1.     综合通信系统建设项目概述

1.1.   项目背景分析

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、5G通信技术等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿采掘、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。

2020年2月，国家发展改革委、国家能源局、应急管理部、国家煤矿安全监察局、工业和信息化部、财政部、科技部、教育部等八部门联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了我国煤炭工业智能化发展的方向，吹响了煤矿智能化建设的号角。建设新时代智能化煤矿是煤炭工业发展的必然选择。智能化煤矿建设要求将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、机器人等先进技术与现代化煤矿开发技术深度融合，形成矿井全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、系统控制的完整智能系统，对矿井生产管理全过程进行智能化管控。党的十九大报告明确提出“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”。这一愿景的实现，需建立在高性能、高可靠的矿井移动通信网络基础之上。5G技术是智能化矿山建设的重要组成部分。

在国家政策及企业内需的双重驱动下，当前矿山行业呈现智能化、绿色化的发展趋势，对高质量的无线通信网络需求强烈。智能化矿山的建设需要技术先进、业务全面、功能强大、性能稳定的综合通信系统平台做支撑。综合通信系统在提供具有高带宽、低时延、大规模设备连接等特性的网路同时，可以集成化的提供5G网络以及业务接入交换网络等多种通道，为井下不同的业务场景提供定制化的设计。为煤矿井下设备群的“万物互联”提供了通道，可实现矿井全范围通信网络覆盖、对井下设备和环境数据进行全方位采集和传输、精准可靠的实现设备控制，满足井下各类业务系统的网络数据传输需求，将全面推动矿山行业信息化、自动化、集成化、智能化发展。

1.2.   煤矿现状

1.2.1.      矿井概述

1.2.2.      通信系统现状

1.3.   需求分析

煤矿信息基础网络分为：有线通信网络和无线通信网络。其中有线网络作为5G承载网络，构建矿区地面、井下的统一“干道”，主要用于矿区各类数据的承载以及5G数据的传输；无线网络作为末端无线设备接入通道，实现煤矿井下沿巷、工作面、硐室等区域的无线链路构建，。

1)      有线网络需求分析

随着煤矿井下智能化程度日渐提升，煤矿井下数据传输需求日益提升，语音终端、视频终端、控制终端、传感器节点等业务应用所需数据带宽越来越多。千兆工业环网已无法承载智能化建设所需的高带宽、低延时需求的数据传输；且传统万兆工业以太网环网由于无法有效承载5G网络、无法实现切片功能、无法保证高可靠低时延数据通信，故也不能满足有线网络的实际需求。

2)      无线网络需求分析

针对井下井筒、各大巷、分支巷道、工作面、避难所/变电所等硐室区域的智能化建设需求，用户需要高可靠、低延时、大带宽的无线传输网络，实现各类智能化应用的监测及控制类数据的无线接入以及传输。

3)      系统集成化需求分析

煤矿信息化建设多以单系统形式建设，各业务系统井下分立建设，造成井下空间资源浪费、线缆资源浪费，大大提升井下网络维护工作量，而且井下基站侧设备多式多样，包含： 全IP化5G基站、接入交换机等，安装混杂，影响整体美观程度。

故煤矿信息化建设迫切需求一套井下通信系统“一网一站”解决方案，系统采用全IP化组网，改变传统多级组网架构方式，在降低维护量的同时，合理降低井下设备布置复杂程度，节约空间及线缆资源，极大提升企业形象。

2.     矿用5G综合通信系统整体规划

2.1.   方案设计规范

《3GPP TS 23.003 Numbering, addressing and identification》

《3GPP TS 23.501 System architecture for the 5G System (5GS)》

《3GPP TS 33.501 Security architecture and procedures for 5G System》

《煤矿安全规程》最新版本

《爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求》

《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》

《爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》

《MT/T1006-2006矿用信号转换器》

《MT/T1007-2006矿用信息传输接口》

《煤矿生产调度通信系统通用技术条件》

《煤炭工业矿井设计规范》

《煤矿安全装备基本要求》

《煤矿监控系统总体设计规范》

《计算机软件开发规范》GB 8566

《电子计算机房设计规范》

《矿山安全条例》

《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》

《爆炸危险场所安全规定》

《中华人民共和国公共安全行业标准》

《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》MT 209-90

《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法》MT 210-90

《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品质量检验规则》MT 211-90

《煤矿5G通信系统安全技术要求(试行)》

《煤矿5G通信系统安全标志管理方案(试行)》

《煤矿通讯、自动化产品型号编制方法和管理办法》MT/T 286

《通讯系统及装备》ABGZ-MA-HAA-2017-01

《矿用通信分站类》ABGZ-MA-HBA-2017-01

《电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验》GB/T 17626.3-2016

《电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》GB/T 17626.4-2008

《电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验》GB/T 17626.5-2008

《煤矿5G通信系统安标检验方案》

《多基站矿井移动通信系统通用技术条件》MT/T1115-2011

《3GPP TS 33.501 5G 系统安全架构和过程》

《3GPP TS 36.104 接入设备技术规范》

《3GPP TS 36104 接入设备一致性测试规范》

《3GPP TS 38.141  5G 基站技术规范》

《煤矿机采工作面通信、控制装置》

《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》发改能源[2020]283 号

《煤炭工业智能化矿井设计标准》（GB/T51272-2018）

《智能矿山信息系统通用技术规范》（GB/T34679-2017）

《智能煤矿建设规范》DB14/T2060-2020

《煤矿信息化建设要求》DB14/T1728-2018

其他按国家有关规范或行业标准。

2.2.   方案设计原则

1.       先进性：采用先进、成熟的、地面运营商广泛使用的5G移动通信技术，满足xxx煤矿智能化矿井建设的需要，确保系统的先进性及生命力。

2.       经济性：根据xxx煤矿现行情况进行定制化设计，为xxx煤矿提供更为适合、更为经济、性价比更高的解决方案。

3.       合规性：本方案设计符合《煤矿安全规程》的规定。

4.       统一性：新建矿用5G综合通信系统统一接入新建5G万兆承载网网络，可满足5G无线网络的承载，同时可以实现其他新增业务数据的接入及传输。

5.       兼容性：新建矿用5G综合通信系统采用开放的技术，提供开放的接口，为井下控制类信号、视频采集类信号、无线传感器等提供接口；同时系统可通过SIP协议对接与其他业务系统进行应急联动。

2.3.   设备选型原则

本次项目基站选用本安型全IP化5G融合基站，满足煤矿环境长期正常使用需求。且考虑后期系统维护，所选设备厂家必须具备相应的维护能力，可对已建系统进行长期、有效地维护。

系统中井下防爆部件、电源等配套部件采用杭州蛟洋以及多年合作伙伴的产品，所选产品均为成熟产品，具备多年稳定运行的能力。所采用的井下设备及配套设备均已通过了国家安标中心的安标认证，满足煤矿井下防爆环境的使用要求。

2.4.   矿用5G综合通信系统简述

矿用5G综合通信系统遵循“一网一站”设计理念，通过一张5G承载网和一种本安5G基站实现井下综合通信功能，降低井下通信网络运维难度。

“一网”：井下万兆IP RAN环网，能够承载5G NR无线通信系统、FDD-LTE无线通信系统、人员（车辆）定位系统、工业电视系统、语音广播系统、调度指挥系统、工业自动化等多种系统，可作为安全监测监控系统数据传输的备用通道。万兆IP RAN网络还可兼容以太网技术，支持其他以太网交换机直接接入。

“一站”：矿用5G综合通信分站，采用了全IP化5G基站。解决了传统5G复杂的组网架构，维护简单方便。设备采用模块化设计，可在5G基站的基础上未来扩建Wi-Fi6局域网业务模块、UWB精确定位模块等，实现多种业务功能的快速扩展部署。

2.5.   矿用5G综合通信系统建设目标

本方案设计实现煤矿5G通信系统，为井下实现集成化设计方案。

提供地面、井下主干有线5G承载网络，构建矿区地面、井下的万兆传输能力，提供各类业务数据接入接口；

井下各类无线网络信号覆盖（包括：全IP化5G基站），主要涉及区域包括xxx煤矿各大巷、分支巷道、回采工作面、避难所/变电所等硐室区域；

2.6.   矿用5G综合通信系统整体构成

矿用5G综合通信系统主要包括：5G万兆承载网子业务模块、5G移动通信子业务模块。

由地面的小型化5G核心网（5GC）、时钟服务器、地面核心5G承载网络设备、矿用隔爆兼本安型万兆环网交换机（IP RAN设备）、矿用本安型综合通信分站（内含全IP化5G基站模块：集成基带单元和射频单元）、矿用本安型5G信号转换器（CPE）、矿用本安型手机等系统设备构成。

小型化5G核心网（5GC）的功能主要是提供井下5G无线网络业务的注册和控制、业务的鉴权、语音和数据的交换等功能。

矿用隔爆兼本安型万兆环网交换机（IP RAN设备）的主要作用是形成井下高速可靠的5G万兆承载网络，能够满足5G大带宽应用需要的同时，提供现有业务系统数据接口（以太网、RS485等接口）。

矿用本安型综合通信基站内含IP化5G基站等。为井下提供信息网络集成化设计方案。

矿用本安型信号转换器（CPE）的主要功能是完成5G信号与有线信号之间的转换，将现有有线数据接入5G系统。

设计拓扑图如下：