摘要：結(jié)合現(xiàn)階段煤礦用5G 研究成果和應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從煤礦用5G 專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)、覆蓋優(yōu)化、智能化應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建3 個(gè)方面分析了煤礦用5G 關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向。煤礦用5G 專網(wǎng)組網(wǎng)方面：煤炭集團(tuán)級(jí)大規(guī)模組網(wǎng)和礦井獨(dú)立專網(wǎng)2 類模式可滿足煤礦用5G 系統(tǒng)建設(shè)部署需求。煤礦用5G 無(wú)線覆蓋增強(qiáng)方面：煤礦用5G 無(wú)線傳輸性能需要持續(xù)研究和提升，現(xiàn)階段宜采用低頻段（1 GHz 以下）多載波SUL（補(bǔ)充上行鏈路）進(jìn)行煤礦用5G 的覆蓋優(yōu)化；針對(duì)井下無(wú)線電波防爆安全功率閾值可能實(shí)現(xiàn)的突破和提高，需要通過(guò)同步提升煤礦用5G 基站與終端兩側(cè)的無(wú)線發(fā)射功率，方可實(shí)現(xiàn)煤礦用5G 系統(tǒng)整體覆蓋能力優(yōu)化；需要開(kāi)展基于6G RIS（可重構(gòu)智能超表面）的煤礦用5G 覆蓋增強(qiáng)技術(shù)預(yù)研，為無(wú)線覆蓋能力提升提供進(jìn)一步支撐。煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建方面：需要開(kāi)展礦用裝備與礦用通信領(lǐng)域的聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)；研究基于煤礦用5G 的裝備遠(yuǎn)程控制及未來(lái)裝備自主群體協(xié)同控制的信息物理映射；研究智能化應(yīng)用的預(yù)期功能安全機(jī)制；研發(fā)小型化、輕量化及全面適配現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工業(yè)控制協(xié)議的煤礦用5G 模組。

關(guān)鍵詞：智能礦山通信；煤礦用5G；5G 專網(wǎng)；無(wú)線覆蓋；智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景；礦井無(wú)線電波；防爆安全；可重構(gòu)智能超表面；裝備遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：TD655 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

2020 年，由國(guó)家發(fā)展改革委、能源局、應(yīng)急部、煤監(jiān)局、工信部、財(cái)政部、科技部、教育部8 部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》后，正式開(kāi)啟了煤礦用5G 技術(shù)研究和系統(tǒng)裝備研發(fā)應(yīng)用的進(jìn)程。業(yè)界學(xué)者、科研單位、生產(chǎn)企業(yè)在煤礦用5G 技術(shù)及應(yīng)用方面開(kāi)展了深入的工作，主要聚焦在煤礦用5G 系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)攻關(guān)方向、無(wú)線傳輸與安全應(yīng)用、應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面。

在煤礦用5G 系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)攻關(guān)方向方面，目前研究形成并廣泛部署應(yīng)用了獨(dú)立組網(wǎng)/獨(dú)立運(yùn)行的專網(wǎng)核心網(wǎng)+骨干承載網(wǎng)+無(wú)線基站設(shè)備+終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。孫繼平[1]研究了煤礦智能化中礦用5G 技術(shù)特點(diǎn)和適用范圍，明確了礦用5G 系統(tǒng)的研發(fā)方向和原則，指出研發(fā)礦用5G 不僅僅是對(duì)現(xiàn)有地面5G 產(chǎn)品進(jìn)行防爆改造。同時(shí)，孫繼平[2]研究了煤礦智能化與礦用5G 和網(wǎng)絡(luò)硬切片技術(shù)，指出了綜合承載網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)硬切片技術(shù)是支撐礦用5G 承載網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)裝備。孟慶勇[3]研究了5G 技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用架構(gòu)，提出了煤礦用5G 系統(tǒng)部署方案。李晨鑫[4]研究了礦用5G 通信演進(jìn)技術(shù)，指出RedCap輕量化模組、通信定位一體化等演進(jìn)方向適用于煤礦5G 領(lǐng)域。

在煤礦用5G 無(wú)線傳輸與安全應(yīng)用方面，孫繼平等[5]研究了礦用5G 頻段選擇及天線優(yōu)化設(shè)置，指出無(wú)線傳輸面臨的關(guān)鍵問(wèn)題和方案。常琳等[6]開(kāi)展了煤礦5G 通信系統(tǒng)的安全性研究，提出了發(fā)射閾功率參數(shù)、電磁兼容、系統(tǒng)組網(wǎng)等方面具體的計(jì)算和測(cè)試方法。鄭小磊等[7]研究了煤礦5G 通信系統(tǒng)安全技術(shù)要求，明確了關(guān)鍵指標(biāo)的檢驗(yàn)方法。張立亞[8]研究了煤礦5G 通信系統(tǒng)的安全應(yīng)用技術(shù)，提出了天線隔離電路輸出信號(hào)本安的關(guān)鍵設(shè)計(jì)?；粽颀圼9]研究了礦井無(wú)線通信系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，指出隔爆兼本安型的煤礦用5G 基站設(shè)備使用不便且使用場(chǎng)合受限，應(yīng)開(kāi)展本安型煤礦用5G 基站設(shè)備的研發(fā)。

在煤礦用5G 應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建方面，王國(guó)法等[10-11]針對(duì)5G 技術(shù)在煤礦智能化中的應(yīng)用、煤礦無(wú)人化智能開(kāi)采系統(tǒng)理論與技術(shù)開(kāi)展了系統(tǒng)性研究，提出了基于5G 等無(wú)線通信技術(shù)開(kāi)展智能感知控制的研究方向。范京道等[12]開(kāi)展了采用5G 技術(shù)支撐智能化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)的探索，分析了5G 對(duì)于智能化開(kāi)采的支撐優(yōu)勢(shì)。李晨鑫等[13-15]系統(tǒng)研究了基于5G 的礦用裝備遠(yuǎn)程控制技術(shù)，運(yùn)用信息物理系統(tǒng)架構(gòu)研究方法構(gòu)建了5G+智能采煤/智能掘進(jìn)/無(wú)人駕駛/智能主運(yùn)等應(yīng)用場(chǎng)景，提出了針對(duì)性的5G 資源調(diào)度方法，研究了基于5G 蜂窩車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)聯(lián)式自動(dòng)駕駛技術(shù)、基于5G 直連通信的礦井應(yīng)急通信技術(shù)。顧義東[16]分析了采用煤礦用5G 技術(shù)進(jìn)行智能掘進(jìn)的感知、視頻監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制等相關(guān)應(yīng)用需求，研究了5G+智能化掘進(jìn)的應(yīng)用。

在煤礦用5G 標(biāo)準(zhǔn)制定方面，由于5G 技術(shù)設(shè)計(jì)之初主要面向公眾電信網(wǎng)絡(luò)的商用場(chǎng)景，未針對(duì)井下5G 應(yīng)用特定需求開(kāi)展專用底層技術(shù)制定，在煤礦用5G 先期開(kāi)展建設(shè)的同時(shí)，逐步開(kāi)展了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定?！睹旱V用5G 通信系統(tǒng)通用技術(shù)條件》等5 項(xiàng)中國(guó)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目前正在報(bào)批，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）孫繼平教授主持開(kāi)展了核心的系統(tǒng)、基站控制器與基站等3 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制定，系統(tǒng)制定了功能、無(wú)線頻段、測(cè)試方法等技術(shù)要求[17]。為了進(jìn)一步提升5G 技術(shù)在礦山領(lǐng)域的適用性，中國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)歸口組織中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)成立了“5G 礦山行業(yè)專網(wǎng)子工作組”，以制定符合礦用需求的專用5G 通信底層標(biāo)準(zhǔn)，制定了作為工業(yè)和信息化部礦山5G 通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)指南的《面向礦山行業(yè)的5G 專網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)體系》，從總體技術(shù)要求和系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范2 個(gè)方面制定了16 項(xiàng)中國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃，將為礦山5G 及演進(jìn)提供充分的標(biāo)準(zhǔn)支撐。蔡峰等[18]研究了礦用5G 系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互和共享流程，開(kāi)展了國(guó)家礦山安全監(jiān)察局《智能化礦山數(shù)據(jù)融合共享 礦用5G 智能終端數(shù)據(jù)共享規(guī)范》的制定。

開(kāi)展煤礦用5G 技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以來(lái)，形成了系列研究成果和代表性應(yīng)用案例，初步實(shí)現(xiàn)了智能礦山信息高速傳輸通道的構(gòu)建。但面向智能化場(chǎng)景的實(shí)際應(yīng)用，目前仍存在井下5G 覆蓋受限、無(wú)線射頻發(fā)射功率閾值待突破、場(chǎng)景應(yīng)用的信息物理映射及系統(tǒng)安全技術(shù)有待完善等關(guān)鍵問(wèn)題。為此，本文針對(duì)煤礦用5G 技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)性分析，厘清目前存在的關(guān)鍵問(wèn)題并開(kāi)展研究，以期為煤礦用5G 技術(shù)突破瓶頸、進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供支撐。

1 煤礦用5G 通信專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)

《煤礦5G 通信系統(tǒng)安全技術(shù)要求（試行）》規(guī)定“5G 系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立組網(wǎng)、獨(dú)立運(yùn)行，在外部網(wǎng)絡(luò)故障或斷開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能安全、獨(dú)立、穩(wěn)定運(yùn)行，保證無(wú)線通信及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?、穩(wěn)定”。

針對(duì)煤礦用5G 獨(dú)立組網(wǎng)、獨(dú)立運(yùn)行的需求，目前主流組網(wǎng)模式聚焦于煤炭集團(tuán)級(jí)大規(guī)模組網(wǎng)和礦井獨(dú)立專網(wǎng)2 類。

煤炭集團(tuán)級(jí)大規(guī)模組網(wǎng)模式適用于煤炭集團(tuán)集中管理、集中調(diào)度的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，可在集中中心設(shè)置大規(guī)模核心網(wǎng)，業(yè)務(wù)下沉至礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，對(duì)于需要礦區(qū)閉環(huán)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在礦內(nèi)流轉(zhuǎn)，需要進(jìn)行集團(tuán)中心管控或跨礦區(qū)交互的數(shù)據(jù)可按需傳輸至中心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理或轉(zhuǎn)發(fā)。煤炭集團(tuán)級(jí)大規(guī)模組網(wǎng)模式適用于建設(shè)多礦井統(tǒng)一接入的礦用5G 網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)架構(gòu)如圖1 所示。

礦井獨(dú)立專網(wǎng)模式可在礦內(nèi)部署輕量化核心網(wǎng)，按照煤礦用5G 網(wǎng)絡(luò)的通信需求，部署必要的網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)接入與移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理、策略控制管理、網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能管理、鑒權(quán)服務(wù)器管理、用戶平面管理、網(wǎng)元存儲(chǔ)等功能。礦井獨(dú)立專網(wǎng)模式適用于單個(gè)礦井獨(dú)立建設(shè)5G 網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)架構(gòu)如圖2 所示。

煤礦用5G 通信專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)方面研究成果及應(yīng)用案例已可滿足煤礦用5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求，后續(xù)可在5G LAN 功能具備部署條件后，對(duì)核心網(wǎng)軟件進(jìn)行升級(jí)，以滿足工業(yè)控制通信需求，而不需采用配置維護(hù)過(guò)程更為復(fù)雜的層二隧道構(gòu)建方式支撐控制傳輸。

2 煤礦用5G 覆蓋優(yōu)化

煤礦用無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)備無(wú)線發(fā)射功率閾值為GB/T 3836.1?2021《爆炸性環(huán)境 第1 部分：設(shè)備 通用要求》規(guī)定的I 類防爆條件下的6 W[19]。為實(shí)現(xiàn)煤礦用大帶寬傳輸能力，無(wú)線帶寬達(dá)100 MHz，相比4G的最大帶寬20 MHz 提升了5 倍。決定無(wú)線通信覆蓋性能的關(guān)鍵指標(biāo)為無(wú)線信號(hào)功率譜密度，在6 W無(wú)線發(fā)射功率閾值限制下，5G 無(wú)線帶寬的顯著提升造成覆蓋性能進(jìn)一步受限。

煤礦用5G 應(yīng)用之初主要采用中頻5G 頻點(diǎn)，如2.6，3.5 GHz，覆蓋距離一般為100～150 m，造成基站部署密度大、系統(tǒng)建設(shè)成本較高。煤礦用5G 一直面臨覆蓋能力受限的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，需要開(kāi)展煤礦用5G 覆蓋優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)研究。

2.1 井下5G 低頻多載波無(wú)線覆蓋

工業(yè)和信息化部最早在2018 年底公布了國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的5G 頻段：中國(guó)移動(dòng)的5G 頻段為2 515～2 675 MHz（2.6 GHz 頻段） 和4 800～ 4 900 MHz（4.9 GHz 頻段）；中國(guó)電信的5G 頻段為3 400～3 500 MHz；中國(guó)聯(lián)通的5G 頻段為3 500～3 600 MHz。5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中， 3 400～3 500 MHz 和3 500～3 600 MHz 頻段由中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通共建共享（3.5 GHz 頻段）。

低頻段重耕用于5G 的工作最早于2020 年啟動(dòng)，工業(yè)和信息化部先將700 MHz 頻段分配給中國(guó)廣電，中國(guó)廣電與中國(guó)移動(dòng)達(dá)成共識(shí)，對(duì)700 MHz 頻段進(jìn)行共建共享。之后工業(yè)和信息化部在2022 年11 月將900 MHz 頻段（中國(guó)聯(lián)通）重耕用于5G，在2023 年8 月，將800 MHz 頻段（中國(guó)電信）重耕用于5G，中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通具備了采用800，900 MHz共建共享5G 網(wǎng)絡(luò)的條件。

針對(duì)煤礦井下受限空間且存在金屬設(shè)備設(shè)施遮擋的無(wú)線傳輸環(huán)境，無(wú)線頻段越低，則隨傳輸距離增大的無(wú)線衰減越慢，穿透能力及繞射、衍射性能越好。1 GHz 以下5G 的低頻段因其較優(yōu)的衰減性能及傳輸能力，在煤礦井下5G 覆蓋中具有天然優(yōu)勢(shì)。孫繼平針對(duì)礦用5G 頻段選擇及天線優(yōu)化設(shè)置指出，700 MHz 頻段與2.6，3.5，4.9 GHz 相比，具有無(wú)線傳輸損耗小、傳輸距離大、繞射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。為此，應(yīng)將低頻傳輸作為重點(diǎn)研究方向[5]，解決井下5G 覆蓋受限的關(guān)鍵技術(shù)難題。

井下700 MHz 頻段研究與應(yīng)用中，由于700 MHz頻段的通信制式為FDD（Frequency DivisionDuplexing，頻分雙工），上行傳輸帶寬為703～733 MHz，上行傳輸速率不足，通常采用700 MHz+2.6 GHz 進(jìn)行聯(lián)合覆蓋，700 MHz 用于覆蓋增強(qiáng)，2.6 GHz 則提供大帶寬的上行傳輸能力。

為實(shí)現(xiàn)井下5G 對(duì)覆蓋增強(qiáng)和上行大帶寬傳輸?shù)闹危捎玫皖l雙載波進(jìn)行聯(lián)合覆蓋，即在主載波的基礎(chǔ)上， 通過(guò)調(diào)度輔載波資源進(jìn)行SUL（Supplementary UpLink，補(bǔ)充上行鏈路）傳輸，從而在單設(shè)備中同時(shí)實(shí)現(xiàn)覆蓋距離提升和上行大帶寬傳輸，而無(wú)需按照不同布站間隔部署2 套不同頻段的井下5G 基站。目前煤礦用5G 低頻SUL 無(wú)線覆蓋距離可達(dá)600 m 以上，同時(shí)具備700 Mbit/s 的上行傳輸能力。井下5G 低頻SUL 基本原理如圖3 所示。

2.2 井下無(wú)線電波防爆安全功率閾值提升

除無(wú)線傳輸衰減快等傳輸環(huán)境影響外，煤礦用5G 覆蓋能力受限的另一個(gè)主要原因是井下無(wú)線電波防爆安全功率閾值要求造成井下5G 傳輸?shù)臒o(wú)線發(fā)射功率相比地面環(huán)境顯著受限。

無(wú)線電設(shè)備發(fā)射功率有2 項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，一項(xiàng)為射頻端口的輸出功率，另一項(xiàng)為EIRP（Effective IsotropicRadiated Power，有效全向輻射功率），EIPR 為射頻端口輸出功率加上天線增益再減去饋線及插入損耗后的輻射功率。6 W 的井下無(wú)線電波防爆安全功率閾值對(duì)應(yīng)EIRP 的指標(biāo)。業(yè)界學(xué)者開(kāi)展了6 W 井下無(wú)線電波防爆安全功率閾值的標(biāo)準(zhǔn)溯源研究和射頻引爆測(cè)試研究。

無(wú)線電波防爆安全功率閾值的標(biāo)準(zhǔn)溯源研究中，孫繼平教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了GB/T 3836.1?2021 的溯源分析，進(jìn)行了相應(yīng)的礦用無(wú)線傳輸特性分析方法研究和井下5G 輻射場(chǎng)中的安全性分析等[20-22]，目前最新的研究進(jìn)展指出，煤礦井下無(wú)線電波防爆安全發(fā)射功率閾值應(yīng)大于16 W，而不是GB/T 3836.1?2021 規(guī)定的6 W[23]。

井下無(wú)線電射頻引爆測(cè)試中，文獻(xiàn)[24]分析了井下瓦斯環(huán)境下射頻引爆風(fēng)險(xiǎn)， 認(rèn)為至少可將700 MHz 頻段基站功率限制由閾功率6 W 提升到端口20 W 以上。

通過(guò)相關(guān)研究和試驗(yàn)， 若將來(lái)可以通過(guò)修訂GB3836.1?2021 或更新版本，提高井下無(wú)線電波防爆安全功率閾值，也可在提升井下5G 無(wú)線傳輸覆蓋性能方面實(shí)現(xiàn)顯著突破。

若井下無(wú)線電波防爆安全功率閾值可提高，在煤礦用5G 設(shè)備進(jìn)一步的研發(fā)過(guò)程中，需要高度關(guān)注終端發(fā)射功率提升的關(guān)鍵問(wèn)題，主要涉及以下2 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

1） 單獨(dú)提高煤礦用5G 基站射頻發(fā)射功率不能有效實(shí)現(xiàn)煤礦用5G 通信系統(tǒng)的覆蓋能力優(yōu)化。煤礦用5G 通信系統(tǒng)上行需求顯著，單獨(dú)提高煤礦用5G 基站射頻發(fā)射功率，能夠提升基站無(wú)線覆蓋距離。但5G 終端能力相比基站相對(duì)低，如果不在終端側(cè)同步提升射頻發(fā)射功率，則上行覆蓋無(wú)法優(yōu)化，煤礦用5G 通信系統(tǒng)不能有效提升覆蓋能力。因此，提升煤礦用5G 系統(tǒng)的整體覆蓋能力，需要同步提高煤礦用5G 基站和終端兩側(cè)的射頻發(fā)射功率。

2） 單獨(dú)提高煤礦用5G 終端的天線增益，不能達(dá)到最佳的上行覆蓋性能優(yōu)化效果。提高煤礦用5G 終端的射頻發(fā)射功率存在2 種方式：① 提高煤礦用5G 終端的天線增益。通過(guò)該方法可一定程度上優(yōu)化煤礦用5G 終端的覆蓋能力，但天線增益的提升，會(huì)導(dǎo)致無(wú)線信號(hào)能量聚集在部分范圍，包括將全向天線無(wú)線輻射信號(hào)覆蓋的球形電磁場(chǎng)改變?yōu)轱炐坞姶艌?chǎng)，以及使定向天線的能量聚焦在更加窄的輻射區(qū)域，當(dāng)天線增益提高到一定程度后，不可避免會(huì)出現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的覆蓋盲區(qū)。需要結(jié)合大規(guī)模陣列天線及波束賦形技術(shù)，針對(duì)井下5G 傳輸信道開(kāi)展針對(duì)性建模， 需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究和評(píng)估工作。② 提升終端的端口輸出功率。3GPP（3rd GenerationPartnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃）定義的終端端口輸出功率主要是2 類， 分別為功率等級(jí)2（Power Class 2，26 dBm）和功率等級(jí)3（Power Class3，23 dBm）[25-27]，主要是考慮無(wú)線輻射下人體的安全性。考慮到提升端口輸出功率會(huì)提升PA（PowerAmplifier，功率放大器）性能，通常在中國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中將終端的端口輸出功率必選為功率等級(jí)3 的23 dBm[28-30]。為此，在未來(lái)面向礦山行業(yè)的5G 專網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定中，需要對(duì)相應(yīng)的煤礦用5G 終端功率等級(jí)進(jìn)行針對(duì)性研究和規(guī)定。另外，考慮到無(wú)線輻射對(duì)人體的安全性，提升煤礦用5G 終端的端口輸出功率應(yīng)主要針對(duì)用于煤礦設(shè)備通信的CPE（CustomerPremises Equipment，用戶駐地設(shè)備）和模組，而煤礦用5G 手機(jī)由于發(fā)送帶寬相對(duì)小，相比大帶寬傳輸?shù)慕K端設(shè)備，其功率譜密度更大，上行覆蓋能力相對(duì)優(yōu)越，則不是終端無(wú)線發(fā)射功率提升的重點(diǎn)。

因此，需要同步提升煤礦用5G 終端（特別是用于煤礦設(shè)備通信的CPE 和模組）的天線增益與端口輸出功率，同步開(kāi)展當(dāng)前不適用于煤礦用5G 的大規(guī)模陣列天線及波束賦形技術(shù)研究，并在下一階段礦山5G 專網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定中，對(duì)相應(yīng)的煤礦用5G 終端功率等級(jí)進(jìn)行針對(duì)性研究和規(guī)定。

2.3 基于6G RIS 的煤礦井下5G 無(wú)線覆蓋增強(qiáng)

提升煤礦用5G 基站和終端的無(wú)線發(fā)射功率是從信源側(cè)提升系統(tǒng)傳輸能量，但煤礦井下信道中無(wú)線傳輸損耗顯著，是影響井下5G 無(wú)線覆蓋能力的另一個(gè)核心因素。

RIS（Reconfigurable Intelligent Surface，可重構(gòu)智能超表面）技術(shù)由東南大學(xué)崔鐵軍院士團(tuán)隊(duì)率先開(kāi)展研究，RIS 是一種具有可重構(gòu)電磁特性的二維人造材料，通過(guò)對(duì)嵌入在RIS 元素中的可調(diào)器件進(jìn)行調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)元素對(duì)電磁波的相位、幅度、極化和頻率響應(yīng)的調(diào)整，從而具備可編程方式重塑空間電磁波的能力，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋增強(qiáng)與擴(kuò)展、傳輸容量提升等功能[31]。

目前針對(duì)煤礦井下RIS 開(kāi)展了初步研究。李世銀等[32]研究了煤礦井下智能超表面非視距無(wú)線覆蓋技術(shù)，分析了RIS 特性及其在井下巷道、硐室、綜采工作面的應(yīng)用場(chǎng)景。IMT?2030（6G）推進(jìn)組會(huì)議上針對(duì)煤礦井下用6G 技術(shù)關(guān)鍵需求進(jìn)行探討，指出了RIS 對(duì)于煤礦用5G 等無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行覆蓋增強(qiáng)應(yīng)作為6G 面向煤炭行業(yè)研究的方向，可應(yīng)用于綜采工作面大型金屬設(shè)備嚴(yán)重遮擋環(huán)境下進(jìn)行煤礦用5G 無(wú)線傳輸覆蓋增強(qiáng)、彎曲起伏巷道的煤礦用5G 無(wú)線傳輸拓展等。

在以綜采工作面為例的大型設(shè)備遮擋無(wú)線信號(hào)傳輸路徑的情況下，可以在工作面中點(diǎn)或等分點(diǎn)液壓支架上部署RIS 控制器與無(wú)源RIS 材料，通過(guò)計(jì)算發(fā)送設(shè)備到RIS 部署點(diǎn)連線與RIS 部署點(diǎn)到接收設(shè)備連線之間的角度，采用控制器進(jìn)行RIS 反射角度調(diào)控并提升強(qiáng)度，能夠?yàn)榫C采工作面無(wú)線傳輸提供更多條直射路徑組成的可靠傳輸路徑，顯著提升大型機(jī)電設(shè)備遮擋情況下的無(wú)線傳輸能力。以綜采工作面為例，基于6G RIS 進(jìn)行煤礦用5G 無(wú)線傳輸增強(qiáng)如圖4 所示。

在煤礦井下彎曲起伏巷道中，或者巷道的分支拐彎處部署RIS 控制器+無(wú)源RIS 材料，通過(guò)計(jì)算原始信號(hào)到RIS 部署點(diǎn)連線與RIS 部署點(diǎn)到擴(kuò)展覆蓋遠(yuǎn)點(diǎn)連線之間的角度，采用控制器進(jìn)行RIS 反射角度調(diào)控并提升強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)彎曲起伏巷道無(wú)線非視距傳輸路徑轉(zhuǎn)換為以RIS 為中心點(diǎn)的2 條視距傳輸路徑，而不再需要以增設(shè)基站的方式進(jìn)行無(wú)線覆蓋補(bǔ)盲。

因此，從應(yīng)用需求而言，煤礦用5G 無(wú)線增強(qiáng)覆蓋對(duì)6G RIS 具有顯著的技術(shù)需求。需要結(jié)合煤礦井下無(wú)線傳輸實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、RIS 基礎(chǔ)傳輸模型，開(kāi)展煤礦用RIS 增強(qiáng)5G 無(wú)線覆蓋的部署及信道建模研究，設(shè)計(jì)適用于煤礦井下的RIS 增強(qiáng)覆蓋傳輸架構(gòu)，無(wú)線覆蓋增強(qiáng)的目標(biāo)增益應(yīng)達(dá)到每個(gè)部署點(diǎn)30 dB 以上。

2.4 井下無(wú)線參數(shù)對(duì)煤礦用5G 覆蓋效果影響分析

3GPP 在研究和制定5G 技術(shù)規(guī)范中，針對(duì)無(wú)人機(jī)、高鐵、智能交通/車聯(lián)網(wǎng)、公共安全等垂直行業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行了針對(duì)性研究和規(guī)范制定，也對(duì)無(wú)線參數(shù)的選擇進(jìn)行了適應(yīng)性調(diào)整，但未針對(duì)井下受限空間的信道環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性研究和定義，因此缺少對(duì)于煤礦用5G 無(wú)線參數(shù)適配性的相關(guān)研究分析。

一方面， 5G 目前已經(jīng)可支持通常256QAM（Quadrature Amplitude Modulation， 正交振幅調(diào)制） 、最高1 024QAM 的調(diào)制方式。然而，調(diào)制階數(shù)越高，雖然無(wú)線傳輸中單個(gè)資源塊承載的數(shù)據(jù)量會(huì)增大，但無(wú)線傳輸過(guò)程中有用信號(hào)的抗噪聲能力會(huì)相對(duì)下降，即高階調(diào)制會(huì)實(shí)現(xiàn)較高的傳輸速率，但無(wú)線傳輸?shù)慕邮召|(zhì)量會(huì)相應(yīng)降低，覆蓋效果不及低階調(diào)制。

在井下實(shí)際傳輸環(huán)境的測(cè)量結(jié)果也體現(xiàn)，煤礦用5G 系統(tǒng)一般會(huì)根據(jù)信道環(huán)境測(cè)量結(jié)果進(jìn)行64QAM 調(diào)制方式的傳輸，在工作面等傳輸損耗顯著的區(qū)域，會(huì)以16QAM 的低階調(diào)制方式進(jìn)行傳輸。

為此，在信號(hào)調(diào)制方式方面，針對(duì)傳輸速率要求較高的情況，宜通過(guò)物理層測(cè)量進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)制方式確定，而針對(duì)控制類數(shù)據(jù)的傳輸，需要采用限制調(diào)制階數(shù)的情況，以采用16QAM 調(diào)制方式為宜，確?？刂茢?shù)據(jù)的無(wú)線傳輸質(zhì)量和可靠性。

另一方面，5G 技術(shù)可支持靈活的子載波間隔配置，6 GHz 以下的頻段可支持15，30，60 kHz 的子載波間隔，目前5G 公眾電信網(wǎng)絡(luò)的中國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定子載波間隔的必選參數(shù)為30 kHz[33]。然而，煤礦井下空間受限，無(wú)線傳輸環(huán)境中的多徑效應(yīng)強(qiáng)，無(wú)線信號(hào)傳輸會(huì)造成多徑時(shí)延擴(kuò)展增大，采用的子載波間隔越低，則時(shí)域資源粒度越大，對(duì)于抗多徑效應(yīng)影響顯著的CP（Cyclic Prefix，循環(huán)前綴）長(zhǎng)度也會(huì)相應(yīng)增大。30 kHz 子載波間隔對(duì)應(yīng)的時(shí)域資源粒度為0.5 ms， CP 長(zhǎng)度為2.34 μs； 15 kHz 子載波間隔對(duì)應(yīng)的時(shí)域資源粒度為1 ms，CP 長(zhǎng)度為4.69 μs，CP 長(zhǎng)度提升1 倍，相應(yīng)覆蓋的多徑時(shí)延擴(kuò)展范圍更大，能夠降低多徑效應(yīng)影響，提升無(wú)線覆蓋效果。目前已經(jīng)在采用低頻SUL 的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)15 kHz 子載波間隔進(jìn)行了測(cè)試，后續(xù)將在礦山5G 通信標(biāo)準(zhǔn)制定中，對(duì)低頻段的15 kHz 子載波間隔參數(shù)進(jìn)行討論和確認(rèn)。

3 煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建

煤礦智能化建設(shè)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)少人化乃至無(wú)人化的煤礦生產(chǎn)，從根本上降低煤礦生產(chǎn)的人員安全隱患。隨著煤礦用5G 建設(shè)及無(wú)線傳輸能力的不斷優(yōu)化，通過(guò)5G 構(gòu)建的智能礦山信息高速傳輸通道已經(jīng)形成基礎(chǔ)，煤礦用5G 現(xiàn)階段研究和應(yīng)用的重點(diǎn)方向需要聚焦智能化應(yīng)用場(chǎng)景的構(gòu)建，開(kāi)展煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景信息物理映射與預(yù)期功能安全研究，并研發(fā)小型輕量化模組。

3.1 煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景信息物理映射與預(yù)期功能安全

煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景目前已有一定的研究基礎(chǔ)，煤礦現(xiàn)場(chǎng)也開(kāi)展了相應(yīng)的應(yīng)用驗(yàn)證。文獻(xiàn)[13]梳理了基于5G 的智能采煤、智能掘進(jìn)、無(wú)人駕駛、智能主運(yùn)等4 類礦用裝備遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的信息物理系統(tǒng)架構(gòu)研究方法，為智能化應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建提供了參考。目前煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景如圖5 所示。

基于5G 的礦用裝備遠(yuǎn)程控制應(yīng)用目標(biāo)是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的減人，與煤礦安全生產(chǎn)具有高度關(guān)聯(lián)性，此類應(yīng)用系統(tǒng)的傳輸需要高度的可靠性和實(shí)時(shí)性。為此，在實(shí)際應(yīng)用部署中，需要在礦用5G 網(wǎng)絡(luò)中部署專用的裝備遠(yuǎn)程控制切片，以確保傳輸可靠性和實(shí)時(shí)性。

隨著智能礦山各類智能化系統(tǒng)的廣泛建設(shè)，系統(tǒng)中裝備遠(yuǎn)程控制專用切片的傳輸資源將會(huì)面臨一定限制?，F(xiàn)階段進(jìn)行裝備遠(yuǎn)程控制應(yīng)用中，通常將生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視數(shù)據(jù)全部接入。針對(duì)未來(lái)裝備遠(yuǎn)程控制各類系統(tǒng)常態(tài)化運(yùn)行、專用切片的傳輸資源面臨限制的情況，需要細(xì)化開(kāi)展必要信息流與專用切片承載傳輸?shù)挠成?，即需要采、掘、運(yùn)技術(shù)裝備研發(fā)團(tuán)隊(duì)與煤礦用5G 通信技術(shù)裝備研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)和試驗(yàn)，確定用于裝備遠(yuǎn)程控制應(yīng)用安全運(yùn)行的監(jiān)測(cè)監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸最小集合，同時(shí)針對(duì)裝備遠(yuǎn)程控制應(yīng)用等少人化、無(wú)人化應(yīng)用開(kāi)展預(yù)期功能安全的評(píng)價(jià)研究，從而確保智能化裝備遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的安全性，為后續(xù)裝備集群自主控制的研究奠定基礎(chǔ)。

基于5G 的礦用裝備遠(yuǎn)程控制的預(yù)期功能安全研究可參照汽車行業(yè)預(yù)期功能安全研究的方法開(kāi)展。由于汽車運(yùn)行中需要實(shí)時(shí)具備安全要求，所以應(yīng)高度關(guān)注功能安全和預(yù)期功能安全要求。

功能安全旨在避免因電子電氣系統(tǒng)的系統(tǒng)性失效或硬件隨機(jī)性失效而導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)期功能安全旨在避免因電子電氣系統(tǒng)組件功能不足或性能下降、可合理預(yù)見(jiàn)的人員誤操作所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)基于5G 的煤礦智能化應(yīng)用系統(tǒng)，涉及煤礦用5G 通信系統(tǒng)、礦用生產(chǎn)裝備、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多系統(tǒng)集成，且面向的是高安全性要求的少人化遠(yuǎn)程控制或無(wú)人化自主控制應(yīng)用，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備本身發(fā)生故障失效的情況，需要通過(guò)系統(tǒng)各自的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。而多系統(tǒng)集成協(xié)同應(yīng)用的安全性，則需要開(kāi)展基于5G 煤礦智能化應(yīng)用系統(tǒng)的預(yù)期功能安全研究，以確保對(duì)于未知不安全情況的風(fēng)險(xiǎn)管控。以基于5G 的礦用裝備遠(yuǎn)程控制應(yīng)用系統(tǒng)為例，給出了預(yù)期功能安全研究框架，如圖6 所示。

煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景中，在礦用生產(chǎn)裝備的運(yùn)行過(guò)程，需要監(jiān)測(cè)裝備參數(shù)、檢測(cè)控制反饋執(zhí)行的時(shí)空一致性和精確度，環(huán)境感知系統(tǒng)需要對(duì)裝備運(yùn)行狀況和環(huán)境工況進(jìn)行監(jiān)視，而礦用5G 系統(tǒng)則需要提供穩(wěn)定可靠的傳輸鏈路，并監(jiān)測(cè)信道變化對(duì)傳輸質(zhì)量的影響。礦用生產(chǎn)裝備、環(huán)境感知系統(tǒng)、煤礦用5G 系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)輸入至預(yù)期功能安全評(píng)價(jià)模塊。當(dāng)各部分?jǐn)?shù)據(jù)輸入正常、裝備運(yùn)行正常且未出現(xiàn)單向指標(biāo)顯著下降趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)用場(chǎng)景正常運(yùn)行；當(dāng)裝備運(yùn)行狀況異常或出現(xiàn)至少1 項(xiàng)參數(shù)指示部分模塊功能不足或性能下降，則需要啟動(dòng)各子系統(tǒng)模塊進(jìn)行檢測(cè)優(yōu)化，進(jìn)行反饋和干預(yù)，從而確保煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景持續(xù)正常運(yùn)行，同時(shí)針對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行部分或全部的現(xiàn)場(chǎng)人工介入準(zhǔn)備。

目前智能化應(yīng)用系統(tǒng)預(yù)期功能安全尚少見(jiàn)公開(kāi)研究成果，需要裝備與通信研究人員協(xié)同，結(jié)合信息物理映射工作開(kāi)展深入研究。

3.2 煤礦用5G 小型輕量化模組研發(fā)

現(xiàn)階段煤礦現(xiàn)場(chǎng)主要采用礦用本安型CPE 進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)的匯聚傳輸，一般CPE 長(zhǎng)度在25 cm 以上、寬度和高度在15 cm 以上，可作為煤礦生產(chǎn)設(shè)備的外置設(shè)備進(jìn)行部署?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用面臨的2 類主要問(wèn)題如下：

1） 礦用本安型CPE 尺寸較大，無(wú)法內(nèi)置煤礦生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行部署，對(duì)于小型化設(shè)備的5G 無(wú)線改造而言成本較高。

2） 與煤礦生產(chǎn)的工業(yè)控制協(xié)議的適配需要改進(jìn)。一方面，常規(guī)的工業(yè)控制傳輸協(xié)議涉及以太網(wǎng)光信號(hào)傳輸、以太網(wǎng)電信號(hào)傳輸、CAN、RS485、Modbus、OPC（Object Linking and Embedding forProcess Control，用于過(guò)程控制的對(duì)象連接和嵌入技術(shù)）等，目前礦用本安型CPE 對(duì)于Modbus，OPC 協(xié)議的適配存在缺失， 但主要礦用裝備數(shù)據(jù)傳輸約20% 采用Modbus 協(xié)議、不足5% 采用OPC 協(xié)議。另一方面，在對(duì)接礦用裝備過(guò)程中，通常1 個(gè)設(shè)備只需要適配1 種工業(yè)控制協(xié)議，但目前的礦用本安型CPE 通常具備多種、多個(gè)輸入接口，存在配置冗余。

因此，支撐煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建，需要研發(fā)小型化、輕量化礦用5G 模組，應(yīng)采用支持礦用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)輸入和礦用5G 數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚』K集合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化、能力輕量化，進(jìn)而降低設(shè)備成本，支撐嵌入采、掘、運(yùn)等現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)裝備中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)5G 傳輸，以及連接移動(dòng)式和不方便布線的傳感器構(gòu)建5G 無(wú)線傳輸能力。小型輕量化煤礦用5G 模組結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

煤礦用5G 小型輕量化模組研發(fā)設(shè)計(jì)思路如下：

1） 為實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化的研發(fā)目標(biāo)，相比現(xiàn)有的CPE，需要裁剪冗余、非必要的傳輸模塊177c3e3d74463d81a169ba138d6b3b49，煤礦用5G 模組的最小化模塊集合包括礦用5G 基帶通信模塊、礦用5G 射頻單元和射頻輸出端口、礦用5G 數(shù)據(jù)卡槽、井下現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)輸入接口（單路）、礦用電源輸入模塊。

2） 井下現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)輸入接口應(yīng)采用單模組單路輸入設(shè)計(jì)，每個(gè)模組上從以太網(wǎng)光信號(hào)接口、以太網(wǎng)電信號(hào)接口、CAN 信號(hào)接口、RS485 接口、Modbus接口、OPC 接口中選擇1 類進(jìn)行布設(shè)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)不同設(shè)備、不同工業(yè)協(xié)議的接入需求，可依據(jù)統(tǒng)一的參考設(shè)計(jì)，配置不同類型的數(shù)據(jù)輸入接口，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同協(xié)議類型的礦用裝備采用不同協(xié)議輸入接口的模組。

3） 對(duì)最小化模塊集合需要進(jìn)行緊湊、合理的線路設(shè)計(jì)，盡可能減小模組尺寸。模組小型化的目標(biāo)應(yīng)為模組長(zhǎng)度和寬度均在10 cm 以下，用于支撐礦用裝備內(nèi)置式嵌入部署；模組輕量化的研發(fā)方向?yàn)镽edCap 模組，以實(shí)現(xiàn)按需提供5G 傳輸能力、降低成本。

4 結(jié)論

1） 煤礦用5G 專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)主要包括煤炭集團(tuán)級(jí)大規(guī)模組網(wǎng)和礦井獨(dú)立專網(wǎng)2 種模式，滿足煤礦用5G 系統(tǒng)建設(shè)部署的需求。下一階段需要針對(duì)5GLAN 特性進(jìn)行核心網(wǎng)軟件升級(jí)，支撐工業(yè)控制的層二傳輸需求。

2） 煤礦用5G 無(wú)線傳輸性能需要持續(xù)研究和提升。現(xiàn)階段煤礦用5G 采用低頻段多載波SUL 增強(qiáng)覆蓋可顯著優(yōu)化覆蓋能力。在下一階段，當(dāng)井下無(wú)線電波防爆安全功率閾值可突破、可提高時(shí)，需要同步提升煤礦用5G 基站與終端兩側(cè)的發(fā)射功率，方可實(shí)現(xiàn)煤礦用5G 系統(tǒng)整體覆蓋能力優(yōu)化；需要開(kāi)展基于6G RIS 的煤礦用5G 覆蓋增強(qiáng)技術(shù)預(yù)研，為煤礦用無(wú)線通信傳輸能力優(yōu)化提供進(jìn)一步支撐。

3） 煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建方面，應(yīng)開(kāi)展礦用裝備與礦用通信領(lǐng)域的聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，研究煤礦用5G 裝備遠(yuǎn)程控制及未來(lái)裝備自主群體協(xié)同控制技術(shù)，形成細(xì)化信息物理映射關(guān)系，并研究預(yù)期功能安全機(jī)制，以確保煤礦智能化5G 應(yīng)用場(chǎng)景的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量可控、控制過(guò)程安全。同時(shí)需研發(fā)和推廣小型輕量化模組，實(shí)現(xiàn)煤礦用5G 無(wú)線傳輸全面適配現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工業(yè)控制協(xié)議，嵌入礦用裝備構(gòu)建應(yīng)用場(chǎng)景。

4） 煤礦用5G 關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)需要持續(xù)開(kāi)展。通信領(lǐng)域目前已經(jīng)從5G 演進(jìn)至5G?A，且6G 的RIS 等關(guān)鍵技術(shù)也可實(shí)現(xiàn)5G 能力和可靠性的有效提升。煤礦用5G 研究建設(shè)進(jìn)程無(wú)法一夕而成，需要在現(xiàn)階段研究應(yīng)用成果基礎(chǔ)上，突破關(guān)鍵難題，填補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)空缺，加強(qiáng)裝備、通信等不同領(lǐng)域聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦用5G 對(duì)智能化應(yīng)用的有效支撐。

參考文獻(xiàn)（References）：

[ 1 ]孫繼平. 煤礦智能化與礦用5G[J]. 工礦自動(dòng)化，2020，46（8）：1-7.

SUN Jiping. Coal mine intelligence and mine-used5G[J]. Industry and Mine Automation，2020，46（8）：1-7.

[ 2 ]孫繼平. 煤礦智能化與礦用5G 和網(wǎng)絡(luò)硬切片技術(shù)[J].工礦自動(dòng)化，2021，47（8）：1-6.

SUN Jiping. Coal mine intelligence， mine 5G andnetwork hard slicing technology[J]. Industry and MineAutomation，2021，47（8）：1-6.

[ 3 ]孟慶勇. 5G 技術(shù)在煤礦井下應(yīng)用架構(gòu)探討[J]. 工礦自動(dòng)化，2020，46（7）：28-33.

MENG Qingyong. Probe on 5G architecture applied incoal mine underground[J]. Industry and MineAutomation，2020，46（7）：28-33.

[ 4 ]李晨鑫. 礦用5G 通信演進(jìn)技術(shù)研究[J]. 工礦自動(dòng)化，2023，49（3）：6-12.

LI Chenxin. Research on mine 5G-advancedcommunication evolution technology[J]. Journal ofMine Automation，2023，49（3）：6-12.

[ 5 ]孫繼平，張高敏. 礦用5G 頻段選擇及天線優(yōu)化設(shè)置研究[J]. 工礦自動(dòng)化，2020，46（5）：1-7.

SUN Jiping， ZHANG Gaomin. Research on 5Gfrequency band selection and antenna optimizationsetting in coal mine[J]. Industry and Mine Automation，2020，46（5）：1-7.

[ 6 ]常琳，鄭慧瑩，李鳴. 煤礦5G 通信系統(tǒng)的安全性研究[J]. 煤礦安全，2021，52（8）：137-141，146.

CHANG Lin， ZHENG Huiying， LI Ming. Research onsafety of 5G communication system in coal mine[J].Safety in Coal Mines，2021，52（8）：137-141，146.

[ 7 ]鄭小磊，梁宏. 煤礦5G 通信系統(tǒng)安全技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法[J]. 工礦自動(dòng)化，2021，47（3）：9-13，33.

ZHENG Xiaolei， LIANG Hong. Safety technicalrequirements and inspection methods of coal mine 5Gcommunication system[J]. Industry and MineAutomation，2021，47（3）：9-13，33.

[ 8 ]張立亞. 煤礦5G 通信系統(tǒng)安全應(yīng)用技術(shù)研究[J]. 工礦自動(dòng)化，2021，47（12）：8-12，45.

ZHANG Liya. Research on safety applicationtechnology of coal mine 5G communication system[J].Industry and Mine Automation，2021，47（12）：8-12，45.

[ 9 ]霍振龍. 礦井無(wú)線通信系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 工礦自動(dòng)化，2022，48（6）：1-5.

HUO Zhenlong. Current situation and development trend of mine wireless communication system[J]. Journal ofMine Automation，2022，48（6）：1-5.

[10]王國(guó)法，趙國(guó)瑞，胡亞輝. 5G 技術(shù)在煤礦智能化中的應(yīng)用展望[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2020，45（1）：16-23.

WANG Guofa， ZHAO Guorui， HU Yahui. Applicationprospect of 5G technology in coal mine intelligence[J].Journal of China Coal Society，2020，45（1）：16-23.

[11]王國(guó)法，張良，李首濱，等. 煤礦無(wú)人化智能開(kāi)采系統(tǒng)理論與技術(shù)研發(fā)進(jìn)展[J]. 煤炭學(xué)報(bào)， 2023， 48（1） ：34-53.

WANG Guofa， ZHANG Liang， LI Shoubin， et al.Progresses in theory and technological development ofunmanned smart mining system[J]. Journal of ChinaCoal Society，2023，48（1）：34-53.

[12]范京道，閆振國(guó)，李川. 基于5G 技術(shù)的煤礦智能化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)探索[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)， 2020， 48（7） ：92-97.

FAN Jingdao，YAN Zhenguo，LI Chuan. Exploration ofintelligent coal mining key technology based on 5Gtechnology[J]. Coal Science and Technology， 2020，48（7）：92-97.

[13]李晨鑫. 基于5G 的礦用裝備遠(yuǎn)程控制技術(shù)研究[J].工礦自動(dòng)化，2023，49（9）：90-97.

LI Chenxin. Research on remote control technology ofmining equipment based on 5G[J]. Journal of MineAutomation，2023，49（9）：90-97.

[14]李晨鑫，張立亞. 煤礦井下網(wǎng)聯(lián)式自動(dòng)駕駛技術(shù)研究[J]. 工礦自動(dòng)化，2022，48（6）：49-55.

LI Chenxin， ZHANG Liya. Research on the networkconnected automatic driving technology in undergroundcoal mine[J]. Journal of Mine Automation， 2022，48（6）：49-55.

[15]李晨鑫，張立亞，劉斌，等. 基于5G 直連通信的礦井應(yīng)急通信技術(shù)[J]. 煤礦安全，2023，54（2）：212-216.

LI Chenxin， ZHANG Liya， LIU Bin， et al. Mineemergency communication technologies based on 5GSidelink communication[J]. Safety in Coal Mines，2023，54（2）：212-216.

[16]顧義東. 5G 技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 工礦自動(dòng)化，2022，48（6）：64-68.

GU Yidong. Application of 5G technology in coal mineheading face transportation system[J]. Journal of MineAutomation，2022，48（6）：64-68.

[17]孫繼平. 煤礦用5G 通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究制定[J]. 工礦自動(dòng)化，2023，49（8）：1-8.

SUN Jiping. Research and development of 5Gcommunication system standards for coal mines[J].Journal of Mine Automation，2023，49（8）：1-8.

[18]蔡峰，王陳書略，喬梁，等. 礦用5G 智能終端數(shù)據(jù)交互和共享規(guī)范研究[J]. 工礦自動(dòng)化， 2023， 49（9） ：98-105.

CAI Feng， WANG Chenshulüe， QIAO Liang， et al.Research on data exchange and sharing standards formining 5G intelligent terminal[J]. Journal of MineAutomation，2023，49（9）：98-105.

[19]GB/T 3836.1?2021 爆炸性環(huán)境 第1 部分：設(shè)備 通用要求[S].

GB/T 3836.1-2021 Explosive atmospheres-Part 1：Equipment- General requirements[S].

[20]孫繼平，彭銘，潘濤，等. 無(wú)線電波防爆安全閾值研究[J]. 工礦自動(dòng)化，2023，49（2）：1-5.

SUN Jiping，PENG Ming，PAN Tao，et al. Research onthe safety threshold of radio wave explosion-proof[J].Journal of Mine Automation，2023，49（2）：1-5.

[21]張高敏，劉毅，彭銘. UWR?FDTD 礦井電磁波數(shù)值分析方法[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2022，47（11）：4157-4166.

ZHANG Gaomin， LIU Yi， PENG Ming. Numericalanalysis method of the electromagnetic fields in coalmine roadway using UWR-FDTD[J]. Journal of ChinaCoal Society，2022，47（11）：4157-4166.

[22]張高敏，劉毅，彭銘. FDTD 礦井無(wú)線傳輸特性分析方法研究[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2022，50（11）：202-212.

ZHANG Gaomin，LIU Yi，PENG Ming. Resarch on theFDTD analysis method of wireless transmissioncharacteristics in underground mine[J]. Coal Scienceand Technology，2022，50（11）：202-212.

[23]孫繼平，彭銘. 礦井無(wú)線電波防爆安全發(fā)射功率研究[J]. 工礦自動(dòng)化，2024，50（3）：1-5.

SUN Jiping， PENG Ming. Research on the safetransmission power of mine radio wave explosionprevention[J]. Journal of Mine Automation， 2024，50（3）：1-5.

[24]王國(guó)法，龐義輝，任懷偉，等. 智慧礦山系統(tǒng)工程及關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐[J]. 煤炭學(xué)報(bào)， 2024， 49（1） ：181-202.

WANG Guofa， PANG Yihui， REN Huaiwei， et al.System engineering and key technologies research andpractice of smart mine[J]. Journal of China CoalSociety，2024，49（1）：181-202.

[25] TS 38.101-1 NR; User Equipment （UE） radio transmission and reception; Part1： Range 1Standalone[S].

[26]TS 38.101-3 NR; User Equipment （UE） radiotransmission and reception; Part 1：Range 1 and Range 2Interworking operation with other radios[S].

[27]TS 38.306 NR; User Equipment （UE） radio accesscapabilities[S].

[28]YD/T 3627?2019 5G 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng) 增強(qiáng)移動(dòng)寬帶終端設(shè)備技術(shù)要求（第一階段）[S].

YD/T 3627-2019 5G digital cellular mobiletelecommunication network-technical requirements ofeMBB user equipment （Phase 1）[S].

[29]YD/T 4193?2023 5G 多模雙卡雙待終端設(shè)備技術(shù)要求[S].

YD/T 4193-2023 5G Multi-RAT Dual-Card Dual-Standby user equipment technical requirements[S].

[30]YD/T 4550?2023 5G 多模單卡終端設(shè)備技術(shù)要求[S].

YD/T 4193-2023 5G Multi-RAT single-card userequipment technical requirements[S].

[31]CHENG Qiang， JIN Shi， CUI Tiejun. Reconfigurableintelligent surfaces for wireless communications[J].Frontiers of Information Technology & ElectronicEngineering，2023，24（12）：1665-1668.

[32]李世銀，楊瑞鑫，楊磊，等. 煤礦井下智能超表面非視距無(wú)線覆蓋技術(shù)綜述[J]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，53（3）：613-622.

LI Shiyin， YANG Ruixin， YANG Lei， et al. Survey ofthe non-line-of-sight wireless coverage technology byreconfigurable intelligent surfaces in underground coalmines[J]. Journal of Chin742501279643114161b680534ad01f402390df9541dc5dacb53144529b7d0a13a University of Mining &Technology，2024，53（3）：613-622.

[33]YD/T 3929?2021 5G 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng) 6 GHz 以下頻段基站設(shè)備技術(shù)要求（第一階段）[S].

YD/T 3929-2023 5G digital cellular mobiletelecommunication network-technical specification ofsub 6 GHz gNB equipment （Phase 1）[S].

基金項(xiàng)目：天地科技股份有限公司科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資金專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目（2023-TD-ZD005-001，2024-TD-ZD015-03）；中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)研究課題項(xiàng)目（CCSA-2023-B142）。