1 概述
1.1 KXT23礦用IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)概述
近幾年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正受到廣泛的應(yīng)用，我公司也相繼開發(fā)出了基于100M/1000M的全礦井工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)，其他生產(chǎn)廠家也相繼開發(fā)出了大量支持網(wǎng)絡(luò)接口的礦用產(chǎn)品。井下工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用日益普及。
由于煤礦井下面積比較大，區(qū)域分布比較廣；根據(jù)井下實(shí)際情況及功能要求，采用ＩＰ網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，將音頻信號(hào)以標(biāo)準(zhǔn)IP包形式在井下局域網(wǎng)上進(jìn)行傳送. 解決傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)存在的長(zhǎng)距離音頻功率傳送布線困難、損耗大、音質(zhì)不佳、維護(hù)管理復(fù)雜、互動(dòng)性能差等問題。另外，該系統(tǒng)的對(duì)講功能可以在緊急情況下，及早將危險(xiǎn)區(qū)域的狀況向調(diào)度匯報(bào)，為及時(shí)掌握前方狀況增加了一個(gè)有效途徑。
由此可見，ＩＰ網(wǎng)絡(luò)廣播對(duì)講系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景，潛在的市場(chǎng)巨大。
⑴.目前國(guó)內(nèi)煤礦井下基本上都采用傳統(tǒng)的模擬音頻廣播方式（定壓廣播）
其工作原理是將模擬音頻信號(hào)直接放大、通過升壓變壓器將其4-16Ω匹配阻抗變換到100V定壓方式進(jìn)行傳輸，到終端后降壓轉(zhuǎn)換到4-16Ω的匹配阻抗上推動(dòng)喇叭。為降低線路傳輸損耗，一般傳輸距離是幾十米到幾百米。由于技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、維護(hù)安設(shè)簡(jiǎn)單、終端便宜，適合于小范圍、對(duì)音質(zhì)效果和應(yīng)用可靠性要求不高的場(chǎng)所。
但是其缺點(diǎn)比較明顯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在高速交流的信息時(shí)代對(duì)廣播系統(tǒng)的要求。除了技術(shù)落后外，還存在如下缺點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的廣播技術(shù)逐漸被淘汰：
○傳輸距離短、擴(kuò)展性差。由于傳統(tǒng)廣播技術(shù)的音頻信號(hào)為模擬信號(hào)，音源為模擬音頻，而模擬信號(hào)對(duì)傳輸距離有一定的限制，超過一定的距離后，需要增加中繼器對(duì)信號(hào)逐級(jí)放大。
○抗干擾性能差、音質(zhì)差。模擬音頻受電子元器件自身特性的影響（每個(gè)元器件都有熱噪聲），每處理一次都會(huì)失真一次（波形發(fā)生畸變），產(chǎn)生一次噪聲積累，處理的次數(shù)越多，噪聲積累越大，信噪比（S/N）越低。同時(shí)模擬音頻信號(hào)易受環(huán)境干擾，特別是電磁的干擾。途徑線路周邊的大功率電器設(shè)備都會(huì)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)造成干擾，直接影響通話效果。模擬音頻信號(hào)傳輸受線間變壓器帶寬、喇叭尺寸、電纜線徑等因素影響，頻響范圍在200Hz~12KHz，失真度≤10％，無法實(shí)現(xiàn)立體聲傳輸。而經(jīng)過幾級(jí)放大后的遠(yuǎn)距離廣播，語(yǔ)音音質(zhì)會(huì)明顯下降。
○節(jié)目容量小，不能尋址控制。無法滿足同時(shí)廣播和分區(qū)廣播，無法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)尋址廣播。例如地面人員想對(duì)某個(gè)區(qū)域或某幾個(gè)區(qū)域?qū)ず?、講話，定壓廣播無法做到，只能所有擴(kuò)音設(shè)備同時(shí)廣播，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)單點(diǎn)或隨意分組進(jìn)行廣播。
○故障率高。即便某一點(diǎn)出現(xiàn)線路短路故障，將會(huì)造成整個(gè)廣播系統(tǒng)的癱瘓，這是傳統(tǒng)廣播技術(shù)的致命缺點(diǎn)。
?、?利用以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字廣播方式，如目前較為流行的視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、電話會(huì)議以及IP電話等，其采用的都是數(shù)字廣播技術(shù)。它是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的數(shù)字音頻傳遞，是目前乃至今后三網(wǎng)合一或多網(wǎng)合一的一個(gè)重要組成部分?？梢岳靡呀?jīng)形成的網(wǎng)絡(luò)作為傳輸平臺(tái)，任意擴(kuò)展。因此數(shù)字廣播技術(shù)已經(jīng)成為事實(shí)上的先進(jìn)廣播的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
數(shù)字廣播顧名思義就是將廣播信號(hào)數(shù)字化（A/D轉(zhuǎn)換），它是按照一定算法，將模擬音頻信號(hào)經(jīng)過采集、量化、編碼、壓縮后的數(shù)字音頻文件（如MP3）或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上的數(shù)字音頻文件，通過網(wǎng)絡(luò)，按照傳輸協(xié)議以數(shù)據(jù)包的形式將音頻文件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)廣播接收端，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)廣播終端進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后還原成音頻信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)喇叭工作的。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播終端都是一臺(tái)具有音頻編解碼和網(wǎng)絡(luò)通信功能的嵌入式計(jì)算機(jī)，并且都有自己的獨(dú)立IP地址，像局域網(wǎng)內(nèi)PC組網(wǎng)一樣，按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。
數(shù)字廣播采用高質(zhì)量音頻壓縮格式，而且采用純數(shù)字的傳輸方式，在制作、處理、傳輸過程中不會(huì)產(chǎn)生噪音累積，引起信噪比下降而導(dǎo)致信號(hào)劣化；而且錯(cuò)誤率相當(dāng)?shù)蜕踔潦强梢员苊獾?，因此可以多次?fù)制和傳輸，不論怎么編輯、處理都不會(huì)產(chǎn)生額外的噪聲：
○信號(hào)無損、音質(zhì)好：數(shù)字廣播從音源的制作到傳輸全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，系統(tǒng)信噪比高，不會(huì)在處理、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)產(chǎn)生噪聲，從而可以獲得比較好的音質(zhì)，也可以進(jìn)行立體聲傳輸?？赏耆貌糠值V山企業(yè)已建成的井下工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的傳遞。只要網(wǎng)絡(luò)下行帶寬得到128K，就可以十分流暢的傳輸一路立體聲音頻信號(hào)。
○擴(kuò)充性強(qiáng)：系統(tǒng)理論最大終端無限制，遠(yuǎn)距離傳輸沒有限制。在將來的擴(kuò)容中，無需購(gòu)買主機(jī)設(shè)備，只要有網(wǎng)絡(luò)接口，就可以安裝網(wǎng)絡(luò)廣播終端，更無須對(duì)線路進(jìn)行改造，也不需要專門布線，不管是光纖、超五類線、數(shù)字微波還是無線網(wǎng)橋，只要網(wǎng)絡(luò)連通就可以傳輸數(shù)字音頻廣播。
○可以實(shí)現(xiàn)智能廣播。以太網(wǎng)本身就是一套雙向網(wǎng)絡(luò)，在以太網(wǎng)上通過軟件可輕而易舉地實(shí)現(xiàn)智能廣播的定時(shí)、尋址、分組等功能。在網(wǎng)絡(luò)速度允許的情況下，可實(shí)現(xiàn)多路廣播。因?yàn)橐纛l文件是以數(shù)據(jù)包的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，所以很容易實(shí)現(xiàn)多路廣播，把不同的數(shù)據(jù)包發(fā)送給不同的終端就可以了。
○廣播方式多種多樣：由于網(wǎng)絡(luò)廣播終端為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具備靈活的IP地址設(shè)置，因此地面主機(jī)可以通過編程來控制設(shè)備的IP，以達(dá)到控制擴(kuò)音喇叭廣播的效果：
定點(diǎn)廣播：可對(duì)任意終端進(jìn)行定點(diǎn)廣播
獨(dú)立廣播：可獨(dú)立地對(duì)某一終端進(jìn)行廣播而不干擾其它終端。
每區(qū)可獨(dú)立廣播：可同時(shí)對(duì)幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行廣播。
全體廣播：可對(duì)所有終端進(jìn)行廣播
緊急廣播：拿起麥克風(fēng)即可廣播。
宣傳廣播：可播放背景音樂、領(lǐng)導(dǎo)講話、語(yǔ)音宣傳等。
緊急呼叫：用戶可按鍵直接呼叫操作臺(tái)，進(jìn)行通話對(duì)講。
錄音：系統(tǒng)可將調(diào)度員對(duì)終端用戶的講話形成錄音文件進(jìn)行存儲(chǔ)，以便查詢。
而且，該系統(tǒng)還可以通過接口與現(xiàn)有的皮帶擴(kuò)音系統(tǒng)、IP調(diào)度電話系統(tǒng)、WIFI無線通話系統(tǒng)互聯(lián)。
KXT23系統(tǒng)中用于機(jī)房、調(diào)度室的設(shè)備，能在下列條件下正常工作：
a）環(huán)境溫度：-30℃～40℃；
b）相對(duì)濕度：最大相對(duì)濕度95%（+25%）；
c）海拔高度：不超過2000m；
除有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定外，系統(tǒng)中用于煤礦井下的設(shè)備能在下列條件下正常工作：
a）環(huán)境溫度：-10℃～40℃；
b）平均相對(duì)濕度：不大于95%（+25℃）；
c）有爆炸性氣體混合物，但無顯著振動(dòng)和沖擊、無破壞絕緣的腐蝕性氣體。
1.1 KXT23礦用IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)概述
近幾年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正受到廣泛的應(yīng)用，我公司也相繼開發(fā)出了基于100M/1000M的全礦井工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)，其他生產(chǎn)廠家也相繼開發(fā)出了大量支持網(wǎng)絡(luò)接口的礦用產(chǎn)品。井下工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用日益普及。
由于煤礦井下面積比較大，區(qū)域分布比較廣；根據(jù)井下實(shí)際情況及功能要求，采用ＩＰ網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，將音頻信號(hào)以標(biāo)準(zhǔn)IP包形式在井下局域網(wǎng)上進(jìn)行傳送. 解決傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)存在的長(zhǎng)距離音頻功率傳送布線困難、損耗大、音質(zhì)不佳、維護(hù)管理復(fù)雜、互動(dòng)性能差等問題。另外，該系統(tǒng)的對(duì)講功能可以在緊急情況下，及早將危險(xiǎn)區(qū)域的狀況向調(diào)度匯報(bào)，為及時(shí)掌握前方狀況增加了一個(gè)有效途徑。
由此可見，ＩＰ網(wǎng)絡(luò)廣播對(duì)講系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景，潛在的市場(chǎng)巨大。
⑴.目前國(guó)內(nèi)煤礦井下基本上都采用傳統(tǒng)的模擬音頻廣播方式（定壓廣播）
其工作原理是將模擬音頻信號(hào)直接放大、通過升壓變壓器將其4-16Ω匹配阻抗變換到100V定壓方式進(jìn)行傳輸，到終端后降壓轉(zhuǎn)換到4-16Ω的匹配阻抗上推動(dòng)喇叭。為降低線路傳輸損耗，一般傳輸距離是幾十米到幾百米。由于技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、維護(hù)安設(shè)簡(jiǎn)單、終端便宜，適合于小范圍、對(duì)音質(zhì)效果和應(yīng)用可靠性要求不高的場(chǎng)所。
但是其缺點(diǎn)比較明顯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在高速交流的信息時(shí)代對(duì)廣播系統(tǒng)的要求。除了技術(shù)落后外，還存在如下缺點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的廣播技術(shù)逐漸被淘汰：
○傳輸距離短、擴(kuò)展性差。由于傳統(tǒng)廣播技術(shù)的音頻信號(hào)為模擬信號(hào)，音源為模擬音頻，而模擬信號(hào)對(duì)傳輸距離有一定的限制，超過一定的距離后，需要增加中繼器對(duì)信號(hào)逐級(jí)放大。
○抗干擾性能差、音質(zhì)差。模擬音頻受電子元器件自身特性的影響（每個(gè)元器件都有熱噪聲），每處理一次都會(huì)失真一次（波形發(fā)生畸變），產(chǎn)生一次噪聲積累，處理的次數(shù)越多，噪聲積累越大，信噪比（S/N）越低。同時(shí)模擬音頻信號(hào)易受環(huán)境干擾，特別是電磁的干擾。途徑線路周邊的大功率電器設(shè)備都會(huì)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)造成干擾，直接影響通話效果。模擬音頻信號(hào)傳輸受線間變壓器帶寬、喇叭尺寸、電纜線徑等因素影響，頻響范圍在200Hz~12KHz，失真度≤10％，無法實(shí)現(xiàn)立體聲傳輸。而經(jīng)過幾級(jí)放大后的遠(yuǎn)距離廣播，語(yǔ)音音質(zhì)會(huì)明顯下降。
○節(jié)目容量小，不能尋址控制。無法滿足同時(shí)廣播和分區(qū)廣播，無法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)尋址廣播。例如地面人員想對(duì)某個(gè)區(qū)域或某幾個(gè)區(qū)域?qū)ず?、講話，定壓廣播無法做到，只能所有擴(kuò)音設(shè)備同時(shí)廣播，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)單點(diǎn)或隨意分組進(jìn)行廣播。
○故障率高。即便某一點(diǎn)出現(xiàn)線路短路故障，將會(huì)造成整個(gè)廣播系統(tǒng)的癱瘓，這是傳統(tǒng)廣播技術(shù)的致命缺點(diǎn)。
?、?利用以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字廣播方式，如目前較為流行的視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、電話會(huì)議以及IP電話等，其采用的都是數(shù)字廣播技術(shù)。它是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的數(shù)字音頻傳遞，是目前乃至今后三網(wǎng)合一或多網(wǎng)合一的一個(gè)重要組成部分?？梢岳靡呀?jīng)形成的網(wǎng)絡(luò)作為傳輸平臺(tái)，任意擴(kuò)展。因此數(shù)字廣播技術(shù)已經(jīng)成為事實(shí)上的先進(jìn)廣播的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
數(shù)字廣播顧名思義就是將廣播信號(hào)數(shù)字化（A/D轉(zhuǎn)換），它是按照一定算法，將模擬音頻信號(hào)經(jīng)過采集、量化、編碼、壓縮后的數(shù)字音頻文件（如MP3）或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上的數(shù)字音頻文件，通過網(wǎng)絡(luò)，按照傳輸協(xié)議以數(shù)據(jù)包的形式將音頻文件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)廣播接收端，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)廣播終端進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后還原成音頻信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)喇叭工作的。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播終端都是一臺(tái)具有音頻編解碼和網(wǎng)絡(luò)通信功能的嵌入式計(jì)算機(jī)，并且都有自己的獨(dú)立IP地址，像局域網(wǎng)內(nèi)PC組網(wǎng)一樣，按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。
數(shù)字廣播采用高質(zhì)量音頻壓縮格式，而且采用純數(shù)字的傳輸方式，在制作、處理、傳輸過程中不會(huì)產(chǎn)生噪音累積，引起信噪比下降而導(dǎo)致信號(hào)劣化；而且錯(cuò)誤率相當(dāng)?shù)蜕踔潦强梢员苊獾?，因此可以多次?fù)制和傳輸，不論怎么編輯、處理都不會(huì)產(chǎn)生額外的噪聲：
○信號(hào)無損、音質(zhì)好：數(shù)字廣播從音源的制作到傳輸全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，系統(tǒng)信噪比高，不會(huì)在處理、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)產(chǎn)生噪聲，從而可以獲得比較好的音質(zhì)，也可以進(jìn)行立體聲傳輸?？赏耆貌糠值V山企業(yè)已建成的井下工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的傳遞。只要網(wǎng)絡(luò)下行帶寬得到128K，就可以十分流暢的傳輸一路立體聲音頻信號(hào)。
○擴(kuò)充性強(qiáng)：系統(tǒng)理論最大終端無限制，遠(yuǎn)距離傳輸沒有限制。在將來的擴(kuò)容中，無需購(gòu)買主機(jī)設(shè)備，只要有網(wǎng)絡(luò)接口，就可以安裝網(wǎng)絡(luò)廣播終端，更無須對(duì)線路進(jìn)行改造，也不需要專門布線，不管是光纖、超五類線、數(shù)字微波還是無線網(wǎng)橋，只要網(wǎng)絡(luò)連通就可以傳輸數(shù)字音頻廣播。
○可以實(shí)現(xiàn)智能廣播。以太網(wǎng)本身就是一套雙向網(wǎng)絡(luò)，在以太網(wǎng)上通過軟件可輕而易舉地實(shí)現(xiàn)智能廣播的定時(shí)、尋址、分組等功能。在網(wǎng)絡(luò)速度允許的情況下，可實(shí)現(xiàn)多路廣播。因?yàn)橐纛l文件是以數(shù)據(jù)包的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，所以很容易實(shí)現(xiàn)多路廣播，把不同的數(shù)據(jù)包發(fā)送給不同的終端就可以了。
○廣播方式多種多樣：由于網(wǎng)絡(luò)廣播終端為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具備靈活的IP地址設(shè)置，因此地面主機(jī)可以通過編程來控制設(shè)備的IP，以達(dá)到控制擴(kuò)音喇叭廣播的效果：
定點(diǎn)廣播：可對(duì)任意終端進(jìn)行定點(diǎn)廣播
獨(dú)立廣播：可獨(dú)立地對(duì)某一終端進(jìn)行廣播而不干擾其它終端。
每區(qū)可獨(dú)立廣播：可同時(shí)對(duì)幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行廣播。
全體廣播：可對(duì)所有終端進(jìn)行廣播
緊急廣播：拿起麥克風(fēng)即可廣播。
宣傳廣播：可播放背景音樂、領(lǐng)導(dǎo)講話、語(yǔ)音宣傳等。
緊急呼叫：用戶可按鍵直接呼叫操作臺(tái)，進(jìn)行通話對(duì)講。
錄音：系統(tǒng)可將調(diào)度員對(duì)終端用戶的講話形成錄音文件進(jìn)行存儲(chǔ)，以便查詢。
而且，該系統(tǒng)還可以通過接口與現(xiàn)有的皮帶擴(kuò)音系統(tǒng)、IP調(diào)度電話系統(tǒng)、WIFI無線通話系統(tǒng)互聯(lián)。
KXT23系統(tǒng)中用于機(jī)房、調(diào)度室的設(shè)備，能在下列條件下正常工作：
a）環(huán)境溫度：-30℃～40℃；
b）相對(duì)濕度：最大相對(duì)濕度95%（+25%）；
c）海拔高度：不超過2000m；
除有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定外，系統(tǒng)中用于煤礦井下的設(shè)備能在下列條件下正常工作：
a）環(huán)境溫度：-10℃～40℃；
b）平均相對(duì)濕度：不大于95%（+25℃）；
c）有爆炸性氣體混合物，但無顯著振動(dòng)和沖擊、無破壞絕緣的腐蝕性氣體。
