以接已有SIP调度系统，保护原有投资；

l  互通互联：可以在无线通讯系统网络覆盖范围内与矿井有线通讯系统通信；

l  无线中继：井下基站支持无线中继连接及移动无线接入，方便设备部署，适用于临时或移动无线信号覆盖；

l  移动应用：配合智慧矿山系统软件，通过数据采集接口，实现智能手机对安全监测监控系统、人员定位系统、原煤计量系统等综合自动化系统的监测监控。并具有良好的扩展性，在后期可接入其他的自动化系统。

3   系统部署设计

3.1 工程范围

工程范围包括地面、井下4G无线通信系统的设计、制造、供货、运输、安装、调试、试运行、培训及质保期维护。

1）在煤矿建设一套地面、井下4G无线通信系统。

2）实现地面、井下4G无线通信系统与矿井行政、调度通信系统联网。

3）完成系统硬件安装及软件调试，并提供全部图纸及技术资料。

4）对用户进行技术培训。

5）售后服务。

3.2 总体规划   

地面配置1台千兆环网交换机，井下布置5台千兆环网交换机，通过光纤组成稳定可靠的环网，基站就近接入1台环网交换机。矿区与矿区之间采用光纤连接，矿区地面布置两台大基站。实现无线网络井上井下全覆盖，地面覆盖矿区办公楼、食堂、宿舍楼。。。井下实现主运、辅运、综采工作面等的网络覆盖。无线信号覆盖主要由核心网、网管服务器、地面用信息传输接口、地面用大功率基站、矿用基站及核心网功能软件、多媒体调度机、多媒体功能调度软件、交换路由设备、中心机房电源柜等配套设备。

Ø  核心网1套：集成IP调度交换机和LTE核心网的功能，完成无线用户的交换调度等功能，实现与外部语音、数据网络的互联互通。

Ø  PC网管服务器1台：放置在信息中心机房，通过IP网络连接其他设备。是本系统的操作维护客户端和控制面板，提供系统管理、配置管理、告警管理、软件管理、性能管理、安全管理、网络健康检查等功能；

Ø  录音服务器：实现对无线手机的录音、数据管理、数据统计、提供查询等；

Ø  地面千兆环网交换机一台；

Ø  地面用4G LTE大功率基站1台，主要完成基带信号和射频信号的调制解调，数据处理、功率放大、驻波检测等功能；通过工业环网、光纤连接地面用信息传输接口，用于地面无线信号覆盖，基站及基站天线放置于煤矿地面区域高层建筑顶端；

Ø  矿用基站40台：安装在井下主巷、顺槽、工作面等地点实现井下无线信号全覆盖，通过工业环网、光纤连接地面用信息传输接口；

Ø  提供基站配套的矿用煤安认证电源。

Ø  矿用本安型环网交换机5台，4G无线通信系统单独组网；

Ø  配置4G本安型三防智能手机100部。

3.3 井下基站部署设计

矿用本安型4G无线通信系统基站需符合煤矿安全规范，并采用************4G-LTE 无线通信技术，可以实现更快的数据传输速率和更高的传输带宽，让用户获得全新的业务体验。设备符合4G-LTE技术规范的无线信号，提供手机终端接入的无线接口，实现对手机终端信号的处理，提取出其中的业务数据，并通过符合802.3传输规范的网络接口接入工业环网等，传递到系统网络设备，完成与其他业务终端或业务服务器数据交互和通信。同时本产品还可以在本地提供RS485数据传输接口和以太网口功能。

井下由于多为狭长型通道，因此采用分布天馈系统（耦合器，定向天线）方式。根据巷道走势、天馈系统的覆盖能力，井下规划若干台基站。以下通过图示来展示室内以分布天馈系统覆盖模式对主井、副井、井下临时、永久避难硐室等区域进行无缝覆盖。

井下基站设计布点原则：

l  直巷主要采用定向天线覆盖，根据巷道宽度密度在600m~800m之间；

l  巷道交错区域，在交叉路口设立一个基站、并采用多个天线进行分别覆盖。

煤矿4G通信系统井下基站布置图：

4G通信系统井下基站安装布置表：

3.4 地面基站部署设计

基于4G TD- LTE技术的高带宽，传输速率最大达到上行50Mbps，下行100Mbps；

单基站覆盖最小半径：地面2公里（无起伏、遮挡）；井下巷道（无遮挡）无线信号不小于400米。

地面基站采用BBU+RRU大功率宏站的方式，很好地完成地面办公区、宿舍区、选煤厂、停车场等区域的覆盖。

其中BBU需要GPS信号进行时钟同步，放置于中心机房，RRU安装于办公楼和宿舍楼楼顶，通过光纤和BBU连接。

煤矿4G通信系统地面基站安装布置表：

3.5 录音系统部署设计

录音服务器采用全数字录音，音质采用G.711标准，是电信级通话音质；能对系统内所有分机、环路中继及数字中继进行实时在线录音；采用大容量硬盘作为存储介质，录音时间长达18000小时。

采用WEB登陆在线录音系统的访问方式，查询通话记录和录音文件的播放，能按时间和分机号进行查寻、播放任意时段的历史语音数据。软件界面使用中文显示，功能完善，操作方便，同时支持多用户同时登入，录音程序管理维护方便，具有录音文件定期自动删除功能。

3.6 网管服务器部署设计

网管功能模块提供整个网络综合业务调度系统的网管功能接口，管理操作人员可通过网管终端对系统内的所有设备进行管理维护。其中提供了安全管理、拓扑管理、配置管理、故障管理、告警管理等功能。

1.  拓扑管理功能

界面能够显示矿用LTE无线专网EPC、IMS、LTE基站设备的组网连接关系，并能显示各网元设备的位置信息、在位状态信息和工作状态信息（正常或故障）；

2.  配置管理功能

能够对EPC、IMS、LTE基站等开通时需要修改的对外呈现的主要参数进行配置；

③、用户管理功能

支持批量添加网元注册用户；支持批量修改网元注册用户；支持批量删除网元注册用户；

④、告警管理功能

能够及时显示各网元的告警；能够查询网元的活跃告警和历史告警，并能根据告警级别、告警状态、时间段任意组合查询告警信息。支持告警统计分析。

⑤、维护管理功能

能够提供统一网管本身的数据备份和恢复。支持数据手动备份方式，支持备份/恢复被管设备配置信息；能够提供网元的数据备份和恢复。支持数据手动备份方式。

⑥、支持远程维护管理

在组网实现传输通路的情况下，用户在异地通过企业网或Internet网，使用操作维护台远程登录统一网管系统，可以使用统一网管对应权限的功能。

⑦、日志管理功能

支持对各网元的运行日志、操作日志、告警日志、信令日志等各类日志文件的自动存储、手动提取功能。

⑧、安全管理

支持分级用户权限管理，用户密码安全登录验证。

3.7 调度系统部署设计

多媒体调度台由两部数字调度话机和一个液晶触摸屏组成，只需触摸液晶屏上的相应触摸按钮即可实现对应的功能。

系统特性如下：

Ø  尺寸：22寸；

Ø  触摸方式：工业电阻式触摸屏；

Ø  配置：intel i5 2.5GHz/内存4G/硬盘500G；

Ø  对比度: 1000：1；

Ø  响应时间: 8ms；

Ø  调度电话: 外置双手柄电话机；

Ø  可靠性高：全嵌入式触摸屏调度键盘，*每点触摸寿命>>50000000次，硬件寿命5年以上；

调度系统实现如下主要业务功能：

备注设备列表