【摘要】本文总结了我国煤井通信运行中存在问题，并分析扩频通信在现代煤矿生产中的应用，结合扩频通信的相关技术，讨论如何在现代煤矿生产中应用扩频通信，旨在提升煤矿生产过程中的信息通讯能力。
【关键词】扩频通信；煤矿通信；系统应用
扩频通讯是一种现代化信息通讯手段，广泛应用于现代通信之中。煤炭生产环境具有特殊性，对通信的依赖性更强。传统煤炭通信不能满足煤炭生产的需要，势必要引入一种新的信息通讯技术。扩频通讯技术由此进入人们视野。
一、现阶段我国煤炭通信的现状
在传统煤炭生产过程中，漏泄无线通信、感应通信和动力线载波通信是主要的通信形式，但由于上述通讯方式存在多方面问题，一直不能在煤炭生产中得到有效的推广，落后的通信方式成为阻碍现代煤炭事业发展的主要因素。煤炭生产人员也迫切的希望能都得到一种新的通信媒介，实现井下与地面之间的快速信息传播。近年来，国内外技术人员都在探讨如何制造一种传输速率块、成本低廉、无需重新布线的信息通讯系统。
二、扩频通信系统构成与原理
1、基本理论基础
香农公式成为扩频通信系统的理论基础，在香农公式C=W*log2（1+S/N）中，C代表信息传输速率，W代表频带宽度，S/N代表信噪比。由公式可以得知，提升C的方式主要有两种，一是增加W数值，二是增加S/N数值。在公式计算过程中，为了保持C的稳定性，W数值与S/N数值是可以互换的，这就保证当信号功率接近或低于噪音频率时，扩频通信可以通过宽带传输带换取信噪比，这也是扩频通信的基本理论基础。
2、SC1128 扩频通信芯片
直接序列扩频技术开发设计的SC1128扩频通信芯片，具有63位伪随机码，采用0.5μmCMOS技术，灵敏度为70参数μV。
在芯片设计之初，考虑到电力网阻抗具有不稳定性和信号衰减大等特点，将芯片设计成一个灵活透明并支持重新设计的电子系统。SC1128芯片采用拥有较强扩频技术入动态范围（120dB），具有抗干扰力强、接收灵敏度高（高达70μV）、抗干扰力强等优点。在运行过程中，扩频带宽为59～535kHz，数据传输最大波特率可达5.75kbps，并可以支持不同型号的软件设定。内置看门狗电路和电源监测电路等系统保护、检测系统；同时具有时钟电路，为相关时间运算、管理功能软件提供时钟支持；掉电保护可以在掉电时进行数据保护。输出正弦波和方波两种波形且具有功率放大作用。
3、直接系列扩频扩频通信模型
以伪随机码序列作为扩频函数直接序列扩展频谱通信为例，研究扩展频谱的系统模型。下图为系统的基本组成框图，将系统的发端简化为扩频和调制、收端简化为解调和解扩，由信源输出信号a（t）表示数字信息流，伪随机码产生器生产高速伪随机码c（t），将a（t）与c（t）进行相乘或模二加计算，产生一扩频序列。这一码系列由于码元很窄，占用了很多的频带，最终达到扩频的目的。之后可以利用扩频序列调制载波，可以得到已扩频调制射频信号s（t）。在接收端，接收到的扩频信号经混顿和高频放大之后，利用与发端相同且具有同步伪随机码的中频扩频信号进行运算（相乘）。这时，由于收发伪随机码相关系数为1，因此可以完全恢复出所传输的信息a（t），完成最终的数据（信息）传输.对于干扰声波与噪声，由于与接收机伪随机码不相关，在相关解调时大大降低了进入信号通频带内的干扰。
三、扩频通信系统在煤矿通信系统中的应用及未来发展
1、扩频通信在煤矿通信中的优势
（1）抗干扰能力强
扩频通信有很强的抗噪声干扰、单频干扰和其它干扰的能力，事实证明，当频谱展宽得系数越大，其抗干扰的能力越强，在煤炭通信系统应用过程中要重点研究这一点。
（2）其它通信设备的融合系数高
扩频通信功率密度低，且不干扰其它通信设备，受其它信号的干扰也较小，能实现不同通信设备之间共用信道，提升整个煤炭通信系统运行能力；也可以借助于已有的信道实现信道的复用，降低建设投资。
2、井下数据通信
井下作业数据主要来源于煤炭生产监控系统与信息传感器。在传统煤炭生产过程中，监测监控系统的数据传输速率不高于2400bps。因此，煤炭通信系统可以将多个监测监控系统汇接在一起，共用一个信道（64kbps）传输数据，不但节省了信息传输时间也节省了生产资金。但是，随着煤炭业应用新技术和技术发展的需要，监测监控系统数据速将会大幅度上涨，这一现象已存在于煤炭生产中，例如巷道和采场矿压参数实时监测系统要同时对数百个传感器进行数据收集整理，数据量及其庞大。受通信条件的制约，目前该系统不能发挥应有的作用。现阶段扩频通信一般采用数字通信与码分多址技术，符合现阶段煤炭生产数据和图像传输的需要。
3、煤矿通信的无线通信网
扩频通信技术更适合中小规模煤矿的生产通信。首先扩频码分多址技术理论已在实践中得到了检验并得到广泛推广。扩频技术通信还能与其它网络通信融合，符合小规模企业降低生产成本的需要。另外矿区的地理环境一般比较复杂、干扰源较多，建立有线通信投资大，而且维护困难。扩频通信的优点便是能在地形复杂的矿区建立无线网络系统。同时，扩频码分多址技术组成的通信网络组网灵活，没有入网的用户只要申请得到允许可随时入网，省去有线传输中重新布线的麻烦。
4、泄漏扩频通信
我国煤矿目前使用的漏泄通信的代表性产品是煤炭科学研究总院研制的KT6型漏泄通信系统，本文的通信系统将用扩频通信机取代该系统中的基地台、手持台与车载台的功能，新的系统将达到：①无中心控制，所有分机可以随时入网，实现码分多址；②通信距离可以加长；③研制泄漏电缆与感应信道的结合设备，完成两个信道信号的接口的优点。该系统将更加适合现阶段煤炭生产通信的需要。
结束语
扩频通信以其较强的抗干扰、抗衰落、抗多径性能而成为第三代通信的核心技术。在煤炭生产作业过程中，必须要拓广扩频通信在生产通信中的应用范围，强化扩频通信的使用频次，推动煤炭通信逐步走向科学化、现代化，保证安全生产、效率生产，提升企业效益，保证工作人员生命财产安全。
参考文献
[1]吕振，汪晋，苏国军.基于直接序列扩频技术的矿井通信系统[J].煤矿安全，2013（6）：132-137
[2]申彦春，吴铮，赵庆利. 基于扩频通信系统接收同步技术的研究[J]. 仪器仪表与分析监测，2011（24）：130-139
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