孙明智
（西山煤电（集团）有限责任公司大数据中心，山西 太原 030053）
引言我国目前的煤矿通信系统还是以有线通信系统为主，但通信系统在运行过程中，需要借助电缆进行通信信号传输，由于井下作业环境十分恶劣，电缆长期处于潮湿的环境下，很可能出现被腐蚀或者受损现象，这极易威胁通信质量。在煤矿生产中，通信系统发挥着联系井上人员和井下人员的重要作用，是保障安全高效生产的重要系统。一旦出现通信中断的问题，必定会影响井下作业效率和作业安全。基于此，相关领域的学者提出设计自适应无线通信系统的理念。实践证明，该通信系统能够满足远距离通信要求，但实际应用中该系统极易受到提升机设备的干扰影响，产生通信质量不佳的问题。而光纤通信技术的抗干扰能力较强，且能改变电缆传输的局限性。因此，急需针对光纤通信系统的建设方法展开研究。
1 光纤通信系统的通信原理光纤通信系统的信号传输过程如图1 所示。
如图1 所示，先由发射端发送被转变为电信号的信息，之后由中继器接收电信号并使电信号投放于激光束上，让电信号的变化频率与光的强度保持一致状态，再由光纤传输电信号，在接收端完成信号接收和放大处理，最后将电信号转变为具体通信信息直接输出。在当前的煤矿生产中，对通信质量的要求较高，光纤通信既能满足大量数据的实时通信要求，又能保障信息处理的高效性，可以有效弥补在传统通信系统中的不足，因此可以被作为首先通信技术。
2 光纤通信系统的结构设计2.1 系统组成光纤通信系统组成如图2 所示。
光纤通信系统组成包括电端机、光发信机、中继器、光收信机和电端机等，其中，光发信机的作用是对电信号和光信号进行有效转换，主要由调制器和光源共同组成，主要用于对电信号的有效转换，并将已经调好的光信号号耦合到光纤中进行传输。这里所应用的电端机可以被看作电子通信设备；中继器主要由光源、判决再生电路和光检器共同组成，其作用主要表现为两个方面，一方面用于补偿光纤传输时的衰减信号，一方面用于对失真的波形进行整形操作；光收信机与光发信机的作用相同，均可完成对电信号和光信号的转换，主要由光放大器和光检测器共同组成，在系统运行中是先接收光信号，再将其转换为电信号，最后将传输之后变得微弱的电信号进行放大处理，传输至接收端[1]。
2.2 系统软件设计1）人工神经网络光纤通信技术的选择。由于矿井通信的要求较为特殊，在面临较为复杂的运行环境时，通信质量极易受到周边环境影响，致使出现通信失真的问题。基于此类问题，在设计通信系统时，需要优先考虑如何提升通信系统的抗干扰能力。人工神经网络均衡器属于自适应译码器的一种，其主要作用为支持对非线性光纤通信信号的补偿，可以有效降低通信失真问题对矿井通信质量的影响。均衡器应用的过程中分为三个层级，主要包括输入层、输出层和隐含层，其中的输出层仅有一个节点，而隐含层则包含n个节点，这里将输入向量和输出向量分别设置成X和Y，并将隐含层的非线性激活函数设置为gh（），当输入节点为k 时，其输入向量则为xk，计算此函数隐含层节点的和时的计算公式如下：
均衡器输出向量公式如下：
其中的xi属于i 隐含节点输入向量。进行上述训练的主要目的是找到最后集合，保障光纤通信的均衡性。为使均衡器的应用效果能够满足矿井通信系统较为复杂的通信环境，还需进行多次调试，做到对均衡器模式的有效调整，确保当通信过程中，受到外部环境干扰，出现通信信号失真问题时，可以借助均衡器及时补偿电信号，从根本上提升通信可靠性。
2）数据传输设计。当通过训练确定好人工神经网络模型的最佳值后，则可利用均衡器实现对煤矿井下通信数据的高效稳定传输。但需要特别注意的是，煤矿井下作业的条件十分复杂，很可能发生突发的干扰问题，致使出现通信信号不稳的现象。此时，也可借助人工神经网络均衡器的自适应能力进行重新训练与调整，使其满足不同环境下的通信需求。需要注意的是，受到井下作业环境的影响，光纤色也呈现出不规律的形式，此时同样可以借助人工神经网络均衡器的补偿作用对光纤通信的色散进行补偿，保障光纤信号的传输效果[2]。
3 仿真验证为了验证该光纤通信系统的通信效果，借助光学仿真软件通过对程序的有效编写对系统通信能力进行验证。在仿真软件中通过对不同煤矿作业环境的模拟，如对噪声、干扰信息以及传输距离等的分别设置，验证在不同环境下的通信效果。这里是借助示波器将仿真软件中的通信语音信号以波形的方式呈现出来，通过对比输入时的通信语音信号波形和输出时的通信语音信号波形来判断该光纤通信系统的通信效果。输入和输出时的通信语音信号波形如图3 所示。
对比图中的3-1 图和3-2 图的信号波形差异来看，输入和输出的信号波形差异较小，甚至可以忽略不计，这表示该光纤通信系统在较为恶劣的作业环境中也能保持良好的通信信号传输效果，究其原因是由于其中应用了人工神经网络均衡器，其可根据光纤通信系统的实际运行环境进行自主调试，强大的自适应能力能够实现对通信信号和光纤通信色散的有效补偿，尽可能维持较好的通信效果。另外，光纤通信系统本身也较于电缆信号传输方式表现出了更强的信号传输稳定性，能够有效规避由于电缆受损问题带来的信号失真和通信中断等问题，无论是从环境适应能力上，还是从信号传输可靠性方面来看，光纤通信系统均属于煤矿通信中的首选。一些已有的应用实践也表明，光纤通信系统具备通信误码率低、信号失真率低和信号传输延时率小的特性，在一些长距离的通信作业中也表现出了信号传输效果好的特性，这也充分证实了光纤通信系统更为适宜应用于矿井这种恶劣的通信环境中。
4 结语围绕光纤通信系统应用原理和系统组成进行分析，并探究了应用人工神经网络提高通信系统自适应能力的方法，最后通过仿真验证了该光纤通信系统的通信效果。结果表明，在输入和输出前后的通信语音信号变化较小，这意味着在通信信号传输过程中，并未因环境问题产生信号失真的现象。因此，证实该系统具备较好的环境适应能力，可以被应用于煤矿通信工作中，保持井下和井上的有效沟通，为矿井开采安全提供保障。
