《工矿自动化》“煤矿5G通信技术” | 虚拟专题

来源：工矿自动化

5G通信技术具有大带宽、高可靠、多连接、低时延等优点，满足智能煤矿建设对传输带宽、时延、可靠性等方面的通信要求，已用于煤矿视频监视、数据采集、语音通信、采掘工作面远程控制等，是煤矿智能化的基础。本刊整理了近期发表的煤矿5G通信技术代表性文章，以期促进同行交流。

行业视野: 工矿自动化
类别; 73个
关键词; 30位
专家; 12篇
论文; 2448IP
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矿用5G通信演进技术研究

作者(Author)：李晨鑫

摘要：矿用5G是智能矿山建设的基础，为满足智能矿山多样化的应用需求，需要依托5G通信演进技术推动矿用5G通信演进系统的实现。梳理了矿用5G技术研究及系统部署现状：矿用5G初步实现了音视频通话、高清视频分析、装备远程控制等应用，但存在终端形态单一、上行链路负荷较重、5G通信系统与定位系统分立建设等问题。分析了3GPP Release 17的5G通信演进技术在矿用5G通信中的适用性，指出RedCap轻量化终端技术、NR直连通信技术、NR定位技术将成为矿用5G通信演进的关键技术。研究了矿用5G通信演进关键技术：RedCap轻量化终端技术能够满足矿用无线传感器、单路无线传输的矿用视频监控设备、智能矿灯、智能穿戴设备的低功耗、低成本的多模态终端研发需求；NR直连通信技术应用于矿井自动驾驶车载终端与巷侧设备、应急通信中继设备，可满足矿井自动驾驶和应急通信的低时延、高可靠传输需求；NR定位技术应用于矿井通信定位一体化，可满足矿井通信定位系统融合的技术需求。提出了矿用5G通信演进系统架构，为建设矿用5G全连接矿井、支持多链路无线接入、实现通信感知一体化提供了方向。

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工矿自动化

2023年第03期

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5G专网技术及煤矿5G专网方案分析

作者(Author)：霍振龙

摘要：矿井现有的除5G以外的通信网络大部分是以独立专网的形式存在，而5G无线通信在带宽、时延、终端连接数量、可靠性等方面的性能大幅提高，相应地网络架构和组网方式也有新的变化，其中专网方案不再是单一的独立专网方案，还存在混合专网、虚拟专网等方式。介绍了网络切片、移动边缘计算、5G LAN、时间敏感网络等5G专网关键技术。给出了虚拟专网、混合专网和独立专网3种5G专网方案：虚拟专网具有服务范围广、灵活性高、成本低、建设周期短等特点，适于各种覆盖范围广、接入终端在时间和空间上不固定，同时又有一定的业务质量要求和一定程度的数据隔离要求的应用；混合专网传输路径短，安全性高，网络的端到端时延低，可进行多种灵活的自主服务，但私密性稍弱；独立专网是提供物理独享的5G专用网络，满足行业用户高带宽、低时延、高安全、高可靠的数据传输需求。提出了5G专网方案选择在安全性、可用性、可靠性等方面的一般性原则，以及煤矿5G专网在调度功能、融合需求、自主运营运维、本质安全等方面的特殊需求。提出了煤矿5G专网方案的选择：在煤矿智能化建设初期或煤矿对数据的保密性、系统使用的便捷性、系统功能的扩展性方面等没有苛刻的要求，可选择虚拟专网或混合专网方案，反之，可选择独立专网方案。指出目前煤矿采用混合专网和虚拟专网方案相对较多，且混合专网和虚拟专网方案未来一段时间内还有一定的优势；随着小型核心网的生态逐步建立，独立专网方案将会受到更多用户的认可；在今后一定时期内，独立专网、虚拟专网和混合专网方案将发挥各自的优势，服务于不同时期、不同差异化需求的煤矿智能化建设。

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工矿自动化

2022年第11期

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5G特性在智慧矿山中的应用研究

作者(Author)：刘昕, 付元, 李晨鑫

摘要：目前智慧矿山5G建设主要针对矿用5G的宏观技术发展方向、测试方法和特定应用场景展开研究，缺乏对智慧矿山5G各类应用场景特点的全面梳理。针对该问题，归纳了智慧矿山5G应用场景类型，梳理了主要应用场景的通信需求，指出传感器信息回传类应用具有广覆盖需求、视频信息采集和回传类应用具有上行大带宽传输需求、实时控制信息交互类应用具有下行低时延传输需求、自动驾驶信息采集和回传类应用具有上行大带宽和下行低时延共存的差异化传输需求。针对智慧矿山5G应用的环境特点和技术要求，提出了核心网+承载网+接入网的矿用5G网络总体架构：(1)核心网通过用户平面功能（UPF）和多接入边缘计算（MEC）下沉，实现矿山5G独立组网、独立运行。(2)承载网中的信息安全模块用于数据安全审计监测和传输控制，实现井上下数据安全隔离；网络切片和服务质量（QoS）管理模块用于对不同业务进行信道划分和隔离，实现多业务共存信道隔离，保障传输性能。(3)接入网采用基站控制器+基站汇集器+基站+终端的方式，实现5G信号分区、按需覆盖。根据上述架构，提出了面向智慧矿山多样化应用需求的5G关键技术方案：(1)采用网络切片技术将矿山5G网络划分为传感器切片、视频回传类切片、实时控制类切片、远程控制类切片，结合传输业务的QoS指标，将业务数据映射到不同的切片资源上进行传输，实现5G网络传输的按需分配。(2)通过灵活空中接口调度机制满足无线资源按需调度，即大带宽业务采用资源请求-业务缓存报告资源分配-业务缓存-数据传输资源分配的空口资源调度方式，保障上行传输带宽，低时延业务采用预留的专用空口资源进行传输，保证下行传输低时延。(3)当单一频段无法满足上行传输需求时，通过载波聚合技术将多个连续或非连续的载波聚合成更大的带宽，有效支撑矿山5G的大带宽传输需求。

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工矿自动化

2022年第10期

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5G技术在煤矿掘进工作面运输系统中的应用

作者(Author)：顾义东

摘要：针对掘进工作面运输系统通信网络存在的接入能力不足、传输可靠性低、传输带宽不足等问题，探讨了5G技术在煤矿掘进工作面运输系统中应用的必要性和可行性：经过优化设计的矿用5G系统性能指标达到预期，完全能够满足当前煤矿智能化建设对无线通信系统的需求；矿用5G通信模组、5G客户终端设备（CPE）为掘进工作面各类设备及传感器接入5G网络提供了设备支持。介绍了5G设备的矿用化改造重点解决的问题：建立了矿用5G网络架构，以满足井下5G信号覆盖需求；针对5G设备功耗大的问题，对其结构进行了优化设计，并设计了散热装置；解决了5G基站多路射频输出与天线增益叠加后射频功率超标的问题。给出了掘进工作面运输系统5G网络架构及功能，借助5G网络大带宽、低时延、高可靠、广接入的特性，可实现掘进工作面运输系统各类传感设备的统一接入、各环节的高清视频监控、远程集中控制。

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2022年第06期

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