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1煤矿井下电力线扩频载波通信系统 1.1电力线扩频通信系统示意图 在发送单元里，使用伪随机码对信息码序列实施频谱扩展，生成的扩频信号序列对载波（频率为120kHz）进行载波调制，再通过放大后，由耦合电路传输给电力线。在接收单元，选频电路发送频率为120kHz的载波，通过载波解调恢复其原始的扩频信号，再使用解扩电路对扩频信号进行跟踪、捕获和自相关运算，恢复原信息码完成解扩。 根据锁相环理论，在接收单元中可对120kHz的载波使用同步滤波实施提纯，有效改善扩频通信系统的处理增益。 1.2扩频处理增益 结合扩频系统理论，处理增益Gp表现了扩频系统具有的抗干扰能力优劣[3] （1）其中BRF为通过扩频后信号的射频带宽,Bb为数字基带信号带宽。由式（1）可以看出，BRF/Bb越大，系统具有的抗干扰能力就越强。在地面高载频通信中，为了充分显示扩频通信的优势，BRF/Bb可达数百甚至上千。但是目前井下电力线载波通信使用的信道处于中低频窄带，根据限制的试验条件和信道带宽，试验取BRF为20kHz。此时信号带宽Bb与信息速率Rb近似相等，可以Rb来表示。Rb的选择要满足矿井一般监测信息传输速率和传输稳定性的要求，在此试验选取Rb为0.6kHz。所以，处理增益Gp约为15db。 1.3载波频率f0的选择载波频率f0的选择按照以下原则： （1）避开工频谐波。 （2）适当的频率范围。载频过高可导致辐射损耗的增加；过低则会影响信号的传输距离，同时造成调制后的信号低端出现较大的衰减。 （3）降低对井下其他通信装置的干扰。通过研究其他煤矿载波信道公布的成果，试验中选取120kHz为载波频率（虽未能避开工频谐波，但选取的载波频率为工频频率的2400倍，因此可忽略工频的影响）。 1.4扩频码速率与伪随机码长度的选择 设Rc为伪随机扩频码速率，也可用扩频后码速表示。扩频码对载波进行载波调制后，信号带宽变为20kHz，因此Rc就为10kHz。此时与Rb（0.6kHz）相对应的伪随机码长度应为选15位。 1.5电力线扩频通信主要优点 （1）抗干扰能力强。大量的实验表明电力线扩频通信对单频、白噪声等具有极强的抗干扰能力[4]。理论上也证明,抗干扰能力与频谱展宽成正比。在工业干扰十分严重的矿井通信，这一优点是非常重要的。 （2）易与其它通信装置共用信道。由于扩频通信具有较低的功率密度,对其它通信装置不造成干扰,也不受其它信号的干扰,因此借助于已有的信道，能够实现信道的共用,减少建设投资的成本，增加通信效率。如使用的工业电信道和泄漏电缆等。 （3）具有码分多址（CDMA）的功能。全部的通信用户使用同一个频带,但分别使用扩频码不同的序列,并使它们之间具有极小的相关系数,实现各用户间的互不干扰,即形成了码分多址,与时分多址和频分多址相比，这种方式更方便、更为有效、更易于组网。 （4）使模拟信号与数字信号间具有较好的兼容性。扩频通信系统不仅能传输数字信号,也能将模拟量使用A/D转换为数字量,再实施扩频通信,使系统具有较多且更方面的应用功能。此外，扩频通信系统还具有抗多径效应、抗衰落及精确测量等优点。在遥控、探测、导航、电子对抗及空间通信等方面，扩频通信得到了广泛的应用。 2应用前景 2.1煤矿井下救护通信 在井下，随时会有塌坊、冒顶等事故的发生，有效的急救是减小损失的唯一方法，而可靠的通信网络是有效急救的前提。 无线通信是所有通信措施中最好、最有效的。但在此状况下电波干扰会大幅度降低一般的通信方式的可靠性，而电力线扩频载波通信拥有较强的抗衰减和抗干扰能力，因此使用该通信技术能很好的解决这一难题。 2.2基于扩频载波通信的无线通信网 目前，虽然煤矿企业拥有较为完善的有线通信网络，但如果生产现场的电缆出现损坏，就会中断与集团中心间的通信，直接影响生产一线调度与集团调度中心的指挥，并且较难恢复被破坏的光缆。又因为煤矿大多都位于地形复杂的大山中，井下生产部门仅使用有线通信与外界联络，是极不可靠的，因此需要为有线通信建立起无线通信保障。 电力线扩频通信技术的特点非常适用于中小型煤矿的通信。扩频码分多址技术在实际应用中得到了充分的验证，并获得大范围的推广。扩频载波通信与其它通信设备共用信道。此外矿区一般处于地理环境复杂，干扰源较多的地区，建立有线通信投资高，并且维护困难。而扩频载波通信的优点使其能够将无线通信网络建在矿区。 同时，扩频码分多址技术形成较为灵活的通信网络，只要得到允许或授权，没有入网的用户即可随时入网，而无需重新布线。 2.3井下数据通信 煤矿井下数据大多来源于各种传感器与监测监控系统。一般的监测监控系统信息数据的传输速率低于2400bps。可将井下多个监测监控系统的分站联系在一起，与话音设备共用传输速率为64kbps的信道进行传输。然而，随着煤炭业对新技术应用的需要不断加大，也提高了对监测监控系统的数据传输速率的要求，比如煤矿的采场矿压和巷道参数实时监测监控体制需要同时对数百个传感器实施动态数据的收集、统计和处理，具有极大的数据量。目前因为受通信条件的限制，该系统实时性较差，其应有的作用得不到充分的发挥。 3结语 #p#分页标题#e# 电力线扩频载波通信在煤矿通信中具有广阔的应用前景，改变了传统的井下通信方式，简单可靠，间接给煤矿的安全生产带来长久的效益。 通过对电力线扩频载波通信系统在井下通信应用的分析研究，将其推广至井下救援通信和各种监测监控系统的数据通信中，提高了系统运行的可靠性，降低系统的维护与投资的成本。在地理复杂、环境恶劣的矿区中也可实现通信系统可靠及稳定地通信。
