5G+智慧礦山無線網(wǎng)規(guī)劃方案

1、5G+智慧礦山無線網(wǎng)規(guī)劃方案國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案二O二O年八月國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 一、項目背景2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 二、現(xiàn)狀及問題3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 三、智慧礦山需求分析41智能采掘4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2礦井輔助運輸/無人礦卡4 HYPERLI

2、NK l bookmark10 o Current Document 3視頻監(jiān)控/語音通話4四、5G專網(wǎng)設計要求61覆蓋及容量要求6 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 2切片要求6 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 3配套要求6 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 4安全要求6五、無線網(wǎng)建設方案71覆蓋區(qū)域7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2建設原則8 HYPERLINK l bookmark2

3、6 o Current Document 3切片方案8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4上行速率增強方案8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 5部署方案8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 6主設備清單10 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 六、工期安排11七、投資估算及效益分析111投資估算11 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 2效益分析1

4、1 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 八、組織保障12附：中國移動5G專網(wǎng)建設成果錯誤!未定義書簽。國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案一、項目背景2019年6月6日，工業(yè)和信息化部正式向中國移動等四家運營商發(fā)放5G商用 牌照，標志著我國正式進入5G商用元年，開啟了5G時代。在經(jīng)歷2G落后、36跟 隨、4G并跑之后，5G時代我國有望領先全球。5G作為當前最先進的通信技術手 段，具有大帶寬、低時延、高可靠、廣連接、泛在網(wǎng)等諸多優(yōu)勢。想要發(fā)揮G的 技術潛力，為各行各業(yè)提供更好的信息通信服務，需要充分發(fā)掘各個行業(yè)與5G技 術的結(jié)合點，針對不同

5、的行業(yè)用戶、不同的業(yè)務場景和需求，提供定制化、差異 化的5G網(wǎng)絡，從而讓5G最大化的使能千行百業(yè)。2020年2月25日，國家發(fā)展改革委等八部委印發(fā)關于加快煤礦智能化發(fā)展 的指導意見（發(fā)改能源2020283號），明確提出到2021年建成多種類型、 不同模式的智能化示范煤礦，到2025年大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現(xiàn)智能化， 到2035年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化。2020年6月2日，內(nèi)蒙古自治區(qū)為貫徹落實 該指導意見要求，結(jié)合自治區(qū)煤炭行業(yè)實際情況，印發(fā)了關于加快全區(qū)煤礦智 能化建設的實施意見，提出要重點依托基于5G網(wǎng)絡大帶寬、低時延、廣連接的 優(yōu)勢，開展無人駕駛、智能采掘、機器人智能巡檢、智能安

6、防、智能環(huán)境監(jiān)測、 智能單兵裝備等信息化應用建設。5G技術應用于煤礦井下，能夠通過接入海量傳 感器，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全程動態(tài)實時監(jiān)控，將礦山生產(chǎn)維持在最佳狀態(tài)和最優(yōu) 水平，逐漸實現(xiàn)無人采礦，最大程度提高礦山生產(chǎn)效率。借助于高速、可靠的移 動傳輸，礦井災害預警、突發(fā)事件處置、醫(yī)療救助等會獲得隨時隨地的有效處置 與響應。未來，礦井5G系統(tǒng)的成熟應用必將推動新的產(chǎn)業(yè)革命，把無人值守、無 人駕駛乃至無人操作的更安全更智能的無人采礦推向嶄新的社會發(fā)展舞臺，讓科 技提高效益、科技保障安全的智能礦山成為現(xiàn)實。內(nèi)蒙古移動自2019年起積極開展5G智慧礦山業(yè)務拓展，包鋼白云鄂博5G智 慧礦山是內(nèi)蒙古移動與包鋼集

7、團共同打造的國家級無人駕駛露天鐵礦示范樣板 工程，也是全國乃至全球基于5G網(wǎng)絡條件下無人駕駛礦車的首個應用。2020年內(nèi) 蒙古移動繼續(xù)結(jié)合區(qū)域特色，深耕礦山行業(yè)，做精做專露天礦、井工礦，成立礦 山聯(lián)盟，聯(lián)合研究院及專業(yè)公司，拉動主要設備廠商，加快推進5G模組在礦山無 人礦卡的應用，不斷升級5G智慧礦山整體解決方案。國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案二、現(xiàn)狀及問題老石旦煤礦位于烏海市海南區(qū)37公里處，設計生產(chǎn)能力120萬噸/年，含煤 總面積13平方公里，煤種以肥煤、主焦煤為主。老石旦煤礦是一個有著百年歷 史的老礦井，目前井下生產(chǎn)和管理遇到的諸多問題：一是井下已有的無線通信系統(tǒng)可靠性達不

8、到工業(yè)控制要求。4G的端到端時 延達到100ms，雖然大多數(shù)情況下能夠滿足通信需求，但是對于未來采煤機遠程 精確控制，以及無人駕駛車輛、無人機、機器人的自主控制通信等需求來說，是 遠遠不夠的。而5G通信在eMBB（增強移動寬帶）場景下NR用戶面時延為4ms， 在uRLLC （超可靠、低時延通信）場景下NR用戶面時延僅為0.5ms，控制面時 延為10ms，可以滿足工業(yè)控制要求。二是井下已有的無線通信系統(tǒng)的帶寬受限。4G通信的上限帶寬約為150Mbps，實際應用往往達不到100Mbps；不同標準的WiFi傳輸，包括802.11a/b/g， 帶寬都不到100Mbps，而4K高清視頻傳輸所需的帶寬約4

9、0Mbps，因此4G、WiFi 等技術只能穩(wěn)定傳輸最多2路高清視頻；而5G的帶寬上限能達到1Gbps （1000Mbps）以上，可以滿足工作面多路高清視頻傳輸?shù)男枰?。三是井下需要接入的系統(tǒng)和設備眾多。根據(jù)煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)” 建設完善基本規(guī)范，國家強制要求煤礦井下安裝監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、通訊聯(lián) 絡、緊急避險、壓風自救、供水施救等“六大系統(tǒng)”，此外煤礦還有火災監(jiān)控系 統(tǒng)、帶式輸送監(jiān)控系統(tǒng)、軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)、綜采面監(jiān)控系統(tǒng)、 排水監(jiān)控系統(tǒng)、礦山壓力監(jiān)控系統(tǒng)等等一系列系統(tǒng)。相應地，部署有位置監(jiān)測傳 感器、瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測傳感器、一氧化碳濃度監(jiān)測傳感器、溫度監(jiān)測傳感器、電壓 監(jiān)測傳感

10、器、設備啟停狀態(tài)監(jiān)測傳感器等等傳感器設備。已有的通信系統(tǒng)接入能 力有限，而5G通信系統(tǒng)能達到每平方公里100萬的連接密度，完全可以保證礦 井所有設備同時接入系統(tǒng)。四是目前還沒有能夠?qū)?G通信系統(tǒng)與精確定位等系統(tǒng)直接融合的集成分站 設備和通用基礎平臺。當前井下各系統(tǒng)各自建設、各行其是，協(xié)議不一致，接口 不統(tǒng)一，部署點也不集中，造成井下系統(tǒng)多、網(wǎng)絡多、線纜多。井下設施重復建 設、分散管理、多點維護，產(chǎn)生巨大浪費。因此，為了解決這些問題，早日建成真正意義上的智能礦山，極有必要將5G 移動通信技術應用于煤礦井下，并實現(xiàn)對礦井的全覆蓋。國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案三、智慧礦山需求分析目前

11、，煤礦井下應用的通信網(wǎng)絡主要包括以太網(wǎng)、4G無線網(wǎng)絡、WiFi無線 網(wǎng)絡、優(yōu)先調(diào)度通訊系統(tǒng)、應急廣播、定位系統(tǒng)等。隨著5G商用，井下基于5G 網(wǎng)絡的主要應用包括： 1智能采掘煤礦采掘工作面環(huán)境復雜，地質(zhì)條件相對而言比較惡劣，水、瓦斯、頂板、 粉塵等自然災害的潛在威脅普遍存在，采掘工作面的少人化、無人化一直是礦山 智能化轉(zhuǎn)型的一個重要方面。通過在作業(yè)現(xiàn)場部署多個高清攝像頭，將現(xiàn)場環(huán)境 信息完整地傳送到監(jiān)控中心，再結(jié)合采礦設備本身的各種傳感器信息上報，工作 人員就可以在監(jiān)控中心直接操控各類設備，從而達到作業(yè)現(xiàn)場少人化、無人化的 目標。目前信號傳輸一般采用有線的方式，但是由于液壓支架、采煤機、掘進機

12、 經(jīng)常需要移動，信號傳輸線纜經(jīng)過多次折疊后較易發(fā)生斷裂，迫切需要一種更為 可靠和方便的方法。2礦井輔助運輸/無人礦卡一個高效的煤礦井下運輸系統(tǒng)能促進煤礦生產(chǎn)效率的提高。運輸車輛實現(xiàn)精 準的井下定位，輔以高清攝像頭返回的實時圖像，能讓調(diào)度員準確掌握井下的實 時路況，實現(xiàn)對井下運輸系統(tǒng)的定位、通信、管控、調(diào)度、導航。而所有這一切 的實現(xiàn)都依賴一張覆蓋井下的移動基礎通信網(wǎng)絡。無人礦卡一般應用于露天煤礦的作業(yè)現(xiàn)場，可以降低礦區(qū)的安全事故，減少 司機的人員成本。礦用卡車配備有高清攝像頭、毫米波雷達、北斗高精度定位系 統(tǒng)，以及車輛遠程控制終端。需要一張覆蓋作業(yè)面的無線網(wǎng)絡，提供礦卡-礦 卡，礦卡-監(jiān)控中心

13、的實時通信連接，借助監(jiān)控中心的調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)無人礦卡 的遠程操控、精準?？?、自動裝卸、停車避讓等作業(yè)任務。3視頻監(jiān)控/語音通話視頻監(jiān)控/語音通話是礦山應用場景的一個普適需求，比如綜采工作面的高 清視頻監(jiān)控，井下巷道高清視頻監(jiān)控、自動巡邏車移動視頻監(jiān)控等。這些場景都 要求在作業(yè)現(xiàn)場安裝礦用攝像裝置，基于5G邊緣計算和機器視覺，實現(xiàn)對現(xiàn)場 環(huán)境的感知。國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案業(yè)考城景業(yè)考城景圖3-1礦井5G應用規(guī)劃國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案四、5G專網(wǎng)設計要求1覆蓋及容量要求老石旦煤礦僅有井下覆蓋需求，無井上覆蓋需求。根據(jù)井下條件，建議井下 單點最大覆蓋半徑不

14、小于200米，單點上行最大帶寬不低于750Mbps，下行最大 帶寬不低于150Mbps，同時在線用戶數(shù)量不少于1000。同時考慮到井下應用多樣，但空間受限，因此在井下應選用多頻多模設備， 可支持共模開啟5G/4G/NB-IoT。2切片要求礦井的應用場景豐富多樣，各類應用對時延、帶寬的需求不盡相同，且不同 應用重要性也有區(qū)別。面向差異化的需求，5G網(wǎng)絡應能提供定制化、差異化的 網(wǎng)絡服務，通過切片等技術對重要的應用需求提供隔離性和帶寬的保障?，F(xiàn)階段在井下可采用網(wǎng)號隔離的切片方案，僅允許礦區(qū)員工接入網(wǎng)絡；未來隨 著井下應用豐富，支持QoS+切片滿足差異化網(wǎng)絡性能需求。3配套要求井下設備取電應能支持A

15、C 127V，并且應配備不小于2小時后備電源。4安全要求井下5G用到的BBU、RRU、CPE、UPS備用電源等均需取得煤安認證，同 時要求射頻設備的射頻閾功率（無線發(fā)射設備的有效輸出功率與天線增益的乘積） 不得大于6W，能夠確保井下使用安全。井下方案規(guī)劃應充分考慮巷道類型及條 件，不能影響煤礦安全和日常生產(chǎn)活動。國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案五、無線網(wǎng)建設方案1覆蓋區(qū)域按照客戶要求實現(xiàn)老石旦煤礦的井下5G網(wǎng)絡覆蓋，覆蓋區(qū)域包括主巷道、 皮帶巷、回風巷、綜采面以及重要洞室，老石旦煤礦具體情況如下圖所示：圖5-1（1）老石旦煤礦覆蓋區(qū)域地面情況圖5-1（2）老石旦煤礦覆蓋區(qū)域井下情況

16、國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案2建設原則（1）本項目5G基站全部采用SA方式開通。（2）井下5G全部采用2.6GHz頻段，采用100MHz帶寬組網(wǎng)，工作于 25152615MHz，采用30kHz子載波間隔。（3）本項目以解決井下覆蓋為主，原則上全部采用單載波配置，使用皮基站 和微基站混合方式組網(wǎng)，在綜采面、主巷道及井下洞室采用皮基站+外接天線實 現(xiàn)5G覆蓋，在皮帶巷、回風巷采用微基站+外接天線實現(xiàn)5G覆蓋。（4）井下主設備硬件具有多頻多模能力，應至少支持1.8G和2.6G兩個頻段， 本次僅開啟5G 2.6GHz。（5）本項目設備及配套嚴格按照井工煤礦防爆要求進行選型和部署。3切片

17、方案在無線側(cè)通過QoS方案滿足差異化性能需求，根據(jù)核心網(wǎng)下發(fā)的QoS參數(shù) 進行調(diào)度，將不同切片的同種業(yè)務映射到不同的5QI承載上進行區(qū)分?；谀壳?智慧礦山需求，井下5G專網(wǎng)需優(yōu)先保障智能化采掘及無人駕駛業(yè)務的網(wǎng)絡需求。井下基站接入下沉至礦區(qū)內(nèi)的專用UPF/MEC，確保礦山數(shù)據(jù)不出園區(qū)，同 時降低網(wǎng)絡時延，增強網(wǎng)絡可靠性。4上行速率增強方案針對井下視頻監(jiān)控等大上行業(yè)務需求，充分利用5G上下行帶寬時隙可調(diào)整、 礦井下天然隔離的特點，可配置3U1D專屬上行幀結(jié)構，實現(xiàn)單點上行速率 750Mbps，滿足上行大帶寬的需求。2.5ms ：1D3U） | .UL | UI | UL | PL . | UL

18、 | UL | UL圖5-2 3U1D幀結(jié)構5部署方案5G專網(wǎng)無線基站采用皮基站和微基站組合的方式實現(xiàn)井下5G覆蓋，共規(guī) 劃29臺隔爆型BBU、29臺隔爆型5G微基站、72臺隔爆型rHUB、447臺本安 兼隔爆型皮基站。國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案RRU4芯光匏國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案RRU4芯光匏圖5-3（1）井下微基站基站連接示意圖大旌. :兩芯冊輒 建議距離不大于20MM圖5-3（2）井下皮基站基站連接示意圖RRU圖5-3（2）井下皮基站基站連接示意圖RRURHUB的芯光城，巖議所大于（1）主巷道等場景下基站部署要求如下：1）基站安裝于地面或巷道壁上，

19、天線安裝在距離地面2米以上，頂板0.5米 以下；2）基站選擇安裝于無淋水、巖壁堅固、無遮擋物的位置；3）每臺基站預留至少5米的光纜，便于熔接及維護；4）主巷道受空間限制，為不影響車輛正常行駛，掛墻部署體積較小的皮基 站；皮帶巷、回風巷微基站RRU可落地安裝，部署微基站。/電平面削圖5-4（1）平直巷道基站布置示意圖軍直巷道/電平面削圖5-4（1）平直巷道基站布置示意圖軍直巷道國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案圖5-4(2)岔道基站布置示意圖(2)綜采面基站部署要求：綜采面通道狹長、液壓支架間空間狹小，且液 壓支架和采煤機動態(tài)變化，將體積較小的皮基站落地安裝在液壓支架間，天線利 用液壓

20、支臂固定安裝。(3)后備電源要求：采用礦用隔爆型鋰離子蓄電池電源作為市電斷電后井 下設備的后備電源。6主設備清單無線主設備清單及安裝位置如下表所示：表5-1無線主設備清單序號設備分類設備名稱參數(shù)描述單位數(shù)量1主設備BBU支持 5G/4G/NB-IoT臺292微RRU支持1.8G+2.6G頻段臺293皮基站pRRU支持 1.8G+2.3G+2.6G 頻段臺4474皮基站pHUB臺725其他，光模塊等輔料站296基站載頻塊2537開站服務及開網(wǎng)優(yōu)化站298井下防爆設 備隔爆PTN殼體臺99隔爆BBU殼體臺2910隔爆RRU殼體臺47611礦用隔爆型鋰離子蓄電 池電源輸入電壓127v，輸出127v，負 載最大功率：600W；為環(huán)網(wǎng)供 電不小于12小時部51412礦用電源線km12013礦用定制尾纖根95214礦用安裝支架套47615井下隔爆天線井下4G、5G天線副95216功分器、跳線個/條95210國家能源烏海老石旦煤礦5G智慧礦山無線網(wǎng)方案六、工期安排本工程按照標準工期應在2021年6月底完工，按客戶要求，在簽訂中標合 同之日起30天內(nèi)完成全部施工建設。具體進度安排建議如下：2020年8月底，項目立項批復；2020年8月底，主設備采購；2020年9月，設計會審、設計批復；2020年9月底，新