CN110574300B - 一种在延伸对象中建立移动通信系统的方法及通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线电通信技术，并且可以用于在矿井、矿坑、隧道和其他直线状延伸的站点中从固定收发器和移动订户传输信号。技术效果是使用能够用作基站的最小数量的固定收发器来增加移动无线电通信的最大范围。为此目的，无线电通信方法包括通信系统的作用区域由双线传输线路来界定，具有收发器的移动订户位于所述通信系统的作用区域内。利用其波长远大于矿井工作区和隧道的宽度的电磁波用于通信。通信系统包括收发器和双线或三线通信线路，所述线路的每根导线被布置在一段矿井工作区或隧道的相对的墙壁上。为了使得通信能够穿过岩层，该系统增补有控制设备，所述控制设备沿着传输线路布置并且具有中继器和天线，所述天线根据来自固定收发器的命令连接到传输线。
Description
技术领域
本发明涉及无线电通信工程，并且可以用于来自矿井、矿坑、隧道和其他直线状延伸的对象中的固定发射器和移动订户的信号传输。
背景技术
已知用于直线状延伸的对象的不同通信系统，其使用导体用于沿着所述延伸对象传输高频电磁能量，所述系统诸如：
- 利用发射线缆的VHF通信系统；
利用电磁能量再辐射的UHF单线通信系统（专利RU N°2090974（“Apparatus forUHF Communication in Mine Underground Workings（用于矿井地下工作区中的UHF通信的装置）”）。
- 中波单线通信系统（VEBR KIS-1，http://www.vebr.vrn.ru/prod/racii-pod-zemley.php）。
前两个通信系统的缺点是由于能量再辐射和必须中继信号而导致的在沿着有线线路传播期间的电磁波的高衰减。为了确保利用发射线缆的通信系统的操作范围，必须每几百米就安装中继站，这使得用于通信设备本身以及用于中继站的功率供应的二者高成本成为必需。
UHF单线通信系统的效率在很大程度上取决于位于该线路附近的金属对象。该线路附近的任何金属对象都会成为再辐射源，并且因此造成损耗。客观地说，在实际生活的矿坑和矿井中为UHF单线通信线路的铺设和操作提供理想的条件是不可能的，因此该解决方案没有得到广泛应用。
为了降低电磁能量的传输期间的周围对象对单线线路的影响，使用较低频率的电磁振荡作为用于信息传输的频带。
存在单线中波通信系统VEBR KIS-1（http://www.vebr.vrn.ru/prod/racii-pod-zemley.php），在该系统中，固定的中波带收发器位于一端，该收发器经由专用的匹配设备连接到位于矿坑工作区中的单线传输线路。单线线路的第二端加载到电阻器。在该线路中设置了行波模式。由于感应效应，可以仅在紧邻单线线路时执行与包括小尺寸磁性天线的移动无线电站的通信。也就是说，执行通信不是由于线路的电磁能量再辐射，而是由于移动无线电站落入了沿通信线路传播的信号的磁场内，并且移动无线电站本身由于变压器作用而在线路中以传输频率感生电流。
该通信系统的缺点在于以下事实：沿着单线线路传播的信号的电磁场集中在距离该线路非常小的距离处，并且其幅度以与线的距离成反比地急剧下降。
如果沿着具有钢衬的矿井工作区的墙壁铺设单线线路，则会导致更大的磁场幅度梯度，以及其远离该线路的急剧降低。在实践中，这意味着为了提供通信，移动订户必须将收发器天线直接带到附着到其中一个墙壁的单线通信线路，而大多数矿井工作区具有几米的横向尺寸。这使得不可能使用该方法来与位于矿井工作区的中央或对面墙壁附近的订户进行通信。
单线通信线路在矿井工作区的钢衬中产生大量的感应电流，这会导致损耗。
此外，这种单线通信系统将受到位于通信线路附近的电气设备的操作所引起的电干扰的显著影响。
发明内容
本发明解决了增强抗噪声能力和通信系统范围延伸几倍的问题。
技术效果是在使用最小数量的能够执行基站功能的固定收发器的情况下移动无线电通信的最大范围的延伸。
所提出的通信方法包括创建具有稳定信号的直线状延伸的无线电通信区域，在所述区域中，覆盖区域的纵向边界之间的距离显著小于电磁波长。为此目的，获得仅沿着需要移动通信的直线状对象的传播电磁信号场的最大集中度。这样执行是因为以下事实：左侧和右侧的无线电通信域受到双线传输线路的限制，并且具有移动收发器的所有订户都处于双线通信线路内，即双线线路的线之间的距离大于移动收发器与天线之间的距离。因此，使用波长比双线通信线路中的线之间的距离和直线状延伸的对象的横截面大得多的无线电波用于通信。移动收发器之间的无线电通信是借助于连接到双线传输线路的固定无线电站对其信号进行中继来执行的。
本发明提出的解决方案旨在：
- 降低在使用单线线路期间出现的、由于隧道的钢框架、矿井工作区钢衬中产生的感应电流而引起的信号衰减；
- 在信号传播的横向方向上延伸通信系统覆盖区域以及来自固定收发器的信号沿着矿井工作区或隧道的整个区域的均匀分布；
- 降低电气噪声对通信系统的影响。
附图说明
图1示出了所提出的包括双线通信线路的通信系统；
图2中示出了所提出的包括三线通信线路的通信系统；
图3示出了固定收发器2、通信线路1、移动收发器3、监控设备5、传输线路终端负载4、小尺寸天线7、线路全尺寸天线8。
具体实施方式
在图1和图2中示出了所提出的通信系统，并且所述系统包括双线或三线通信线路1（其包括线1.1、1.2和1.3）、连接到通信线路的固定收发器2、移动订户的具有小尺寸天线的收发器3、如果需要的话还有线路端部处的电阻负载4。
为双线线路的每根线提供来自收发器2的异相电流。两个导体1.1和1.2中的每一个位于矿井工作区或隧道5横截面（图2）的相对的墙壁处，或者在限制处于横向方向上的通信网络覆盖的线路上。两根导线共同构成用于电磁能量传输的高欧姆线缆线路。移动收发器位于用于电磁能量传输的双线高欧姆线路的横截面中，并且它们的尺寸比线路的各线之间的距离小得多。通信信号频率被选择成使得各线之间的距离d远小于波长λ。
因此，例如，移动收发器的最小尺寸可以是0.2 mm，矿井工作区的横截面和线路的各线之间的距离可以是3-5m，并且使用的信号频率为1000 kHz，最大波长300 m。
这种通信系统的覆盖区域将受到双线通信线路内部的区域的限制，并且其信号将不会影响或干扰其他系统。
沿着线路传输的电磁能量场将被集中在这两根线之间。在具有与矿井工作区或隧道的尺寸相匹配的尺寸的由此产生的双线对称线缆的整个横截面中，将存在使得能够良好地接收和传输消息的显著水平的低梯度电磁场。由于信号场将被集中在矿井工作区或隧道空间内的事实，位于双线传输线路外部的矿井工作区钢衬中的杂散感应电流所导致的损耗将显著降低。
同时，由于不会在双线通信线路中接收到同相波，因此将会最小化来自位于双线线路路径中的电气设备的噪声。
为了使通信系统更少地依赖于移动收发器的小尺寸天线的取向，使用三线通信线路来代替使用双线通信线路。第三根线位于矿井或隧道通道的天花板上，并且以120°的相移从固定收发器为每根线供能。在来自固定收发器的信号传输期间，在矿井工作区或隧道横截面中将产生旋转磁场。
为了提供不仅沿着直线状延伸的对象的信号电磁能量的传输和通信而且还提供穿过岩石的在具有平行的矿井工作区的矿坑和矿井中的通信，沿着整个传输线路长度布置具有中继器的监控设备；经由传输线路从固定收发器（基站）向这些中继器提供控制信号。监控设备连接到一个或多个天线。天线既可以被制成小尺寸谐振模式的点发射器，也可以由沿着传输线路本身放置的线切口制成全尺寸天线。该通信系统设计使得能够在矿井和矿坑的平行工作区之间进行通信，在塌陷的情况下保留通信信道。
图3示出了固定收发器2、通信线路1、移动收发器3、监控设备5、传输线路终端负载4、小尺寸天线7、线路全尺寸天线8。
在来自收发器的信号时，相关监控设备将来自传输线路的所有或部分电磁能量连接到天线，以直接在所需位置中辐射该能量用于穿过岩石6的通信。
Claims (9)
1.一种在延伸对象中建立移动通信系统的方法，包括：
将双导线通信线路或三导线通信导线路沿着所述延伸对象布置；
将固定收发器连接到所述双导线通信线路或所述三导线通信线路的一端；
由所述固定收发器向所述双导线通信线路的两根导线提供异相电流，或者所述固定收发器以120°的相位差分别向所述三导线通信线路的三根导线提供电流，其中，所述双导线通信线路的两根导线或者所述三导线通信线路的任意两根导线共同构成用于电磁能量传输的高欧姆线缆线路；以及
使所述固定收发器与一个或多个移动收发器之间的通信在由所述双导线通信线路或所述三导线通信线路界定的通信系统的覆盖区域内部执行，
其中，所述双导线通信线路或所述三导线通信线路的各线之间的距离远小于通信信号波长，但远大于具有天线的所述移动收发器的尺寸。
2.一种延伸对象中的通信系统，所述通信系统包括：
双导线通信线路或三导线通信线路，沿着所述延伸对象布置以界定所述通信系统的覆盖区域；
连接到所述双导线通信线路或所述三导线通信线路一端的固定收发器，其中，所述固定收发器向所述双导线通信线路的两根导线提供异相电流，或者所述固定收发器以120°的相位差分别为所述三导线通信线路的三根导线提供电流，以及所述双导线通信线路的两根导线或者所述三导线通信线路的任意两根导线共同构成用于电磁能量传输的高欧姆线缆线路；以及
被配置为在所述通信系统的覆盖区域内与所述固定收发器通信的一个或多个移动收发器，
其中所述双导线通信线路或所述三导线通信线路的各线之间的距离远大于具有天线的移动收发器的尺寸，且远小于所述通信系统通信信号的波长。
3.根据权利要求2所述的通信系统，其中，所述通信系统的通信信号频率被选择成使得所述双导线通信线路或所述三导线通信线路的各线之间的距离d远小于波长λ。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其中，所述移动收发器的最小尺寸是0.2mm，所述双导线通信线路或所述三导线通信线路的各线之间的距离是3-5m，以及所述通信系统的信号频率是1000kHz，最大波长是300m。
5.根据权利要求2所述的通信系统，其中，所述双导线通信线路的两根导线布置在所述延伸对象内相对的墙壁上。
6.根据权利要求2所述的通信系统，其中，所述三导线通信线路中的两根导线布置在所述延伸对象内相对的墙壁上，所述三导线通信线路中的另外一根布置在所述延伸对象内的天花板上。
7.根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于，还包括连接到所述双导线通信线路或所述三导线通信线路的另一端的电阻负载。
8.根据权利要求2所述的通信系统，还包括着所述延伸对象的长度布置的具有中继器的一个或多个监控设备，所述监控设备具有与其连接的天线，其中监控设备连接到所述双导线通信线路或所述三导线通信线路，所述中继器将来自所述固定收发器的通信信号传输到沿着所述延伸对象设置的与监控设备连接的相应天线，并且其中所述天线可被制成全尺寸天线或小尺寸天线。
9.根据权利要求2所述的通信系统，其中，所述延伸对象是线性延伸的矿井工作区或隧道空间。
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