礦用5G頻段選擇及天線優(yōu)化設(shè)置研究

孫繼平， 張高敏

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 機電與信息工程學(xué)院， 北京 100083)

0 引言

礦井無線通信和礦用5G移動通信技術(shù)是煤礦智能化關(guān)鍵技術(shù)之一[1-6]。煤礦井下電氣防爆、礦井無線傳輸損耗(含天線插入損耗，下同)大、電磁干擾嚴重、巷道空間有限等，制約著地面無線通信和5G移動通信技術(shù)及系統(tǒng)直接在煤礦井下應(yīng)用[7-9]。因此，有必要針對煤礦井下特殊環(huán)境和特殊要求，研究礦井無線通信和礦用5G移動通信技術(shù)，以提高煤礦井下無線傳輸距離、繞射能力及無線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少基站用量、系統(tǒng)成本和維護工作量。這對促進煤礦智能化和礦井無線通信技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

1 礦井無線傳輸特點

礦井無線傳輸距離受無線發(fā)射功率、接收靈敏度、天線增益、礦井無線傳輸損耗等影響。無線發(fā)射功率越大、接收靈敏度越高、天線增益越大、礦井無線傳輸損耗越小，則礦井無線傳輸距離越遠。

煤礦井下無線發(fā)射功率受本質(zhì)安全防爆限制[10]。煤礦井下機電設(shè)備功率大、啟停頻繁、設(shè)備相對集中，變頻設(shè)備功率大等造成煤礦井下電磁干擾嚴重，限制了煤礦井下無線設(shè)備接收靈敏度的提高。無線基站天線增益受本質(zhì)安全防爆、天線尺寸和巷道空間限制。因此，在無線發(fā)射功率、接收靈敏度、天線增益受限的條件下，降低礦井無線傳輸損耗是提高礦井無線傳輸距離的有效方法。

礦井無線傳輸損耗受無線傳輸頻段、天線位置，巷道斷面、分支、彎曲、傾斜、支護和表面粗糙度，巷道中電纜、水管和鐵軌等縱向?qū)w及工字鋼等橫向?qū)w，巷道中膠輪車、電機車、帶式輸送機和機電設(shè)備等影響[11-14]。……