煤矿5G无线通信系统建设构想

提出了煤矿5G无线通信系统的基本架构:5G核心网、基带处理单元(BBU)、远端汇聚站(RHUB)及5G基站之间由5G承载网连接,实现各网元之间信令传输;井下采用5G基站及天线实现井下无线信号覆盖,基站通过RHUB进行汇聚后,与BBU相连并接入5G核心网。比较了用户面功能/移动边缘计算(UPF/MEC)下沉与独立专网2种5G核心网建设方案的优缺点;研究了5G核心网与BBU之间、BBU与RHUB之间、RHUB与5G基站之间的承载网,重点介绍了5G核心网与BBU之间承载网常用的光纤直连、切片分组网(SPN)及第五代固定网络(F5G)3种承载方式的特点及适用场景;给出了煤矿5G基站、5G终端及5G通信模组等设备的设计方案。结合5G通信技术特点和煤矿智能化发展需求,探讨了5G无线通信系统在煤矿的典型应用,如融合一体化通信、高带宽业务应用、智能工作面业务应用、矿山车辆远程控制或无人驾驶等。指出小型化行业5G核心网设计、矿用5G基站等设备的低功耗及本安化设计、700 MHz频段5G设备的井下应用以提升5G基站覆盖范围、矿用5G手机终端的定制及行业APP的开发、低功耗5G通信模组的开发、结合现场需求更多行业应用场景的深入挖掘等是煤矿5G无线通信系统进一步的优化方向。     

矿用5G频段选择及天线优化设置研究

矿井无线通信和矿用5G移动通信技术是煤矿智能化关键技术之一。为提高煤矿井下无线传输距离、绕射能力及无线通信系统的稳定性和可靠性,减少基站用量、组网成本和维护工作量,研究了矿用5G工作频段和基站天线位置对无线传输损耗和传输距离的影响。主要结论如下:①煤矿井下无线发射功率受本质安全防爆限制,接收灵敏度受电磁噪声限制,天线增益受本质安全防爆和巷道空间限制。在煤矿井下无线发射功率、接收灵敏度、天线增益受限的情况下,应通过优选无线工作频段和优化天线设置位置,提高矿井无线传输距离和绕射能力,提高系统稳定性和可靠性,减少基站用量、组网成本和维护工作量。②矿用5G工作频段应优选700 MHz。煤矿井下700 MHz频段与现有5G其他工作频段2.6,3.5,4.9 GHz相比,具有无线传输损耗小、无线传输距离远、绕射能力强、基站用量少、组网成本低和维护工作量小等优点。③提出的传输损耗/位置变化率分析方法便于分析巷道横向不同区域位置变化引起的无线传输损耗变化情况。④无线基站天线应靠近巷帮设置,距巷帮不小于0.01 m,垂向位于巷道高度约2/5处。这样既不影响行人和行车、便于安装维护,也可以满足无线传输损耗较小、无线传输距离较远的要求。⑤矿用手机、人员定位卡、便携式无线甲烷检测报警仪、多功能无线矿灯、便携式无线摄像机、便携式无线仪器设备、可穿戴无线设备、车辆定位卡、车载无线设备、无线摄像机、无线传感器、物联网设备等无线终端,在不影响使用的条件下应尽量靠近巷道中心,以提高无线传输距离。     

5G通信技术及其在煤矿的应用构想

近年来我国煤矿无线通信系统首选WiFi和4G通信技术,随着煤矿智能化建设的发展,现阶段煤矿无线通信系统的性能已无法满足煤矿智能化发展的各项需求。对比前几代移动通信技术,阐述了第五代移动通信技术(5G)关键技术及其性能优势;给出了矿用5G无线通信系统的组成及组网方式;结合5G通信技术特点和煤矿智能化发展需求,提出了5G通信技术在煤矿的应用场景,如井下无人驾驶及智能运输、全矿井位置服务、设备远程操控、故障远程诊断、大宽带业务数据传输、煤矿机器人云端控制、全矿井安全监测信息采集、虚拟现实/增强现实矿山等;指出针对煤炭行业的5G技术应用场景还需不断挖掘和完善,且由于5G网络对承载网要求较高,煤矿应预估部署成本,结合自身发展状况和需求搭建矿井5G通信网络。     

金属振子结构在矿井5G辐射场中的安全功率分析

煤矿井下存在瓦斯等易燃易爆气体,5G无线通信系统基站天线辐射出的电磁波被井下金属结构吸收,在金属结构断点处产生放电火花,当电火花能量达到瓦斯气体的最小点火能时可能发生爆炸,限制了5G技术在煤矿井下的应用。为了评估5G无线通信基站射频功率的安全性,通过分析金属结构耦合电磁波的方式,得到射频功率、最大辐射场强与距离的关系;以最小点火能为安全判定标准,得出天线负载的接收功率小于2.625 W时,可确保不会引起瓦斯爆炸;分析得出煤矿井下应优先选择700 MHz作为5G工作频段;通过分析方向性系数,得出应选择臂长与波长比为0.65的对称振子天线金属结构进行研究,对称振子天线金属结构安全电场强度为202.9 V/m,最小安全距离为0.2 m。仿真结果表明：在距离发射天线小于0.2 m的区域电场分布极不均匀,在距离发射天线大于0.2 m的区域电场分布较均匀;在距离发射天线大于0.2 m的区域导致瓦斯爆炸的最小射频功率为27.45 W。     

煤矿智能化与矿用5G

针对煤矿井下电气防爆、无线传输衰减大等特点,分析了矿用5G技术和适用范围:矿用5G宜采用本质安全型防爆;用于控制的矿用5G应具有较强的抗干扰能力;采煤工作面和掘进工作面地面远程控制宜选用矿用5G;煤矿井下车辆无人驾驶地面远程控制宜选用矿用5G;没有针对矿井移动通信特点研发的矿用5G性价比低于矿用WiFi移动通信系统;严禁用矿用5G移动通信系统替代矿用有线调度通信系统;没有针对煤矿安全监控特点研发的矿用5G不能替代煤矿安全监控系统;没有针对矿井动目标精确定位特点研发的矿用5G定位精度低于矿用UWB精确定位系统;450～6 000 MHz频率范围的矿用5G传输速率低于矿用WiFi6;没有针对煤矿井下固定设备监控特点研发的矿用5G可靠性低于矿用有线监控系统。指出了亟需针对煤矿井下安全生产特点,研发矿用5G,而不仅仅是对现有地面5G产品进行防爆改造。     

6G卫星互联网通信安全抗干扰技术分析

随着5G时代的到来,人们已经开始关注下一个移动通信时代——6G。6G卫星互联网通信作为6G通信的一种重要形式,正在成为未来通信的发展方向之一。本文主要探讨了6G卫星互联网通信的关键技术、干扰问题以及安全抗干扰技术。在关键技术方面,重点讨论了毫米波通信技术、空间分集技术和高效能源管理技术。在干扰问题方面,详细阐述了电磁干扰、空间干扰、天气干扰、地形干扰和人为干扰等问题。在安全抗干扰技术方面,探讨了强化加密技术、动态频谱管理技术、多路径传输技术、自适应调制技术和多层安全防御体系等技术策略。     

5G安全:通信与计算融合演进中的需求分析与架构设计

5G是未来网络空间的核心基础设施,因而5G安全是网络空间安全的重要组成部分。5G安全技术应打破以往移动通信系统成型后“打补丁式”的升级演进模式,与5G移动通信技术同步演进,实现系统安全内生与安全威胁“标本兼治”的目标。为了“有的放矢”的推动安全技术同步演进,应首先解决两个基本问题：5G安全需求是什么和5G安全体系架构是什么。针对这两个问题,本文首先从业务、网络、无线接入、用户与终端、系统五个视角梳理了5G通信与计算融合演进的技术特点,并基于这些特点系统的分析了5G安全需求;然后,面向5G安全需求,设计了5G安全总体架构;最后,总结归纳出了5G安全技术的三个发展趋势,即,“面向服务的安全”“安全虚拟化”与“增强用户隐私与数据保护”。本文希望为5G安全技术的同步演进提供有益的参考。     

基于矿井3G通信网络的防爆胶轮车监测系统

针对某基于RFID技术的防爆胶轮车运输监控系统建设投入高、维护量大等问题,提出了一种基于矿井3G通信网络的防爆胶轮车监测系统,介绍了系统总体架构及通信终端的设计方案。该系统只需为防爆胶轮车配备通信终端,即可借助矿井现有的3G通信网络实时监测防爆胶轮车运行工况。测试结果验证了该系统的可靠性和稳定性。该系统已在某煤矿连续6个月无故障运行。     

通过5G技术实现移动通信与广播电视的融合

在新基建背景下,4G网络技术已经基本实现了全国范围内的全覆盖发展,通过NSA组网方式,传统通信运营商快速实现了4G到5G的演进,中国广电首次获得5G牌照并拥有700M低频n28频段优势,通过SA组网方式新建5G核心网,利用中国移动4G核心网搭配实现快速进入。国家相关企业及科研人员全力投入5G系统的研发和应用中,初步实现引领5G发展。基于此,本文就通过5G技术实现移动通信和广播电视的融合问题展开探讨,希望对广电应用业务快速融入通信技术的发展提供有效帮助。     

面向工业物联网的5G机器学习研究综述

随着计算机技术不断应用于工业物联网，工业系统中的数据传输愈加需要支持高实时、高可靠、高带宽以及海量连接的特性。传统的网络已经无法满足这些需求，5G网络因其高速率、低时延、支持海量连接以及良好的移动性等优越性能已成为当前工业物联网领域的研究热点。本文对面向工业网络的5G机器学习方法进行了综述，首先分析了5G网络通信技术领域的大规模天线、终端直连、移动边缘计算以及异构超密集组网等关键技术，其次介绍了人工智能技术以及作为其重要组成部分的机器学习技术，同时总结了将机器学习技术引入5G网络以解决具体问题的方法并对之进行了总结与展望，最后提出了5G通信技术的未来研究趋势。     

5G技术在煤矿井下应用架构探讨

通过对比、分析5G非独立组网(NSA)和独立组网(SA)架构的网络部署及优缺点,结合煤矿井下4G"一网一站"已普遍应用的现状,提出了基于NSA的煤矿井下4G与5G融合网络架构,利用4G网络实现语音、调度功能,5G网络拓展其他智能化应用,以最大程度地减少投资。研究了煤矿井下5G网络传输方式,重点探讨了5G承载网的3种前传组网方案及适用场景:光纤直连方案适用于井下水泵房、变电所等场所的机器人巡检,虚拟现实(VR)/增强现实(AR)培训,无人值守工作面等场景;无源波分复用方案适用于井下网络部署简单、独立维护性强的场景;有源光传送网方案可灵活适应不同场景。探讨了智能巡检机器人、环境监测与安全防护、VR/AR智慧煤矿、井下车辆无人驾驶4种煤矿井下5G网络切片应用场景,分析了不同场景下5G组网架构的应用模式。     

5G无线通信技术与网络安全研究

新时代背景下,对于通信技术的换代革新要求增大,而最新的5G无线通信技术符合当前的需要,并为实现智能生活打下基础。然而,作为通信技术的一种,加上即将对接大数据传输,5G无线通信技术因此也产生了关于网络安全方面的问题。本文针对5G无线通信技术与网络安全展开了分析,供相关读者参。     

基于5G的多路径数据传输系统设计

针对目前电信运营商5G基站分布不均匀及5G SA模式基站覆盖效果有限的问题,提出通过多路径数据传输协议(MultiPath TCP, MPTCP)与5G技术相结合的方案,聚合不同运营商的5G通信链路,提高5G在应用场景中的传输带宽、连接鲁棒性及网络服务质量。针对该方案,设计基于5G的多路径数据传输系统;该系统以I.MX6ULL作为主控制器,通过两个5G模组完成数据传输,采用局域网与外部终端完成数据交互,USB串口作为控制终台。测试结果表明：系统使用MPTCP协议通过两条5G通信链路进行数据传输的传输速率比单条链路的传输速率提高了一倍左右,并且系统稳定性也明显提高,能够达到既定目标的链路聚合效果,具有较高的实用价值。     

5G无线通信网络物理层关键技术研究

随着信息技术的发展和移动设备的普及,无线系统的技术和需求不断增多。5G时代,不仅要提高网络通信的容量,而且要提高网络技术的安全性和高效性,5G相对4G来说,传输速度可达4G的百倍之多,且安全性更高。5G通信系统,预计在2020年大规模推广和使用。基于室内和室外景象分离,详细介绍了5G的技术应用,特别是大规模的MIMO。新技术在使用和推广上,必定会遇到新的挑战,比如新通信基站的建立、无线网络和可见光通信技术等。     

基于基站辅助的电力5G终端GPS欺骗检测

电力能源的安全在国家安全中占有重要的地位.随着电力5G通信技术的发展,大量电力终端产生定位需求.传统GPS定位方法存在易受欺骗的问题,如何有效提升GPS定位的安全性成为一个亟待研究的问题.本文提出了一种基于基站辅助的电力5G终端GPS欺骗检测算法,利用安全性较高的基站定位来检验可能被欺骗的GPS定位,并且引入了一致性因...     

5G通信网络中大数据技术的应用研究

大数据是一种存储、分析、互联的技术手段,并且大数据已经应用于人们生活的方方面面。通过5G技术的分析可以得知,5G技术具有强大的协调性,并且使用频率较高,大数据结合5G通信技术能够使5G通信技术取得更大的发展,有助于5G通信技术的优化,改善了5G通信中天线较多信号互相干扰的问题。     

煤矿井下无线通信技术演进

矿井通信是煤矿智能化发展不可或缺的一环。分析了煤矿井下无线通信不同发展阶段不同通信制式和技术的优缺点,得出目前5G、WiFi6在传输速率、时延、可靠性及用户容量方面具有较大技术优势及较好的适用性,是近阶段矿用无线通信技术的主流解决方案。探讨了井下无线通信系统建设面临的问题及对应的发展方向：(1)技术融合问题。不同场景对带宽、时延、功耗、可靠性有不同要求,单一的通信技术难以满足煤矿所有应用场景的需求,必须根据实际应用情况,选择适合的通信技术来满足应用需求,不同技术通过协议转换器、网关等设备实现融合,形成井上下多技术融合的一体化通信网络平台。(2)系统融合问题。由于各系统由不同厂家提供,通信协议及硬件接口不一致,难以真正实现矿井各系统数据共享,应提供标准接口、开放的网络架构、统一的用户数据,为监控、应急、生产等系统提供互联互通功能,并进一步提供统一数据报文,让数据在各系统内低延时、高并发、实时、同步地流通。(3)设备功耗问题。现有矿用5G基站等由于设备本身功耗大,只能做成功能单一的隔爆型产品,设备笨重、体积大,安装维护困难,制约了5G技术在矿井的普及推广,可从主芯片、射频模块、功率放大模块...     

5G通信技术在城市轨道交通中的应用研究

基于5G通信技术在城市轨道交通中的应用研究,阐述5G通信技术的基本内容,分析城市轨道交通中的通信,探索5G通信技术在城市轨道交通中的具体应用,包括高速通信中的应用、端到端通信中的应用、大规模天线列阵中的应用以及绿色通信中的应用。5G通信技术对城市轨道交通发展具有重要作用,需要深入挖掘和利用5G通信技术的优势。     

一种地铁5G场景下的宽频天线研究

随着5G技术的大规模投用,轨道交通行业与运营商合用5G网络,划分独立虚拟专网的技术日趋成熟,专用、公用多通信网融合成为了地铁5G无线网络的发展方向,为了解决工程空间紧张、降低系统间电磁互扰、提高无线通信系统安全稳定性,本论文设计了一种适合于地铁应用场景,可覆盖所有轨道通信频段的宽频天线,并基于电磁波的传播理论及圆极化天线原理,实现了该宽频天线在重要频段下能够收发圆极化波。通过运用3维电磁仿真软件HFSS模拟了该宽频天线各项性能指标,仿真结果表明该天线在所有5G频段及2.4 GHz WLAN频段下的辐射性能良好,及其在移动n41频段、2.4 GHz WLAN频段下的圆极化特性,验证了本论文所设计的宽频天线,具有良好的抗干扰能力,并探讨了该天线在隧道内的具体实施方案,可进一步优化隧道内的通信设备布局,以满足5G公网在地铁内实现多通信网融合的使用需求,该工作在建设智慧地铁方面具有重要的价值。     

Massive MIMO关键技术及其在5G网络性能提升中的运用

随着无线通信技术的不断发展以及各种新型网络业务的出现,社会对于数据传输速率的要求在逐渐提高。为了满足数据传输速率的要求,增加基站天线数目、构建Massive MIMO系统就成为一种便捷、高效的方式。因此,本文就Massive MIMO关键技术进行分析,并且阐述其对于5G网络性能提升的具体作用,希望可以满足Massive MIMO技术的应用需求。