[发明专利]一种多模式矿井移动通信系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种煤矿井下移动通信系统，具体地说是涉及一种多模式矿井移动通信系统。

背景技术

现有的矿井移动通信系统大多采用小区制蜂窝网络，在发送端和接收端各采用一根天线。然而，对于矿井限定非自由空间环境，传统的井下单发射天线和单接收天线信系统(即单输入单输出，SISO)存在多径衰落严重、环境噪声影响大、信道容量小和传输损耗大等问题，难以满足矿井移动通信和移动监控的需要，特别是在多径衰落深度较大的矿井环境，由于井下设备的防爆要求和发射机功率受限，通过增加发射功率难以克服深度衰落。随着MIMO技术在移动通信系统的广泛应用，集中式多天线系统，分布式多天线系统已成为移动通信系统典型的无线网络结构。而集中式MIMO系统采用传统的蜂窝结构，将基于MIMO技术的多个天线集中部署，仅通过要求各天线间的间距等于或大于信号半波长，从而使收发天线对小尺度衰落不相关而获得相应的增益。然而矿井覆盖范围纵横可达数十公里，煤矿井下空间狭小、巷道倾斜、表面粗糙，有拐弯和分支，井下电磁干扰严重，电磁波传输损耗大，采用传统的SISO系统和集中式MIMO系统往往存在着阴影区或通信盲区，即天线由于集中放置而无线网络无法覆盖到井下狭长巷道或拐弯巷道区域，在这些区域内信号衰落非常明显甚至根本无法通信，而且传统集中式MIMO天线选择技术通过减少射频单元的数量和改善空域相关特性等方法，也无法应用于分布式多天线网络结构中。因此，针对煤矿井下的特殊性，研究抗灾变、抗干扰和无盲区的矿井移动通信系统，显得十分必要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多模式矿井移动通信系统和数据传输方法，旨在解决上述不足之处，特别是为了克服现有的矿井通信系统信道容量较小、抗干扰能力差和存在通信盲区问题，提供了一种高带宽、抗干扰能力强、覆盖范围广、通信质量好的多模式矿井移动通信系统和数据传输方法。

本发明采用的技术方案是：一种多模式矿井移动通信系统包括控制调度单元，无源光网络，井下防爆多输入多输出(MIMO)基站，井下防爆单输入单输出(SISO)基站，分布式MIMO天线和井下移动终端；系统采用正交频分复用多址(OFDMA)射频技术，能够选择包括SISO模式、MIMO模式和混合模式多个操作模式工作；在SISO模式中，系统通过所述分布式MIMO天线的MIMO通信网关和远端天线单元处理SISO信号；在MIMO模式中，系统通过所述分布式MIMO天线的MIMO通信网关和远端天线单元组处理MIMO输出信号；在混合模式中，系统通过所述分布式MIMO天线的MIMO通信网关与天线单元组处理SISO和MIMO输出信号。

所述MIMO基站被配置成TD-LTE或WiMAX基站，至少输出第一信号和第二信号，并且通过光纤分别与分布式MIMO天线的MIMO通信网关和远端天线单元组连接；所述SISO基站被配置成WCDMA或WiFi基站，至少输出第一信号和第二信号，并且通过光纤分别与分布式MIMO天线的MIMO通信网关和远端天线单元组连接；MIMO通信网关通过耦合器与MIMO基站耦合，并被配置为在相应的第一天线端口和第二天线端口接收来自所述MIMO基站的所述第一信号和所述第二信号，并且在至少一个输出端口上提供输出信号，该输出信号包括所述第一信号的至少一部分以及所述第二信号的至少一部分。

所述MIMO基站和所述SISO基站分别与所述分布式MIMO天线的MIMO通信网关相耦合，并且通过加法电路将MIMO信号和SISO信号组合后通过MIMO通信网关选择性地与远端天线单元进行通信。

所述系统实现天线选择的方法步骤包括：

第一步：MIMO通信网关周期性地监测各个远端天线单元所接收的井下移动终端信号，对第i个天线单元与井下移动终端接收信号强度(RSSI)参数值建立映射关系i→RSS⁽ⁱ⁾[i]；

第二步：MIMO通信网关依据各井下移动终端的监测结果，更新天线单元映射表中井下移动终端的信号强度参数RSS⁽ⁿ⁾[N]；

第三步：MIMO通信网关对N时间内各天线单元所对应的井下移动终端的各次信号强度RSS⁽ⁿ⁾[n]加权求和后计算统计平均值并将与判决阈值P_init比较(P_init是根据不同的空中接口传输技术的接收能力所得出的判决阈值)；