煤矿700MHz和2,600MHz综合组网5G无线通信系统
华电煤业集团数智技术有限公司建设的“煤矿700MHz&2,600MHz综合组网5G无线通讯系统”案例，在内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司实施。该系统采用700MHz&2,600MHz融合基站进行混合组网，通过轻量化5G核心网系统、本安基站系统、轻量化MEC、智能网关应用，对矿井信息基础设施进行升级，规划建设以5G或5G-A网络为基础的矿井工业互联网，改善矿井的安全、经营状况，提升矿井的安全管理水平、设备管理水平、生产效率，降低经营成本等。
一、实施背景
煤矿智能化建设需求：煤矿井下视频AI、工作面控制网、无人驾驶、机器人、自动测量点云数据传输等应用场景以及承载多域、多类业务的情况需要大带宽、高可靠、低时延、广连接煤矿专用5G通讯网络，而现有的有线、无线、工业以太网均不能满足要求。
5G系统成熟度：工业领域5G标准在大带宽、低时延、定位等方面仍需演进，相关行业标准对矿用5G系统的安全技术要求、组网架构等做出了规定，已有部分矿用5G系统垂直应用案例，且5G系统在矿用过程中需解决核心数据不出矿区、网络独享且建设成本低、承载多域多类业务、简单自主运维、隔爆设计及防爆箱内散热等问题。
必要性和可行性分析：煤矿建设5G系统是持续高质量发展、战略性规划的需要，是安全生产向智能化转型发展的需要，是生产提效、本质安全建设的需要，也是两化融合、深层次结合可持续发展的需要。从5G标准成熟度、当前矿井对5G系统的应用场景及要求、生态体系成熟度、对矿山安全生产影响度以及投资风险等多方面因素综合考虑，煤矿700MHz&2,600MHz综合组网5G无线通讯系统的研发是必要且技术可行的。
二、实施目标
煤矿700MHz&2,600MHz综合组网5G无线通讯系统的研究，推动煤矿井下传输网络的升级改造的同时，为煤矿井下5G高速无线网络的建设与应用、示范，对智慧矿山建设具有极其重要的意义。案例主要达到以下目标：
1）矿用智能网关的开发。
2）矿用700MHz&2,600MHz双频带无线通讯基站的试制；井工矿井5G SA组网轻量化核心网的测试及试用；大功率长航时矿用隔爆型锂离子蓄电池电源的研发；PTN、BBU、RRU、rHUB的隔爆设计。
3）开展煤矿井下移动设备的5G通讯模组的应用。
三、建设内容
1）设备部署：采用700MHz&2,600MHz融合基站进行混合组网，地面部署矿用5G核心网，井下设备通过光纤连接到BBU，接入到地面核心网；下沉矿用边缘计算器（MEC）和核心网至矿井下，地面机房部署核心交换机，与井下防爆传输设备组成5G承载环网，形成地面核心网和井下核心网双备份。
2）网络设计：5G网络采用独立的物理专网组网方式，基站全部采用SA方式开通；井下采用700MHz&2,600MHz融合基站，2.6G工作于2515-2675MHz，采用30kHz子载波间隔，700M采用上下行各30M为载波带宽；设备及配套严格按照井工煤矿防爆要求进行选型和部署；针对井下视频监控等业务需求，配置3U1D专属上行帧结构，满足上行大带宽需求。
3）与大网对接：开展MEC+5G大网核心网代理情况下矿用5GC的互联互通研究，以及矿用5GC+互联网/专线+基站注册在5GC下的互联互通研究。
4）5G核心网功能研究：基于现有5G公网构建满足煤矿业务及安全需求的5G核心网，向行业用户提供部分网络管理、监测、独立运维运营等能力，使5G UPF&MEC下沉到矿区，甚至5G核心网全部下沉到矿区。明确UPF支持煤矿数据分流等功能要求，以及煤矿内接入MEC的同时在线会话数不低于1万等性能要求。
5）基站设计及试制：与IT商联合开发双流一体化5G基站，研究基站等隔爆腔内散热与隔爆设计，开展井下射频技术与最大通讯距离参数研究，以及矿用5G通讯模组研究。
6）MEC、智能网关的研究与应用：开发井下MEC硬件及API、SDK应用软件，选取有代表性的井下机电设备、环境监测的传感器进行升级改造，实现传感器5G通信并开发接入安全的口令、密码管理功能模块；研究与隔爆设计、安标认证5G AI智能网关，该智能网关集成多种通信方式，支持实时处理多路视频的采集、分析和煤矿业务判别，便于用户实现自动化、智慧化应用。
图1井下智能掘进连采机、梭车、集控箱视频5G回传至调度室
图2井下智能掘进梭车控制信息5G回传至调度室
图3 5G本安基站（通信基站）
四、实施效果
1）安全管理水平提升：风险预控隐患整改更及时、更完善，大大降低机电事故，矿井响应能力更敏捷，大大提升应急处置能力，最大限度地保障了员工生产财产安全。
2）生产力提升：生产能力和生产力得到提升，5G系统赋能煤矿智能化建设，带来更多变革，如利用5G处理大量点云数据，辅助BIM数字设计更加精确，实现生产销售价值链的打通，促进煤矿转型升级。
3）经营管理方面：为人财物、产运销全价值链的信息传输、数据交互提供传输、接入；通过切片技术，提供了端到端通道建立服务、云到端响应通道建立服务；通过优化网络、整合到5G传输网、无线接入网，给人财物、产运销、智慧园区建设、生产安全管理提供了云化、统一、安全隔离、可扩展的网络；打通了互联互通的传输层；5G+煤矿工业互联网，实现生产、经营、管理数据上云，基于供应链协同、生产厂家远程技术支持与运维得以实现，包括后期新型能力建设；5G+区块链会大大提高采购、收付款合同管理、销售的效率。
4）成本方面：综合比较成本增加因素、成本降低因素，5G项目实施将降低吨原煤制造成本约为8元/吨-9元/吨。每年带来间接经济效益约亿元以上，效益非常可观。
本案例曾参加由中国国际数字经济博览会主办的首届全国企业数字化应用生态大会，并入选了“2023全国企业数字化应用典型场景”，同时荣获“2023年中国煤炭工业科学技术奖三等奖”。