煤礦安全監測系統寬帶無線通信特殊要求分析：寬帶無線通信是智慧礦山建設的基礎和關鍵。寬帶無線通信主要有5G(5th Generation Mobile Networks或5th Generation Wireless Systems)和WiFi6等。煤礦無線電信號傳輸衰減嚴重，無線電傳輸衰減模型復雜多變，衛星信號無法穿透煤層和巖層到達井下，煤煤礦下有瓦斯等易燃易爆氣體，煤礦巷道長達10 km等制約著地面寬帶無線通信技術和設備直接在煤礦應用。因此，有必要針對智慧礦山需求和煤煤礦下特點，研究煤礦寬帶無線通信技術5G和WiFi6。

　　一、煤礦寬帶無線通信特殊要求

　　煤礦寬帶無線通信系統除應滿足傳輸速率高、時延小、并發數量大、可靠性高、性價比高等要求外，還應滿足以下特殊要求。

　　(1) 需無線全覆蓋煤煤礦下長達10余千米的巷道。煤煤礦下巷道長達10余千米，巷道中布置有機電設備、車輛和行人，需無線全覆蓋。

　　(2) 無線發射必須本質安全防爆。煤煤礦下有瓦斯等易燃易爆氣體，無線發射必須本質安全防爆，無線發射功率受限。

　　(3) 無線工作頻段不宜過高。煤礦無線傳輸衰減大，受巷道斷面、分支、彎曲、支護、電纜等影響，無線電傳輸衰減模型復雜多變。無線工作頻段越高，傳輸衰減越大，傳輸距離越近，繞射能力越差。在本質安全防爆條件下，無線工作頻段大于2.4 GHz時，煤煤礦下無線通信距離小于800m。

　　(4) 無線傳輸宜具有一定的繞射能力。采煤工作面布置有大量的液壓支架，以及采煤機、刮板輸送機、破碎機、轉載機、帶式輸送機、液壓泵站、移動變電站等。掘進工作面布置有掘錨機、帶式輸送機等。巷道中有帶式輸送機、電機車、膠輪車、絞車、開關等。煤煤礦下空間狹小、設備多，難以保證無線視距傳輸，無線傳輸宜具有一定的繞射能力。

　　(5) 抗干擾能力強。煤煤礦下大功率電氣設備啟停、大功率變頻設備工作時電磁干擾大，為保證系統正常工作，煤礦寬帶無線通信系統應抗干擾能力強。

　　(6) 移動性要求不高。煤煤礦下人員及車輛移動速度慢，對無線通信移動性要求不高�！�煤礦安全規程》[9]規定，采用無軌膠輪車運人時運行速度不超過25 km/h，運送物料時運行速度不超過40 km/h。

　　二、煤礦無線通信2 5G和WiFi6介紹

　　1、5G網絡

　　5G是第五代移動通信技術的簡稱，是新一代蜂窩移動通信技術，是4G(包括TD-LTE和FDD-LTE)、3G(包括美國CDMA2000、歐洲WCDMA和中國TD-SCDMA)和2G(GSM和CDMA)蜂窩移動通信技術的發展(見表1)。5G標準由第三代合作伙伴計劃(The 3rd Generation Partnership Project，3GPP)發布。

　　eMBB具有較高的數據傳輸速率和頻譜使用效率，支持3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業務，支持8K視頻的流暢播放和更先進的虛擬現實技術，支持實現生活和工作云端化，用戶可隨時隨地使用強大的云計算技術，對信息數據進行計算和存儲，處理復雜的數據，并減小能源消耗。

　　uRLLC具有數據交換快、時延低和99.99%的高可靠傳輸等特點，支持對時延和可靠性非常敏感的業務，如無人駕駛、工業自動化控制、遠程醫療和視頻實況直播等業務。

　　mMTC支持大規模物聯網業務，支持大量的低成本、低能耗和長壽命的設備連接到網絡中，實現家庭設備遠程操控、大規模無人機精確控制、智能物流、智能交通等，促進智慧城市的發展。

　　5G上行峰值傳輸速率達10 Gbit/s，下行峰值傳輸速率達20 Gbit/s；在eMBB場景下時延小于4 ms，在uRLLC場景下時延小于1 ms[18]；可在高速移動環境下使用。

　　2、 WiFi6介紹

　　1997年，全球{**}大的專業學術組織電氣電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)推出了世界上{第**}個無線局域網標準802.11，工作頻段為2.4 GHz，數據傳輸速率為2 Mbit/s，實現了無線上網，解決了上網受網線束縛的問題。為滿足日益增長的無線上網需求，IEEE先后推出了802.11a，802.11b，802.11g，802.11n，802.11ac等標準，得到了大量廠商支持，獲得了廣泛應用，特別是廣泛應用于賓館、飯店、機場、車站、體育館、會場、大學教室、圖書館、辦公室、家庭等室內。

　　隨著手機和平板電腦等無線終端的普及和應用，人手1部或多部無線終端成為常態。無線終端接入數量的大幅提升，對無線接入帶寬、并發數量、時延等提出了更高要求。為滿足人們對無線接入的需求，IEEE 802.11工作組從2014年開始研發新的無線接入標準802.11ax，數據傳輸速率高達9.6 Gbit/s。2018年10月，WiFi聯盟為便于人們區分802.11ax和之前的WiFi標準，決定將802.11ax標準命名為WiFi6，802.11ac標準稱為WiFi5，802.11n標準稱為WiFi4。

　　WiFi6與WiFi5相比，在傳輸速率、并發數量、時延等方面有較大提升。WiFi6工作在2.4 GHz和5 GHz，傳輸速率達9.6 Gbit/s，每個WiFi6接入點{**}多可接入1024個無線終端，并發用戶數{**}大可達74個，網絡時延不大于20 ms[26]。WiFi6不但能滿足機場、車站、公園、高校、體育場館等人員密集場所無線上網需求，還可應用于智能樓宇、智慧園區、智慧倉儲等聯網設備高度密集的場景。

　　3、 礦用5G與WiFi6比較分析

　　5G是蜂窩數字移動通信技術，既可用于廣域高速移動通信，又可用于室內無線上網，具有傳輸速率高、時延小、并發能力強等優點，但系統復雜、成本高。WiFi6是無線接入技術，主要用于室內無線終端上網，具有傳輸速率高、系統簡單、成本低等優點，但不適用于高速移動通信。礦用5G和WiFi6具有以下特點。

　　(1) 5G上行峰值傳輸速率達10 Gbit/s，下行峰值傳輸速率達20 Gbit/s。WiFi6在80 MHz帶寬下，單條空間流的峰值速率為600 Mbit/s[25]，在帶寬為160 MHz、8條空間流的情況下，峰值速率達9.6 Gbit/s。煤煤礦下上行傳輸數據量遠大于下行。因此，在煤礦數據傳輸方面，5G與WiFi6相當。

　　(2) 5G在eMBB場景下時延小于4 ms，在uRLLC場景下時延小于1 ms。WiFi6平均時延為20 ms，遠高于5G的時延。因此，在時延方面，5G優于WiFi6。

　　(3) 5G移動性強，跨區連接速度快，可實現跨區網絡無縫切換。WiFi6跨區建立連接慢。煤煤礦下人員及車輛移動速度慢。因此，在移動性方面，5G和WiFi6均可用于煤煤礦下，但5G語音通信優于WiFi6。

　　(4) 5G系統復雜、成本高，WiFi6系統簡單、成本低。因此，在系統建設投入方面，WiFi6優于5G。

　　(5) 5G工作在毫米波頻段時，雖然能提供較高的傳輸速率，但在煤礦下，特別是在采掘工作面的通信距離將大幅下降，難以滿足智慧礦山需求。

　　4 、總結

　　(1) 煤礦寬帶無線通信特殊要求：需無線全覆蓋煤煤礦下長達10余千米的巷道；無線發射必須本質安全防爆；無線工作頻段不宜過高；無線傳輸宜具有一定的繞射能力；抗干擾能力強；移動性要求不高。

　　(2) 礦用5G和WiFi6：5G和WiFi6均可用于智慧礦山寬帶無線通信；礦用5G具有傳輸速率高、傳輸時延小、通話質量高等優點，但系統復雜、成本高；礦用WiFi6具有傳輸速率高、系統簡單、成本低等優點，但傳輸時延大、通話質量低。

江蘇朗泰自控科技提示："煤礦安全監測系統寬帶無線通信特殊要求分析"由小編為您推薦，本文內容僅供參考。

熱門標簽: 礦山安全檢測 煤礦安全監測監控系統