(2020年){约束理论}与用于矿井通信的对比分析
10页1、约束理论与用于矿井通信的对比分析最初Femtocell是被设计为应用在家庭环境中的消费电子产品,随着对Femtocell技术研究的深入,人们发现Femtocell的潜力不仅仅是只在家中使用。由于它的大小与ADSL调制解调器相似,发射功率小,具有安装方便、自动配置、即插即用等特点,人们开始考虑将它应用在煤炭、石油等行业领域,并提出了基于Femtocell的矿用无线通信系统。基于Femtocell的矿用CDMA无线通信系统结构如图1所示:图1基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统结构Fig1WirelessCommunicationSystemStructureofMineWCDMAbasedonFemtocell基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统采用现有的IP传输,Femtocell通过工业以太网与地面主系统相连,井下通信的网络架构可采用标准的Femto网络架构实现井下、井上通信的结合,传输使用矿区已经部署的井下工业以太环网。Femtocell包含了NodeB(即移动基站,一般由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频/基带子系统、天馈子系统等部分组成)和RN
2、C的功能,它通过Uu接口与UE通信;同时通过Iuh接口经矿区宽带承载网与Femtocell网关相连,然后通过Iu接口连接到核心网络(核心网包括移动交换中心MSC和用户归属位置寄存器HLR等,其主要作用是整个呼叫信令控制和承载建立),核心网络采用的是现网核心网。2.3系统分析无线干扰问题与传统基站相比,Femtocell具有1个载波,发射功率为10100mW,覆盖半径也相应较小,一般为50200m,最多可支持46个活动用户,因此,在井下Femtocell的部署数量不是一个小数目,尤其是在井下人员较多的大中型煤矿。需要注意的是,无线频谱是有限的,当使用Femtocell的数量比较多之后,网络管理的复杂度会随着增加,Femtocell之间的信号干扰就有可能变大,如何降低相互之间的无线干扰是需要继续探讨的问题。同步问题同步问题也是基于Femtocell的矿用无线通信系统不可忽略和避免的问题,尤其是在国内环境下,Femtocell同步是一个挑战,目前Femtocell和网络的同步主要是用GPS同步,在很多场景下没有办法获得足够多的GPS信号。在国内,矿井的平均深度超过300米,最大井深超过100
3、0米,在矿井中,几乎不可能获得GPS信号,基于此,必须要寻求不依赖于GPS的替代方式,Femtocell才能够真正实现用户安装即插即用。切换问题目前Femtocell还无法实现网络优选,在手机进入Femtocell区域时无法切换进去,出来时又无法切换到宏网络。Femtocell用在矿井中,连续大面积覆盖的情况下需要用多个Femtocell进行覆盖,这时候需要考虑手机从Femtocell到Femtocell之间的切换。由于Femtocell的容量很有限,尤其是在大中型煤矿企业这样的大面积连续覆盖场景下,所需要的Femtocell的数量不是一个小数目,而且一个Femtocell的覆盖半径只有50200m,在通话或做其他业务时,很容易从一个Femtocell的覆盖区域进入另一个Femtocell的覆盖区域,这种Femtocell之间的频繁切换也会带来通话质量以及稳定性等方面的问题。Femtocell网络架构的安全问题使用过WIFI的用户都有这样的体验,如果不设置任何密码,WIFI连接很容易被其他人盗用。当一个用户在家里通过WIFI路由器上网,楼上的邻居也可以毫无阻碍的使用这个WIFI连接上网
4、。和WIFI一样,Femtocell也存在信号泄露的问题,因此Femtocell必须保证未授权的用户无法使用Femtocell的信号进行业务。拥有Femtocell的用户等于拥有了一个可以连接到运营商核心网的设备,这在过去是不可能的,Femtocell网络架构必须保证用户无法利用Femtocell作为攻击运营商核心网的工具。Femtocell终端尚未得到工信部认可和销售许可发放Femtocell在中国实现大规模商用还存在着众多很严重的问题,因为Femtocell终端尚未得到工信部认可和销售许可发放,从国外引进Femtocell就只能是以实验为名进口,但这样一次最多就能购买500台,而且即使测试成功也没办法卖给消费者,这也是运营商布局Femtocell所面临的重要问题。Femtocell的3GPP标准架构的确定滞后于各个厂商的产品实现。也就是说各个厂商的产品在标准规范出现之前就已经趋于成熟了,因此,其中的很多接口是基于私有的协议。目前正式商用Femtocell的运营商也没有部署基于标准的Iuh接口,政府相关部门也没有指定行业标准的测试规范,测试验证工作也不够深入。因此,基于Femtoce
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