一、TD－LTE井下移动通信系统设计方案

1工作频率

2013年11月公布了TD－LTE频率规划，共有210MHz带宽，其中中国移动130M、中国电信40M、中国联通40M。煤矿井下与地面隔离性好，不存在与公众移动网的共存干扰，井下TD－LTE系统不用考虑改频，采用公网频段即可，这样的好处是可以降低产品研发成本从而减少建设成本。在公众网TD－LTE建设中，中国移动建设最早，已建成基站数最多，终端种类最丰富。频率选择方面首选中移动的频段。

2TD－LTE语音与调度解决方案

TD－LTE移动通信系统只有分组域，不再通过电路域支持语音业务，语音通信采用VoLTE的方案，即在TD－LTE系统中引入IMS(IPMultimediaSubsystem:IP多媒体子系统)，由IMS系统提供语音通信控制能力，IMS是最先进的软交换技术，采用业务与控制、承载分离的架构，支持多媒体业务。通过IMS系统提供IP语音，具有QoS质量高、方便与其他系统融合的特点。

3系统组成

井下TD－LTE移动通信系统构成，包括地面和井下2个部分。地面部分包括核心网EPC、多媒体交换调度系统MMSS。为实现办公区和居民区的覆盖，井上还可以部署TD－LTE基站。MMSS是集IMS、多媒体调度以及语音网关等功能的多媒体交换调度系统，实现语音、视频调度功能，并提供E1接口与程控交换PBX互联互通。井下部分主要有矿用基站、本安手机、DTU等设备。TD－LTE的井下基站设备作为无线接入点，根据覆盖需求部署在煤矿井下井下基站通过百兆以太网接口直接就近接入到工业以太环网，工业以太环网为井下基站提供可靠传输。TD－LTE矿用终端包括本安型手机和数据传输单元DTU，DTU应支持RS485/232接口和以太网接口，用于与井下传感器、固定和移动视频监控摄像机连接。

4宽带无线性能

TD－LTE矿用基站最大发射功率500mW，采用2通道板状天线在井下巷道可以实现500m半径的覆盖。由于TD－LTE工作在频率较高的2GHz频段，属于视距传输，无线绕射能力差，煤矿井下主巷道较为笔直，每1000m左右部署1个基站，大多弯曲的巷道需根据实际勘测后确定基站部署，从而保证无线覆盖连续。在拐弯较多的巷道可以采用与泄露电缆覆盖结合的方式，实现低成本无缝覆盖。矿用终端发射功率最大250mW，辐射小，适合井下环境使用。煤矿井下业务以上行为主，TD－LTE按照UL∶3/DL∶1的时隙配比，在20MHz载波宽度的条件下单个基站可支持上行28Mbps，下行26Mbps的数据传输能力。业务时延低、视频传输能力强。

二、TD－LTE为井下移动通信系统功能特点

1)系统实现了结合井上与井下的覆盖需求，对煤矿提供了一个全面的宽带无线覆盖，实现井上井下统一调度、有线无线融合通信。满足煤矿行业生产“听的见”需求。

2)利用TD－LTE的支持高清视频监控特性，可以在井下设备检修、故障排除时为专家会诊提供高清移动视频和局部细节的高清图片，保障安全生产。满足煤矿行业生产“看的清”需求。

3)利用TD－LTE无线部署简单的特性，可实现有线无法到达区域井下有害气体、环境安全数据、设备运行参数等监控传感器的无线数据远传，为智慧矿山物联网丰富了感知层数据点。扩展了监控的范围，提升了安全预警能力。

4)利用TD－LTE提供的无线定位能力，可提供井下人员导航，在发生紧急情况时，通过定位功能快速确定撤退路径，减少人员伤亡。

5)利用TD－LTE提供的高速数据传输通道，通过井下工作人员携带传感器、摄像头，使井下的工作人员成为一个个移动的探测节点，填补现有监控设备的盲点，提升井下安全度。

6)矿用TD－LTE移动通信系统与移动公网相结合，借助移动互联网技术，使用智能手机，可在终端上实现远程的宽带移动办公、智能巡检、告警推送、企业信息等应用。无时无刻相关的管理人员及领导均对整个的生产情况能够做到运筹帷幄。

7)TD－LTE井下移动通信系统提供了一个语音、数据、图像融合的高带宽平台，并且接口高度开放，可以在此平台基础上开发适合煤矿生产的各种应用。

三、结语

基于TD－LTE技术的井下移动通信系统架构简洁，设备小型化、低功率非常适于井下环境部署。其低时延、宽带传输特性可以保证语音、数据、高清视频的QoS质量，完全满足智慧矿山井下多业务宽带无线传输需求。系统支持基于IMS的音视频多媒体调度，并可与原有基于程控交换的矿用调度系统互联互通。实现了有线无线融合的调度，强化补充了矿用调度通信系统。

作者：张晓莉郭庆单位：西安科技大学大唐移动通信设备有限公司