CN103888178B - 一种多模式矿井移动通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模式矿井移动通信系统，包括控制单元，树形结构无源光网络，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；所述系统动态选择多个模式工作：在SISO模式中，系统通过所述分布式MIMO天线的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天线的通信网关与天线单元组处理SISO和MIMO输出信号。本发明结构简单、部署灵活，系统信道容量大，抗干扰能力强，网络覆盖范围广，能够克服远近效应和消除通信盲区，满足矿用特定使用环境和安全要求，适用于煤矿井下移动通信和移动监控。
Description
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Pinit比较(Pinit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)；
第四步：MIMO通信网关选择M(M≤n)个信号强度大于判决阈值的天线单元，并根据平均功率分配规则P(i)(m)＝Ps/M配置相应的发送功率(Ps为发送总功率)，选择无线信道最佳的天线与井下移动终端通信。
所述控制调度单元由基站控制器和井上调度装置组成，其通过光链路与井下装置进行通信；所述基站控制器通过无源光网络分别与所述SISO基站和所述MIMO基站连接，其通过远端天线单元与所述井下移动终端进行通信。
系统主干网络采用以太网无源光网络技术，网络传输采用波分复用技术，井下无线通信采用基于MIMO-OFDM的无线接入网络，天线系统采用分布式MIMO天线，系统网络结构采用树形网络拓扑结构。
无源光网络由光线路终端、无源分光器、MIMO通信网关组成；无线接入网络由地面基站、井下MIMO基站、井下SISO基站、分布式MIMO天线组成；控制系统由基站控制器和井上调度装置组成。光线路终端通过光纤、波分复用器与井下基站、MIMO通信网关连接；井下基站通过基站MIMO网关与远端天线单元连接；控制系统通过或以太网接口与光线路终端连接；井下移动终端通过分布式MIMO天线的远端天线单元与井下基站连接。分布式MIMO天线部署在井下巷道等和工作面，通过光纤将MIMO通信网关和远端天线单元链接，并沿巷道壁架设在井下巷道 等通信区域，实现井下无线通信区域的场强均匀覆盖，消除井下无线通信盲区。
所述矿井移动通信系统，通过光链路、波分复用器组成系统主干网络。
所述矿井移动通信系统，光线路终端通过系统主干网络与井下基站连接，组成矿井无源光网络。
所述分布式MIMO天线系统由MIMO通信网关和远端天线单元组成。
所述井下SISO基站和井下MIMO基站采用相互独立的上行波长和下行波长，光线路终端通过光纤及波分复用器连接多个井下SISO基站和井下MIMO基站；光链路为系统主干网络提供长距离传输和无源中继。
所述矿井移动通信系统，光线路终端将发射单元输出的下行光信号波分复用后通过光链路向井下基站传输，将光链路传输来的各井下基站波分复用后的上行光波分解复用、输出。
所述光线路终端连接基站控制器，并通过光链路连接井下MIMO基站和井下SISO基站，井下移动终端通过远端天线接口接入井下MIMO基站。基站控制器为井下基站进行无线资源的分配、呼叫处理和功率控制。
所述MIMO通信网关提供无源光接口、以太网接口、CAN总线接口、PROFIBUS总线接口、LONWORKS总线接口、FF总线接口和RS232/485接口接口。其被配置为将以太网数据信号、视频信号、音频信号落地，实现井下数据、视频图像等多媒体业务的传输及工业以太网设备、以太网终端、移动监控与通信设备的接入。
所述井下基站通过光接口与MIMO通信网关连接，通过光接口与远端天线单元连接，为井下移动终端提供无线接入。
所述井上调度装置包括调度控制服务器、移动定位网关和以太网交换机，其分别与通过光纤接口或电接口与光线路终端连接。
所述调度控制服务器通过以太网与光线路终端连接，其内置基站调度控制模块和脱网直通模块。井下移动终端具有脱网直通功能，当基站或光纤链路出现故障时，实现井下人员之间的应急通信。
所述移动定位网关通过与光线路终端连接，移动定位网关通过基于网络的接收信号强度(RSSI)定位技术，为井下移动终端提供定位服务，实现井下人员、机车的定位功能。
所述系统中，井下MIMO基站、SISO基站和井下移动终端为本质安全型防爆设备。
本发明的有益效果在于：
(1)通过SISO系统实施的现有分布式天线基础架构下提供MIMO系统的部署和处理能力，旨在通过SISO模式、MIMO模式和混合模式多模式的选择性耦合或动态切换处理实现矿井移动通信系统的抗干扰能力和应急通信能力。
(2)通过采用基于光纤无线电(RoF)的分布式MIMO天线系统，实现井下无线场强均匀覆盖，克服了井下多径干扰，消除井下通信盲区，解决了井下移动终端的远近效应问题，增强了系统的鲁棒性。
(3)通过采用分布式MIMO天线系统的功率分配与天线选择方法，具有快速切换、无信令开销的优点，提高了矿井移动通信系统的功率效率和切换效率，保障矿井移动通信系统的移 动性要求。
(4)通过MIMO通信网关，将数据信号、视频信号、音频信号落地，实现井下数据、视频图像等多媒体业务的传输及工业以太网设备和有线电话的接入。
(5)通过采用井下移动终端的定位功能，实现对井下人员、机车的移动监控及监测，以及井下人员之间的应急通信。
该系统采用多模式工作方式，结构简单、部署灵活，系统信道容量大，抗干扰能力强，场强覆盖范围广，能够克服远近效应和消除通信盲区，符合矿用特定的使用环境和安全要求，适宜部署在煤矿井下高温、高湿和电磁干扰严重等恶劣工作环境。
附图说明
此处所描述的附图用于对本发明的进一步解释和理解，构成本申请的一部分。在附图中：
图1是本发明实施例的多模式矿井移动通信系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的多模式系统传输信号的方法结构框图；
图3是根据本发明优选实施例的MIMO通信网关的结构框图；
图4是根据本发明优选实施例的基于CSI处理的分布式MIMO系统发射机单元框图；
图5是根据本发明优选实施例的MIMO接收机处理器单元框图；
图6是根据本发明优选实施例的定向耦合器工作原理框图；
其中，10、光线路终端；20、基站控制器；30、波分复用器；40、井下防爆单输入单输出(SISO)基站；50、井下防爆多输入多输出(MIMO)基站；60、MIMO通信网关；70、远端天线单元；80、井下移动终端；90、井上调度装置；100、地面基站。
下面将参考附图并结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
图1为多模式矿井移动通信系统组成示意图，实施例中描述的系统包括控制系统、无源光网络、SISO基站40、MIMO基站50、分布式MIMO天线和井下移动终端80。无源光网络由光线路终端10、光链路和MIMO通信网关60组成；分布式MIMO天线由MIMO通信网关60和远端天线单元70组成；控制系统由基站控制器20和井上调度装置90组成。井下移动终端80通过远端天线单元70接入无线网络。在矿井移动通信系统中，无线和有线业务均在光纤上传输，光信号作为载波，射频信号作为调制信号，光纤为长波长单模光纤，工作波长为λ1和λ2，λ1波长为1490nm，λ2波长为1310nm，光线路终端10、MIMO通信网关60内置WDM光收发单元(未在图1内示出)，可实现单条光纤双向传输光信号，从而实现射频信号的双向传输。
来自地面基站100、光线路终端10的下行无线信号经过波分复用器30滤波分路，然后分别发送到井下SISO基站40、MIMO基站50，再耦合到MIMO通信网关60，并与远端天线单元70连接实现井下无线网络覆盖，最后通过无线接口由井下移动终端80接收，实现井上、井下移动通信，上行信号则反之。系统通过光载波传输射频信号，其上、下行信号传输过程如下：由地 面基站100和光线路终端10发送的下行光信号采用波长为1490nm经波分复用(WDM)单元进行射频发送，至MIMO通信网关60的WDM单元接收射频信号，由MIMO通信网关60发送的上行信号采用波长为1310nm、经MIMO通信网关60的WDM单元发送至光接收单元，进行射频信号接收，然后经SISO基站40、和/或MIMO基站50的功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)和双工滤波器处理后，最后经分布式MIMO天线的远端天线单元70发送至井下移动终端天线，通过天线开关、选频开关完成射频收发，实现井下无线场强覆盖和无盲区通信。在收发频率上，井下基站的发射信号频率与井下移动终端接收信号频率相同，井下基站的接受信号频率与井下移动终端发射信号频率相同(Tx、Rx为井下防爆基站的发射和接收信号，T′x、R′x分别为井下移动终端80的发射和接收信号，Tx＝R′x，Rx＝T′x)，它通过分布式MIMO天线进行双向传输。
在井上控制调度单元，光线路终端10通过光纤接口或电口连接基站控制器20、井上调度装置90、地面基站100。光线路终端10和基站控制器20分别进行信号的集中处理，通过光纤、波分复用器分别与井下SISO基站40、MIMO基站50连接，井下基站通过光接口与MIMO通信网关60连接，MIMO通信网关60通过光纤接口与远端天线单元70连接，实现数据的传输与交换；井下移动终端80通过无线接口接入远端天线单元70，实现井下无线通信；MIMO通信网关60可以根据井下无线信号覆盖和用户容量需求灵活部署，分布式MIMO天线的远端天线单元70的布置根据井下无线信号覆盖和用户容量需求灵活地放置和延伸，以便通过不同位置多个天线的信号发送，有效地解决井下无线信号多径衰落问题，提高井下移动通信系统的容量和服务质量。
图2是本发明实施例的多模式系统传输信号的方法结构框图，参照图2，井下移动终端80周期性地测量多模式系统信道状态信息(CSI)，并将CSI反馈到SISO/MIMO发射端，SISO/MIMO基站根据接收到CSI信息，在各个远端天线端口进行功率分配，根据功率分配结果进行天线选择。天线选择的过程如下：来自信源的信息比特流经过卷积编码调制和串/并变换后，通过所选择的天线子集经过功率加载后发射出去，因为仅已知信道估计矩阵和估计误差的统计特性，所以利用信道估计矩阵来进行天线选择和功率分配。在每个SISO基站40、MIMO基站50的发射天线传输周期开始之前，井下移动终端80通过导频信号测量从分布式MIMO天线78D的每个远端天线单元70接收到信号的信噪比(SRN)，并且将具有最高信噪比的天线单元的序号通过反馈信道传递给井下SISO基站40或MIMO基站50，SISO基站40或MIMO基站50将通过被选择的天线单元向井下移动终端80发送数据信息。在实施例中，井下移动终端80只需要测量从各远端天线单元70接收到的信号强度(RSSI)即可。
参照图3，实施例中系统通过MIMO通信网关60能够动态地选择SISO模式、MIMO模式和混合模式进行工作，在MIMO通信网关60包括N个(1≤N≤32)无线电信道或经过数字调制的光信道、基带处理器604、MIMO处理器605、数字IF处理器606、定向耦合器601、加法电路602、光开关矩阵603以及无源光网络接口607、总线接口608。其中每个无线电信道可以被配置成处理来自井下SISO基站40和MIMO基站50的信号。对FDD空中接口而言，无线电信道使用了复用器/双工器来处理上行链路信号及下行链路信号。RF下变换器可以放大来自复用器的接收信号，并将信号的中心频率设置在A/D转换器通带内部。宽带A/D转换器将空中接口的全部下行链路信道数字化，并通过重新采样、抽取和滤波后发送到远端天线单元 70。而对上行链路信道的处理与上述下行链路处理方式相反。在MIMO通信网关60中，如果系统未激活定向耦合器601，那么来自SISO基站40的信号通过光开关矩阵603被传送至远端天线单元70的至少一部分，并且可以采用与SISO系统相似的方式来使用该系统。
图3示出的远端天线单元70通过与SISO基站40使用的无线频率相对应的至少两个无线频率来进行通信。但在选择性地激活定向耦合器601时，来自SISO基站40的信号可以与组合的MIMO基站50输出信号相结合，通过组合电路和光开关矩阵603，从而使每一个远端天线单元70通过与SISO基站40使用的无线频率相对应的至少两个无线频率来传输来自SISO基站40的信号，以及传输所有的两个或全部MIMO信号。由此，选择性激活光开关矩阵603的处理会动态地将系统从SISO工作模式重新配置成MIMO工作模式或具有组合SISO和MIMO信号的混合工作模式。因此，在一些实施例中，系统可以作为单独被配置成处理TD-LTE信号和/或WiMAX信号的MIMO系统来使用，其中所述TD-LTE信号和/或WiMAX信号仅由一个MIMO基站天线传输，或者可以选择地仅由一个MIMO基站天线传输。
图3示出的MIMO通信网关60将来自MIMO基站的第一信号和第二信号的一部分可以交叉耦合或组合，并且可以被发送至所有的远端天线单元70，而不会影响其MIMO操作。举例来说，系统的每个远端天线单元都可以被配置成传输来自MIMO基站50及其天线的所有的数据流以及组合的SISO基站40信号，不同的井下移动终端80(SISO和MIMO)采用MIMO空分复用技术，并能够从MIMO通信网关60馈送的不同的远端天线单元70接收不同的信号。MIMO通信网关60采用定向耦合器601，为90°相移的正交耦合器，可以交叉耦合所有MIMO信号，并且可以在不影响MIMO操作的情况下将其发送至所有远端天线单元，每一个远端天线单元都可以传输所有的MIMO并行数据流而不会引起码流干扰。即：分布式MIMO天线中发送的数据被拆分在两个并行的分布式MIMO系统中，一个系统是同相的，另一个系统是90°相移的，因此通过90°相移的正交耦合器，不仅可以提高信道容量，而且能够解决了系统存在的远近效应问题。在某些实施例中，MIMO通信网关60系统通过耦合基站40和基站50，可以被配置成多模式工作的具有无线接口和总线接口的控制单元，通过MIMO通信网关60与远端天线单元70连接，并通过总线接口608接入远端监控系统700，实现井下机车、人员等移动目标监控。而且，在某些实施例中，MIMO通信网关60系统通过光链路与光线路终端10相耦合组成无源光网络，并可以被配置成具有以太网接口、光接口的无源光网络终端，通过MIMO通信网关60与井下工业以太网设备、有线电话连接，实现井下数据、视频图像等多媒体业务的传输及工业以太网设备和有线电话的接入。
参照图4，描述的是基于CSI处理的分布式MIMO系统发射机单元实施例框图。它基于接收机单元报告的CSI处理数据，发射机单元200包括耦合到TX MIMO处理器220的TX数据处理器210。TX数据处理器210包括编码器211、信道交织器212以及码元映射元件213。TXMIMO处理器220包括信道MIMO处理器221和多路分解器222。信道处理器221将接收到的调制码元多路分解为多个调制码元流，每个用于发送调制码元的空间子信道一个流。对于CSI处理，信道MIMO处理器221在每个时隙处对多个调制码元进行预调整以生成多个经预调整的调制码元。TX数据处理器210进一步包括码元加权元件(图4中未示出)，它基于对每个选定的传输信道的调制码元由与该信道的信噪比(SRN)相关的权值进行加权后的调制码元，每个选定的传输信道的权值基于信道获得的SNR和其它选定传输信道的SRN而确定，只有接收到的SRN大于或等于SRN阈值的传输信道才被选用。对于特定的MIMO发射天线，每个经预调整的调制码元可以与不同的信号星座图相关联。对于每个时隙，由信道MIMO处理器221生成的多个经预调整的调制码元由多路分解其经分解多路分解，并提供给多个调制器400。
参照图5，为MIMO接收机处理器单元300的实施例框图，描述的是MIMO基站50或井下移动终端80的接收机部分实施例。MIMO接收机处理器单元包括RX数据处理器310、选择器320、空时处理器330、控制器350、存储器360和解调器500。来自NT个发射天线的发送信号NR个接收天线接收，并路由到相应的解调器500，每个解调器500对相应接收到的信号进行滤波和放大等调整，将调整的信号下变频为中频或基带信号并数字化提供数据采样。每个解调器500可以进一步用恢复的导频对数据采样进行解调以生成接收到的调制码元流，并提供给空时处理器330。如果采用OFDM数据传输技术，则每个解调器500进一步通过FFT处理生成数据采样并提供调制码元向量流。一个空时处理器330可以用于为每个NF频率子信道实现来自NR个接收天线的调制码元的MIMO处理。或者，一个空时处理器330可以用于为所有的NF频率子信道为调制码元实现MIMO处理。在实施例中，RX数据处理器310包括解码器311、解交织器312和解调元件313，RX数据处理器310被提供有对应的数据流的调制码元流，且调制码元抽取可以由空时处理器330内的组合器(图5中未示出)实现，并将抽取的调制码元流被提供给解调元件313。来自解调元件313解调后的数据然后由解交织器312经解交织，经解交织的数据进一步由解码器311解码。
参照图6，描述的是混合式耦合器工作原理框图，混合式耦合器本质上为90°相移的3dB正交耦合器，可以交叉耦合所有MIMO信号，该耦合器充当的是用于补偿井下环境移动终端“远近效应”所导致的码字之间的可能的性能损失的MIMO预编码电路。图6示出的等式表示90°相移的3dB正交耦合器的输入与输出端口的关系以及传递函数矩阵。就此而论，根据本发明的一个方面，在图6中描述的传递函数矩阵可被认为是90°相移的3dB正交耦合器的MIMO预编码矩阵。通过将90°相移的3dB正交耦合器用到多模式矿井移动通信系统的分布式MIMO天线系统中，可以将预编码处理的性能放在MIMO基站的天线端口，而不是在MIMO基站物理信道处理中。根据本发明实施例中使用的定向耦合器会使输入信号正交，输入端口1、2与输出端口3、4之间的设备具有互易性，因此输入端口和输出端口交换后得到的传递函数矩阵仍然相同，从而使本发明在不影响MIMO空间复用的情况下提供组合MIMO信号的能力。
显然，本领域的技术人应该明白，上述本发明所涉及的各模块和各方法步骤，除作为移动通信系统用于煤矿井下环境外，通过适当集成或改进后也适用于非金属和金属矿井的移动监控或移动计算，这样本发明不限制除移动通信之外的移动监控和移动计算等通信技术领域。
以上内容是结合具体的优选实施例方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明设计思路的前提下，还可进行若干个简单的更改和替换，都应当视为属于本发明所提交的 权利要求书所涉及的保护范围。
Claims (10)
1.一种多模式矿井移动通信系统，其特征在于，系统包括控制调度单元，树形结构无源光网络，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；其特征还在于，
所述系统能够选择SISO模式、MIMO模式和混合模式工作：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；
所述系统采用正交频分复用多址OFDMA射频技术；
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连接；
所述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信号组合后选择性地通过MIMO通信网关与远端天线单元进行通信；
所述控制调度单元由基站控制器和井上调度装置组成，并且通过光链路与井下装置进行通信；以及
所述基站控制器通过无源光网络分别与所述MIMO基站和所述SISO基站连接，并且通过远端天线单元与所述井下移动终端进行通信。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统传输MIMO信号和SISO信号的方法，包括：
接收指示一个或多个井下移动终端的信号条件的信道状态信息CSI；
选择用于上行链路数据传输的一个或多个井下移动终端并为其分配一个或多个发射天线；
通过多个远端天线单元将多个已调信号发送到一个或多个井下移动终端；
通过多个接收天线从一个或多个选定的井下移动终端接收多个已调信号；以及
处理多个接收到的信号以恢复由一个或多个选定的井下移动终端发送的数据。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统天线选择的方法步骤包括：
(1)所述MIMO基站和SISO基站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]；
(2)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]；
(3)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信号强度RSS(i)[i]加权求和后计算统计平均值并将得出的统计平均值与判决阈值Pinit比较；
(4)MIMO通信网关选择K个信号强度大于判决阈值的天线单元，并根据平均功率分配规则P(i)(k)＝Ps/K配置相应的发送功率，其中Ps为发送总功率，实现选择无线信道较好的天线与井下移动终端通信。
4.根据权利要求1所述的系统，其中树形结构无源光网络，其特征在于包括：
光线路终端，用于井下上行数据帧的调度、波长信道分配和网络终端的通信，以及井下远端光链路中断、断电告警和运维管理OAM；
光链路，用于在单条光纤上双向传输光信号，至少包括第一光纤、第二光纤和波分复用器；以及
光网络终端，可以将MIMO通信网关配置成用于提供井下无源光网络的网络终端功能和各种端口接入和通信。
5.根据权利要求1所述的系统或权利要求4所述的系统，其中光链路，其特征在于包括：
光纤，其特征在于，所述光纤用于在不同波长上传输上行链路信号和下行链路信号，并且被配置成工作波长为λ1＝1490nm和λ2＝1310nm的长波长单模光纤；
波分复用器，其特征在于，所述波分复用器采用1∶n分光比波分复用，其中2≤n≤32，并被配置为对所述光纤上的所述上行链路信号和所述下行链路信号进行滤波分路和聚合；以及
所述光链路传输信号包括经调制的数字信号或光纤无线电RoF载波信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中MIMO基站，其特征在于包括：
选择器，通过对远端天线单元进行功率分配和天线选择，以选择一个或多个用于数据传输的井下移动终端；
控制器，接收指示一个或多个选定的井下移动终端的信道条件的信道状态信息CSI，并基于接收到的CSI提供一个或多个控制、工作状态监控和告警信息上报；
处理器，用于处理一个或多个选定的井下移动终端的数据并编码、调制和扩频以及信令处理以提供多个调制码元流；
调制器，用于为多个调制码元流生成多个已调信号；以及
装置，被配置成具有光接口和井下防爆功能。
7.根据权利要求1所述的系统，其中分布式MIMO天线，其特征在于包括：
MIMO通信网关，用于动态地将系统从SISO模式切换到MIMO模式和混合模式，其内置混合式耦合器和加法电路，正交耦合MIMO输入信号以及完成MIMO预编码处理，并通过加法电路将SISO基站信号和MIMO基站信号进行组合后被配置成至少接收所述耦合器的输出信号；
远端天线单元，用于与所述MIMO通信网关进行通信，将已调信号发送到一个或多个选定的井下移动终端，每个远端天线至少包括一个射频天线。
8.根据权利要求7所述的系统，其中分布式MIMO天线，其特征在于包括：
所述MIMO通信网关被配置成基于CSI处理的包含混合式耦合器、加法电路、基带处理器、MIMO处理器、数字IF处理器和多个光纤接口的装置，并通过光链路与远端天线单元进行通信；
所述MIMO通信网关内置的混合式耦合器为3db的正交耦合器，并且被配置为在多个输出端口上输出多个输出信号，构成所属多个输出信号的所述第一信号和所述第二信号中至少一个相对另一个是正交相移的；以及
所述远端天线单元被配置为使用相同的载波频率、相同的时隙和相同的码道，并包含信道FFT/IFFT、循环前缀发生器、数字IF处理上变频器、功放和滤波的射频电路。
9.根据权利要求1所述的系统，其中井上调度装置，其特征在于包括：
调度控制服务器，被配置成包含控制模块、直通模块和定位信息，用于当井下基站出现故障或光纤断裂时的井下移动终端之间的应急通信，并通过以太网接口与光线路终端连接；
移动定位网关，用于井下移动终端定位以及对井下人员和机车的定位、监测功能，并通过以太网接口与光线路终端连接；以及
以太网交换机，用于所述系统与地面通信网络的互联，并通过以太网接口与光线路终端连接。
10.根据权利要求1所述的系统，其中井下移动终端，其特征在于包括：
至少一个前端处理器，用于接收并处理至少一个接收到的信号以提供接收到的调制码元；
MIMO RX处理器，用于根据接收机处理技术接收并处理接收到的调制码元以提供发送信号的调制码元的估计，并用于指示多个发送的信号的信道条件的信道状态信息CSI；
MIMO TX处理器，用于接收和处理来自井下移动终端的用于传输的CSI，并反馈给MIMO基站；
装置，被配置成包含单个或多个天线，用于与远端天线单元耦合，接收远端天线单元的已调信号并为上行链路发送信号；以及
装置，被配置成具有脱网直通、移动定位和本质安全型防爆功能。
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