5G無線通信技術(shù)在冶金工程中的應(yīng)用分析*

金風(fēng)濤

(甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅嘉峪關(guān) 735100)

科學(xué)技術(shù)水平不斷創(chuàng)新與發(fā)展,帶動通信技術(shù)飛躍式發(fā)展,對社會生產(chǎn)、生活帶去了巨大改變?；谕ㄐ偶夹g(shù)發(fā)展下,5G網(wǎng)絡(luò)研究與5G工程建設(shè)逐步發(fā)展起來,5G無線通信技術(shù)具有高速率,低時延,大容量等優(yōu)勢,對各個行業(yè)發(fā)展起到了重要影響,為此,我國也提高了對冶金工程建設(shè)引入5G無線通信技術(shù)的重視,并加快對其技術(shù)方面以及應(yīng)用方面的研究。希望在未來可以將5G技術(shù)普及到日常生活中,推動社會進入新的篇章。

1 5G無線通信技術(shù)概述

5G技術(shù)是建立在4G技術(shù)基礎(chǔ)上,對原有系統(tǒng)技術(shù)升級、改造而成,是一種更加優(yōu)于4G的新興無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),通過更新?lián)Q代構(gòu)建出一種新型技術(shù),如表1所示。其中最為突出的特點就是,可以通過建立新IP地址,實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。簡單說,就是采用分段傳輸方式實現(xiàn)信息傳遞,而后集中匯總到移動終端,這樣可以很好的確保通信速度,同時,也對傳輸安全有所保障。在5G無線通信技術(shù)下,主要組成部分包含了城域網(wǎng)、核心網(wǎng)、接入網(wǎng)。在這三個網(wǎng)層的互相配合下,促使5G無線通信技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸效率、安全性得到了極大提升,也正是因此,促使5G無線通信技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。從當(dāng)前5G無線通信技術(shù)發(fā)展情況看,呈現(xiàn)出飛躍式趨勢,在5G技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等方面,具有重要突破,推動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迎來了一個嶄新的時代[1]。

表1 5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對比Tab.1 Comparison of key technical indicators of 5G network and 4G network

2 5G無線通信技術(shù)在冶金工程應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 新型多天線傳輸技術(shù)

在5G無線通信技術(shù)應(yīng)用中,新型多天線技術(shù)應(yīng)用居多,在該技術(shù)下,可以在很大程度上使得頻譜資源最大化利用,進而實現(xiàn)在無線通信技術(shù)應(yīng)用中,可以減少使用同一信息數(shù)據(jù)的頻譜資源。基于此種多天線傳輸技術(shù)下,能夠在傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)組建相應(yīng)的傳輸矩陣,主要目的就是為了防止傳輸進行時,受到其他因素的干擾,進而影響到傳輸質(zhì)量,通過新型多天線傳輸技術(shù),能夠滿足傳輸邊緣用戶對高效無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求。此外,技術(shù)開發(fā)人員可以充分發(fā)揮該技術(shù)優(yōu)勢,有效、合理、科學(xué)的配置頻譜資源,全面考慮到用戶的實際需求差異性,掌握好空間分布情況,構(gòu)建出妥善規(guī)劃。總的來說,新型多天線傳輸技術(shù)的應(yīng)用,真正意義上實現(xiàn)了“一對多”式服務(wù)模式,對5G無線通信技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展提供了重要支撐[2]。

2.2 超密集組網(wǎng)技術(shù)

將5G無線通信技術(shù)應(yīng)用到冶金工程中,其中最為關(guān)鍵的就是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。超密集組網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋程度的提升,在該技術(shù)作用下,可以提升數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量,在此基礎(chǔ)上,分流處理移動通信業(yè)務(wù)。通過5G無線通信技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)的靈活部署,有助于擴大全范圍覆蓋程度。但需要講明的是,該技術(shù)應(yīng)用還有待提升,需要深入研究,因為網(wǎng)絡(luò)部署過于密集,所以需要解決拓撲復(fù)雜化情況。所以,在實際應(yīng)用過程中,應(yīng)當(dāng)提高對超密集組網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注,重點解決多余信號干擾的問題,確保移動終端性能有所提升,促使5G無線通信技術(shù)在冶金工程中更好的應(yīng)用。

2.3 高頻傳輸技術(shù)

高頻傳輸?shù)闹攸c就是增加頻段數(shù)量,實現(xiàn)多頻段傳輸,以此提高傳輸效率。而在5G無線通信技術(shù)中,具有非常多的頻段支撐數(shù)據(jù)傳輸需求,而這也意味著需要相關(guān)技術(shù)人員,使用更高的技術(shù)將射頻器件的工作頻段調(diào)整到與之符合的頻段,由于現(xiàn)階段通信技術(shù)多元化發(fā)展,因此,若匹配低頻段頻譜為5G無線通信技術(shù)應(yīng)用,確實存在一定困難[3]。為解決此問題,需要引入高頻傳輸技術(shù),進而達到5G無線通信技術(shù)頻段使用需求,改變以往擁擠低頻段頻譜傳輸問題,進而有效提升數(shù)據(jù)傳輸效率。需要注意的是,在這一過程中,應(yīng)當(dāng)考慮到空氣中的介質(zhì)是否會干擾、影響信號質(zhì)量這一問題,如果存在則需要解決,進而推動高頻段傳輸發(fā)展。此外,應(yīng)用高頻傳輸通信技術(shù),會消耗大量的能量,針對此,可以通過直徑傳輸?shù)姆绞竭M行調(diào)節(jié)。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研究人員,有必要進一步探索最佳的傳輸方式,打破現(xiàn)存限制。

2.4 直接通信技術(shù)

在冶金工程中,會使用到大量的設(shè)備,而設(shè)備之間的聯(lián)系,主要采用的就是直接通信技術(shù),即不借助其他任何載體,開展通信活動,最終可以完成直接交流目標(biāo)。從以往傳統(tǒng)移動通信過程看,在網(wǎng)絡(luò)面積全覆蓋方面存在很大不足。但采用此種直接通信技術(shù),可以很好的完善各種設(shè)備,從而提高移動通信質(zhì)量,為冶金工程建設(shè)提供良好的基礎(chǔ)保障。在直接通信技術(shù)作用下,可以很好的降低各系統(tǒng)運行能耗,進而有效迎合我國提倡的節(jié)能減排目標(biāo),對冶金工程可持續(xù)性發(fā)展起到重要作用[4]。

2.5 云計算平臺與直接通信

云計算平臺在5G無線通訊技術(shù)中占有重要地位。分析冶金工程,當(dāng)中涉及到了各種智能設(shè)備,需要進行自動切換,而將云計算平臺應(yīng)用其中,可以對其實施科學(xué)的設(shè)置,使得設(shè)備智能化運行,進而形成健全、科學(xué)、合理的智能組網(wǎng)系統(tǒng),使得5G無線通信技術(shù)的智能化水平得到提升,同時,也有效降低移動通信能源損耗量。除此之外,直接通訊技術(shù)在5G無線通信技術(shù)中的利用可以降低對頻譜資源浪費率,起到節(jié)約資源的作用[5]。

2.6 同時同頻同雙工技術(shù)

同時同頻同雙工關(guān)鍵技術(shù),主要就是同時通訊方式、同頻接收方式等,在5G無線通訊技術(shù)中應(yīng)用該技術(shù),有助于保障網(wǎng)絡(luò)銅芯線通當(dāng)中的頻關(guān)鍵技術(shù)高效性,提高通信系統(tǒng)頻譜利用率?；诋?dāng)前軟件技術(shù)與硬件技術(shù)日益更新、提升下,引入同時同頻同雙工技術(shù),能夠更好的提高通信領(lǐng)域頻譜靈敏度,同時,可以有效降低通信系統(tǒng)大規(guī)模運行故障率,確保大規(guī)模運行能夠順利進行[6]。在冶金工程通訊環(huán)節(jié),會使用多種類型設(shè)備,但是這些設(shè)備數(shù)量較多,容易在實際運行過程中,出現(xiàn)相互干擾的情況,對此,可以有效利用同時同頻同雙工技術(shù),保障通信系統(tǒng)運行質(zhì)量,有效預(yù)防設(shè)備終端被干擾,從而為冶金工程建設(shè)過程中的通訊提供高效保障,促使各環(huán)節(jié)工作有序開展。

3 5G無線通信技術(shù)在冶金工程中的實踐應(yīng)用

5G網(wǎng)絡(luò)在2019年得到了突飛猛進的發(fā)展,在我國多個城市相繼開始應(yīng)用。現(xiàn)階段,5G無線通信技術(shù)并沒有全面應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ钪?而是在一些大型企業(yè)中逐步應(yīng)用、實踐。其中在冶金行業(yè)的應(yīng)用,突顯出了一定成果,“遠程一鍵煉鋼”的開啟,使得冶金行業(yè)5G時代正式到來,轉(zhuǎn)爐自動化冶煉+全自動出鋼的方式,極大的提供了冶金效率與水平。相比于3G、4G時代,5G的應(yīng)用推動了鋼鐵行業(yè)飛速發(fā)展。自2018年起中國聯(lián)通與首鋼集團建立合作,開啟戰(zhàn)略合作,由此便誕生了我國第一個5G示范園,引入5G技術(shù)使得園區(qū)內(nèi)實現(xiàn)5G應(yīng)用[7]。當(dāng)前,5G示范園內(nèi),實現(xiàn)了有無人駕駛清掃車、中巴、配送車等多種車輛,在未來發(fā)展中,還將5G 技術(shù)與北斗技術(shù)融合,實現(xiàn)精準(zhǔn)定位、觀賽導(dǎo)航。此外, 還有其他鋼鐵集團與中國移動、華為公司達成了戰(zhàn)略協(xié)議,進一步深化了5G技術(shù)在鋼鐵制造的研發(fā)應(yīng)用。目前,河鋼已經(jīng)實現(xiàn)了無人天車,在工區(qū)內(nèi)天車可以自動化找卷、吊卷、放卷,整個操作過程的安全性、準(zhǔn)確性、高效性都得到了 提高,倉庫區(qū)自動化運行基本實現(xiàn),在該技術(shù)下,應(yīng)用該技術(shù)在很大程度上提高了天車工作效率。

首先,基于5G無線通信技術(shù)下,無人駕駛礦車穩(wěn)定性得到了明顯提高,使得運行安全得到了保障。比如,包鋼集團與中國移動內(nèi)蒙古公司合作后,實現(xiàn)了智慧礦區(qū)無人駕駛應(yīng)用。在5G網(wǎng)絡(luò)支持下的無人駕駛礦車應(yīng)用,對比傳統(tǒng)真人駕駛礦車,工作效率有了明顯提升,同時,車輛油耗方面,無人駕駛礦車更低,后續(xù)工作中涉及到的維護成本也明顯低于以往人工駕車。對此,礦區(qū)逐步開始應(yīng)用新的無人駕駛車輛,在實踐中取得了很好的應(yīng)用效果,并有繼續(xù)采購新無人駕駛車輛的趨勢,盡最大可能實現(xiàn)礦車“無人化”。通過應(yīng)用此無人機礦車,實現(xiàn)了智能化管理,與此同時,也在提升了礦區(qū)綜合效益。大約為10%,而整體耗能則下降5%以上,在節(jié)能環(huán)保方面,也得到了極大的提升[8]。

其次,引入5G無線通信技術(shù)后,實現(xiàn)了實景遠程操作。最為典型的應(yīng)用就是智慧工廠的建立,華菱湘鋼與中國移動通信湖南有限公司、華為合作,積極引入5G無線通信技術(shù),建設(shè)了現(xiàn)代智慧化工廠。智慧天車的首次投用,代表著5G技術(shù)在我國鋼鐵行業(yè)正式落地應(yīng)用,華菱湘鋼實現(xiàn)了5G技術(shù)實景在我國的首次應(yīng)用,開啟了國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的首個先例,對日后鋼鐵行業(yè)引入5G技術(shù)提供了重要參考。在智慧工廠中,作業(yè)人員不需要到實地,通過遠方操控儀器便可實現(xiàn)對煉鋼區(qū)各個環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)操控,比如天車、卸車、吊運、檢修等部分,可以實現(xiàn)一體化作業(yè)[9]。

最后,在5G技術(shù)下,可以極大的提高自動化運行實效。由表1可知,5G技術(shù)時延非常低,幾乎可以實現(xiàn)指令發(fā)布與執(zhí)行間“零”延遲,此外,由于5G技術(shù)下載速率非常高,達到了1.2GUps的下載速率,這一優(yōu)勢可以幫助作業(yè)人員掌握更加高清的視角,進而更好的保障遠程操控精準(zhǔn)度、操控性。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段,通信技術(shù)的不斷完善與發(fā)展,為人們生活各個方面的需求提供了支持,推動了5G無線通信技術(shù)在社會各個領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展。在日后發(fā)展中,我國相關(guān)領(lǐng)域研究人員還應(yīng)用積極研究5G相關(guān)技術(shù),擴大5G技術(shù)應(yīng)用范圍,充分發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢,助推國家社會進步,為人們提供更好的生活環(huán)境,進而實現(xiàn)“科技強國”的發(fā)展目標(biāo)。