煤礦用5G通信系統(tǒng)標準研究制定

摘要：為滿足煤礦遠程監(jiān)控、視頻監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、語音通信等需求，煤礦用5G 通信系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：①遠程控制、監(jiān)控、定位、監(jiān)視和語音等不同業(yè)務(wù)承載功能。②采煤機、掘進機、電鏟、挖掘機、無軌膠輪車及電機車等遠程控制功能。③礦用運輸車輛應(yīng)急遠程接管功能。④攝像機音視頻的遠程實時傳輸功能。⑤監(jiān)控設(shè)備、傳感器、車輛輔助駕駛等數(shù)據(jù)采集功能。⑥語音通話功能，支持礦用融合調(diào)度系統(tǒng)。⑦端到端切片功能，滿足遠程控制、監(jiān)控、視頻和語音等差異化的業(yè)務(wù)性能要求，提供對應(yīng)的端到端切片資源。⑧支持 SA組網(wǎng)方式，支持5G NR 的通信制式。⑨支持5G LAN 以太網(wǎng)通信。⑩應(yīng)急慣性運行功能，當?shù)V區(qū)專網(wǎng)與通信運營商公用網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)時，本地業(yè)務(wù)可持續(xù)在線作業(yè)。?設(shè)備級冗余保護功能，當單個物理端口故障時，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不中斷。?核心網(wǎng)雙設(shè)備冗余保護功能，當主設(shè)備故障時，切換備用設(shè)備繼續(xù)提供服務(wù)。?核心網(wǎng)控制面?zhèn)鬏敊C密性和完整性保護功能，保證核心網(wǎng)控制面的安全。?終端認證、檢查和限制接入系統(tǒng)非授權(quán)終端的功能，支持煤礦企業(yè)安全服務(wù)器對終端的認證。?防止終端攻擊系統(tǒng)和合法終端功能。?核心網(wǎng)、傳輸設(shè)備、基站控制器、基站和終端集成一體化管理的功能。?網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)服務(wù)性能集中監(jiān)控功能。?異?？梢暩婢c故障定位功能。?礦用 5G 網(wǎng)絡(luò)資源評估功能，當煤礦增加新業(yè)務(wù)或更多終端接入5G 網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)能評估5G 網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并給出是否可上新業(yè)務(wù)的報告。?備用電源。煤礦用5G 通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標應(yīng)滿足下列要求：①上行速率為20 Mbit/s，無線工作頻段為700～900 MHz 時，井工煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥500 m；無線工作頻段為其他工作頻段時，井工煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥150 m。當上行速率為30 Mbit/s 時，露天煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥400 m 。②基站到基站控制器的有線傳輸距離≥10 km 。③系統(tǒng)最大接入終端數(shù)量≥20000個。④井工煤礦的基站和終端無線發(fā)射功率≤6 W；露天煤礦的基站發(fā)射功率≤320 W；露天煤礦的終端無線發(fā)射功率≤6 W 。⑤基站無線接收靈敏度≤?95 dBm；終端無線接收靈敏度≤?85 dBm 。⑥無線工作頻率應(yīng)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 等頻段中選取（井工煤礦優(yōu)選700～900 MHz）。⑦在制式為 TDD、幀結(jié)構(gòu)為1D3U1S 時，基站接入的多用戶的上行平均吞吐率≥600 Mbit/s，下行平均吞吐率≥250 Mbit/s 。⑧對于井工煤礦，在1 Mbit/s和20 Mbit/s 上行業(yè)務(wù)運行時，系統(tǒng)平均時延應(yīng)小于20 ms，且端到端時延穩(wěn)定性應(yīng)小于100 ms的概率不低于99.99%；對于露天煤礦，在1 Mbit/s和30 Mbit/s 上行業(yè)務(wù)運行時，系統(tǒng)平均時延應(yīng)小于20 ms，且端到端時延穩(wěn)定性應(yīng)小于100 ms的概率不低于99.9%。⑨單用戶的丟包率≤0.01%。⑩單用戶從基站 A 小區(qū)切換到基站 B 小區(qū)的切換時延≤100 ms。?移動臺蓄電池連續(xù)工作時間應(yīng)不小于11 h，其中，通話時間應(yīng)不小于2 h 。?在電網(wǎng)停電后，備用電源向基站、基站控制器及傳輸設(shè)備連續(xù)供電時間≥4 h。

關(guān)鍵詞：5G；無線通信；礦井通信；標準；遠程監(jiān)控

中圖分類號： TD655??? 文獻標志碼： A

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

SUN Jiping

（School of Artificial Intelligence， China University of Mining and Technology-Beijing， Beijing 100083， China）

Abstract： In order to meet the needs of remote monitoring， video monitoring， data acquisition， and voice communication in coal mines， the 5G communication system used in coal mines should have the following functions.① The system has different service-bearing functions such as remote control， monitoring， positioning， surveillance， and voice.② The system has remote control functions such as coal mining machines， roadheaders， electric shovels， excavators， trackless rubber wheeled vehicles， and electric locomotives.③ The system has an emergency remote takeover function for mining transportation vehicles.④ The system has a remote real-time transmission function of camera audio and video.⑤ The system has data collection functions such as monitoring equipment， sensors， and vehicle-assisted driving.⑥ The system has a voice call function.⑦ The system has an end-to-end slicing function that meets the differentiated business performance requirements of remote control， monitoring， video， and voice.⑧ The system supports SA networking and 5G NR communication system.⑨ The system supports 5G LAN Ethernet communication.⑩ The system has an emergency inertia operation function. In case of disconnection between the mining area's private network and the communication operator's public network，local businesses can continue to operate online.? The system has a device level redundancy protection function that ensures uninterrupted data service in the event of a single physical port failure.? The system has a dual device redundancy protection function of the core network that allows for the switching of backup devices to continue providing services when the main device fails.? The system has the core network control surface transmits confidentiality and integrity protection functions to ensure the security of the core network control surface.? The system has terminal authentication， checking， and restricting access to unauthorized terminals in the system， supporting the authentication of terminals by coal mining enterprise security servers.? The system has functions that prevent terminal attacks on the system and legitimate terminal.? The system has the integrated management function of the core network， transmission equipment， base station controller， base station， and terminal.? The system has a centralized monitoring function for network performance and business service performance.? The system has an abnormal visual alarm and fault location function.? The system has the evaluation function of mining 5G network resources. The system can evaluate the utilization rate of 5G network resources and provide a report on whether new services can be accessed when the coal mine adds new services or more terminals are connected to the 5G network.? The system has backup power supply. The main technical indicators of the 5G communication system used in coal mines should meet the following requirements.① When the uplink rate is 20 Mbit/s and the wireless working frequency band is 700-900 MHz， the wireless coverage radius （unobstructed） of the base station in the underground coal mine should be ≥500 meters. When the wireless working frequency band is other working frequency bands， the wireless coverage radius （unobstructed） of the base station in the underground coal mine is ≥150 m. When the uplink rate is 30 Mbit/s， the wireless coverage radius （unobstructed） of the base station in the open-pit coal mine is ≥400 m.② The wired transmission distance from the base station to the base station controller is ≥10 km.③ The maximum number of access terminals in the system is ≥20000.④ The wireless transmission power of the base station and terminal of the underground coal mine is ≤6 W. The transmission power of the base station in the open-pit coal mine is ≤320 W. The wireless transmission power of the terminal in the open-pit coal mine is ≤6 W.⑤ The base station wireless reception sensitivity is ≤?95 dBm. The terminal wireless reception sensitivity is ≤?85 dBm.⑥ The wireless working frequency should be selected from the frequency bands of 700 MHz， 800 MHz， 900 MHz， 1.9/2.1 GHz， 2.6 GHz， 3.3 GHz， 3.5 GHz， 4.9 GHz， 6 GHz， etc.（preferably 700 to 900 MHz for underground coal mine）.⑦ When the format is TDD and the frame structure is 1D3U1S， the average uplink throughput rate of multiple users accessed by the base station is ≥600 Mbit/s， and the average downlink throughput rate is ≥250 Mbit/s.⑧ For underground coal mines， when operating upstream services at 1 Mbit/s and 20 Mbit/s， the average system delay should be less than 20 ms， and the probability of end-to-end delay stability being less than100 ms should not be less than 99.99%. For open-pit coal mines， when operating upstream services at 1 Mbit/s and 30 Mbit/s， the average system delay should be less than 20 ms， and the probability of end-to-end delay stability being less than 100 ms should not be less than 99.9%.⑨ The packet loss rate of a single user is ≤0.01%.⑩ The handover delay for a single user from cell A of the base station to cell B of the base station is ≤100 ms.⑩ The continuous working time of the mobile station battery should not be less than 11 hours， among which the call time should not be less than 2 hours.? After a power outage in the power grid， the backup power supply continuously provides power to the base station， base station controller， and transmission equipment for ≥4 hours.

Key words：5G; wireless communication; mine communication; standards; remote monitoring

0 引言

煤礦用5G 通信系統(tǒng)具有大帶寬、高可靠、低時延等優(yōu)點，已用于煤礦視頻監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、語音通信、采掘工作面遠程控制等，是煤礦智能化的基礎(chǔ)[1-5]。2021年國家能源局綜合司下達了能源領(lǐng)域行業(yè)標準制修訂計劃項目“煤礦用5G 通信系統(tǒng)通用技術(shù)條件”（項目編號：能源20210130），并確定由中國礦業(yè)大學（北京）等為起草單位，負責標準的編寫制定工作。起草單位共同組建成立了標準起草工作組，負責標準的有關(guān)技術(shù)研究及編制起草工作。中國礦業(yè)大學（北京）孫繼平教授作為標準起草工作組組長，負責整體技術(shù)方案和指標的確定。標準起草工作組通過多種途徑廣泛收集了與煤礦用5G 通信系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)資料，全面掌握了現(xiàn)有煤礦用5G 通信系統(tǒng)有關(guān)的應(yīng)用和技術(shù)情況，在分析研究和試驗驗證的基礎(chǔ)上，確定了煤礦用5G 通信系統(tǒng)的技術(shù)要求、試驗方法等內(nèi)容，形成了《煤礦用5G 通信系統(tǒng)通用技術(shù)條件》（征求意見稿）。本文根據(jù)《煤礦用5G 通信系統(tǒng)通用技術(shù)條件》（征求意見稿）進行整理。

1 術(shù)語和定義

1）煤礦用5G 通信系統(tǒng)是指基于5G 技術(shù)的煤礦用大帶寬、高可靠、低時延移動通信系統(tǒng)，具有遠程監(jiān)控、視頻監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、語音通信等功能。

2）煤礦用5G 通信基站是指煤礦用5G 通信系統(tǒng)中用于無線接入的通信設(shè)備，通過天線接收和發(fā)射射頻信號，具有5G 射頻信號發(fā)射和接收、無線/有線轉(zhuǎn)換、與煤礦用5G 基站控制器雙向通信等功能。

3）煤礦用5G 通信基站控制器是指煤礦用5G 通信系統(tǒng)中用于5G 基帶信號處理的通信設(shè)備，具有5G 基帶信號的調(diào)制和解調(diào)、無線資源管理、時鐘信號同步等功能，具有傳輸網(wǎng)絡(luò)接口、操作維護接口、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備接口等。

4）煤礦用5G 通信核心網(wǎng)是指煤礦用5G 通信系統(tǒng)中用于5G 通信數(shù)據(jù)連接和服務(wù)的通信設(shè)備，采用服務(wù)化架構(gòu)和分布式網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計，將用戶面和控制面分離，根據(jù)實際需要部署新的網(wǎng)絡(luò)功能加入或撤出，不影響整體網(wǎng)絡(luò)的功能。

5）煤礦用5G 通信終端是指煤礦用5G 通信系統(tǒng)中將語音、視頻、圖像、數(shù)據(jù)、文本和表格從物理展示轉(zhuǎn)換為電信號，或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為物理展示的設(shè)備，包括移動終端和固定終端，根據(jù)功能可分為用戶駐地設(shè)備（5G CPE）、5G 移動終端、固定在設(shè)備倉的5G 模組。

6）網(wǎng)絡(luò)切片是指根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，提供特定網(wǎng)絡(luò)能力和特征的多個端到端的、虛擬的、隔離的、按需定制的邏輯網(wǎng)絡(luò)，提供邏輯隔離和業(yè)務(wù)保障的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。通過設(shè)置業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先等級和擁塞預調(diào)度等，提供不同等級的安全隔離邏輯網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片為實時性、可靠性等要求高的業(yè)務(wù)，建立專用邏輯鏈路，提供網(wǎng)絡(luò)資源保障。

2 系統(tǒng)組成與架構(gòu)

煤礦用5G 通信系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）一般由煤礦用5G 通信核心網(wǎng)（以下簡稱核心網(wǎng)）、煤礦用傳輸設(shè)備（以下簡稱傳輸設(shè)備）、煤礦用5G 通信基站控制器（以下簡稱基站控制器）、煤礦用5G 通信基站（以下簡稱基站）和煤礦用5G 通信終端（以下簡稱終端）組成。

2.1 井工煤礦系統(tǒng)架構(gòu)

井工煤礦系統(tǒng)一般由部署在井上的核心網(wǎng)，部署在井上/井下的傳輸設(shè)備，部署在井下的基站控制器、基站和終端組成[6-10]，如圖1所示。井工煤礦宜部署獨立的核心網(wǎng)設(shè)備，也可在礦區(qū)部署核心網(wǎng)用戶面，核心網(wǎng)用戶面應(yīng)支持分布式部署。用于井下的電氣設(shè)備應(yīng)為防爆型電氣設(shè)備，其輸入輸出信號應(yīng)是本質(zhì)安全型[11-13]，應(yīng)符合 GB/T 3836.1—GB/T 3836.4[14-17]的規(guī)定。

2.2 露天煤礦系統(tǒng)架構(gòu)

露天煤礦系統(tǒng)主要包括核心網(wǎng)、傳輸設(shè)備、基站控制器、基站和終端，如圖2所示。露天煤礦應(yīng)在礦區(qū)部署核心網(wǎng)用戶面，與通信運營商公用5G 網(wǎng)絡(luò)控制面協(xié)同，并應(yīng)支持分布式部署。露天煤礦的基站應(yīng)能在極端環(huán)境溫度和強風下正常工作。露天煤礦系統(tǒng)應(yīng)支持基站小區(qū)切換時的低時延傳輸，符合3GPP TS 38.331[18]的時延要求，在礦車移動過程中，保障穩(wěn)定的視頻回傳和遠程控制時延。

3 基本要求

1）系統(tǒng)應(yīng)符合《煤礦用5G 通信系統(tǒng)通用技術(shù)條件》和 GB 4943.1[19]、YD/T 3615[20]、YD/T 3618[21]、 YD/T 3929[22]、YD/T 3627[23]、3GPP TS 33.117[24]、3GPP TS 33.511[25]等標準的相關(guān)規(guī)定，取得礦用安全標志準用證。用于地面的設(shè)備應(yīng)取得電信設(shè)備進網(wǎng)許可證。

2）系統(tǒng)宜支持獨立組網(wǎng)、獨立運行，在外部網(wǎng)絡(luò)故障或斷開時，系統(tǒng)應(yīng)能安全、獨立、穩(wěn)定運行，保證無線通信及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽俊⒎€(wěn)定。

3）核心網(wǎng)的部署應(yīng)保證煤礦業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出礦區(qū)，并應(yīng)雙設(shè)備冗余部署，提供負荷分擔和容災備份。

4）傳輸網(wǎng)應(yīng)環(huán)形組網(wǎng)，滿足工作面等特殊環(huán)境對網(wǎng)絡(luò)傳輸高可靠性、高實時性要求。

5）為滿足采煤機、掘進機等遠程控制低時延、高可靠的要求，系統(tǒng)應(yīng)采用雙發(fā)選收鏈路，部署雙路用戶駐地設(shè)備（5G CPE）和接入路由器，或支持5G LAN 的雙路用戶駐地設(shè)備。

4 環(huán)境條件與供電電源

4.1 環(huán)境條件

系統(tǒng)中用于機房、調(diào)度室的設(shè)備，應(yīng)能在下列條件下正常工作：①環(huán)境溫度為15～30℃;②相對濕度為40%～70%；③溫度變化率小于10℃/h，且不應(yīng)結(jié)露；④大氣壓力為80～106 kPa；⑤ GB/T 2887[26] 規(guī)定的塵埃、照明、噪聲、電磁場干擾和接地條件；⑥無顯著振動和沖擊。系統(tǒng)中用于煤礦井下的設(shè)備應(yīng)在下列條件下正常工作：①環(huán)境溫度為0～40℃;②平均相對濕度不大于95%（+25℃）;③大氣壓力為80～106 kPa；④有瓦斯和煤塵，但無破壞絕緣的腐蝕性氣體。

系統(tǒng)中用于露天煤礦的設(shè)備應(yīng)在下列條件下正常工作：①環(huán)境溫度為?40～55℃;②平均相對濕度不大于95%（+25℃）;③大氣壓力為70～106 kPa；④工作風速不大于150 km/h；⑤極限風速不大于200 km/h。

4.2 供電電源

地面設(shè)備交流電源應(yīng)滿足下列要求：①額定電壓為220/380 V，允許偏差?10%～+10%；②電壓總諧波畸變率不大于5%；③頻率為50 Hz，允許偏差±5%。

井下設(shè)備交流電源應(yīng)滿足下列要求：①額定電壓為127/380/660/1140 V，允許偏差?20%～+10%（專用于井底車場、主運輸巷）、?25%～+10%（其他井下產(chǎn)品）；②電壓總諧波畸變率不大于10%；③頻率為50 Hz，允許偏差±5%。

地面和井下設(shè)備直流電源應(yīng)滿足下列要求：①額定電壓為?48/12/18/24 V，允許偏差?20%～+20%；②周期與隨機偏移（峰?峰值）≤250 mV。

5 主要功能

1）系統(tǒng)應(yīng)具有遠程控制、監(jiān)控、定位[27]、監(jiān)視和語音等不同業(yè)務(wù)承載功能[28-29]。

2）系統(tǒng)應(yīng)具有支持采煤機、掘進機、電鏟、挖掘機、無軌膠輪車及電機車等遠程控制功能[30]。

3）系統(tǒng)應(yīng)具有支持礦用運輸車輛應(yīng)急遠程接管功能。

4）系統(tǒng)應(yīng)具有支持攝像機音視頻的遠程實時傳輸功能[31]。

5）系統(tǒng)應(yīng)具有支持監(jiān)控設(shè)備、傳感器、車輛輔助駕駛等數(shù)據(jù)采集功能。

6）系統(tǒng)應(yīng)具有語音通話功能，符合 MT/T 1115[32]的要求。系統(tǒng)宜支持VoNR或 VoLTE 融合語音，可集成礦用融合調(diào)度系統(tǒng)。

7）系統(tǒng)應(yīng)具有端到端切片功能，提供差異化的切片資源分配、特性組合等，滿足遠程控制、監(jiān)控、視頻和語音等差異化的業(yè)務(wù)性能要求，符合 YD/T 3973[33]的要求。

8）系統(tǒng)應(yīng)支持 SA 組網(wǎng)方式，支持5G NR 的通信制式，所使用的頻段應(yīng)符合國家無線電監(jiān)測中心發(fā)布的有關(guān)規(guī)定。

9）系統(tǒng)宜支持5G LAN 以太網(wǎng)通信，符合 YD/T 3615[20]的要求。

10）系統(tǒng)應(yīng)具有應(yīng)急慣性運行功能，當?shù)V區(qū)專網(wǎng)與通信運營商公用網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)時，本地業(yè)務(wù)可持續(xù)在線作業(yè)[34-35]。

11）系統(tǒng)應(yīng)具有設(shè)備級冗余保護功能，當單個物理端口故障時，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不中斷。

12）系統(tǒng)應(yīng)具有核心網(wǎng)雙設(shè)備冗余保護功能，當主設(shè)備故障時，切換備用設(shè)備繼續(xù)提供服務(wù)。

13）系統(tǒng)應(yīng)具有核心網(wǎng)控制面?zhèn)鬏敊C密性和完整性保護功能，保證核心網(wǎng)控制面的安全。

14）系統(tǒng)應(yīng)具有終端認證、檢查和限制接入系統(tǒng)非授權(quán)終端的功能，支持煤礦企業(yè)安全服務(wù)器對終端的認證。

15）系統(tǒng)應(yīng)具有防止終端攻擊系統(tǒng)和合法終端功能。

16）系統(tǒng)網(wǎng)管應(yīng)具有核心網(wǎng)、傳輸設(shè)備、基站控制器、基站和終端集成一體化管理的功能。

17）系統(tǒng)網(wǎng)管應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)服務(wù)性能集中監(jiān)控功能。

18）系統(tǒng)網(wǎng)管應(yīng)具有異?？梢暩婢c故障定位功能。

19）系統(tǒng)網(wǎng)管應(yīng)具有礦用5G 網(wǎng)絡(luò)資源評估功能，當煤礦增加新業(yè)務(wù)或更多終端接入5G 網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)能評估5G 網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并給出是否可上新業(yè)務(wù)的報告。

20）系統(tǒng)應(yīng)具有備用電源。

6主要技術(shù)指標

1）基站無線覆蓋半徑[36]。井工煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）應(yīng)符合表1要求。露天煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）應(yīng)符合表2要求。

2）有線傳輸距離?；镜交究刂破鞯挠芯€傳輸距離≥10 km?；疽约壜?lián)方式連接基站控制器時，總傳輸距離≥20 km。

3）系統(tǒng)容量。系統(tǒng)最大接入終端數(shù)量≥20000個。

4）發(fā)射功率。井工煤礦的基站和終端無線發(fā)射功率≤6 W；露天煤礦的基站發(fā)射功率≤320 W；露天煤礦的終端無線發(fā)射功率≤6 W。

5）接收靈敏度?；緹o線接收靈敏度≤?95 dBm；終端無線接收靈敏度≤?85 dBm。

6）工作頻率。無線工作頻率應(yīng)在下列頻段中選?。ňっ旱V優(yōu)選700～900 MHz）：700 MHz、800 MHz、900 MHz、1.9/2.1 GHz、2.6 GHz、3.3 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz、6 GHz 等。

7）帶寬。基站接入的多用戶的上行和下行平均吞吐率應(yīng)滿足表3要求。

8）網(wǎng)絡(luò)時延及穩(wěn)定性。對于井工煤礦，在1 Mbit/s 和20 Mbit/s 上行業(yè)務(wù)運行時，系統(tǒng)平均時延應(yīng)小于20 ms，且端到端時延穩(wěn)定性應(yīng)小于100 ms的概率不低于99.99%。對于露天煤礦，在1 Mbit/s 和30 Mbit/s 上行業(yè)務(wù)運行時，系統(tǒng)平均時延應(yīng)小于20 ms，且端到端時延穩(wěn)定性應(yīng)小于100 ms的概率不低于99.9%。

9）丟包率。單用戶的丟包率≤0.01%。

10）小區(qū)切換時延。單用戶從基站 A 小區(qū)切換到基站 B 小區(qū)的切換時延≤100 ms。

11）移動臺蓄電池連續(xù)工作時間。移動臺蓄電池連續(xù)工作時間應(yīng)不小于11 h，其中，通話時間應(yīng)不小于2 h。

12）基站、基站控制器及傳輸設(shè)備備用電源工作時間。在電網(wǎng)停電后，備用電源向基站、基站控制器及傳輸設(shè)備連續(xù)供電時間≥4 h。

7 主要性能

1）電源波動適應(yīng)能力。供電電壓在規(guī)定的電壓波動范圍內(nèi)變化時，系統(tǒng)的主要功能和主要技術(shù)指標應(yīng)不低于《煤礦用5G 通信系統(tǒng)通用技術(shù)條件》的要求。

2）工作穩(wěn)定性。系統(tǒng)應(yīng)進行工作穩(wěn)定性試驗，通電試驗時間應(yīng)不小于7 d，其主要功能和主要技術(shù)指標應(yīng)符合《煤礦用5G 通信系統(tǒng)通用技術(shù)條件》的要求。

3）抗干擾性能。①設(shè)于地面的設(shè)備應(yīng)能通過 GB/T 17626.2[37]規(guī)定的嚴酷等級為3級的靜電放電抗擾度試驗，評價等級為 A 。②系統(tǒng)應(yīng)能通過 GB/T 17626.3[38]規(guī)定的嚴酷等級為1級的射頻電磁場輻射抗擾度試驗，評價等級為 A。用于遠控的系統(tǒng)應(yīng)能通過 GB/T 17626.3規(guī)定的嚴酷等級為2級的射頻電磁場輻射抗擾度試驗，評價等級為 A 。③系統(tǒng)應(yīng)能通過 GB/T 17626.4[39]規(guī)定的嚴酷等級為1級的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗，評價等級為 A。用于遠控的系統(tǒng)應(yīng)能通過 GB/T 17626.4規(guī)定的嚴酷等級為2級的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗，評價等級為 A 。④系統(tǒng)應(yīng)能通過 GB/T 17626.5[40]規(guī)定的嚴酷等級為1級的浪涌（沖擊）抗擾度試驗，評價等級為 A。用于遠控的系統(tǒng)交流電源端口應(yīng)能通過 GB/T 17626.5規(guī)定的嚴酷等級為3級的浪涌（沖擊）抗擾度試驗，評價等級為 B。用于遠控的系統(tǒng)直流電源端口和信號端口應(yīng)能通過 GB/T 17626.5規(guī)定的嚴酷等級為2級的浪涌（沖擊）抗擾度試驗，評價等級為 B。

4）防爆性能。用于煤礦井下的電氣設(shè)備應(yīng)是礦用防爆型電氣設(shè)備，宜是礦用本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。移動臺應(yīng)為本質(zhì)安全型防爆電氣設(shè)備。防爆型設(shè)備應(yīng)符合 GB 3836.1—GB 3836.4[14-17]的規(guī)定。

5）外殼防護性能。用于煤礦井下設(shè)備的外殼防護性能應(yīng)不低于 IP54，用于采掘工作面設(shè)備的外殼防護性能應(yīng)不低于 IP65。用于露天煤礦室外設(shè)備的外殼防護性能應(yīng)不低于 IP65。

8 結(jié)論

1）為滿足煤礦遠程控制、視頻監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、語音通信等需求，系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：①遠程控制、監(jiān)控、定位、監(jiān)視和語音等不同業(yè)務(wù)承載功能。②采煤機、掘進機、電鏟、挖掘機、無軌膠輪車及電機車等遠程控制功能。③礦用運輸車輛應(yīng)急遠程接管功能。④攝像機音視頻的遠程實時傳輸功能。⑤監(jiān)控設(shè)備、傳感器、車輛輔助駕駛等數(shù)據(jù)采集功能。⑥語音通話功能，宜支持VoNR或 VoLTE 融合語音，可集成礦用融合調(diào)度系統(tǒng)。⑦端到端切片功能，提供差異化的切片資源分配、特性組合等，滿足遠程控制、監(jiān)控、視頻和語音等差異化的業(yè)務(wù)性能要求。⑧支持 SA 組網(wǎng)方式，支持5G NR 的通信制式。⑨支持5G LAN 以太網(wǎng)通信。⑩應(yīng)急慣性運行功能，當?shù)V區(qū)專網(wǎng)與通信運營商公用網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)時，本地業(yè)務(wù)可持續(xù)在線作業(yè)。?設(shè)備級冗余保護功能，當單個物理端口故障時，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不中斷。?核心網(wǎng)雙設(shè)備冗余保護功能，當主設(shè)備故障時，切換備用設(shè)備繼續(xù)提供服務(wù)。?核心網(wǎng)控制面?zhèn)鬏敊C密性和完整性保護功能，保證核心網(wǎng)控制面的安全。?終端認證、檢查和限制接入系統(tǒng)非授權(quán)終端的功能，支持煤礦企業(yè)安全服務(wù)器對終端的認證。?防止終端攻擊系統(tǒng)和合法終端功能。?核心網(wǎng)、傳輸設(shè)備、基站控制器、基站和終端集成一體化管理的功能。?網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)服務(wù)性能集中監(jiān)控功能。?異?？梢暩婢c故障定位功能。?礦用5G 網(wǎng)絡(luò)資源評估功能，當煤礦增加新業(yè)務(wù)或更多終端接入5G 網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)能評估5G 網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并給出是否可上新業(yè)務(wù)的報告。?備用電源。

2）系統(tǒng)的主要技術(shù)指標應(yīng)滿足下列要求：①無線工作頻段為700～900 MHz，上行速率為20 Mbit/s 時，井工煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥500 m；上行速率為1 Mbit/s 時，井工煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥600 m。無線工作頻段為其他工作頻段，上行速率為20 Mbit/s 時，井工煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥150 m；上行速率為1 Mbit/s 時，井工煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥200 m。上行速率為30 Mbit/s 時，露天煤的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥400 m；上行速率為1 Mbit/s 時，露天煤礦的基站無線覆蓋半徑（無遮擋）≥700 m 。②基站到基站控制器的有線傳輸距離≥10 km?；疽约壜?lián)方式連接基站控制器時，總傳輸距離≥20 km。③系統(tǒng)最大接入終端數(shù)量≥20000個。④井工煤礦的基站和終端無線發(fā)射功率≤6 W；露天煤礦的基站發(fā)射功率≤320 W；露天煤礦的終端無線發(fā)射功率≤6 W 。⑤基站無線接收靈敏度≤?95 dBm；終端無線接收靈敏度≤?85 dBm 。⑥無線工作頻率應(yīng)在700 MHz、800 MHz、900 MHz、1.9/2.1 GHz、2.6 GHz、3.3 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz、6 GHz 等頻段中選?。ňっ旱V優(yōu)選700～900 MHz）。⑦在 TDD 制式下，當幀結(jié)構(gòu)為5D3U2S 時，基站接入的多用戶的上行平均吞吐率≥300 Mbit/s，下行平均吞吐率≥400 Mbit/s；當幀結(jié)構(gòu)為7D2U1S 時，基站接入的多用戶的上行平均吞吐率≥200 Mbit/s，下行平均吞吐率≥500 Mbit/s；當幀結(jié)構(gòu)為1D3U1S 時，基站接入的多用戶的上行平均吞吐率≥600 Mbit/s，下行平均吞吐率≥250 Mbit/s 。當制式為 FDD SUL 時，基站接入的多用戶的上行平均吞吐率≥250 Mbit/s，下行平均吞吐率≥60 Mbit/s 。當制式為 FDD 時，基站接入的多用戶的上行平均吞吐率≥125 Mbit/s，下行平均吞吐率≥190 Mbit/s 。⑧對于井工煤礦，在1 Mbit/s 和20 Mbit/s 上行業(yè)務(wù)運行時，系統(tǒng)平均時延應(yīng)小于20 ms，且端到端時延穩(wěn)定性應(yīng)小于100 ms的概率不低于99.99%；對于露天煤礦，在1 Mbit/s 和30 Mbit/s 上行業(yè)務(wù)運行時，系統(tǒng)平均時延應(yīng)小于20 ms，且端到端時延穩(wěn)定性應(yīng)小于100 ms的概率不低于99.9%。⑨單用戶的丟包率≤0.01%。⑩單用戶從基站 A 小區(qū)切換到基站 B 小區(qū)的切換時延≤100 ms。?移動臺蓄電池連續(xù)工作時間應(yīng)不小于11 h，其中，通話時間應(yīng)不小于 2 h 。?在電網(wǎng)停電后，備用電源向基站、基站控制器及傳輸設(shè)備連續(xù)供電時間≥4 h。

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