煤矿井下5G覆盖数据分析

编者按：本文来自微信公众号“网优雇佣军”（ID:hr_opt），36氪经授权发布。

2020年5GtoB显著加速，垂直行业逐渐成为5G的重要用户，并深入参与到5G网络能力的验证工作，以考察5G是否满足行业的需求。在测试中，由于业务需求不统一、测试场景单一、未考虑设备厂家能力等因素，造成了行业用户对5G网络能力的认知上的差异。本文针对井工煤矿5G的覆盖能力、业务需求和网络规划进行了定量定性的分析，为5G在煤矿的网络规划提供了一定的参考。

2020年是5GtoB的元年，也是5G在煤矿应用的元年。2020年6月17号，安标国家中心发布了《煤矿5G通信系统安全技术要求（试行）》和《煤矿5G通信系统安全标志管理方案（试行）》，5G作为新一代无线通信技术深入煤矿井下有了规范可循。截止到2020年底，5G煤矿项目已超过50个。在所有行业应用中，煤矿成为5G专网部署最多的行业。

为支撑煤矿井下的网络部署和规划，矿山企业、运营商和设备厂家在不同场景进行了多次5G覆盖能力的测试。从多个煤矿的测试数据看，按照上行速率20Mbps为小区边缘，巷道内单站可覆盖400-500米；综采面单站覆盖超过180米。

1、新元煤矿井下测试

在山西华阳新材料集团新元煤矿的测试中，部署2.6GHz四通道皮站，单通道发射功率21.7dBm(150mW)，开启上下行时隙翻转功能（时隙配比DL:UL= 1:3），井下采用错频组网方案，即相邻基站各开80MHz带宽的载波。

在综采面覆盖能力测试过程中，采煤机距离天线90米左右，过了采煤机位置，由于遮挡，信号快速衰减。在距离天线108米位置，上行速率24Mbps左右波动。

在辅运巷道的测试过程中，在距离天线330米处地形变化较大，信号快速衰减，在390米处，上行速率在20Mbps左右波动。

2、庞庞塔矿井下测试

山西焦煤庞庞塔矿，部署3.5GHz频段的四通道的皮站设备，每两通道接一副天线，两个天线背靠背，每通道输出功率250mW，开启100MHz载波。分别在行人斜井和综采工作面进行了覆盖测试。

行人斜井测试中，在距离天线200米处，上传速率33.2Mbps；在250米处，上传速率下降到15.5Mbps左右。单站覆盖半径大于200米。

在综采工作面，把基站安装在工作面两侧，向综采工作面的中间进行覆盖，基站天线吊挂在液压顶板之下。在距离天线180米处，上行速率约30.1Mbps。

3、井下测试分析

以上测试中5G输出功率都考虑了天线增益和多通道叠加，总功率不超过6W。从上述两个煤矿测试的数据可以看出，不论是2.6GHz，还是3.5GHz的5G设备，在巷道都可以按照最大400-500米站间距去布置；在综采工作面采用两侧安装5G基站往中间对打的方式，也可以保障贯穿350米的宽度；这两种场景下都能保证20-30Mbps的上行带宽速率。目前进行5G煤矿井下测试数据还非常有限，井工煤矿地形地势复杂，不同的场景5G的覆盖能力还需要实地勘测和验证。

矿井5G应用为什么要强调上行边缘速率呢？答案是业务需求。

无线网络的覆盖，是基于业务需求规划的。那么，5G在矿井下能做哪些业务？根据2020年10月份发布的《5G+煤矿智能化白皮书》，井下业务大概可以分为信息采集类、视频监控类、通信类和远程控制类。信息采集类业务以上行小包业务为主，时延不敏感；视频监控类对网络需求是上行大带宽，以4K摄像头为例带宽需求约15-20Mbps，时延敏感度中等；人员通信类业务，对网络上行和下行要求相同，如果是视频通话，网络需求约4-8Mbps；远程控制类业务，对网络要求上行大带宽，下行低时延，上行链路回传现场的视频或者雷达等传感器数据，依据回传的视频分辨率、画面数量等，带宽需求20-30Mbps左右，下行链路传输设备控制信号，带宽要求不大，但对时延敏感度高，一般要求时延小于50毫秒，如果是胶轮车等车辆远控，时延进一步下降到20ms。业务对网络需求汇总如下：

综合分析可知，矿井中业务对上行带宽需求远远大于下行，因此需要以上行业务需求定义网络覆盖的边缘。为了满足对网络带宽要求较高的视频类业务，井下5G小区边缘定义为上行速率20Mbps是合适的，即在网络边缘满足至少1路4K视频的回传。

文章来源：《分析测试技术与仪器》 网址: http://www.fxcsjsyyq.cn/zonghexinwen/2021/0414/627.html