5G网络技术在矿井通信中的应用研究

钱海军

摘要：本文针对以往的矿井通信技术进行研究，发现现有的通信技术信道容量较小，极易受到影响，并且人员定位工作不够精确，进而基于此，构建出了一项全新的将5G通信技术作为基础的矿井通信技术，该技术之中所包含的设备如下：基带处理单元、有源天线单元、移动终端、网络交换机、光缆组件以及光纤连接器。接触5G通信技术，能够使得矿井内部的无线通信延迟大幅度降低，人员定位工作精确性大幅增长，并且关于故障位置的排查视频也能够得到及时反馈。

关键词：人员定位 网络技术 应用情况 矿井通信

近几年我国通信技术的飞速进步，带动着第五代移动通信网络，也就是5G网络的发展以及落实。第五代移动通信网络的传输速率已经实现了28千兆赫（GHz）波段下达到1Gbps，相比于此，现阶段应用最为广泛的4G网络服务的传输速度只有75mbps，甚至还没有达到5G网络服务传输速度的一成。5G基站的建设将天线大规模输入输出、新型编码LDPC/Polar等诸多高新技术作为基础，具备带宽大、延迟低、稳定性强以及设备接入自由等诸多优势，从而能够在极大程度上满足矿井下通信信号传输工作的诸多要求。

一、研究背景

近几年矿山生产工作的安全性得到了国家的高度重视，有关矿山企业为了增强自身生产效率以及市场上的竞争能力和生存能力，就需要加强矿山通信工作中的安全性、实用性、可靠性以及便捷性等诸多方面的应用性能水平。在矿井中的无线以及有线调度工作人员定位以及视频传输工作之中，使用先进的通信技术，能够使得通信设备一体化得到有效落实，传输速度的低延迟以及业务种类的多样，是矿山企业信息系统现代化改革的主要内容。将5G基站建设在矿井的巷道之中，能够使矿井下5G通信得以实现。如此一来，如果在日常生产工作时出现意外突发事故，就能够使得有关人员之间实现有效的沟通以及交流，从而能够对于矿工位置进行精确定位，最终不但有效防止了由于通信质量较低而引起的人员伤亡，同时还使得有关人员的生命财产安全以及企业的良好形象得到了保证。

二、现阶段矿井通信技术

由于矿井下环境复杂，且工作人员数量基数过大，因此，如果出现安全事故，地上指挥部门就无法及时对有关矿工的位置进行精确定位，从而就在极大程度上增大了营救难度。小灵通、3G无线通信、WiFi和ZigBee通信是近几年矿山无线通信技术的主要发展过程。

个别通信技术特点如下表1。

小灵通和3G通信技术受到自身通信质量以及人员定位工作质量的不足，近几年已经被淘汰。

WiFi无线通信系统借助2.4G射频频段，将IEEE802.11标准作为基础，搭建54M高数据传输带宽。SIP调度交换系统（IP调度交换机、通信服务器） 、矿用环网接入器、触摸屏调度台、矿用本安型通信接口、地面环网接入器、矿用本安型无线基站、矿用本安型WiFi手机及其它配套设施共同构成矿用WiFi无线通信系统。一个基站能够支持16个用户的共同应用，并且在一些中小矿井之中，相比于于3G无线通信技术，基于WiFi技术的无线通信系统应用性价比更高。

ZigBee属于一项将IEEE802.15.4标准低功耗局域网协议作为基础的具有距离短且能耗低等特点的无线通信技术。地面中心站、传输平台、系统软件、无线数据监测站、无线编码发射器及电源、无线数据收发器、传输光缆电缆等共同构成ZigBee人员定位管理系统。

三、矿井通信5G技術的应用

3.1 矿用5G设备的组成

5G网络交换机、有源天线单元、5G基带处理单元、防爆移动终端等共同组成矿用5G通信设备。

多数情况下，5G网络交换机安置在地面的核心机房之中，并和运营商网络进行对接。交换机借助全万兆以太交换机，应用完善的IPv4/IPv6单/组播路由协议和ISF智能堆叠技术，可以达到5G通信的有关要求，同时也具备安全可靠，易于运行维护以及后期易于监管等诸多优势。

5G基带处理单元部署在地面综合机房之中，并和5G网络交换机进行对接，集中式单元以及分布式单元是其内部所含的主要设施，主要通过其所处理的内容以及对象对其进行区分。集中式单元设备的主体就是非实时性的无线高层协议功能，并且也可以用于个别核心网功能下沉，以及边缘应用服务，同时还可以用以无线以及有限资源控制层和分组数据凝聚协议层的部署工作。而分布式单元的主要功能就是物理层以及实时性需求的处理工作，同时还可以用其进行无线以及有线链路控制层的部署和介质访问控制层以及物理层的管控。

无线信号的核心发射设备就是有源天线单元，并且相关设备都会整齐的安置在矿井之下，并且还会借助光纤连接器以及光缆组件来和5G基带处理单元进行实时对接。有源天线单元利用高于IP65防护标准的外壳作为防护层，用以防护工作，其主体由射频模块、电源供给模块以及接收天线模块三种模块共同组成，其中，接收天线模块的价值主要就是无线信号的接收工作，而接收天线模块和射频模块通过实时对接来进行无线信号的绿波，以及放大工作。而射频模块和电源供给模块进行实时对接，从而来对射频模块进行实时供电。

矿井下的有关工作人员会贴身携带防爆移动终端，借助无线接口以及有源天线单元进行对接，从而实现数据的互换交流。防爆移动终端具有人员精确定位以及视频、语音等数据资料的稳定传输等诸多性能。借助5G高精度融合定位技术，能够对目标所在位置及其周边环境进行精确的定位以及识别，并且还要将此作为基础，同时结合具体状况来选取最为科学合理且适用性最高的定位系统。如果目标人员在不同场景间切换时，就可以依据场景的变化来在最短时间内做出最有效的适应。同时，相关的位置信息以及周边环境数据可以直观的投影到地面指挥中心的中央屏幕之上，如此来方便有关操控人员的实时监管。除此以外，5G信号传输技术还拥有数据传输量较大，传输过程较为稳定，且延迟较低等诸多特点，如此一来，就能够实现矿井下的视频通信，并且在矿井下出现安全故障时，也能够及时反馈给地面控制中心，并由有关专家进行实时的指导以及应对工作，最终就能够使得矿工的生命健康安全得到保障，并使得企业的生产效率得到保障。

3.2 矿用5G技术特点

在矿井生产工作之中，科学合理地应用5G通信技术，可以使得现阶段急需解决的人员定位精确度不足，数据传输速度较低，且通信工作延迟严重等诸多问题得到有效解决，该技术在应用过程之中的诸多特点，具体如下。

①设备占地面积较小。矿井下内部空间面积狭小，再加上矿井下巷道之中铺设有动力电缆，通信以及照明线路和水管，铁轨等诸多设施，从而使得空间受到了进一步压缩。然而，源天线单元凭借自身占地面积较小，且天线长度较短的特点，能够在井下空间之中得到良好的应用。

②信道容量大。矿井下内部工作环境变动频繁，而5G通信技术凭借其传输速度，能够使得矿井通信系统的可靠性，安全性以及通信质量得到极大的保障，并且矿井生产的调度工作以及抢险救灾工作的通信指挥得到了有效的技术支持。并且该技术对于图像以及语音传输的高效性以及高质量性，使得矿井移动通信的要求能够实现最大程度的满足。

③人员精确定位。矿井下内部工作环境极为封闭，并且工作人员的工作地点进行实时流动，同时，矿井内部有源天线单元的部署均匀且密集，从而5G通信技术凭借其融合定位性能就可对覆盖范围以及精确程度等方面性能实现大幅度的提升。

④抗干扰能力较强。矿井内部的自然辐射静电以及人为产生的电波所造成的影响程度较小，但是电机车火花所引发的电网波动所产生的谐波干扰较大，同时，由于大功率机电设备的摆放位置相对集中，从而产生的电磁干扰也更为严重。5G通信技术所拥有的高频段以及特高频段拥有较强的抗干扰性能，同时，天线单元所应用的波束赋形技术，能够和基站的终端信号进行准确对接，从而使得资源得到有效的节约。

四、结束语

本文对现有的几种矿井通信技术进行了系统的分析以及研究，并在此基础之上探讨了5G通信技术的应用情况，发现5G通信技术的合理应用，能够使得矿山生产工作质量以及工作效率得到大幅度提升，并且有关工作人员的生命财产安全，以及有关企业的市场营销力都得到了有效保障。近几年我国智能技术的飞速进步，使得5G通信技术逐渐成为现实，如此一来，最终就使得采矿技术实现历史性的上升，以及本质上的革新。

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