5G技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用

王光肇

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)在我國各個生產(chǎn)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的出現(xiàn)，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸速度不斷加快，在很大程度上提高了我國社會生產(chǎn)力。煤炭作為我國社會重要的基礎(chǔ)能源，對我國社會生產(chǎn)力有著重要的影響，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用，使得煤礦生產(chǎn)發(fā)生了很大的變化。本文對5G技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究與分析，并提出一些合理的意見，旨在進(jìn)一步提高5G技術(shù)的應(yīng)用水平，提高我國煤礦開采效率和質(zhì)量。

近些年來，我國煤礦無線通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了很大的發(fā)展，WiFi技術(shù)和4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在煤礦通信系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用。但是隨著煤礦開采技術(shù)的不斷提高，我國煤炭總產(chǎn)出量在不斷提高，且融合了更多現(xiàn)代信息設(shè)備，傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足煤炭無線通信系統(tǒng)的需求，因此5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用成為了煤礦無線通信系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)的重要方向，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)自身的優(yōu)勢對煤礦無線通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展產(chǎn)生了重要的推動作用。

一、5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及其優(yōu)勢分析

（一）5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)概況分析

5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相比于傳統(tǒng)的4G、3G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在傳輸速度上有著很大的提高，其創(chuàng)新主要是在無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩個方面。5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的大規(guī)模天線矩陣、超密集組合網(wǎng)絡(luò)、新型多地址和全頻譜接入技術(shù)等是其在無線技術(shù)方面的創(chuàng)新;在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等技術(shù)取得了很大的創(chuàng)新，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)從總體來看，是我國乃至世界未來網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的主要研究方向，未來5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)勢必會在各個生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，對于提高社會生產(chǎn)力有著重要的作用。

（二）5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的優(yōu)勢分析

5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)使得其網(wǎng)絡(luò)傳輸性能、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度有著很大的提高，網(wǎng)絡(luò)頻譜更加寬泛，延時性更低，且可靠性有了明顯的提升，網(wǎng)絡(luò)傳輸容量也有了很大的提高。首先在其傳輸速率方面，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)理論上的最大傳輸速度可以達(dá)到10Gbps，即1，25GB/s，但是受到當(dāng)前技術(shù)水平的限制，雖然沒有達(dá)到理論傳輸速度，但是相比于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)速度也有著大幅度的提高。其次，在連接數(shù)量密度方面，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以達(dá)到106/k 。第三，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸延時方面可以達(dá)到1ms之內(nèi)，延時速率得到很大的降低。第四，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在移動性方面也取得了很大的突破，在滿足一定性能需求的情況下，信息傳輸和接受時間的最大相對傳輸速度可以達(dá)到500km/h以上。第五，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在流量密度方面，單位面積區(qū)域內(nèi)的總流量可以達(dá)到10Mbit·s-1·m-2。

二、5G煤礦無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成框架分析

當(dāng)前5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用還不夠成熟，缺少系統(tǒng)理論作為支持，且尚未研發(fā)出能夠?qū)嶋H投入生產(chǎn)的基于5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)。因此，XS科技集團(tuán)針對我國煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀，研發(fā)了一套較為完備的煤礦5G無線通信系統(tǒng)，以下是該5G無線通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框架。

（一）5G煤礦無線通信系統(tǒng)組成分析

XS科技集團(tuán)結(jié)合當(dāng)前我國煤炭領(lǐng)域的生產(chǎn)現(xiàn)狀，進(jìn)行了大量的前期調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)有的5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對煤5G煤礦無線通信系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。該系統(tǒng)的基本框架有核心網(wǎng)絡(luò)平臺、地面5G信號基站、礦井下5G信號基站構(gòu)成。經(jīng)商采用了AUU有源天線單元進(jìn)行全面的覆蓋，且通過I r接口與BUU室內(nèi)基帶處理單元進(jìn)行連接;井下采用的是Pico RRU射頻拉遠(yuǎn)單元進(jìn)行全面的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并與地面的5G信號基站相連。該煤礦無線通信系統(tǒng)的構(gòu)成基本能夠滿足煤礦日常工作中對無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求，具有較高的實(shí)用性。

（二）5G煤礦無線通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式分析

組網(wǎng)方式是5G煤礦無線通信系統(tǒng)中的重要組成部分，因此XS科技集團(tuán)結(jié)合煤礦通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀，進(jìn)行了全面的升級，其中包含NSA非獨(dú)立網(wǎng)和SA獨(dú)立網(wǎng)兩種組網(wǎng)方式。NSA非獨(dú)立網(wǎng)結(jié)合當(dāng)前使用的4G網(wǎng)絡(luò)基站及其基礎(chǔ)設(shè)施，并進(jìn)行了相應(yīng)的升級，使得5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)能夠正常使用，這種方式不用單獨(dú)建立5G網(wǎng)絡(luò)信號基站，只需要對現(xiàn)有的4G通信網(wǎng)絡(luò)基站進(jìn)行升級，改造成本較低，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度較快，但是缺少一定的靈活性，只能在原有的信號基站上進(jìn)行升級;SA獨(dú)立網(wǎng)則需要搭建全新的5G通信網(wǎng)絡(luò)，并建立全新的信號基站，雖然建設(shè)施工成本較高，但是具有很高的靈活性，對現(xiàn)有的4G通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的依賴程度較低，可以采用全新的建設(shè)方案，在使用性能上能夠得到很大的保障。

三、5G煤礦無線通信系統(tǒng)在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用

目前我國的煤礦領(lǐng)域正在向智慧化、智能化方向發(fā)展，這就使得5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有了很大的發(fā)展空間，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)等，能夠在很大程度上提高智慧化煤礦的建設(shè)水平。例如研究取得一定進(jìn)展的井下無人駕駛和智能運(yùn)輸系統(tǒng)，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在這方面就起到了十分關(guān)鍵的作用。通過5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳輸速率較高、延時性較低的特點(diǎn)，能夠?qū)聼o人駕駛礦車進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，且在井下無人駕駛礦車中通過安裝傳感器結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，能夠快速對工作環(huán)境進(jìn)行檢測和確定，有效提高了井下無人礦車形式的安全性能和實(shí)際使用效率。其次，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在煤礦安全監(jiān)測信息采集方面也發(fā)揮重要的作用，因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的連接數(shù)量密度較高，能夠在很大上滿足礦井內(nèi)安全信息采集的需要，建立全面的井下安全信息和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合云計算技術(shù)對存在的潛在風(fēng)險進(jìn)行分析，從而能夠有效提高煤礦井下作業(yè)的安全水平。

綜上所述，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得煤礦無線通信系統(tǒng)的綜合性能得到了很大的增強(qiáng)，能夠進(jìn)一步提高我國煤礦領(lǐng)域的發(fā)展質(zhì)量，提高安全生產(chǎn)水平。