煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想

顧義東， 孟瑋

(1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司， 江蘇 常州 213015；2.天地(常州)自動(dòng)化股份有限公司， 江蘇 常州 213015)

0 引言

煤礦智能化建設(shè)是煤礦發(fā)展的目標(biāo)，也是煤礦高效、安全、高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)支撐。5G無(wú)線通信技術(shù)具備高帶寬、低時(shí)延、廣連接等特征，是煤礦智能化建設(shè)的關(guān)鍵支撐技術(shù)[1]。王國(guó)法等[2-3]分析了5G關(guān)鍵技術(shù)及特征，指出了5G技術(shù)在井下應(yīng)用的必要性、應(yīng)用場(chǎng)景的不成熟性，提出了5G在煤礦智能化建設(shè)中的實(shí)施要點(diǎn)。孫繼平等[4-7]對(duì)5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)中的實(shí)施進(jìn)行了探索?；粽颀埖萚8]對(duì)礦用5G無(wú)線通信系統(tǒng)的組成、組網(wǎng)方式及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了研究。孟慶勇[9]提出了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及承載網(wǎng)的3種前傳組網(wǎng)方案。李藝等[10]、毛馨凱等[11]研究了5G技術(shù)在智能礦山、智能采煤工作面方面的應(yīng)用。韓利強(qiáng)[12]設(shè)計(jì)了基于5G技術(shù)遠(yuǎn)程控制的煤礦救援機(jī)器人。楊海鵬[13]進(jìn)行了基于5G網(wǎng)絡(luò)的智能礦山建設(shè)研究。

2021年6月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)《能源領(lǐng)域5G應(yīng)用實(shí)施方案》(發(fā)改能源〔2021〕807號(hào))，提出了圍繞智能煤礦等方面，研制一批滿足能源領(lǐng)域5G應(yīng)用特定需求的專用技術(shù)和配套產(chǎn)品，拓展一批5G典型應(yīng)用場(chǎng)景，建設(shè)一批5G行業(yè)專網(wǎng)或虛擬專網(wǎng)，為智能煤礦的建設(shè)指明了方向。但是，目前5G技術(shù)在煤礦的應(yīng)用還處于起步階段，尚未形成成熟的煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用方案。本文提出了煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)架構(gòu)、建設(shè)、應(yīng)用等構(gòu)想，以期推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)。

1 煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)架構(gòu)

煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)主要由5G核心網(wǎng)、基帶處理單元(Base Band Unit，BBU)、遠(yuǎn)端匯聚站(Remote Radio Unit Hub，RHUB)、5G基站、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、本安型5G終端及5G承載網(wǎng)等構(gòu)成，如圖1所示。5G核心網(wǎng)、BBU、RHUB及5G基站之間由5G承載網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)元之間信令傳輸；井下采用5G基站及天線實(shí)現(xiàn)井下無(wú)線信號(hào)覆蓋，基站通過(guò)RHUB進(jìn)行匯聚后，與BBU相連并接入5G核心網(wǎng)；RHUB支持鏈型、星型、混合型組網(wǎng)，并可以級(jí)聯(lián)2級(jí)，RHUB與BBU之間拉遠(yuǎn)距離達(dá)10 km。

2 煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)

2.1 5G核心網(wǎng)

5G核心網(wǎng)建設(shè)方案分為用戶面功能(User Plane Function，UPF)/移動(dòng)邊緣計(jì)算(Mobile Edge Computing，MEC)下沉和獨(dú)立專網(wǎng)2種，其優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

2.1.1 UPF/MEC下沉

UPF是3GPP 5G核心網(wǎng)的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)5G核心網(wǎng)用戶面業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)識(shí)別、動(dòng)作和策略執(zhí)行等相關(guān)功能。UPF/MEC下沉是依托于運(yùn)營(yíng)商的通信網(wǎng)絡(luò)，將運(yùn)營(yíng)商UPF下沉到礦區(qū)或礦區(qū)移動(dòng)邊緣節(jié)點(diǎn)部署，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出園區(qū)、低時(shí)延報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的5G虛擬專網(wǎng)，滿足智能煤礦建設(shè)所需的帶寬高、時(shí)延敏感、數(shù)據(jù)機(jī)密性強(qiáng)等業(yè)務(wù)需求。UPF/MEC下沉方式5G核心網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

5G核心網(wǎng)控制面使用運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)部署的5G核心網(wǎng)網(wǎng)元，在礦區(qū)建設(shè)UPF/MEC。采用UPF/MEC下沉方式部署的5G虛擬專網(wǎng)使用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的公共陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(Public Lands Mobile Network，PLMN)，礦區(qū)基站通過(guò)切片信息選擇5G核心網(wǎng)控制面，終端發(fā)起注冊(cè)信令流程，基站選擇運(yùn)營(yíng)商的5G核心網(wǎng)控制面，會(huì)話管理功能(Session Management Function，SMF)根據(jù)終端簽約的切片和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)名稱(Data Network Name，DNN)信息選擇礦區(qū)部署的UPF/MEC。礦區(qū)和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)使用同一個(gè)PLMN，終端基于切片和DNN選擇運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)和礦區(qū)虛擬專網(wǎng)，對(duì)需要本地處理的數(shù)據(jù)流進(jìn)行專網(wǎng)內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)和路由，降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。

圖1 煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Architecture of coal mine 5G wireless communication system

表1 UPF/MEC下沉和獨(dú)立專網(wǎng)優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of UPF/MEC sinking and independent private network

圖2 UPF/MEC下沉方式5G核心網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)Fig.2 Architecture of 5G core network with UPF/MEC sinking mode

2.1.2 獨(dú)立專網(wǎng)

獨(dú)立專網(wǎng)是在煤礦獨(dú)立建設(shè)的支持4G和5G終端接入的礦區(qū)專用獨(dú)立核心網(wǎng)，為礦區(qū)專網(wǎng)用戶和終端設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。獨(dú)立專網(wǎng)方式5G核心網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示。

在礦區(qū)核心機(jī)房建設(shè)1套獨(dú)立5G核心網(wǎng)，包含5G核心網(wǎng)控制面和5G核心網(wǎng)用戶面，支持窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)/4G/5G多種接入方式。礦區(qū)基站(包括地面基站及井下基站)設(shè)置礦區(qū)專屬的PLMN，終端選擇該P(yáng)LMN后發(fā)起注冊(cè)信令流程，基站通過(guò)該P(yáng)LMN選擇礦區(qū)獨(dú)立部署的專用5G核心網(wǎng)。

圖3 獨(dú)立專網(wǎng)方式5G核心網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)Fig.3 Architecture of 5G core network with independent private network mode

2.2 5G承載網(wǎng)

承載網(wǎng)是連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)的端到端網(wǎng)絡(luò)，是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。礦用5G承載網(wǎng)與地面5G承載網(wǎng)前傳、中傳、后傳類似，主要分為5G核心網(wǎng)與BBU之間、BBU與RHUB之間、RHUB與5G基站之間的承載網(wǎng)。

2.2.1 5G核心網(wǎng)與BBU之間承載網(wǎng)

5G核心網(wǎng)與BBU之間承載網(wǎng)是礦用5G通信網(wǎng)絡(luò)的核心。1臺(tái)BBU通?？蛇B接多臺(tái)RHUB及幾十臺(tái)Pico RRU(Remote Radio Unit，射頻拉遠(yuǎn)單元)，因此，其數(shù)據(jù)量非常大，承載網(wǎng)接入層帶寬需求將達(dá)30 Gbit/s左右，這需要10GE以上的接口[14]，行業(yè)內(nèi)目前通常采用10GE或50GE接入設(shè)備來(lái)完成礦用5G核心網(wǎng)與BBU之間連接。

目前5G核心網(wǎng)與BBU之間的承載網(wǎng)主要采用光纖直連、切片分組網(wǎng)(Slicing Packet Network，SPN)和第五代固定網(wǎng)絡(luò)(The 5th generation Fixed networks，F(xiàn)5G)3種承載方式。

(1) 光纖直連適用于巷道較簡(jiǎn)單的礦井，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，一般只需1臺(tái)BBU及幾十臺(tái)5G基站即可滿足應(yīng)用需求。5G核心網(wǎng)安裝于地面機(jī)房，BBU根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要安裝于地面機(jī)房或井下硐室中。

(2) SPN是5G網(wǎng)絡(luò)切片中的關(guān)鍵技術(shù)，是中國(guó)移動(dòng)在分組傳送網(wǎng)(Packet Transport Network，PTN)技術(shù)基礎(chǔ)上，面向5G和政企專線等業(yè)務(wù)承載需求，融合創(chuàng)新提出的新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案。SPN采用ITU-T層網(wǎng)絡(luò)模型，以以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，引入新的基于66B碼塊的時(shí)分復(fù)用(Time Division Multiplexing，TDM)交叉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了分組和TDM的有效融合。SPN通過(guò)IP、以太網(wǎng)和光學(xué)技術(shù)的融合，將多層網(wǎng)絡(luò)功能融為一體，能夠滿足5G高帶寬、低時(shí)延、超高精度時(shí)間同步等網(wǎng)絡(luò)需求。同時(shí)，SPN支持FlexE分片技術(shù)，可根據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求進(jìn)行切片，將帶寬需求大、流量抖動(dòng)大的視頻類業(yè)務(wù)和生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)采集類業(yè)務(wù)放在不同的切片，滿足高帶寬、低時(shí)延等不同業(yè)務(wù)的承載要求。

井下SPN傳輸帶寬達(dá)50/100 Gbit/s，故障保護(hù)倒換時(shí)間小于30 ms，SPN在吞吐量、故障保護(hù)倒換時(shí)間、切片支持等方面較傳統(tǒng)工業(yè)環(huán)網(wǎng)具備一定的優(yōu)勢(shì)，可替代現(xiàn)有傳統(tǒng)工業(yè)環(huán)網(wǎng)及地面辦公系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)，將成為近階段煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)承載網(wǎng)的主流建設(shè)方案。但SPN存在以下缺點(diǎn)：設(shè)備整體功耗較高，通常在400 W以上，設(shè)備安裝于礦用隔爆外殼中熱量較高，散熱設(shè)計(jì)要求高；由于SPN是新技術(shù)，目前設(shè)備成本較高。

(3) F5G具備確定性高帶寬、海量連接、低時(shí)延和零丟包的特點(diǎn)，其由無(wú)源分光器和光纜組成，采用Type C型環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，支持多點(diǎn)斷纖保護(hù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中光纖及設(shè)備具備端到端保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)更可靠。F5G是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在煤礦井下之類自然條件惡劣、電磁干擾大的場(chǎng)所使用。目前F5G具備10 Gbit/s的傳輸速率及30 ms以內(nèi)的故障保護(hù)倒換時(shí)間，基本可滿足5G應(yīng)用需要。

F5G建設(shè)成本相對(duì)SPN低，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性好、可靠性高，性能指標(biāo)達(dá)到5G承載網(wǎng)的基本要求，但該技術(shù)尚未有礦井成功應(yīng)用案例，仍需進(jìn)一步測(cè)試。

2.2.2 BBU與RHUB之間承載網(wǎng)

RHUB是射頻單元集中控制器單元，實(shí)現(xiàn)BBU與Pico RRU之間的橋接。RHUB與BBU及RHUB與Pico RRU之間采用通用公共無(wú)線接口(Common Public Radio Interface，CPRI)協(xié)議，用戶層數(shù)據(jù)流、控制管理層數(shù)據(jù)流、同步數(shù)據(jù)流均通過(guò)CPRI接口傳輸。每臺(tái)RHUB通?？蛇B接8臺(tái)Pico RRU，為保證每臺(tái)Pico RRU的傳輸帶寬，必須保證BBU與RHUB之間傳輸具有足夠的帶寬。目前BBU與RHUB之間采用大于10 Gbit/s的接口，且只能通過(guò)光纖連接，尚無(wú)法接入礦用工業(yè)以太網(wǎng)。

2.2.3 RHUB與5G基站之間承載網(wǎng)

典型5G低頻單基站峰值帶寬達(dá)5 Gbit/s，高頻單基站峰值帶寬達(dá)15 Gbit/s。由于我國(guó)目前運(yùn)營(yíng)的5G網(wǎng)絡(luò)均采用5G FR1低頻段(即Sub 6 GHz頻段)，所以現(xiàn)有的礦用5G基站都采用5G低頻段設(shè)計(jì)。為保證基站無(wú)線性能，5G單基站將需要2×10GE/25GE的承載帶寬，如果基站配置的參數(shù)提升，帶寬需求還會(huì)相應(yīng)增加。因此，RHUB與5G基站之間一般也采用CPRI接口，接口速率為25 Gbit/s。目前井下應(yīng)用中RHUB與5G基站通過(guò)光纖連接，兩者之間最大拉遠(yuǎn)距離通常在2 km以內(nèi)。

2.3 5G基站

5G基站是5G無(wú)線通信系統(tǒng)在井下的主要無(wú)線覆蓋設(shè)備，目前取得安標(biāo)認(rèn)證的礦用5G基站一般由Pico RRU、配套電源、后備電池及配套天線組成，支持1.8/2.3/2.6 GHz或1.8/2.1/3.5 GHz多頻并發(fā)工作，既可提供高帶寬5G NR無(wú)線接入，也可兼容4G無(wú)線接入，還可為礦井物聯(lián)網(wǎng)提供廣連接、低速率NB-IoT無(wú)線接入。礦用5G基站的多模接入為建立井上下一體化通信網(wǎng)絡(luò)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，井下各類不同應(yīng)用場(chǎng)景均可通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)提供可靠的信息傳輸方案。

根據(jù)安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心發(fā)布的《煤礦5G通信系統(tǒng)安全技術(shù)要求(試行)》文件要求，無(wú)線設(shè)備的發(fā)射閾功率應(yīng)滿足GB 3836.1—2010《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求》中6.6.1條的規(guī)定，基站閾功率應(yīng)不大于6 W?；鹃摴β蕿槊柯钒l(fā)射端的最大閾功率之和。目前常用的礦用5G基站具有4個(gè)射頻端口，每個(gè)端口射頻輸出功率為300 mW，為滿足發(fā)射閾功率的要求，配套天線增益需在8 dBi以內(nèi)，在現(xiàn)場(chǎng)使用存在無(wú)線覆蓋距離較小的問題，該問題需在以后的礦用5G基站設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮并予以解決。

2.4 5G終端及通信模組

5G手機(jī)、平板、客戶前置設(shè)備(Customer Premise Equipment，CPE)等5G終端設(shè)備及5G NR、CAT1、CAT4、CAT M1、NB-IoT等5G無(wú)線通信模組通過(guò)無(wú)線空口接入5G基站，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)傳輸、視頻傳輸?shù)裙δ埽瑸槌浞掷?G網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低時(shí)延、廣連接的特性提供設(shè)備支持。

在礦用5G終端方面，目前礦用5G手機(jī)、礦用CPE等已取得相關(guān)煤安認(rèn)證，具備了井下應(yīng)用的條件。礦用5G手機(jī)以安卓智能手機(jī)為主，具備語(yǔ)音通話、視頻通話、音視頻回傳、信息采集、遠(yuǎn)程控制及行業(yè)應(yīng)用軟件安裝應(yīng)用等功能。礦用CPE實(shí)現(xiàn)了5G、WiFi及以太網(wǎng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，滿足井下具備WiFi、以太網(wǎng)接入功能的設(shè)備接入5G網(wǎng)絡(luò)的需求。

5G通信模組是5G網(wǎng)絡(luò)得以充分發(fā)揮其性能的關(guān)鍵，是井下各類設(shè)備、傳感器接入5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。然而，目前礦用5G通信模組的開發(fā)及應(yīng)用仍處于起步階段，尚未有成熟的應(yīng)用，積極研究開發(fā)各類通信模組，并將其與井下設(shè)備、攝像頭、傳感器相結(jié)合，形成豐富多彩的5G+無(wú)線終端設(shè)備，是當(dāng)前乃至今后一段時(shí)間內(nèi)5G應(yīng)用開發(fā)的重點(diǎn)?；谀壳?G NR通信模組價(jià)格仍較高、功耗較大，除高清視頻、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)/虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)等應(yīng)用外，通信速率10 Mbit/s的CAT1、通信速率1 Mbit/s左右的CAT M1及通信速率15.625～250 kbit/s的NB-IoT通信模組由于其技術(shù)成熟、價(jià)格低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)作為目前重點(diǎn)研發(fā)方向。

3 煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)典型應(yīng)用

5G對(duì)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(Enhanced Mobile Broadband，eMBB)場(chǎng)景的技術(shù)支撐能力，能夠有效適應(yīng)煤礦超高清視頻傳輸?shù)雀邘挊I(yè)務(wù)需求；5G對(duì)超高可靠低時(shí)延通信(Ultra Reliable Low Latency Communications，uRLLC)場(chǎng)景的技術(shù)支撐能力，能夠有效滿足無(wú)人采礦車、無(wú)人挖掘機(jī)等無(wú)人礦山智能設(shè)備間通信需求；5G對(duì)海量機(jī)器類通信(Massive Machine Type Communications，mMTC)場(chǎng)景的技術(shù)支撐能力，能夠更好地支持多種煤礦安全監(jiān)測(cè)等傳感數(shù)據(jù)采集需求。

3.1 融合一體化通信

隨著智能煤礦建設(shè)的推進(jìn)，煤礦需要基于5G無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)融合調(diào)度通信功能，在統(tǒng)一的核心調(diào)度平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)有線調(diào)度、無(wú)線調(diào)度融合，提升煤礦通信效率和調(diào)度水平。因此，在煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)5G融合調(diào)度設(shè)備，該設(shè)備支持ISUP/TUP/PRI/Q.SIG/SIP/H.323/MGCP/H.248等多種協(xié)議，可支持公網(wǎng)手機(jī)和固話、有線調(diào)度電話、行政電話、IP電話、4G/5G/WiFi終端、SIP廣播終端等設(shè)備的接入，使煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有線和無(wú)線融合調(diào)度通信。同時(shí)，上述多種類型終端的接入，形成了井上下語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻等多媒體信息的5G綜合傳輸平臺(tái)，避免各系統(tǒng)自成網(wǎng)絡(luò)、接口不統(tǒng)一的問題，有效消除信息孤島的產(chǎn)生，提高礦井通信及信息利用能力。

3.2 高帶寬業(yè)務(wù)應(yīng)用

借助5G高帶寬、低時(shí)延的特性，煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)為煤礦提供全環(huán)節(jié)的高清視頻監(jiān)控服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)部署智能圖像及視頻分析服務(wù)器進(jìn)行人臉識(shí)別、生產(chǎn)過(guò)程行為識(shí)別、生產(chǎn)過(guò)程管控等，實(shí)時(shí)給出分析結(jié)果，為煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)和安全生產(chǎn)提供智能安全預(yù)警；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)煤礦AR智能巡檢、AR設(shè)備運(yùn)維、AR生產(chǎn)培訓(xùn)等需要無(wú)線高帶寬支持的應(yīng)用。

3.3 智能工作面業(yè)務(wù)應(yīng)用

煤礦綜采工作面、掘進(jìn)工作面屬于生產(chǎn)移動(dòng)性場(chǎng)所，光線不足、溫度高、粉塵多、濕度大、設(shè)備多，工作環(huán)境差且危險(xiǎn)度大。因此，實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)人開采是智能工作面建設(shè)關(guān)鍵。智能化開采需要大量傳感數(shù)據(jù)的支持，采集的信息類型多、數(shù)據(jù)生成速度快、數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)快；同時(shí)智能化開采需要對(duì)采煤機(jī)等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遙控，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性要求高。因此智能工作面對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延、可靠性等性能要求高。

通過(guò)煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)構(gòu)建的工作面?zhèn)鬏斖ǖ?，一方面能夠可靠、?zhǔn)確、實(shí)時(shí)地滿足工作面各類環(huán)境指標(biāo)、設(shè)備工況、作業(yè)參數(shù)和調(diào)度指令等數(shù)據(jù)的井上下雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)工作面生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、操作遠(yuǎn)程化；另一方面可實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)關(guān)鍵設(shè)備工況，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員會(huì)及時(shí)收到維修指令進(jìn)行維修，從而實(shí)現(xiàn)智能工作面的少人或無(wú)人操作，達(dá)到“無(wú)人則安”的安全生產(chǎn)目的。

3.4 礦山車輛遠(yuǎn)程控制或無(wú)人駕駛

礦山車輛遠(yuǎn)程控制或無(wú)人駕駛需要大量傳感器對(duì)車輛速度、位置、周邊環(huán)境、障礙物等進(jìn)行識(shí)別，將產(chǎn)生大量的車輛數(shù)據(jù)與云端的實(shí)時(shí)計(jì)算，每小時(shí)需要的數(shù)據(jù)量大概為100 GB，且由于車輛行駛中需要及時(shí)應(yīng)對(duì)路徑選擇、障礙物規(guī)避等決策規(guī)劃，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性、可靠性要求極高。5G支持eMBB及uRLLC典型應(yīng)用場(chǎng)景，可實(shí)現(xiàn)峰值1 Gbit/s傳輸速率、毫秒級(jí)時(shí)延的傳輸能力，可為礦山車輛遠(yuǎn)程控制或無(wú)人駕駛提供可靠的通信保障。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)提供了井上下語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻等信息一體化無(wú)線高可靠寬帶傳輸平臺(tái)，支持多種通信終端的接入及互通，為礦井各系統(tǒng)融合及信息綜合利用提供了技術(shù)支持，為礦井高清視頻監(jiān)控、VR/AR、智能工作面、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制等行業(yè)應(yīng)用提供了可靠的通信保障，滿足井下人-人、人-物、物-物互聯(lián)的通信需要。但煤礦5G無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用尚未得到充分發(fā)展，存在以下缺點(diǎn)或難點(diǎn)：① 5G基站、RHUB等設(shè)備功耗大，只能設(shè)計(jì)成礦用隔爆型產(chǎn)品，體積大且笨重，安裝使用不方便。② 5G基站及天線射頻總功率需小于6 W，造成覆蓋距離小，基站使用數(shù)量上升，系統(tǒng)建設(shè)成本高。③ 礦用5G手機(jī)終端匱乏。④ 5G通信模組價(jià)格高且功耗大，尚不具備大規(guī)模行業(yè)應(yīng)用的條件。因此，今后應(yīng)從以下方面進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化：① 小型化行業(yè)5G核心網(wǎng)設(shè)計(jì)，支持網(wǎng)絡(luò)切片功能。② 礦用5G基站等設(shè)備的低功耗及本安化設(shè)計(jì)。③ 700 MHz頻段5G設(shè)備的井下應(yīng)用，提升5G基站覆蓋范圍。④ 礦用5G手機(jī)終端的定制及行業(yè)APP的開發(fā)。⑤ 低功耗5G通信模組的開發(fā)。⑥ 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)需求更多行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的深入挖掘。