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煤矿用5G通信系统标准研究制定

孙继平

孙继平. 煤矿用5G通信系统标准研究制定[J]. 工矿自动化,2023,49(8):1-8.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18147
引用本文: 孙继平. 煤矿用5G通信系统标准研究制定[J]. 工矿自动化,2023,49(8):1-8.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18147
SUN Jiping. Research and development of 5G communication system standards for coal mines[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(8):1-8.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18147
Citation: SUN Jiping. Research and development of 5G communication system standards for coal mines[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(8):1-8.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18147

煤矿用5G通信系统标准研究制定

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18147
基金项目: 国家重点研发计划项目(2016YFC0801800)。
详细信息
    作者简介:

    孙继平(1958—),男,山西翼城人,教授,博士,博士研究生导师,中国矿业大学(北京)原副校长;获国家科技进步奖和技术发明奖二等奖4项(第1完成人3项);作为第1完成人获省部级科技进步特等奖和一等奖8项;作为第1完成人主持制定中华人民共和国煤炭行业、安全生产行业和能源行业标准48项;作为第1发明人获国家授权发明专利130余件;主持制定《煤矿安全规程》第十一章“监控与通信”;被SCI和EI检索的第1作者或独立完成论文100余篇;作为第1作者或独立完成著作12部;作为国务院煤矿事故调查专家组组长参加了10起煤矿特别重大事故调查工作;E-mail:sjp@cumtb.edu.cn

  • 中图分类号: TD655

Research and development of 5G communication system standards for coal mines

  • 摘要: 为满足煤矿远程监控、视频监视、数据采集、语音通信等需求,煤矿用5G通信系统应具有下列功能:① 远程控制、监控、定位、监视和语音等不同业务承载功能。② 采煤机、掘进机、电铲、挖掘机、无轨胶轮车及电机车等远程控制功能。③ 矿用运输车辆应急远程接管功能。④ 摄像机音视频的远程实时传输功能。⑤ 监控设备、传感器、车辆辅助驾驶等数据采集功能。⑥ 语音通话功能,支持矿用融合调度系统。⑦ 端到端切片功能,满足远程控制、监控、视频和语音等差异化的业务性能要求,提供对应的端到端切片资源。⑧ 支持SA组网方式,支持5G NR的通信制式。⑨ 支持5G LAN以太网通信。⑩ 应急惯性运行功能,当矿区专网与通信运营商公用网络失联时,本地业务可持续在线作业。⑪ 设备级冗余保护功能,当单个物理端口故障时,数据业务不中断。⑫ 核心网双设备冗余保护功能,当主设备故障时,切换备用设备继续提供服务。⑬ 核心网控制面传输机密性和完整性保护功能,保证核心网控制面的安全。⑭ 终端认证、检查和限制接入系统非授权终端的功能,支持煤矿企业安全服务器对终端的认证。⑮ 防止终端攻击系统和合法终端功能。⑯ 核心网、传输设备、基站控制器、基站和终端集成一体化管理的功能。⑰ 网络性能和业务服务性能集中监控功能。⑱ 异常可视告警与故障定位功能。⑲ 矿用5G网络资源评估功能,当煤矿增加新业务或更多终端接入5G网络时,应能评估5G网络资源利用率,并给出是否可上新业务的报告。⑳ 备用电源。煤矿用5G通信系统的主要技术指标应满足下列要求:① 上行速率为20 Mbit/s,无线工作频段为700~900 MHz时,井工煤矿的基站无线覆盖半径(无遮挡)≥500 m;无线工作频段为其他工作频段时,井工煤矿的基站无线覆盖半径(无遮挡)≥150 m。当上行速率为30 Mbit/s时,露天煤矿的基站无线覆盖半径(无遮挡)≥400 m。② 基站到基站控制器的有线传输距离≥10 km。③ 系统最大接入终端数量≥20 000个。④ 井工煤矿的基站和终端无线发射功率≤6 W;露天煤矿的基站发射功率≤320 W;露天煤矿的终端无线发射功率≤6 W。⑤ 基站无线接收灵敏度≤−95 dBm;终端无线接收灵敏度≤−85 dBm。⑥ 无线工作频率应在700 MHz、800 MHz、900 MHz、1.9/2.1GHz、2.6 GHz、3.3 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz、6 GHz等频段中选取(井工煤矿优选700~900 MHz)。⑦ 在制式为TDD、帧结构为1D3U1S时,基站接入的多用户的上行平均吞吐率≥600 Mbit/s,下行平均吞吐率≥250 Mbit/s。⑧ 对于井工煤矿,在1 Mbit/s和20 Mbit/s上行业务运行时,系统平均时延应小于20 ms,且端到端时延稳定性应小于100 ms的概率不低于99.99%;对于露天煤矿,在1 Mbit/s和30 Mbit/s上行业务运行时,系统平均时延应小于20 ms,且端到端时延稳定性应小于100 ms的概率不低于99.9%。⑨ 单用户的丢包率≤0.01%。⑩ 单用户从基站A小区切换到基站B小区的切换时延≤100 ms。⑪ 移动台蓄电池连续工作时间应不小于11 h,其中,通话时间应不小于2 h。⑫ 在电网停电后,备用电源向基站、基站控制器及传输设备连续供电时间≥4 h。

     

  • 图  1  井工煤矿系统架构

    Figure  1.  System architecture of underground coal mine

    图  2  露天煤矿系统架构

    Figure  2.  System architecture of open-pit coal mine

    表  1  井工煤矿的基站无线覆盖半径(无遮挡)

    Table  1.   Wireless coverage radius of the base station in underground coal mine (unobstructed)

    无线工作频段 上行速率/(M·bits−1 覆盖半径/m
    700~900 MHz 1 ≥600
    20 ≥500
    其他工作频段 1 ≥200
    20 ≥150
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    表  2  露天煤矿的基站无线覆盖半径(无遮挡)

    Table  2.   Wireless coverage radius of the base station in open-pit coal mine (unobstructed)

    上行速率/(M·bits−1 覆盖半径/m
    1 ≥700
    30 ≥400
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    表  3  多用户的上行和下行平均吞吐率

    Table  3.   Average uplink and downlink throughput for multiple users

    制式/帧结构 上行平均吞吐率/(M·bits-1 下行平均吞吐率/(M·bits-1
    TDD/5D3U2S ≥300 ≥400
    TDD/7D2U1S ≥200 ≥500
    TDD/1D3U1S ≥600 ≥250
    FDD SUL/— ≥250 ≥60
    FDD/— ≥125 ≥190
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-20
  • 修回日期:  2023-08-23
  • 网络出版日期:  2023-09-04

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