CN219248068U - 矿用无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种矿用无线通信系统，包括：5G核心网、矿区环网、基站控制装置、基站汇集装置、矿用5G基站、多个本安型网关和多个本安型手机。其中，矿区环网与5G核心网连接，基站控制装置与矿区环网和基站汇集装置连接；基站汇集装置还与基站连接；基站分别与多个本安型网关和多个本安型手机无线连接。该系统能够满足井下无线通信的大带宽、低时延、高可靠和海量物联的应用需求，且有利于降低无线通信系统的成本。

Description

矿用无线通信系统

技术领域

本实用新型涉及矿井无线通信技术领域，尤其涉及一种矿用无线通信系统。

背景技术

随着煤炭开采向智能化发展的方向，建设智能化煤矿是煤炭工业高质量发展的必然选择。智能化煤矿建设要求将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制和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化系统，对矿井生产管理全过程进行智能化管控。

其中，对矿井进行智能化建设要以无线通信系统为基础，然而现有的矿井无线通信系统，比如，基于4G、3G或WIFI等技术构建的通信系统，其带宽、时延和容量等参数已经无法满足煤矿智能化建设的需求。

举例而言，矿用4G技术具有系统稳定性高和可扩展性好等优点，4G通信系统已应用的较为普遍。但是，4G通信系统无法支持低时延、高可靠和大带宽特别是大上行带宽的传输需求。与煤矿智能化建设所需的5G技术相比，矿用4G网络具有如下缺点：第一，空口时延大，4G空口时延为几十毫秒左右，而5G空口时延达到毫秒级，仅为4G空口时延的十分之一。目前4G技术已经无法满足矿井远程控制相关业务对时延的需求。第二，带宽不足，4G最大传输带宽约为100Mbps左右，无法承载目前井下的高清视频回传业务，而5G带宽达到Gbps级别，达到4G的10倍以上。第三，容量不足，4G每平方公里可承载用户数为2000个，5G每平方公里可承载的用户数为100万个。随着井下各类网络设备接入需求日益增加，将远远超出4G网络容量的承载极限。

因此，如何使矿用通信系统能够满足大带宽、低时延、高可靠和海量物联的应用需求成为目前亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种用于煤矿安全控制的无线通信系统，该系统支持矿用5G传输，解决了如何满足井下无线通信的大带宽、低时延、高可靠和海量物联的应用需求的问题，且有利于降低无线通信系统的成本。

为达上述目的，本实用新型的实施例在于提出一种矿用无线通信系统，包括：5G核心网、矿区环网、基站控制装置、基站汇集装置、矿用5G基站、多个本安型网关和多个本安型手机，其中，

所述5G核心网包括多个核心网设备；

所述矿区环网与所述5G核心网连接，所述矿区环网包括设置在井上或井下的多个环网设备，所述矿区环网用于实现井上与井下之间的数据传输；

所述基站控制装置的第一端与所述矿区环网连接，所述基站控制装置的第二端与所述基站汇集装置的第一端连接，所述基站控制装置用于提供基带单元的多个预设功能和完成多个基带协议的处理；

所述基站汇集装置的第二端与所述矿用5G基站的第一端连接，所述基站汇集装置用于合并所述矿用5G基站发送的数据，并将合并后的数据发送至所述基站控制装置；

所述矿用5G基站的第二端分别与所述多个本安型网关和所述多个本安型手机无线连接，所述矿用5G基站用于实现终端设备的无线连接和无线数据的传输；

每个所述本安型网关用于实现无线通信的信号处理；每个所述本安型手机包括通信子装置和电源管理子装置，所述多个本安型手机用于在井下不同位置处传输数据。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，每个所述本安型手机的所述通信子装置对外与无线空口连接，所述通信子装置对内与所述电源管理子装置连接。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述通信子装置，用于将数据传输至所述矿用5G基站；所述电源管理子装置，用于为所位于的本安型手机中除自身之外的其他装置供电。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，每个所述本安型网关，包括：通信模组装置和信号转换装置，其中，所述通信模组装置对外通过空口与所述矿用5G基站的第二端连接，所述通信模组装置对内通过电口与信号转换装置连接；所述信号转换装置对外与信号外围设备连接。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，每个所述本安型网关，还包括：用户身份识别模块SIM卡和信号转换装置，每个所述本安型网关，用于通过所述SIM卡获得5G移动网络并进行数据处理，以及通过所述信号转换装置将5G信号转换为以太网信号、Wi-Fi信号、光信号、CAN信号和RS-485信号。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述多个核心网设备，包括：接入和移动性管理装置、网络切片选择装置、鉴权服务装置、统一数据管理装置、会话管理装置、策略控制装置、应用程序装置、用户数据包传输装置、IP多媒体子系统装置。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述5G核心网还通过公网-专网转换网关与外部公网连接。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述基站控制装置还与时钟源连接，所述多个预设功能，包括：基带单元的控制管理、信令处理、数据交换和提供系统时钟，所述多个基带协议，包括：信号编码调制、资源调度和数据封装。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述基站控制装置还包括所述基带单元与射频单元之间的接口，以及与所述核心网连接的传输接口。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述矿用5G基站的射频功率小于等于6W。

本实用新型的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本实用新型的无线通信系统支持矿用5G传输，可以满足矿井下低时延、高可靠和大带宽传输的要求，便于实现井下不同类型的数据传输和控制的应用，有利于煤矿的智能化建设。并且，基于本系统核心网装置的轻量化设计，能够满足煤矿不同的独立组网需求，同时可以在确保系统的必要功能的基础上，降低通信系统的成本。并且，本系统采用煤安设计，在基站射频功率不超6W的情况下满足井下不同的的应用需求，提高了无线通信系统的安全性和实用性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例提出的一种矿用无线通信系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例所提出的一种矿用无线通信系统。

图1为本实用新型实施例提出的一种矿用无线通信系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：5G核心网100、矿区环网200、基站控制装置300、基站汇集装置400、矿用5G基站500、多个本安型网关600和多个本安型手机700。该系统中各装置的连接方式如图1所示。

其中，5G核心网100在该无线通信系统的内部，通过矿区环网200与矿井下的基站控制装置300连接，5G核心网100包括多个核心网设备，各核心网设备用于实现5G核心网100的相应功能。

在本实用新型一个实施例中，5G核心网100中的核心网设备包括但不限于：接入和移动性管理装置、网络切片选择装置、鉴权服务装置、统一数据管理装置、会话管理装置、策略控制装置、应用程序装置、用户数据包传输装置、IP多媒体子系统装置。其中，接入和移动性管理装置负责需要接入核心网的设备的接入和管理，IP多媒体子系统(IP MultimediaSubsystem，简称IMS)装置是能够满足的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务需求的装置，可用于固网与5G移动网络的融合。

需要说明的是，本实用新型的5G核心网100中还可以包含其他类型的设备，具体根据核心网实际应用中的功能确定，可参照相关技术中的实现方式，此处不做赘述。

在本实用新型一个实施例中，5G核心网100还可以通过公网-专网转换网关与外部公网连接，以实现与公网的对接。

矿区环网200与5G核心网100连接，并且矿井下的基站控制装置300连接，实现井下各个装置与井上的5G核心网100的互通。

具体的，矿区环网200包括设置在井上或井下的多个环网设备210，各个环网设备210组成矿区环网200，如图1所示，某些环网设备210设置在井上，某些环网设备210设置在井下，相关的环网设备210分别与5G核心网100和基站控制装置300连接，由此，矿区环网200可以用于实现井上与井下之间的数据传输。其中，各个环网设备210的具体类型和连接方式可以参照相关技术中矿井环网的组建方式，此处不再赘述。

基站控制装置300的第一端与矿区环网200连接，基站控制装置200的第二端与基站汇集装置400的第一端连接，基站控制装置300用于提供基带单元的多个预设功能和完成多个基带协议的处理。

具体的，在图1所示的示例中，基站控制装置200的前端(即第一端)与核心网100连接，后端(即第二端)与至少一个基站汇集装置400连接，实现对基带单元的控制。

在本实用新型一个实施例中，基站控制装置300还与时钟源连接，基站控制装置300提供的多个预设功能，包括：基带单元的控制管理、信令处理、数据交换和提供系统时钟等功能。并且，基站控制装置300能够完成包括信号编码调制、资源调度和数据封装在内的多个基带协议的处理。其中，基带单元可以是本无线通信系统中的基带装置，基带装置能够完成各种类型的基带处理并连接基站设备。

为了实现上述功能，基站控制装置300在软硬件方面还提供了基带单元与射频单元之间的接口，以及负责提供与核心网100连接的传输接口。

基站汇集装置400的第二端与矿用5G基站400的第一端连接，基站汇集装置400用于合并矿用5G基站500发送的数据，并将合并后的数据发送至基站控制装置300。

具体的，在图1所示的示例中，基站汇集装置400的前端(即第一端)与基站控制装置300的第二端连接，基站汇集装置400的后端(即第二端)与矿用5G基站500的第一端连接。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，基站汇集装置400和矿用5G基站500的数量可以为一个也可以为多个，具体数量根据实际通信需求确定。其中，当基站汇集装置400为多个时，每个基站汇集装置400的前端均与基站控制装置300的第二端连接。一个基站汇集装置400也可以连接多个矿用5G基站500，当连接多个矿用5G基站500时，基站汇集装置400的后端与对应的多个矿用5G基站500连接。基站汇集装置400可以将连接的多个矿用5G基站500发送的数据进行合并，并将合并后的数据及时发给基站控制装置200。

矿用5G基站500的第二端分别与多个本安型网关600和多个本安型手机700无线连接，矿用5G基站500用于实现终端设备的无线连接和无线数据的传输。

具体的，在图1所示的示例中，矿用5G基站400的前端(即第一端)与基站汇聚单元相连，后端(即第二端)分别与多个本安型网关500等终端设备连接。

在本实用新型一个实施例中，矿用5G基站400的第二端可以通过无线链路与终端设备实现无线连接，进而基于无线连接进行无线数据传输。具体包括通过无线链路和上述各装置的连接方式，依次向基站控制装置300和核心网100传输上行数据。在本实施例中，矿用5G基站500无线连接的终端设备包括：多个本安型网关600和多个本安型手机700等设备。

每个本安型网关600用于实现无线通信的信号处理。具体实施时，在本实用新型一个实施例中，每个本安型网关600，包括：通信模组装置和信号转换装置。其中，通信模组装置对外通过空口与矿用5G基站500的第二端连接，通信模组装置对内通过电口与信号转换装置连接；信号转换装置对外与信号外围设备连接，信号外围设备可以包括双发传输装置等信号传输设备，实现数据的有线和无线的双通道传输。其中，对内和对外指相对于本安型网关600的内部和外部。由此实现硬件设备的连接。

进一步的，为了实现上述网关所需实现的功能，在本实用新型一个实施例中，每个本安型网关600，还包括：用户身份识别模块(Subscriber Identity Module，简称SIM)卡和信号转换装置，每个本安型网关600，用于通过自身的SIM卡获得5G移动网络并进行数据处理，以及通过信号转换装置将5G信号转换为以太网信号、Wi-Fi信号、光信号、CAN信号和RS-485信号等井下无线通信系统在不同位置处通信所需信号类型。

每个本安型手机700包括通信子装置和电源管理子装置，多个本安型手机用于在井下不同位置处传输数据。

具体实施时，在本实用新型一个实施例中，每个本安型手机700的通信子装置对外与无线空口连接，通信子装置对内与电源管理子装置连接。在本实施例中，通信子装置，用于将数据传输至矿用5G基站500；电源管理子装置，用于为所位于的本安型手机中除自身之外的其他装置供电。

具体而言，通信子装置负责待发送的语音等各种类型的数据的传输，每个本安型手机700通过通信子装置将数据传输至矿用5G基站500，再基于上述实施例中的无线通信系统中各装置的连接方式，实现待发送数据的上行。并且，可以为井下工作的多个相关人员配置本安型手机，本安型手机作为移动设备可以在井下不同位置处实现用户的语言数据、定位数据等各种类型数据的传输。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，矿用无线通信系统中的上述各个装置可以采用煤安设计，提高无线通信系统的安全性。

举例而言，对于矿用5G基站500，设计其射频功率小于等于6W。具体实施时，由于5G基站一般采用多个天线的发送方式，因而设置5G基站500的多个发射天线同时工作时，发射功率叠加不得大于6W，从而能够防止大功率无线发射引起瓦斯爆炸，提高井下开采的安全性。

综上所述，本实用新型实施例的用于煤矿安全控制的无线通信系统，可以满足矿井下远程控制以及视频传输的要求，该系统在综采工作面下的采煤机系统以及电液控系统的实际应用中，能满足集控中心对采煤机、电液控的远程控制，以及电液控视频回传需求。并且，改造后的系统对于采煤机、电液控系统均提供两条数据传输通道，提高了信息传输的容量和带宽等性能，极大提高了井下生产系统的稳定性和可靠性，为井下正常生产提供了有力保障，能够满足矿井智能化建对无线通信系统的要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种矿用无线通信系统，其特征在于，包括：5G核心网、矿区环网、基站控制装置、基站汇集装置、矿用5G基站、多个本安型网关和多个本安型手机，其中，

所述5G核心网包括多个核心网设备；

所述矿区环网与所述5G核心网连接，所述矿区环网包括设置在井上或井下的多个环网设备，所述矿区环网用于实现井上与井下之间的数据传输；

所述基站控制装置的第一端与所述矿区环网连接，所述基站控制装置的第二端与所述基站汇集装置的第一端连接，所述基站控制装置用于提供基带单元的多个预设功能和完成多个基带协议的处理；

所述基站汇集装置的第二端与所述矿用5G基站的第一端连接，所述基站汇集装置用于合并所述矿用5G基站发送的数据，并将合并后的数据发送至所述基站控制装置；

所述矿用5G基站的第二端分别与所述多个本安型网关和所述多个本安型手机无线连接，所述矿用5G基站用于实现终端设备的无线连接和无线数据的传输；

每个所述本安型网关用于实现无线通信的信号处理；每个所述本安型手机包括通信子装置和电源管理子装置，所述多个本安型手机用于在井下不同位置处传输数据。

2.根据权利要求1所述的矿用无线通信系统，其特征在于，每个所述本安型手机的所述通信子装置对外与无线空口连接，所述通信子装置对内与所述电源管理子装置连接。

3.根据权利要求2所述的矿用无线通信系统，其特征在于，所述通信子装置，用于将数据传输至所述矿用5G基站；所述电源管理子装置，用于为所位于的本安型手机中除自身之外的其他装置供电。

4.根据权利要求1所述的矿用无线通信系统，其特征在于，每个所述本安型网关，包括：通信模组装置和信号转换装置，其中，

所述通信模组装置对外通过空口与所述矿用5G基站的第二端连接，所述通信模组装置对内通过电口与信号转换装置连接；

所述信号转换装置对外与信号外围设备连接。

5.根据权利要求4所述的矿用无线通信系统，其特征在于，每个所述本安型网关，还包括：用户身份识别模块SIM卡和信号转换装置，每个所述本安型网关，用于通过所述SIM卡获得5G移动网络并进行数据处理，以及通过所述信号转换装置将5G信号转换为以太网信号、Wi-Fi信号、光信号、CAN信号和RS-485信号。

6.根据权利要求1所述的矿用无线通信系统，其特征在于，所述多个核心网设备，包括：

接入和移动性管理装置、网络切片选择装置、鉴权服务装置、统一数据管理装置、会话管理装置、策略控制装置、应用程序装置、用户数据包传输装置、IP多媒体子系统装置。

7.根据权利要求1所述的矿用无线通信系统，其特征在于，所述5G核心网还通过公网-专网转换网关与外部公网连接。

8.根据权利要求1所述的矿用无线通信系统，其特征在于，所述基站控制装置还与时钟源连接，所述多个预设功能，包括：基带单元的控制管理、信令处理、数据交换和提供系统时钟，所述多个基带协议，包括：信号编码调制、资源调度和数据封装。

9.根据权利要求7所述的矿用无线通信系统，其特征在于，所述基站控制装置还包括所述基带单元与射频单元之间的接口，以及与所述核心网连接的传输接口。

10.根据权利要求1所述的矿用无线通信系统，其特征在于，所述矿用5G基站的射频功率小于等于6W。

Images