1 引 言

        近年来，随着同家对能源需求的不断增加，国家加大了对煤炭资源的开采力度，建立一套完整的井下无线通讯系统将在矿井安全、高效生产中发挥十分重要的作用。特别是在矿井事故发生时，一套轻便高效的无线通讯系统显得尤为重要。但由于井下环境的特殊性，无线电波在巷道中传播遇到很大困难，井下无线通讯很难实现。现有煤矿井下无线通信系统存在设备制造成本高、抗干扰能力差、携带不方便、使用范围局限性大等问题。长期以来，人们为改善煤矿井下通信的落后现象一直在不断地探索和研究，Zigbee协议正式问世后．建立一套轻便高效的井下无线通讯系统成为了可能。Zigbee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，具有如下几个特点：

       (1)在组网性能上，可构造星型网络或者点对点网络，可容纳的最大设备个数为264个，具有较大的网络容量。

       (2)在无线通信技术上，采用CSMA-CA方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突。此外，为保证传输数据的可靠性，建立了完整的应答通信协议。

       (3)抗干扰性好。由于CDMA经过扩频处理。故抗干扰性能好，可和同频带的窄带共存。而不影响其正常工作。

       (4)低功耗，其发射输出为0～3.6 dBm，通信距离为30～70 m，具有能量检测和链路质量指示能力www.cechina.cn，根据这些 检测结果，设备可自动调整设备的发射功率，在保证通信链路质量的条件下CONTROL ENGINEERING China版权所有，最小地消耗没备能量。

       (5)高安全保密性www.cechina.cn，采用密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。

       以上几个优点刚好可以满足井下无线通信系统的要求。

2 系统网络结构

        Zigbee技术是基于IEEE 802.15.4协议标准的短距离无线通信技术。然而，井下通信要求通信距离比较长，单个结点通信很难满足要求。利用Zigbee技术组网灵活的特点，系统采用链式组网方式来扩大通信距离。系统网络结构如图1所示。

        系统传输距离除了通过提高每个结点模块接收灵敏度和发射功率外，整个网络采用链式组网结构，传输距离得到成倍向外延伸。系统采用全双向通信，移动通信头把语音信号发送给中继结点，中继结点收到信号后再把信号依次传给下一个结点直到移动通信尾接收到信号，反之亦然。从理论上讲，传输距离可以无限制延伸。实验系统证明，在传输介质好的条件下，两中继结点最大可以传输90 m，在井下工作面，中继结点平均传输30 m左右。拐点处，通过放置一对中继结点完全可以实现稳定通信。通过放置多对中继结点，系统可以实现2～3 km的井下工作面通信。实验证明只要合理地布置中继结点，通信效果完全不受地形限制。

3 系统功能实现

        移动通信头和移动通信尾负责语音信号的处理、发送和接收，由语音处理模块、微处理器、液晶显示模块和RF发射接收模块组成。功能框图如图2所示。

        微处理器把接收的RF信号经处理后转化为数字信号再送给语音处理模块进行语音处理，从而得到清晰的语音信号。液晶显示模块用来显示系统通信状态和显示各结点的信号强度控制工程网版权所有，从而可以使通话指挥员实时了解整个网络的通信状况。RF信号调制采用O-QPSK调制，在调制前，将数据信号进行转换处理，每4位信息比特组成一个符号数据，然后将符号数据信号调制到载波信号上。其中，编码为偶数的码元调制到I相位的载波上，编码为奇数的码元，调制到Q相位的载波上。为了使I相位和Q相位的码元调制存在偏移控制工程网版权所有，Q相位的码元相对于I相位的码元要延迟Tc秒发送，Tc是码元速率的倒数。如图3所示。

        中继结点接收到移动通信端发出的请求联通信号后，立即与其建立信号联通链路并发出回应信号。同时，搜寻下一个通信目标直到整个通信链路联通。中继结