【中国电信】5G智慧矿山终端融合白皮书（2023）
报告摘要
5G智慧矿山终端融合白皮书总结
核心内容
本白皮书由中国电信政企信息服务事业群牵头编制，旨在推动5G技术与智慧矿山行业的深度融合，通过终端软硬解耦、设备云化等技术手段，解决行业终端在功能、性能、成本和市场规模上的矛盾，促进5G行业终端的标准化和规模化发展。白皮书详细分析了矿山场景下的典型业务需求与终端技术要求，并提出了5G终端融合的总体策略与实施路径。
主要观点
- 终端软硬解耦：通过将硬件通用化、软件模块化，实现终端与行业的高度适配，降低研发和生产成本。
- 设备云化：借助5G高速网络和云计算能力，实现终端控制、计算、存储等功能向云端迁移，提升终端的灵活性与业务服务能力。
- 5G新特性应用：包括5G LAN、高精度定位、网络授时、超级上行、高功率发射等，提升终端在复杂矿山环境中的性能与可靠性。
- 终端维护与管理：支持本地维护、平台管理、企业业务管理，实现智能化运维，提升系统稳定性与用户体验。
- 安全防护与电磁兼容性：终端需满足本安、隔爆、防水、防尘等环境适应性要求，并具备网络通信安全、数据安全等能力，同时符合电磁兼容性标准。
关键信息
5G终端业务需求分类
| 矿山类型 | 作业场景 | 终端类型 | 速率需求 (Mbps) | 终端数量 (参考) | RTT时延需求 | 可靠性需求 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 露天矿 | 采煤区 | 矿卡 | 30 | 与场景实际需求有关 | NA | 99.999% |
| 露天矿 | 采煤区 | 电铲 | 50 | 与场景实际需求有关 | ≤200ms | 99.999% |
| 露天矿 | 采掘平盘区 | 矿卡 | 30 | 与场景实际需求有关 | / | 99.999% |
| 露天矿 | 采掘平盘区 | 电铲 | 50 | 与场景实际需求有关 | ≤200ms | 99.999% |
| 露天矿 | 回填区 | 矿卡 | 30 | 与场景实际需求有关 | / | 99.999% |
| 露天矿 | 破碎区 | 矿卡 | 30 | 与场景实际需求有关 | / | 99.999% |
| 露天矿 | 矿区 | 无人机 | 12 | ≤20ms | / | / |
| 露天矿 | 矿区 | AI监控摄像头 | 3 | NA | / | 99.9% |
| 井工煤矿 | 掘进面 | 掘进机 | 19.4 | 1 | ≤100ms | 99.99% |
| 井工煤矿 | 采煤面 | 采煤机 | 0.2 | 1 | ≤250ms | 99.99% |
| 井工煤矿 | 硐室 | 巡检机器人 | 19.2 | 1/1000m | ≤100ms | 99.9% |
| 井工煤矿 | 巷道 | 监控摄像头 | 2 | 1/100m | NA | 99.9% |
| 井工煤矿 | 巷道 | 皮带AI巡检仪 | 2 | 1/100m | ≤100ms | 99.9% |
| 井工煤矿 | 全域 | 传感器 | 0.2 | 1/100m | ≤250ms | 99.99% |
| 井工煤矿 | 全域 | 胶轮车 | 19.2 | / | NA | NA |
| 非煤矿场景 | 平硐穿脉 | 铲矿车 | 2.2 | 4 | ≤100ms | 99.99% |
| 非煤矿场景 | 平硐穿脉 | 监控摄像头 | 2 | 1/100m | NA | 99.9% |
| 非煤矿场景 | 运输巷道 | 有轨电机车 | 2.2 | 4 | ≤100ms | 99.99% |
| 非煤矿场景 | 运输巷道 | 监控摄像头 | 2 | 1/100m | NA | 99.9% |
| 非煤矿场景 | 硐室 | 巡检机器人 | 19.2 | 1/1000m | ≤100ms | 99.9% |
| 非煤矿场景 | 全域 | 胶轮车 | 19.2 | / | NA | NA |
5G终端通信功能要求
- 模式和频率要求：支持NR SA模式，推荐支持n28频段。
- 上行增强功能：支持SUL、上行载波聚合、UL Tx Switching、1D3U等技术。
- 下行载波聚合：支持n78+n78、n78+n1、n78+n8、n78+n5等组合。
- 语音能力：支持VoLTE（必选）和VoNR（可选）。
- 切片能力：支持至少2个网络切片接入，3个PDU会话并发。
- 终端峰值速率：
- 下行：1.485Gbps（n78，100MHz，四流，256QAM）
- 上行：380Mbps（n78，100MHz，双流，256QAM）
- 时延与丢包率：
- 时延分级：L1（≥50ms）、L2（20ms~50ms）、L3（≤20ms）
- 丢包率：小于0.01%
5G新特性需求
- 5G LAN：支持L3 IP VRF转发和L2 Ethernet局域网服务，可实现灵活互通与便捷管理。
- 高精度定位：支持DL-TDOA、UL-TDOA、UL-AoA、multi-RTT等技术，定位精度小于3米。
- 网络授时：支持SIB9高精度时钟信号和1PPS授时模式，授时误差小于1μs。
- 超级上行：支持UL Tx Switching，提升上行速率和覆盖能力。
- 高功率发射：支持PC1.5功率等级，上行最大发射功率为29dBm。
终端维护和管理要求
- 本地维护：支持web管理界面、DMZ、端口转发、日志记录、OTA升级等功能。
- 平台管理：支持自动接入平台、纳管、信息上报、远程控制、故障定位、远程升级等功能。
- 企业业务管理：支持业务SLA检测、视频拨测、TCP/UDP测速等能力，提升终端的业务可靠性。
终端安全与电磁兼容性要求
- 安全防护：包括本安、隔爆、防尘、防水等环境适应性要求；支持终端接入安全、数据加密、访问控制等。
- 电磁兼容性：符合GB17626系列标准，支持静电放电、辐射骚扰、电快速瞬变脉冲群、传导骚扰、电压暂降、短时中断、雷击等测试。
5G基础连接终端
- 工业类模组：支持致远、比邻、如翼等模式，满足分级保障、业务隔离、边缘定制等需求。
- 工业融合网关：具备工业协议转换、数据采集、存储、处理能力，支持多种传输方式（5G、4G、WiFi、有线）。
- 5G工业CPE：支持5G与WiFi信号转换，提供数据采集、传输、VPN、WiFi AP等功能。
应用终端
- 远程控制矿卡：支持5-7路视频实时回传，具备低时延、高可靠性、高精度定位等能力。
- 矿山远程控制终端：支持多路视频回传、亚米级定位、实时监控、控制指令接收与处理等功能。
- 矿用巡检机器人：具备自动充电、多参数监测、智能识别、报警功能，适用于皮带、变电所、泵房、工作面等场景。
- 5G无人机：支持厘米级定位、自动飞行路线规划、人员识别、环境监测、自动回程充电等功能。
- 矿山智能监控摄像头：支持1080p及以上分辨率、夜间监控、AI识别、组网能力、IP65防护等级。
- 矿山智能信息矿灯：集成照明、定位、通信、拍照、应急广播、调度通话等功能，满足井下复杂环境需求。
- 智能健康监测设备：支持心率、血压、体温、血氧等健康数据采集与传输，具备蓝牙交互、消息提醒、待机时间等能力。
产业展望与策略
- 推动跨行业标准体系建设：通过与3GPP、CCSA、工业互联网产业联盟等组织合作，制定统一的5G智慧矿山融合标准。
- 促进产业技术融合：加快5G芯片、模组、网关与矿山设备的研发与融合，推动终端与网络、平台的协同发展。
- 试点创新行业应用：借助OpenLab实验室，提供测试环境，推动5G+智慧矿山应用的快速落地与推广。
合作计划与生态建设
中国电信提出“5G Inside”合作计划，旨在通过终端软硬解耦、能力开放、终端云化等策略，构建5G终端产品体系，推动行业生态合作，提升5G与行业技术的融合能力，加速5G行业应用落地。
通过上述技术与策略，5G智慧矿山终端融合方案将有效解决行业终端组网开局难、效率低、改造难、安全要求高、可靠性要求高、管理运维难等六大痛点，实现5G技术在矿山行业的全面应用与深度融合。
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