5G基站覆盖范围讨论

1、2020年、2021是5G发展的重要两年，垂直行业逐渐成为 5G的重要用户，很 多行业深入参与到5G网络能力的验证工作，以考察5G是否满足行业的需求。本文针对井工煤矿5G的覆盖能力、业务需求和网络规划进行了定量定性的分析，为5G在煤矿的网络规划提供了一定的参考，我们一起来看下。煤矿井下5G覆盖数据分析巷道内单站可覆盖400-500米；综采面单站覆盖超过180米为支撑煤矿井下的网络部署和规划，矿山企业、运营商和设备厂家在不同场景进 行了多次5G覆盖能力的测试。从多个煤矿的测试数据看，按照上行速率20Mbps为小区边缘，巷道内 单站可覆盖400-500米；综采面单站覆盖超过180米。 一、煤矿进下

2、5G覆盖测试数据分析1、新元煤矿井下测试在山西华阳新材料集团新元煤矿的测试中，部署 2.6GHz四通道皮站，单通道发 射功率21.7dBm(150mW),开启上下行时隙翻转功能(时隙配比DL:UL= 1:3), 井下采用错频组网方案，即相邻基站各开 80MHz带宽的载波。在综采面覆盖能力测试过程中，采煤机距离天线90米左右，过了采煤机位置，由于遮挡，信号快速衰减。在距离天线 108米位置，上行速率24Mbps左右波 动。9米18米 27米 茹米 4s米 54* 63JK 72米 E1米 9咪 99米 1。8米打开腾讯新闻，查看更多图片在辅运巷道的测试过程中，在距离天线330米处地形变化较大，信

3、号快速衰减, 在390米处，上行速率在 20Mbps左右波动。2、庞庞塔矿井下测试山西焦煤庞庞塔矿，部署3.5GHz频段的四通道的皮站设备，每两通道接一副大 线，两个天线背靠背，每通道输出功率 250mW,开启100MHz载波。分别在行 人斜井和综采工作面进行了覆盖测试。行人斜井测试中，在距离天线 200米处，上传速率33.2Mbps ;在250米处，上传速率下降到15.5Mbps左右。单站覆盖半径大于200米。在综采工作面，把基站安装在工作面两侧，向综采工作面的中间进行覆盖， 基站 天线吊挂在液压顶板之下。在距离天线 180米处，上彳T速率约30.1Mbps o场景测试点距离基站距离上传速率

4、行人斜井276.5 MbpsL80米39.4Mbps200米33.2Mpb5250米15.5Mpbs回来囿切巷120米50.3 Mbps15。米47.7Mbps180米30.1Mbps3、井下测试分析以上测试中5G输出功率都考虑了天线增益和多通道叠加，总功率不超过6W。从上述两个煤矿测试的数据可以看出,不论是2.6GHz ,还是3.5GHz的5G设备，在巷道都可以按照最大400-500米站间距去布置；在综采工作面采用两侧安装5G基站往中间对打的方式，也可以保障贯穿350米的宽度；这两种场景下都能保证 20-30Mbps的上行带宽速率。目前进行 5G煤 矿井下测试数据还非常有限，井工煤矿地形地势

5、复杂，不同的场景 5G的覆盖能 力还需要实地勘测和验证。二、矿井5G业务需求矿井5G应用为什么要强调上行边缘速率呢？答案是业务需求。无线网络的覆盖，是基于业务需求规划的。那么，5G在矿井下能做哪些业务？根据2020年10月份发布的5G+煤矿智能化白皮书，井下业务大概可以分为 信息采集类、视频监控类、通信类和远程控制类。信息采集类业务以上行小包业务为主，时延不敏感；视频监控类对网络需求是上行大带宽，以4K摄像头为例带宽需求约15-20Mbps ,时延敏感度中等；人员通信类业务，对网络上行和下行要求相同，如果是视频通话，网络需求约4-8Mbps ;远程控制类业务，对网络要求上行大带宽，下行低时延，

6、上行链路回 传现场的视频或者雷达等传感器数据， 依据回传的视频分辨率、画面数量等，带 宽需求20-30Mbps左右，下行链路传输设备控制信号，带宽要求不大，但对时延敏感度高，一般要求时延小于50毫秒，如果是胶轮车等车辆远控，时延进一步下降到20ms o业务对网络需求汇总如下：成网分类场瞿描述双向时延带毒檐息采集类设徜传感数据来篝.环境数据采 集SOms上行:3O-lOOKbps视触控集采煤工作面.掘进工作面，运输 转载点.运输车场分布驰wlOOmE上行：ISOMbps人员通信类井下要岗位、跟班对干、安全 督查人员配置实时通讯装备 100m5上下行：运潮场幡采煤工作面采煤机，三犯.液压 支架和泉

7、站法程集中控制50ms上行：2030Mbps下行： 100Kbps综合分析可知，矿井中业务对上行带宽需求远远大于下行，因此需要以上行业务需求定义网络覆盖的边缘。为了满足对网络带宽要求较高的视频类业务，井下5G小区边缘定义为 上行速率20Mbps是合适的，即在网络边缘满足至少 1路4K视频的回传。三、基于业务需求的矿井网络规划基于业务需求，再结合具体矿井场景，井下5G网络的规划可以简单分成两大类，即：覆盖受限场景和容量受限场景。覆盖受限的典型场景，如辅助运输巷、主运巷，这类区域5G主要完成视频监控、移动设备数据回传、通信等业务，设备较少，业务量不大。这种场景下，在边缘速率满足业务要求的情况下，站

8、点覆盖越远越好，站间距可以尽量拉大，降低网 络部署成本。巷道内，影响覆盖距离的主要因素有地形地势的起伏、拐弯、设备的遮挡，如风 门等；另外，受限于基站安装位置和天面的位置， 连接射频设备和天线的馈线长 度也会影响空口发射功率，馈线越长，射频输出损耗越大，空口输出实际功率越 小，覆盖距离越小。容量受限的典型场景是综采工作面。 设备多、需回传的视频信号多，网络规划时需要优先考虑容量需求。 以一个300米长的综采工作面为例，大概需要 170个液压支架，如果每3个支架部署一个2K或者4K摄像仪，那么上行总容量需求约 500M1Gbps 。针对网络容量需求，在井下可以开启千兆上行方案，即前文提到的时隙翻转，让5G NR的无线资源配置，上行多，下行少，满足上行的大容量需求。运营商如果把5G载波全部开启，千兆上行方案可以提供IGbps以上的峰值速率；如果仍 然不能满足，就要加密站点。但在综采工作面这种几百米长的区域内部署多个站点，就需要更好地解决站间同频干扰问题，比如采用D-MIMO方案或者错频组网等。四、结束语5G井下覆盖能力是煤矿5G建设的基础。煤矿井下地势复杂， 无线信道建模尚需不断完善，井下5G能力覆盖仍需更多的测试数据，以支撑后续矿井5G网络科学合理和精细化的规划和建设。 网络是基础，业务是关键，下一步还需联合更多的行业伙伴催熟基于5G网络的业务，才能充分发挥5G的价值