1 概述
1.1 KXT23矿用IP网络广播系统概述
近几年来，随着网络技术的迅速发展，工业以太网+现场总线的自动控制网络结构正受到广泛的应用，我公司也相继开发出了基于100M/1000M的全矿井工业以太网系统，其他生产厂家也相继开发出了大量支持网络接口的矿用产品。井下工业以太网的应用日益普及。
由于煤矿井下面积比较大，区域分布比较广；根据井下实际情况及功能要求，采用ＩＰ网络广播系统，将音频信号以标准IP包形式在井下局域网上进行传送. 解决传统广播系统存在的长距离音频功率传送布线困难、损耗大、音质不佳、维护管理复杂、互动性能差等问题。另外，该系统的对讲功能可以在紧急情况下，及早将危险区域的状况向调度汇报，为及时掌握前方状况增加了一个有效途径。
由此可见，ＩＰ网络广播对讲系统有着广泛的应用前景，潜在的市场巨大。
⑴.目前国内煤矿井下基本上都采用传统的模拟音频广播方式（定压广播）
其工作原理是将模拟音频信号直接放大、通过升压变压器将其4-16Ω匹配阻抗变换到100V定压方式进行传输，到终端后降压转换到4-16Ω的匹配阻抗上推动喇叭。为降低线路传输损耗，一般传输距离是几十米到几百米。由于技术成熟、结构简单、性能稳定、维护安设简单、终端便宜，适合于小范围、对音质效果和应用可靠性要求不高的场所。
但是其缺点比较明显，远远不能满足现在高速交流的信息时代对广播系统的要求。除了技术落后外，还存在如下缺点，因此传统的广播技术逐渐被淘汰：
○传输距离短、扩展性差。由于传统广播技术的音频信号为模拟信号，音源为模拟音频，而模拟信号对传输距离有一定的限制，超过一定的距离后，需要增加中继器对信号逐级放大。
○抗干扰性能差、音质差。模拟音频受电子元器件自身特性的影响（每个元器件都有热噪声），每处理一次都会失真一次（波形发生畸变），产生一次噪声积累，处理的次数越多，噪声积累越大，信噪比（S/N）越低。同时模拟音频信号易受环境干扰，特别是电磁的干扰。途径线路周边的大功率电器设备都会对语音信号造成干扰，直接影响通话效果。模拟音频信号传输受线间变压器带宽、喇叭尺寸、电缆线径等因素影响，频响范围在200Hz~12KHz，失真度≤10％，无法实现立体声传输。而经过几级放大后的远距离广播，语音音质会明显下降。
○节目容量小，不能寻址控制。无法满足同时广播和分区广播，无法实现点对点寻址广播。例如地面人员想对某个区域或某几个区域寻呼、讲话，定压广播无法做到，只能所有扩音设备同时广播，无法实现对单点或随意分组进行广播。
○故障率高。即便某一点出现线路短路故障，将会造成整个广播系统的瘫痪，这是传统广播技术的致命缺点。
⑵.利用以太网技术进行数字广播方式，如目前较为流行的视频会议、远程教育、电话会议以及IP电话等，其采用的都是数字广播技术。它是利用网络技术、以网络为传输平台来实现的数字音频传递，是目前乃至今后三网合一或多网合一的一个重要组成部分。可以利用已经形成的网络作为传输平台，任意扩展。因此数字广播技术已经成为事实上的先进广播的行业标准。
数字广播顾名思义就是将广播信号数字化（A/D转换），它是按照一定算法，将模拟音频信号经过采集、量化、编码、压缩后的数字音频文件（如MP3）或存储在存储器上的数字音频文件，通过网络，按照传输协议以数据包的形式将音频文件传输到网络广播接收端，然后经过网络广播终端进行D/A转换后还原成音频信号，经放大后驱动喇叭工作的。每个网络广播终端都是一台具有音频编解码和网络通信功能的嵌入式计算机，并且都有自己的独立IP地址，像局域网内PC组网一样，按照TCP/IP协议进行通信。
数字广播采用高质量音频压缩格式，而且采用纯数字的传输方式，在制作、处理、传输过程中不会产生噪音累积，引起信噪比下降而导致信号劣化；而且错误率相当低甚至是可以避免的，因此可以多次复制和传输，不论怎么编辑、处理都不会产生额外的噪声：
○信号无损、音质好：数字广播从音源的制作到传输全部实现了数字化、网络化，系统信噪比高，不会在处理、传输等环节产生噪声，从而可以获得比较好的音质，也可以进行立体声传输。可完全利用部分矿山企业已建成的井下工业以太网进行语音信号的传递。只要网络下行带宽得到128K，就可以十分流畅的传输一路立体声音频信号。
○扩充性强：系统理论最大终端无限制，远距离传输没有限制。在将来的扩容中，无需购买主机设备，只要有网络接口，就可以安装网络广播终端，更无须对线路进行改造，也不需要专门布线，不管是光纤、超五类线、数字微波还是无线网桥，只要网络连通就可以传输数字音频广播。
○可以实现智能广播。以太网本身就是一套双向网络，在以太网上通过软件可轻而易举地实现智能广播的定时、寻址、分组等功能。在网络速度允许的情况下，可实现多路广播。因为音频文件是以数据包的方式在网络中传输，所以很容易实现多路广播，把不同的数据包发送给不同的终端就可以了。
○广播方式多种多样：由于网络广播终端为网络设备，具备灵活的IP地址设置，因此地面主机可以通过编程来控制设备的IP，以达到控制扩音喇叭广播的效果：
定点广播：可对任意终端进行定点广播
独立广播：可独立地对某一终端进行广播而不干扰其它终端。
每区可独立广播：可同时对几个区域进行广播。
全体广播：可对所有终端进行广播
紧急广播：拿起麦克风即可广播。
宣传广播：可播放背景音乐、领导讲话、语音宣传等。
紧急呼叫：用户可按键直接呼叫操作台，进行通话对讲。
录音：系统可将调度员对终端用户的讲话形成录音文件进行存储，以便查询。
而且，该系统还可以通过接口与现有的皮带扩音系统、IP调度电话系统、WIFI无线通话系统互联。
KXT23系统中用于机房、调度室的设备，能在下列条件下正常工作：
a）环境温度：-30℃～40℃；
b）相对湿度：最大相对湿度95%（+25%）；
c）海拔高度：不超过2000m；
除有关标准另有规定外，系统中用于煤矿井下的设备能在下列条件下正常工作：
a）环境温度：-10℃～40℃；
b）平均相对湿度：不大于95%（+25℃）；
c）有爆炸性气体混合物，但无显著振动和冲击、无破坏绝缘的腐蚀性气体。
1.1 KXT23矿用IP网络广播系统概述
近几年来，随着网络技术的迅速发展，工业以太网+现场总线的自动控制网络结构正受到广泛的应用，我公司也相继开发出了基于100M/1000M的全矿井工业以太网系统，其他生产厂家也相继开发出了大量支持网络接口的矿用产品。井下工业以太网的应用日益普及。
由于煤矿井下面积比较大，区域分布比较广；根据井下实际情况及功能要求，采用ＩＰ网络广播系统，将音频信号以标准IP包形式在井下局域网上进行传送. 解决传统广播系统存在的长距离音频功率传送布线困难、损耗大、音质不佳、维护管理复杂、互动性能差等问题。另外，该系统的对讲功能可以在紧急情况下，及早将危险区域的状况向调度汇报，为及时掌握前方状况增加了一个有效途径。
由此可见，ＩＰ网络广播对讲系统有着广泛的应用前景，潜在的市场巨大。
⑴.目前国内煤矿井下基本上都采用传统的模拟音频广播方式（定压广播）
其工作原理是将模拟音频信号直接放大、通过升压变压器将其4-16Ω匹配阻抗变换到100V定压方式进行传输，到终端后降压转换到4-16Ω的匹配阻抗上推动喇叭。为降低线路传输损耗，一般传输距离是几十米到几百米。由于技术成熟、结构简单、性能稳定、维护安设简单、终端便宜，适合于小范围、对音质效果和应用可靠性要求不高的场所。
但是其缺点比较明显，远远不能满足现在高速交流的信息时代对广播系统的要求。除了技术落后外，还存在如下缺点，因此传统的广播技术逐渐被淘汰：
○传输距离短、扩展性差。由于传统广播技术的音频信号为模拟信号，音源为模拟音频，而模拟信号对传输距离有一定的限制，超过一定的距离后，需要增加中继器对信号逐级放大。
○抗干扰性能差、音质差。模拟音频受电子元器件自身特性的影响（每个元器件都有热噪声），每处理一次都会失真一次（波形发生畸变），产生一次噪声积累，处理的次数越多，噪声积累越大，信噪比（S/N）越低。同时模拟音频信号易受环境干扰，特别是电磁的干扰。途径线路周边的大功率电器设备都会对语音信号造成干扰，直接影响通话效果。模拟音频信号传输受线间变压器带宽、喇叭尺寸、电缆线径等因素影响，频响范围在200Hz~12KHz，失真度≤10％，无法实现立体声传输。而经过几级放大后的远距离广播，语音音质会明显下降。
○节目容量小，不能寻址控制。无法满足同时广播和分区广播，无法实现点对点寻址广播。例如地面人员想对某个区域或某几个区域寻呼、讲话，定压广播无法做到，只能所有扩音设备同时广播，无法实现对单点或随意分组进行广播。
○故障率高。即便某一点出现线路短路故障，将会造成整个广播系统的瘫痪，这是传统广播技术的致命缺点。
⑵.利用以太网技术进行数字广播方式，如目前较为流行的视频会议、远程教育、电话会议以及IP电话等，其采用的都是数字广播技术。它是利用网络技术、以网络为传输平台来实现的数字音频传递，是目前乃至今后三网合一或多网合一的一个重要组成部分。可以利用已经形成的网络作为传输平台，任意扩展。因此数字广播技术已经成为事实上的先进广播的行业标准。
数字广播顾名思义就是将广播信号数字化（A/D转换），它是按照一定算法，将模拟音频信号经过采集、量化、编码、压缩后的数字音频文件（如MP3）或存储在存储器上的数字音频文件，通过网络，按照传输协议以数据包的形式将音频文件传输到网络广播接收端，然后经过网络广播终端进行D/A转换后还原成音频信号，经放大后驱动喇叭工作的。每个网络广播终端都是一台具有音频编解码和网络通信功能的嵌入式计算机，并且都有自己的独立IP地址，像局域网内PC组网一样，按照TCP/IP协议进行通信。
数字广播采用高质量音频压缩格式，而且采用纯数字的传输方式，在制作、处理、传输过程中不会产生噪音累积，引起信噪比下降而导致信号劣化；而且错误率相当低甚至是可以避免的，因此可以多次复制和传输，不论怎么编辑、处理都不会产生额外的噪声：
○信号无损、音质好：数字广播从音源的制作到传输全部实现了数字化、网络化，系统信噪比高，不会在处理、传输等环节产生噪声，从而可以获得比较好的音质，也可以进行立体声传输。可完全利用部分矿山企业已建成的井下工业以太网进行语音信号的传递。只要网络下行带宽得到128K，就可以十分流畅的传输一路立体声音频信号。
○扩充性强：系统理论最大终端无限制，远距离传输没有限制。在将来的扩容中，无需购买主机设备，只要有网络接口，就可以安装网络广播终端，更无须对线路进行改造，也不需要专门布线，不管是光纤、超五类线、数字微波还是无线网桥，只要网络连通就可以传输数字音频广播。
○可以实现智能广播。以太网本身就是一套双向网络，在以太网上通过软件可轻而易举地实现智能广播的定时、寻址、分组等功能。在网络速度允许的情况下，可实现多路广播。因为音频文件是以数据包的方式在网络中传输，所以很容易实现多路广播，把不同的数据包发送给不同的终端就可以了。
○广播方式多种多样：由于网络广播终端为网络设备，具备灵活的IP地址设置，因此地面主机可以通过编程来控制设备的IP，以达到控制扩音喇叭广播的效果：
定点广播：可对任意终端进行定点广播
独立广播：可独立地对某一终端进行广播而不干扰其它终端。
每区可独立广播：可同时对几个区域进行广播。
全体广播：可对所有终端进行广播
紧急广播：拿起麦克风即可广播。
宣传广播：可播放背景音乐、领导讲话、语音宣传等。
紧急呼叫：用户可按键直接呼叫操作台，进行通话对讲。
录音：系统可将调度员对终端用户的讲话形成录音文件进行存储，以便查询。
而且，该系统还可以通过接口与现有的皮带扩音系统、IP调度电话系统、WIFI无线通话系统互联。
KXT23系统中用于机房、调度室的设备，能在下列条件下正常工作：
a）环境温度：-30℃～40℃；
b）相对湿度：最大相对湿度95%（+25%）；
c）海拔高度：不超过2000m；
除有关标准另有规定外，系统中用于煤矿井下的设备能在下列条件下正常工作：
a）环境温度：-10℃～40℃；
b）平均相对湿度：不大于95%（+25℃）；
c）有爆炸性气体混合物，但无显著振动和冲击、无破坏绝缘的腐蚀性气体。
