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工矿自动化 In dust r y a n d Min e Aut oma t ion 第45卷第10期 2019年10月 Vol . 45 No. 10 Oct . 2019 i科研成果t 文章编号文章编号1671-251X201910-0001-04 DOI10. 13272/j. issn . 1671 -251x. 17517 智慧矿山与5G和 WiFi6 孙继平，陈晖升 （中国矿业大学（北京），北京 1000E3） 摘摘要宽带无线通信是智慧矿山建设的基础和关键提出了矿井宽带无线通信特殊要求需无线全覆盖 煤矿井下长达10余千米的巷道；无线发射必须本质安全防爆；无线工作频段不宜过高；无线传输宜具有一定 的绕射能力；抗干扰能力强；移动性要求不高等研究了矿用5G和 WiFi6,指出5G和 WiFi6均可用于智慧 矿山宽带无线通信；矿用5G具有传输速率高、传输时延小、通话质量高等优点，但系统复杂、成本高；矿用 WiFi6具有传输速率高、系统简单、成本低等优点，但传输时延大、通话质量低。 关键关键词智慧矿山；5G； WiFi6；宽带通信；无线通信 中图分类号TD67/655 文献标志码A Sma r t min e wit h 5G a n d WiFi6 SUN Jipin g , CHEN Huishen g Chin a Un iv er sit y of Min in g a n d Techn ol og y Beijin g , Beijin g 100083, Chin a Abstract Br oa dba n d wir el ess commun ica t ion is f oun da t ion a n d k ey of sma r t min e con st r uct ion . Specia l r equir emen t s f or min e br oa dba n d wir el ess commun ica t ion wer e pr oposed. Wir el ess sig n a l is r equir ed t o cov er r oa dwa y mor e,ha n 10k il ome,er scoa l min eun der g r oun d.Wir el ess,r a n smission mus,bein ,r in sicaly sa f e. Wir el ess wor k in g f r equen cy ba n d shoul d n ot be t oo hig h. Wir el ess t r a n smission shoul d ha v e cer t a in dif f r a ct ion a bil it y . An t i-in t er f er en ce a bil it y is st r on g . Mobil it y r equir emen t s a r e n ot hig h. Min e-used 5G a n d WiFi6 wer er esea r ched]Bot h5G a n d WiFi6ca n beusedf or br oa dba n d wir el esscommun ica t ion in sma r t min e]Min e-used5Gha sa dv a n t a g esof hig ht r a n smission r a t e,smalt r a n smission del a y a n dhig hcal qua l it y ,but t hesy st emiscompl exa n dcost ishig h]Min e-used WiFi6ha sa dv a n t a g esof hig ht r a n smission r a t e,simpl esy st ema n dl owcost ,but t r a n smission del a y isl a r g ea n dcalqua l it y ispoor ] Key words sma r t min e; 5G; WiFi6 ; br oa dba n d commun ica t ion； wir el ess commun ica t ion 4引言引言 宽带无线通信是智慧矿山建设的基础和关 宽带无线通信主要有5G（5t h Gen er a t ion Mobil e Net wor k s “t h Gen er a t ion Wir el ess Sy st ems）和WiFi6等。矿井无线电信号传输衰减 严重，无线电传输衰减模型复杂多变,卫星信号无法 穿透煤层和岩层到达井下，煤矿井下有瓦斯等易燃 易爆气体,矿井巷道长达10 k m等制约着地面宽带 无线通信技术和设备直接在矿井应用。因此，有必 收稿日期收稿日期2019-10-09;修回日期修回日期2019-10-10;责任编辑责任编辑盛男。 基金项目基金项目国家重点研发计划资助项目（016YFC0801800）。 作者简介作者简介孙继平（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）信息工程研究所所长；获国家科技进步二等奖 3项（第1完成人2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 业和安全生产行业标准28项；主持制定煤矿安全规程第十一章“监控与通信作为第1作者或独立完成著作12部；被SCI和EI 检索的第1作者或独立完成论文90余篇；作为第1发明人获国家授权发明专利70余项；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-ma ilsjpcumt b. edu. cn。 引用格式引用格式孙继平，陈晖升智慧矿山与5G和WiFi6,-.工矿自动化，2019,45（10）1-4. SUN Jipin g ,CHEN Huishen g . Sma r t min e wit h 5G a n d WiFi6[J]. In dust r y a n d Min e Aut oma t ion,2019,45（10） 1-4. 2 工矿自动化 45 要针对智慧矿山需求和煤矿井下特点，研究矿井宽 带无线通信技术5G和WiFi6。 1矿井宽带无线通信特殊要求矿井宽带无线通信特殊要求 矿井宽带无线通信系统除应满足传输速率高、 时延小、并发数量大、可靠性高、性价比高等要求外， 还应满足以下特殊要求。 1 需无线全覆盖煤矿井下长达10余千米的 巷道。煤矿井下巷道长达10余千米，巷道中布置有 机电设备、车辆和行人，需无线全覆盖。 2 无线发射必须本质安全防爆。煤矿井下有 瓦斯等易燃易爆气体，无线发射必须本质安全防爆, 无线发射功率受限。 3 无线工作频段不宜过高。矿井无线传输衰 减大，受巷道断面、分支、弯曲、支护、电缆等影响，无 线电传输衰减模型复杂多变。无线工作频段越高， 传输衰减越大，传输距离越近,绕射能力越差。在本 质安全防爆条件下，无线工作频段大于2. 4 GHz 时，煤矿井下无线通信距离小于800 m。 4 无线传输宜具有一定的绕射能力。采煤工 作面布置有大量的液压支架，以及采煤机、刮板输送 机、破碎机、转载机、带式输送机、液压泵站、移动变 电站等。掘进工作面布置有掘锚机、带式输送机等。 巷道中有带式输送机、电机车、胶轮车、绞车、开关 等。煤矿井下空间狭小、设备多，难以保证无线视距 ， 宜具 一定 绕射能力 5 抗干扰能力强。煤矿井下大功率电气设备 启停、大功率变频设备工作时电磁干扰大，为保证系 统正常工作，矿井宽带无线通信系统应抗干扰能 力强。 6 移动性要求不高。煤矿井下人员及车辆移 动速度慢,对无线通信移动性要求不高。煤矿安全 规程旧规定，采用无轨胶轮车运人时运行速度不超 过25 k m/h，运送物料时运行速度不超过40 km/h。 2 5G 和 和 WiFi6 2. 1 5G 5G是第五代移动通信技术的简称，是新一代蜂 窝移动通信技术，是4G 包括TD-LTE和FDD- LTE、3G包括美国 CDMA2000、欧洲 WCDMA 和 中国TD-SCDMA和2GGSM 和CDMA蜂窝移 动通信技术的发展见表1 5G标准由第三代合 作伙伴计划The 3r d Gen er a t ion Pa r t n er ship Pr oject ,3GPP发布。 国际电 信联盟In t er n a t ion a l Tel ecommun i ca t ion Un ion , ITU定义了 5G三大应用场景增强 型移动宽带en ha n ced Mobil e Br oa dba n d, eMBB A 高可靠低时延通信ul t r a -Rel ia bl e Low-La t en cy 表1 2G/3G/4G/5G工作频段及传输速率,016- Ta bl e 1 Wor k in g f r equen cy ba n d a n d t r a n smission r a ,eof 2G/3G/4G/5G 网络制式工作频段最高传输速率 GSM900 上行885〜892 MHz 下行930〜937 MHz 移动2G GSM1800 上行1 710 1 725 MHz 下行1 805 1 820 MHz 9. 6 k bit /s 联通2G GSM 上行1 745 1 755 MHz 下行1 840 1 850 MHz 电信2GCDMA 上行825 840 MHz 下行870 885 MHz 64 k bit /s 移动3GTD-SCDMA20102025 MHz 行2.2 Mbit/s 行2.8 Mbit/s 3G WCDMA 行 1无线发射 必须本质安全防爆;无线工作频段不宜过高;无线传 输宜具有一定的绕射能力；抗干扰能力强；移动性要 不。 2 研究了矿用5G和 WiFi65G和 WiFi6均 可用于智慧矿山宽带无线通信；矿用5G具有传输 速率高、传输时延小、通话质量高等优点，但系统复 杂、成本高；矿用WiFi6具有传输速率高、系统简 单、成本低等优点，但传输时延大、通话质量低。 ・4・ 工矿自动化 45 参考文献参考文献References [1-孙继平矿井宽带无线传输技术研究[J-工矿自动 化,2013,3921-5. 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