智慧矿山与5G和WiFi6

5G和WiFi6均可用于智慧矿山宽带无线通信；矿用5G具有传输速率高、传输时延小、通话质量高等优点，但系统复杂、成本高；矿用WiFi6具有传输速率高、系统简单、成本低等优点，但传输时延大、通话质量低。gc0326

1 矿井宽带无线通信特殊要求
矿井宽带无线通信系统除应满足传输速率高、时延小、并发数量大、可靠性高、性价比高等要求外，还应满足以下特殊要求。

(1)需无线全覆盖煤矿井下长达10余千米的巷道。煤矿井下巷道长达10余千米，巷道中布置**电设备、车辆和行人，需无线全覆盖。

(2)无线发射必须本质安全防爆。煤矿井下有瓦斯等易燃易爆气体，无线发射必须本质安全防爆，无线发射功率受限。

(3)无线工作频段不宜过高。矿井无线传输衰减大，受巷道断面、分支、弯曲、支护、电缆等影响，无线电传输衰减模型复杂多变。无线工作频段越高，传输衰减越大，传输距离越近，绕射能力越差。在本质安全防爆条件下，无线工作频段大于2.4 GHz时，煤矿井下无线通信距离小于800 m。

(4)无线传输宜具有一定的绕射能力。采煤工作面布置有大量的液压支架，以及采煤机、刮板输送机、破碎机、转载机、带式输送机、液压泵站、移动变电站等。掘进工作面布置有掘锚机、带式输送机等。巷道中有带式输送机、电机车、胶轮车、绞车、开关等。煤矿井下空间狭小、设备多，难以保证无线视距传输，无线传输宜具有一定的绕射能力。

(5)抗干扰能力强。煤矿井下大功率电气设备启停、大功率变频设备工作时电磁干扰大，为保证系统正常工作，矿井宽带无线通信系统应抗干扰能力强。

(6)移动性要求不高。煤矿井下人员及车辆移动速度慢，对无线通信移动性要求不高。《煤矿安全规程》规定，采用无轨胶轮车运人时运行速度不**过25 km/h，运送物料时运行速度不**过40 km/h。

矿用5G与WiFi6比较分析
5G是蜂窝数字移动通信技术，既可用于广域高速移动通信，又可用于室内无线上网，具有传输速率高、时延小、并发能力强等优点，但系统复杂、成本高。WiFi6是无线接入技术，主要用于室内无线终端上网，具有传输速率高、系统简单、成本低等优点，但不适用于高速移动通信。矿用5G和WiFi6具有以下特点。

(1)5G上行峰值传输速率达10 Gbit/s，下行峰值传输速率达20 Gbit/s。WiFi6在80 MHz带宽下，单条空间流的峰值速率为600 Mbit/s[25]，在带宽为160 MHz、8条空间流的情况下，峰值速率达9.6 Gbit/s。煤矿井下上行传输数据量远大于下行。因此，在煤矿数据传输方面，5G与WiFi6相当。

(2)5G在eMBB场景下时延小于4 ms，在uRLLC场景下时延小于1 ms。WiFi6平均时延为20 ms，远**5G的时延。因此，在时延方面，5G优于WiFi6。

(3)5G移动性强，跨区连接速度快，可实现跨区网络无缝切换。WiFi6跨区建立连接慢。煤矿井下人员及车辆移动速度慢。因此，在移动性方面，5G和WiFi6均可用于煤矿井下，但5G语音通信优于WiFi6。

(4)5G系统复杂、成本高，WiFi6系统简单、成本低。因此，在系统建设投入方面，WiFi6优于5G。

(5)5G工作在毫米波频段时，虽然能提供较高的传输速率，但在煤矿井下，特别是在采掘工作面的通信距离将大幅下降，难以满足智慧矿山需求。