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1、工業無線電磁環境工業無線電磁環境（已規劃頻段）白皮書（已規劃頻段）白皮書鋼鐵行業鋼鐵行業（20232023 年年）工業互聯網產業聯盟（工業互聯網產業聯盟（AIIAII）2022023 3 年年 1212 月月聲聲明明本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數據、觀點、建議，不構成法律建議，也不應替代律師意見。本報告所有材料或內容的知識產權歸工業互聯網產業聯盟所有（注明是引自其他方的內容除外），并受法律保護。如需轉載，需聯系本聯盟并獲得授權許可。未經授權許可，任何人不得將報告的全部或部分內容以發布、轉載、匯編、轉讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內容通過網絡方式傳播，不得在任何公

2、開場合使用報告內相關描述及相關數據圖表。違反上述聲明者，本聯盟將追究其相關法律責任。工業互聯網產業聯盟聯系電話：010-62305887郵箱：前前言言中國是鋼鐵大國，鋼鐵行業規模領跑全球?！笆濉币詠?，我國主要鋼鐵企業裝備達到了國際先進水平，智能制造在鋼鐵生產制造、企業管理、物流配送、產品銷售等方面應用不斷加強，關鍵制造工藝流程的數控化和企業資源計劃裝備率等信息化程度得到了跨越式發展，但距離鋼鐵強國還有很長一段距離。在產業重組、淘汰落后產能、節能減排、綠色發展的大背景下，帶來數字化新型鋼廠、智慧產線升級改造，5G+云+AI 精細化運營管理需求，促進了我國鋼鐵行業工業數字化轉型。鋼鐵行業的工序

3、極其復雜，各個車間又具有較多金屬框架建筑結構，內部分布眾多生產設備、原材料和鋼材，使得廠房內的信道環境較為復雜，對信號傳輸、網絡性能產生影響。同時具備電弧爐、變頻器、強磁設備運行，在各種復雜工況下，不可避免地產生各種各樣的電磁噪聲。本白皮書以典型鋼鐵工廠場景為例，重點分析電磁環境，包括噪聲干擾和信號特征內容。針對鋼廠電磁環境特點，最后給出無線通信解決方案思路和 5G NR 無線通訊設備的電磁干擾解決方案。編寫組成員（排名不分先后）：唐余兵 郭偉 樊毓斐 劉嘉、劉琪 付有奇、李樂榕 陸爽、劉嘉偉、劉婧迪、劉蕾、苑東平牽頭編制單位：中興通訊股份有限公司參與編制單位：中國信息通信研究院寶鋼股份有限公

4、司鞍鋼集團信息產業有限公司中國移動通信集團有限公司中國電信集團有限公司中國聯合網絡通信有限公司工業互聯網產業聯盟公眾號目目錄錄一、鋼鐵行業智能制造背景及應用場景.1（一）鋼鐵行業發展背景和數字化轉型需求.1（二）鋼鐵行業數字化轉型的目標.2（三）鋼鐵行業智能制造電磁環境分析的必要性.5（四）鋼鐵智能制造廠無線電磁環境關鍵應用場景.7二、鋼鐵行業車間電磁環境分析.9（一）鋼廠車間電磁噪聲特性分析.10（二）鋼廠信道特征分類分析.15三.鋼鐵行業電磁環境下的無線通信解決方案建議.22（一）鋼鐵行業車間無線解決方案建議.22（二）鋼鐵廠廠房內無線網絡規劃常見問題及解決方案建議.26（三）小結.32四

5、.縮略語.32參考文獻.331一、鋼鐵行業智能制造背景及應用場景（一）（一）鋼鐵行業發展背景和數字化轉型需求鋼鐵行業發展背景和數字化轉型需求我國鋼鐵行業規模領跑全球，2022 年我國鋼鐵產量已達 10.13億 噸（粗鋼），我國粗鋼產量占全球比重達 55.3%，位居全球第一，領先第二名 10 倍以上，一批鋼鐵材料、產品和工藝技術取得突破，達到世界先進水平。但應當看到，我國鋼鐵行業在實現高質量發展方面，還面臨質量效益有待提升、節能綠色低碳剛性約束日趨強化、本質安全壓力大等挑戰。我國鋼鐵行業已初步具備較好的自動化和信息化基礎。鋼鐵行業作為我國國民經濟支柱性產業，歷來重視與先進制造技術和信息技術的結合

6、發展，已形成了較為完備的自動化、信息化體系架構，如主工序裝備實現了較好水平的自動化控制，ERP、MES 解決方案已經普遍應用于大型鋼企等，生產、管理、供應鏈等流程初步實現了工序銜接和數據貫通，有效支撐了鋼鐵行業實現大批量、標準化和成本可控的生產運營。根據中國兩化融合發展數據地圖（2018）統計顯示，2018 年鋼鐵行業兩化融合指數達到 51.2，關鍵工序數控化率達到 68.7%，應用電子商務的企業比例超過 50%，業中處于相對較高水平?！笆濉币詠?，我國主要鋼鐵企業裝備達到了國際先進水平，智能制造在鋼鐵生產制造、企業管理、物流配送、產品銷售等方面應用不斷加強，關鍵制造工藝流程的數控化率超過

7、65%，企業資源計劃（ERP）裝備率超過 70%，信息化程度得到了跨越式發展。中國2是鋼鐵大國，但距離鋼鐵強國還有很長一段距離，主要差距體現在以下方面：一是發展不均衡：目前我國鋼鐵工業機械化、電氣化、自動化、信息化并存，不同企業發展差異大，寶鋼等先進企業已達工業 3.0階段，并向工業 4.0 探索邁進，但還有大批鋼企仍然處于工業 2.0階段。同時鋼企內部不同產線間的先進性也差異巨大，個別分廠或產線實現了遠程化無人化作業，而絕大部分仍然大量依靠人力。二是行業基礎薄弱：智能制造整體處于起步階段，智能制造的標準、軟件、信息安全基礎薄弱，缺少行業標準，共性關鍵技術亟待突破。三是投資回報率難以量化，智能

8、化尚未成為主要生產模式：伴隨著人工成本的不斷加大，企業員工對作業環境和勞動舒適感尊崇感訴求的不斷提升，遠程化自動化生產的需求和趨勢愈加明顯和迫切。四是核心知識產權掌控不足，原始創新應用比例不高：在研發方面尚未形成以產學研深度融合的技術創新體系，原始創新研發積極性不高，政策扶持力度有待加強。（二）（二）鋼鐵行業數字化轉型的目標鋼鐵行業數字化轉型的目標智能制造具有很長的產業鏈，上游通過智能設備實現工業大數據的收集，再通過中游工業互聯網平臺進行數據處理，才能在下游企業中進行應用。而隨著科技的發展，5G、邊緣計算、大數據、工業人工智能和數字孿生等新一代 DICT 技術也會逐漸成為鋼鐵行業數字化轉型的關

9、鍵技術，伴隨著產業重組和技術變革，正在發生以下變化：31.產業重組、淘汰落后產能，帶來數字化新型鋼廠需求 兼并重組：國務院 46 號文件關于推進鋼鐵產業兼并重組處置僵尸企業的指導意見是鋼鐵業去過剩產能、結構優化調整的頂層設計方案。指導意見設定的總目標是，到 2025 年，中國鋼鐵產業 60%70%的產量將集中在 10 家左右的大集團內,而 2018年 CR10 只有 35%，兼并重組將加速；產能置換：2018 年鋼鐵行業產能置換實施辦法中明確指出，京津冀、長三角、珠三角等環境敏感區域置換比例必須不低于1.25:1，其他區域按減量置換實施。2.節能減排、綠色發展帶來智慧產線升級改造需求 節能：十

10、三五期間能源消耗總量下降 10%；噸鋼綜合能耗下降 12 千克標煤；減排：十三五期間污染物排放總量下降 15%；噸鋼二氧化硫排放量下降 0.17 千克。3.智能升級，帶來 5G+云+AI 精細化運營管理需求 柔性制造：快速生產多品種、小批量、高質量的產品；智能制造：到 2020 年底，鋼鐵智能制造示范點超過 1000 家；4 研發投入：2020 年研發投入占主營業務收入比重提高至 1.5%以上，產品質量和高端產品供給能力顯著提升。4.鋼鐵行業工業數字化轉型投資將達 1240 億元工業互聯網給以 ISA-95 為代表的傳統制造體系帶來了數字化、網絡化和智能化賦能與升級。一是強化傳統產業產品的數字

11、化功能，如為工業裝備提供了數據采集、傳輸和分析能力，形成工業數字化裝備產業；二是創新融合技術下的新型產品，如工業互聯網平臺、工業邊緣計算等近年來蓬勃發展，有望成為未來關鍵新興產業。中國互聯網發展報告（2022）（以下簡稱“報告”）顯示，2021 年，我國數字技術產業體系不斷完善，工業互聯網應用場景不斷豐富，2021 年，我國“5G+工業互聯網”在建項目超過 1800 個，工業互聯網產業規模持續快速增長。2021 年我國工業互聯網核心產業規模達到 10749 億元，增速 18.1%。工業互聯網體系化發展取得顯著成效，逐步成為國民經濟增長的重要支撐。在 2023 全球工業互聯網大會上，中國工業互聯

12、網研究院發布的工業互聯網創新發展報告（2023 年）（以下簡稱“報告”）顯示，當前我國工業互聯網已經從起步探索階段轉向快速推進階段，產業規模超 1.2 萬億元。5.鋼鐵行業工業數字化轉型路徑鋼鐵工業調整升級規劃（2016-2020 年）顯示，要將創新驅動、智能制造和服務型制造三者有機結合起來，推進鋼鐵工業有效供給水平的提高。一是提高自主創新能力?！笆濉逼陂g要支持現有科技資源充分整合，實施產學研用相結合的創新模式，在鋼5鐵領域建設國家級創新平臺、國家技術創新示范企業、國家新型工業化產業示范基地。二是發展智能制造。要通過重點培育流程型智能制造、網絡協同制造、大規模個性化定制、遠程運維四種智能制

13、造新模式的試點示范，總結出鋼鐵工業智能制造的發展路徑。三是推動服務型制造。鋼鐵企業要通過早期介入用戶超前需求、后期跟蹤改進等模式，主動由制造商向服務商轉變，由單純的提供“產品”向“產品+一攬子解決方案”轉變，不僅滿足用戶當前需求，還要創造和引領未來需求，實現上下游共贏。（三）鋼鐵行業智能制造電磁環境分析的必要性（三）鋼鐵行業智能制造電磁環境分析的必要性隨著 5G 網絡逐步廣泛地引入到鋼鐵智能制造領域，可靠穩定的無線網絡逐步替代部分有線連接成為發展趨勢，在做出這種歷史性跨越之前，必須解決無線網絡的可靠性與穩定性。但是，與商用和民用無線通信的環境相比，工業無線通信電磁環境更加特殊和復雜，這對于無線

14、通信的信號傳播有很大的影響。從信息論的角度看，無線通信傳輸效率、質量及應用效果主要受兩個因素制約：一是傳輸鏈路的信噪比，二是傳輸信道特征。移動無線通信系統的傳輸速率和傳輸質量最終都要受到無線信道和噪聲的制約。只有在充分研究和了解所設計系統的信道和噪聲特性后，才能采取與之相適應的各種物理層技術，如最佳的調制方式和編碼交織方式、均衡器的設計，或者 MIMO、OFDM 系統中的天線配置選擇和子載波分配等，從而充分挖掘該系統的容量，并進一步優化系統的性能。無線信道模型是人們對無線傳播環境及其傳播特性的一個抽象的描述，無線信道的傳播特性是構建移動無線通信系統的基礎，其在無線通信系統從設計評估到標準化以至

15、到最終部署的各個環節中，6都有重要的作用：（1）當新的無線傳輸技術和理論被提出時，往往使用信息論工具進行推導驗證，從而為新技術提供理論依據、性能極限。（2）在無線傳輸技術研究、設計以及標準化階段，都需要對各種候選方案進行性能評估。評估階段所使用的信道模型的準確性與否直接決定了仿真結果的可靠性、準確性。因此在移動通信技術的評估過程中，各個標準化組織非常重視評估信道模型的標準化工作。在實際的無線通信系統的部署中，需要根據實地無線傳播環境進行網絡規劃、容量優化、盲區覆蓋等工作。準確的信道模型（特別是路徑損耗和陰影衰落模型）可以使網絡部署規劃的工作更加準確和有效，從而提升無線網絡的覆蓋能力。從傳輸鏈路

16、信噪比來看，在常規無線通信信噪比的定量使用中，通常使用加性高斯白噪聲，即噪聲的功率譜是一個常數。鋼鐵廠存在大量的金屬框架，無線設備在發射、傳播和接收過程中很容易受到衰減和屏蔽。工業環境中大型設備的密度、金屬類器材與材料的密度以及各種傳播阻礙物的數量，對于無線通信信號的傳輸至關重要。軋機、機械臂等金屬障礙物會對電波傳輸損耗造成影響；金屬設備在電波傳播中會形成較強的鏡面反射和散射，從而產生更多強度較大的多徑分量；工業自動化中的機械臂轉動、機器人運輸移動等運動因素會讓無線信道同時具有時變特性，這些特殊的信道特征都將對信號傳輸、網絡性能產生影響。因此，需要對典型鋼鐵工廠場景的電磁環境進行分析研究，了解

17、干擾源的噪聲特性，并根據實際的生產環境、特點以及工業性質來提取無線信道的參數，從而進一步規劃通信頻段，指導建網，支7撐無線技術的空口設計，性能評估和優化等，更好地保障鋼鐵金屬智能制造工廠無線通信應用在智能制造領域可靠性，推動行業發展。（四）鋼鐵智能制造廠無線電磁環境關鍵應用場景（四）鋼鐵智能制造廠無線電磁環境關鍵應用場景通過深化 5G、大數據、人工智能等新一代信息技術在生產全流程的應用力度，全面提升鋼鐵行業生產操作與生產管理的智能化水平，實現生產智能管控和運營智慧決策，打造全流程動態優化和精準決策的生產模式。（1）生產過程優化。鋼鐵行業生產制造工序多、工藝復雜，傳統生產過程的人力與經驗依賴較為

18、嚴重?；诠I互聯網改變各工序原有運轉模式：一是在生產環境危險系數較高、人員勞動量較大的場景實現機器換人；二是通過先進傳感技術實現人員狀態、設備狀態、物料狀態、環境狀態與其他工況的監控分析；三是通過將數據建模與機理建模結合，全面實現工序控制優化，典型場景有原料場監控、自動作業、料堆三維測控、智能調度等。（2）工序協同優化。鋼鐵生產工序流程長，各工序生產過程差異較大，圍繞工序協同場景，基于工業互聯網建立各類型集控中心，可帶來兩大方面應用創新，一是各工序內部協同，基于集成化平臺系統實現鐵、鋼、軋等主要工序內部多環節、多業務的協同優化，主要包含煉鐵工序協同、煉鋼工序協同、軋鋼工序協同等。二是跨工序協

19、同，利用鋼鐵工藝流程優化界面技術，打通相鄰工序間的PCS 6、MES、ERP 等系統，實現跨工序的一體化作業計劃與生產管控，主要包含鐵鋼界面優化、鑄軋界面優化。（3）能源管控。鋼鐵行業是高耗能行業，能源管控是鋼鐵企業重要業務之一，圍 繞這一場景，工業互聯網可帶來五大方面應用創8新，一是能源監控，通過 5G 等先進網絡實時采集能耗數據，實現全方位的用能情況感知。二是能源診斷分析，利用分析模型對能源數據進行深度挖掘，對用能合理性進行診斷分析，為能源管理決策提供支撐。三是能源計劃，通過平臺集成 ERP、MES 等系統內生產計劃及設備定檢修計劃，根據能源用戶需求，借助平衡計算公式，實現各類能源介質供需

20、計劃的靈活制定，有效提升用能合理程度。四是能源預測，通過用能計劃、設備定修計劃等信息，構建能源消耗預測模型，開展能源中長期預測和基于數據驅動的能源實時動態預測，為能源優化調度提供決策支撐。五是智能化能源調度，基于用能情況、生產實際、能源價格等建立優化調度模型，結合能源預測等數據，開展多能量流協同管控，實現全 15 局能源動態平衡與優化調度，保障供能平穩、高效。（4）設備管理。鋼鐵生產流程連續性強，設備性能劣化及設備故障將對產品質量 與生產穩定性造成影響。圍繞設備管理場景，工業互聯網可帶來三大方面應用創新，一是在線健康監測，通過在生產過程中采集設備實時運行數據，結合人工診斷專家規則庫，實現設備健

21、康狀態全方位監測。二是預測性維護，結合設備歷史運行數據，通過機器學習等技術建立設備健康模型，對設備當前運行數據進行深度分析，實現對設備故障智能化預警，并及時進行針對性維護。三是智能故障分析，在設備發生故障后，結合專家故障庫對設備運行數據進行分析，找到故障原因，提升設備運維效率。（5）質量管理。鋼鐵生產工序較長，質量管控難度大，圍繞質量管控場景，工業 互聯網可帶來三方面應用創新，一是生產前質量缺陷預分析及報警，基于前工序及歷史多維質量數據，使用大數據分析在線及離線分析技術及各類專業規則模型，可實現生產缺陷的9提前預知。二是生產中主要工藝參數實時在線監控，通過廣泛采集生產全流程質量數據，結合大數據

22、分析，可實現生產過程中對產品質量狀態的快速感知。三是產品質量動態改進，通過建設質量工藝動態設計優化模型、在線判定模型、自動處置模型，對生產操作參數及時調整以改善產品質量。（6）安全管理。鋼鐵企業生產由于特殊的生產條件和工藝，往往具有較多的安全 隱患，圍繞安全管理場景，工業互聯網可帶來三方面應用創新，一是標準化安全管理，以安全生產法、安全生產標準化等為依據，構建基于工業互聯網的標準化安全管理系統，通過固化流程提升安全管理工作標準化水平。二是生產現場安全態勢感知與預警，基于地圖整合安全風險分布、重大危險源、異常監測信號等信息全方位展現安全生產態勢，利用大數據技術，分析安全風險和隱患變化情況，實現對

23、生產現場安全狀況的全方位感知。三是應急處理，結合危險狀態分析結果，通過平臺實現應急預案推薦。（7）環保管理。綠色環保是鋼鐵行業發展的核心主題之一，圍繞環保管理場景，工業互聯網可帶來三大方面應用創新，一是氣體污染物濃度超限預警，通過平臺集成全廠污染物監測分析儀表數據，并對數據進行實時監測，實現污染物濃度超限預警，以支撐操作管理人員進行及時處置。二是環保質量評價，通過建立不同維度的環保質量評價模型，實現對企業環保狀況的智能化診斷分析，針對性提出改進措施建議。三是固廢循 環利用管理優化，通過在線監測技術、智能分析技術、協同平衡與優化調度技術，實現企業固廢循環利用全方位監控和優化管控。二、鋼鐵行業車間

24、電磁環境分析10鋼鐵行業的主工序極其復雜，根據物理化學、熱力學、動力學、傳輸原理和反應工程以及金屬學等基本原理，從礦石中提取金屬，經精煉，再用各種加工方法制成具有一定性能的鋼鐵材料。主工序包括：煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼四個環節，一般對應廠區有煉鐵廠、煉鋼廠、厚板廠、熱軋廠、冷軋廠等，各個車間有大量生產設備，在大功率及各種復雜工況下，不可避免地產生各種各樣的電磁噪聲；厚板廠內部具有復雜的鋼制建筑結構，內部分布眾多生產設備、原材料和鋼材，使得廠房內的信道環境較為復雜，同時具備電弧爐、變頻器、強磁設備運行，作為鋼鐵行業的電磁環境調研重點來展開。（一）鋼廠車間電磁噪聲特性分析（一）鋼廠車間電磁噪聲特性分

25、析鋼廠四個環節存在一些顯著的干擾源，比如各車間大功率電力電氣設備、變頻器、煉鋼車間的電爐、連鑄車間的電磁攪拌工藝、強電磁吸吊設備等。1.車間電磁噪聲源煉鋼生產流程可分為轉爐煉鋼和電爐煉鋼。電爐是采用電能作為熱源進行煉鋼的爐子的統稱，一般來說有利用電阻熱原理的電渣重熔爐，利用電磁感應原理的感應熔煉爐，依靠電子碰撞原理的電子束爐，利用等離子弧原理的等離子爐，以及利用高溫電弧原理的電弧爐等幾種煉鋼的電爐。目前，世界上電爐煉鋼主要是指電弧爐煉鋼。以廢鋼為原料和以三相交流電作電源的電爐煉鋼，是靠電流通過石墨電極與金屬料之間放電產生電弧，使電能在弧光中轉變為11熱能，借助輻射和電弧的直接作用來加熱、熔化爐

26、料，冶煉出各種成分的鋼和合金的一種煉鋼方法。電弧爐有交流和直流的，基于成本考慮一般采用交流電弧爐居多。交流電弧爐在運行期間，存在較大的工頻電磁輻射，在電弧煉鋼融化期間，經常由于塌料引起電弧爐短網系統上的電流波動，產生較多的高頻電磁輻射分量，使得電弧爐煉鋼廠的電磁環境相當復雜，經相關文獻研究結果，爐體周圍的工頻電磁感應強度大大超過了 500uT。超高功率對電網也造成了嚴重的電磁污染，如電弧電流急劇變化，引發強烈的無功沖擊導致電壓快速波動和閃爍，頻率一般在 0.1-30Hz 之間。同時由于運行導致的三相不平衡或非線性等問題會產生嚴重的諧波電流，主要包括 2-7 次諧波。這些復雜的電磁現象，不僅對人

27、體更對周圍的電氣電子設備產生嚴重的電磁干擾?，F代電弧爐已經成為一個低成本的快速熔煉設備，以電弧爐為核心的短流程煉鋼工藝也成為現代煉鋼生產兩大流程之一，正朝著低成本、低消耗、高效率、高質量、環保型的方向發展。但國內由于電價高和其他廢鋼分揀技術等問題，目前主要還是轉爐煉鋼為主。隨著碳達峰、碳中和等目標的落地，電爐煉鋼更被提倡，減少碳排放和污染的電爐煉鋼將會逐漸成為大趨勢，因此電爐煉鋼引起的復雜電磁環境效應值得關注。連鑄生產工藝中的電磁攪拌是提高鑄坯產品質量的重要工藝手段，它通過周期電磁場攪拌結晶器內的鋼水，提升鑄坯表面質量，減少缺陷。該裝置工作時周圍產生強大電磁場，干擾周邊控制設備，無法正常生產，

28、必須通過配套的抗干擾手段，保證生產控制設備在電磁攪拌干擾條件下穩定運行。同樣，在厚板廠類似強電磁吸吊等12大型起吊設備周圍，都可能存在較強磁場干擾，部署相關無線通信系統及終端設備時，需要詳細評估。另外，鋼廠中存在強電電路和強電設備所形成的惡劣的電磁環境，特別是變頻器大量應用后，產生日益復雜和嚴重的電磁環境和電磁干擾問題。變頻器由主回路采用半控（晶閘管器件）不可控器件（二極管）及全控器件（IGBT）等功率器件在導通或關斷過程中產生較高 di/dt、dv/dt，與主回路中的分布參數作用，將產生差模噪聲和共模噪聲。另外變頻器的逆變器大多采用 PWM 技術，由于PWM 逆變器固有的脈沖特性造成了逆變器

29、輸出很高、不平衡的瞬時電壓，產生很大的共模電壓，在動力電纜形成干擾電流，影響到相關電子設備工作。2.車間基站電磁兼容性分析電磁兼容性分析，首先要進行環境電磁場測量，根據不同頻率及噪聲源的電場、磁場特點，會用到不同的測量儀器和天線探頭，如采用對數周期天線、高頻喇叭天線，寬頻或選頻探頭等（參見表2.1）。表 2.1常用電磁場測量設備設備名稱型號技術參數品牌磁場測量儀器ELT 400測試范圍：1kHz400kHzNarda電磁輻射測量儀NBM-550 EF0391測試范圍：100kHz3GHzNarda13電場測量EF5091測試范圍：300MHz50GHzNarda磁場測量EHP-50F測試范圍：

30、1kHz400kHzNarda基于上節對電磁噪聲源特性理論分析，在對應噪聲源附近不同位置處，且在噪聲源典型工況下進行電磁場強的測試。其最終測試最終結果見表 2.2，部分主要干擾源的測量波形見圖 2.1 和圖 2.2。表 2.2 車間電磁場測量結果頻段0kHz400kHz400kHz420MHz420MHz6GHz電磁場磁場電場電場Peak 值0.1659A/m1.25V/m2.364V/m圖 2.1 車間磁場測試結果14圖 2.2 車間電場測試結果從以上測量結果中可分析得出，電弧爐、強電磁吸吊等大型設備會帶來明顯的工頻磁場干擾，對于靠近部署的無線終端及其他磁場敏感設備仍需要特別關注磁場抗干擾防

31、護。對于基站系統設備（如 4G/5G RRU 或 AAU），大都具有完整的屏蔽外殼，主要是無明顯磁場敏感元器件或電路設計，至少具備 30A/m 抗工頻磁場干擾能力，磁場干擾一般不用特別考慮。在車間里除了電氣設備產生的無意發射電磁噪聲外，還存在其他有意發射的無線通信信號，比較顯著的是 800/900MHz 的 GSM 信號、1.8/2.1GHz 的 LTE 信號、2.4GHz的 WiFi 信號及 2.6/3.5GHz 的 5G NR 信號等頻段，而大于 3.5GHz 以上基本沒有明顯的電磁干擾信號。整體來看，車間其他位置電磁場干擾均小于 GB/T 17626.8 定義的常規磁場應力水平 3A/m

32、 和 GB/T 17626.3 的最低輻射抗擾度水平3V/m，部署無線設備本身受電磁干擾影響不大，但一些特別靠近噪聲干擾源的無線系統及終端設備，如含有磁感應及霍爾元器件的設備仍需注意干擾防護。根據現場各種現存無線頻譜分布情況，車間15網絡部署還是需要通過合理頻譜分配和考慮鋼廠特殊復雜的環境進一步進行無線信道干擾模型和特征分析。（二）鋼廠信道特征分類分析（二）鋼廠信道特征分類分析隨著鋼鐵制造行業智能化和自動化的不斷演進與逐步深入，鋼廠邁向機械化和自動化的同時，鋼鐵廠房中的重型設備、鋼架結構、自動化機械呈爆炸式增長，使得廠房內部形成了獨特復雜的信道環境，經典的室內外信道模型不能直接應用于現代鋼鐵廠

33、房當中。通過對現代智能鋼廠的實地分析，主要提取了路徑損耗、時間色散、頻率色散等三個方面的信道特征。路徑損耗是指發送端有效發射功率和接收端實際接收功率之間的差值，直接決定了信號接收功率的大小，是衡量無線信道大尺度衰落的重要指標。自由空間路徑損耗的通用表達式為：lglgPLdf其中，、為常系數，與信道場景有關，d為收發端之間的三維距離，f為傳輸信號的載波頻率。通常情況下，當基站位置、用戶位置和基站布網頻段確定后，傳輸距離和載波頻率也就隨之確定了，而隨信道場景變化的常系數則需根據實際場景測試得到，才能建立準確的信道模型。智能鋼廠中重型設備眾多、鋼架結構復雜、鍛造過程中自由空間里微觀粒子變化都使得電磁

34、信號在自由空間的傳播會受到嚴重的能量損耗，因此在通信系統建模過程中應充分結合鋼廠實際場景，選擇合適的衰減因子。時間色散是指受物理環境影響，電磁波從發端到收端間除直線傳播外，還有多條折射反射徑均能到達，不同路徑到達接收端的信號會發生時間上的重疊，從而彼此間產生干擾。從頻域上看，對于16多載波信號而言，某一頻率的子信號在經過上述多條路徑后，每條路徑電磁波傳播的距離不同，因而旋轉的相位也不相同，同相疊加相漲，反相疊加相消，因此不同的子信號最終呈現的信號強度也不同，最終表現為不同頻率的信號在經過上述多徑后功率高低也不相同，導致信號包絡起伏較大，為信號解調帶來挑戰。智能鋼廠設備眾多、結構緊湊、金屬密集，

35、電磁波在此類環境中傳播極易發生多次折射反射，時間色散十分嚴重，因此在整個通信鏈路設計的過程中都應充分考慮時間色散的影響。頻率色散是指信號在傳輸過程中，受多普勒效應的影響，接收信號的頻率與原始發送信號相比出現彌散，導致接收信號出現頻率偏差。具體表現為當基站和用戶發生相對運動時，發送信號的波長會隨相對運動的方向被拉長或壓縮，接收信號的頻率也會隨之降低或升高，相對運動速度越高，相應的頻率偏差也越嚴重。智能鋼廠在生產過程智能化、生產設備自動化、狀態監控云端化的過程中，廠房中無人自主設備（如焊接智能機器人、物料自主巡航車、高精度機械臂）必然爆炸式增長，而上述自主設備與云端管理平臺的實時狀態交互、鋼材冶煉

36、軋制的實時監控都會帶來海量的數據傳輸需求，期間自主運動過程中的信息傳輸不可避免的多普勒效應，將帶來明顯的頻率色散。因此，在通信算法的設計過程中，應結合實際場景的業務需求設計合適的頻率色散應對方案。具體而言，智能鋼廠的信道特征主要包括如下幾個方面：1.路徑損耗智能鋼廠結構復雜，設備眾多，電磁波傳播過程中的固有損耗、大型設備遮擋的陰影效應和鐵塵微粒的丁達爾效應，都會導致傳播17過程中信號的能量損失。另一方面，鋼廠物理環境的特殊性使得經典的室內外場景中的損耗模型難以直接應用于鋼廠信道當中。因此，智能鋼廠的路徑損耗模型需要結合鋼廠的實際環境具體分析，主要由以下三部分構成。首先，電磁波信號自由空間傳播的

37、固有損耗會直接影響傳播過程中能量損耗的強度。通常情況下，當基站和用戶距離較近且沒有建筑物遮擋時，發端發送的電磁波可以沿著直線傳播到達接收端，該傳播路徑被稱為直接視距路徑，簡稱直射徑（Line-Of-Sight,LOS）。而其他需要在建筑物或大型設備的遮擋下，通過繞射、反射或折射到達接收端的方式，被稱為非直射徑（Non Line-Of-Sight,NLOS）。無論是哪種傳輸方式，電磁波只要在自由空間中傳播，均會受到空間固有損耗的影響。其次，大型設備遮擋導致的陰影效應也會導致電磁波接收信號強度的下降。智能鋼廠中設備眾多、廠房結構復雜，信號傳播只有LOS 徑的場景非常少，因而除上述電磁波傳播的固有損

38、耗外，設備器械的遮擋所帶來的陰影效應也會帶來能量的損耗。具體而言，電磁波在無線信道傳播時遇到障礙物，穿透障礙物的過程中會有一部分的電磁波被阻擋，導致障礙物背面的場強明顯降低，由此到達接收端的能量會產生明顯的衰減。最后，智能鋼廠在加工鐵礦石、鍛造鋼鐵、軋制鋼鐵的過程中，會有微小的氧化鐵、粉塵彌散到空氣當中，形成空氣膠體，電磁波在傳播過程中會產生丁達爾效應。彌散的大量微小氧化鐵和粉塵對電磁波產生多次的折射、反射、散射，而每次折射反射都會帶來能量損耗，導致接收端的信號強度明顯下降。18綜上，智能鋼廠的物理環境十分復雜，電磁波傳播的固有損耗、大型設備和鋼架結構遮擋的陰影效應以及彌散微粒在空氣膠體中的丁

39、達爾效應，都會使得信號在無線信道的傳播過程中出現明顯的能量損耗。因此，經典室內外信道路徑損耗模型并不能直接應用于智能鋼廠中，應根據實際鋼廠的信道環境實際測量分析，多次計算模擬出恰當的損耗因子才能實現準確的信道建模。2.時間色散如前所述，智能鋼廠大型設備、金屬環境都會電磁波產生多次折射反射，信號在廠房中傳播存在嚴重的多徑效應，先后到達的信號產生碼間干擾。從時域上看，多條路徑傳播距離不同，到達時間也有先后，在第一條路徑上的信號已經到達接收端時，還有傳播時間更長路徑上的信號陸續到達，后續到達路徑上的符號和先達路徑上的符號同時被接收，此時兩條路徑上被接收的符號并非同一符號，互相產生干擾。通常情況下，多

40、徑時延（Delay Spread,DS）描述了第一條路徑到達時間和最后一條路徑到達時間的差異，是刻畫多徑效應嚴重程度的重要指標。通過實地測試，圖 2.3 比較分析了正常街道環境和智能鋼廠信道響應的時域功率譜。觀察發現，正常街道信號的時域功率譜接收信號的時間持續很短，小于 1us，說明當前場景中只有少數幾條徑能夠到達接收端，后達徑并不會對先達徑產生干擾；智能鋼廠的時域功率譜顯示接收信號的持續時間很長，多徑時延長達 3.5us，遠遠超過了協議規定的保護間隔，此時上一個符號較晚到達路徑上的信號還沒完全結束時，下一符號第一條路徑上的信號也已到達，將帶來嚴重的碼間干擾。19圖 2.3 正常街道信號（左）

41、和智能鋼廠實測信號（右）時域功率譜從頻域來看，現有 5G 系統的多載波信號是由多個子載波信號相互疊加后的結果，不同頻率的子載波信號在經歷多條路徑后，由于多徑間傳播距離的差異和子信號頻率的不同，導致不同子載波信號到達接收端時相位的旋轉角度也不相同，多條路徑上子載波信號同相疊加后增強，反相疊加后減弱，最終表現為接收端不同頻點上的子載波信號有強有弱。具體而言，信號在接收端的不同頻點信號差異巨大，包絡極不平坦，呈現衰落特性。這種衰落是隨頻率變化的，因而又被稱為頻率選擇性衰落。相干帶寬（coherent bandwidth）是指信號在頻率信道響應保持平坦特性的帶寬大小，是描繪頻率選擇性衰落強弱程度的重要

42、指標。通常情況下，相干帶寬的大小為1cTmB其中，Tm是均方根時延擴展，也是多徑時延的量化指標之一。多徑時延越大，相干帶寬越小，信道保持平坦的帶寬范圍越小，信號包絡變化越劇烈。圖 2.4 展示了一段帶寬內的頻域信道響應，可以發現智能鋼廠的相干帶寬小，在頻率上變化非?？?，且衰落的幅度大，最高達到了 40dB。也就是說，此時接收信號在不同頻點上的20信號功率差異極大，信號包絡起伏速度快、幅度強，這對智能鋼廠通信系統對模擬波束的增益控制能力和應對快衰信道的算法性能都帶來了嚴峻的挑戰。圖 2.4 智能鋼廠頻域信道響應綜上所述，由于冶鋼行業工藝流程的特殊性，鋼鐵分廠大型設備、金屬環境會構成復雜的多徑環境

43、，帶來嚴重的時間色散，由此產生的碼間干擾和頻率選擇性衰落都非常嚴重。因此，在設計無線系統時應該采用合理的網絡規劃設計方案，盡可能減少用戶與基站間的多徑數目，同時充分考慮多徑時延帶來的碼間干擾對解調性能的挑戰，并設計增益適應力強的硬件產品以應對信號包絡的強烈變化。3.頻率色散智能鋼廠在生產過程智能化、生產設備自動化的過程中，廠房逐步邁向信息化、智慧化、無人化的同時，相關的智能設備（如焊接智能機器人、物料自主巡航車、高精度機械臂）必然呈爆炸式增長。另一方面，隨著監控管理中心化、狀態共享云端化的不斷演進，21云上管理平臺與上述智能設備的實時交互，將帶來海量的傳輸數據（如視頻數據、姿態數據、運動數據等

44、）。然而，這些自主無人設備在作業過程中常常需要模擬人的姿態和行為，運動過程將不可避免地帶來多普勒效應，從而產生明顯的頻率色散，導致信號接收過程中出現頻偏。多普勒效應帶來的頻率偏移可被建模為：cosDvf其中，v是無人設備的運動速度，為運動方向與直線方向的夾角，為子載波信號的波長。相干時間（coherent time）是指信道沖激響應維持不變的時間間隔的統計平均值，是描繪多普勒頻偏的重要指標。通常情況下，相干時間的大小為：1cDTf通過上式可知，多普勒頻偏越大，相干時間越短，信道保持平坦的時間長度越短。實地測試發現，智能鋼廠的運行速度都不快，多普勒效應引起的頻偏范圍相較于載波頻率不大，由此帶來的

45、相對頻偏值對信號解調影響不大。但為保障無人自主作業設備的安全可靠運行，云端管理平臺應實時準確獲取自主設備的傳感器信息，因此在設計鋼廠通信網絡時，也應結合實際測試情況進行技術優化，設計高效可靠的接收方案。4.測試結論路徑損耗：智能鋼廠環境復雜，電磁波傳播的固有損耗、大型設備和鋼架結構遮擋的陰影效應以及彌散微粒在空氣膠體中的丁達爾效應，都會導致接收信號的能量發生衰減。因此，在鋼廠信道建22模的過程中，應充分考慮上述因素的衰減效應，并實地考察不同鋼廠物理環境的差異，根據實際測量結果，反復計算模擬得到合適的損耗因子，以準確建立信道模型用于理論分析及性能測試。時間色散：智能鋼廠中的復雜環境將不可避免地帶

46、來多徑效應，而多徑效應對電磁波在時間上的色散作用，將導致信號在無線信道傳播過程中產生碼間干擾和頻率選擇性衰落。因此，在設計鋼廠智能化通信網絡時，要充分考察廠房的物理環境，采用合適的網絡規劃設計方案，減少多徑數目，從源頭上減輕多徑效應的影響；同時設計魯棒性強的解調方案應對頻率選擇性衰落的影響，并定制化硬件設備以應對信號包絡的快速變化。頻率色散：隨著智能鋼廠生產過程智能化、生產設備自動化、狀態監控云端化進程的不斷深入，廠房中的無人作業設備將呈爆炸式增長。為了減輕無人設備運動過程中多普勒效應的影響，在規劃通信網絡方案時，應充分考慮不同場景下無人設備的速度變化，設計差異化的應對策略。三.鋼鐵行業電磁環

47、境下的無線通信解決方案建議（一）鋼鐵行業車間無線解決方案建議（一）鋼鐵行業車間無線解決方案建議鋼鐵廠房內環境復雜，存在大量的金屬隔板，NLOS 場景多，又由于鋼板的強反射能力，無線傳播反射衰減小，多徑豐富。由于各個路徑的時延不同，信號沿著多個路徑傳播到達接收機的時間不同，使接收機發生時延擴展，另外不同時間、強度的多徑信號會與主徑信號產生重疊，導致廠房內多站點多 CPE 間可能會存在大的干擾。23針對鋼鐵廠房內的以上特點，給出一些解決方案和方向上的建議，以供網絡規劃作為參考。電磁波是一種能量的傳輸形式，隨著傳輸距離的延展，能量會衰減，遠處點位的信號強度會減小。為了有效評估信號的傳播距離，引入鏈路

48、預算，考慮信號從基站到終端的整個鏈路上的增益、損耗以及陰影衰落余量等，計算出路徑損耗，并帶入對應的傳播模型，計算出滿足終端業務需求的基站覆蓋距離。相比其他常規公網的鏈路預算，鋼鐵廠房內有兩點需要特別考慮，一是廠房反射路徑多，小區間干擾大。二是目前沒有特定的廠房內的傳播模型，3GPP 定義僅定義了統一的廠房內傳播模型，該模型分 LOS 和 NLOS 場景，通常采用 NLOS 模型。根據廠房的大小和環境特性的不同，模型分為 InF-SL、InF-DL、InF-SH、InF-DH 四種。InF-SL 和 InF-SH 模型適用于廠房內設施稀疏（S 代表 sparse）場景，InF-DL 和 InF-

49、DH 模型適用于廠房內設施密集（D 代表 dense）場景，L 表示基站的收發天線高度低于（L 代表 low）廠房內物體平均高度，H 表示基站的收發天線高度高于（H 代表 high）廠房內物體平均高度。3GPP 推薦的以上四種無線傳播路徑損耗模型的表達式如表 3.1 所示：表 3.13GPP 推薦的四種廠房內無線傳播路徑損耗模型的表達式視距(LOS)/非視距(NLOS)工業廠房內無線傳播環境的特征無線傳播路徑損耗(dB)LOS基站到終端視距直達PL=31.84+21.50lg(d3d)+19.00lg(fc)24NLOSInF-SLPL=33.00+25.50lg(d3d)+20.00lg(f

50、c)InF-DLPL=18.60+35.70lg(d3d)+20.00lg(fc)InF-SHPL=32.40+23.00lg(d3d)+20.00lg(fc)InF-DHPL=33.63+21.90lg(d3d)+20.00lg(fc)在上表中，d3d（m）和 fc（GHz）分別指基站到終端的空間距離及系統的中心頻率。為了獲得滿足實際鋼鐵廠廠房內無線傳播路徑損耗模型，可以在廠房內對 5G NR 基站無線信號的實際覆蓋情況進行測試（例如圖3.1 所示的是在某鋼鐵公司厚板廠廠房內的 5G NR 基站信號強度 SSRSRP 覆蓋情概況的測試結果）；同時，根據廠房內的地物密度和 5GNR 基站天線掛

51、高，從 3GPP 推薦的 InF-SL、InF-DL、InF-SH、InF-DH 四種廠房內無線傳播路徑損耗模型中，選擇一種適用于該廠房內環境特征的模型，并基于該模型對 5G NR 基站的 SS RSRP 覆蓋能力進行鏈路預算，獲得 5G NR 基站覆蓋半徑的理論計算結果；然后將該理論覆蓋半徑與在廠房內的實測結果進行對比，并根據對比結果對無線傳播路徑損耗模型中的相關參數進行修正，使基于修正后的模型計算得到的 5G NR 基站的信號強度(SS RSRP)與實際測試結果之間的差值盡量小。經過這種方式修正后的無線傳播路損模型，能夠更好地反映無線電波在該廠房環境中的傳播特征，然后在對該廠房環境內 5G

52、 NR 基站覆蓋能力進行預測的鏈路預算中采用該模型，能夠獲得更準確的預測結果。25圖 3.1 某鋼鐵公司厚板廠廠房內的 5G NR 基站 SS RSRP 覆蓋測試結果示例由于鋼鐵廠廠房的環境具有高溫、多塵的特點，因此無線網絡不適合采用吸頂式全向天線型的室分設備，而多采用定向天線型設備，常用的設備包括 64T64R、32T32R AAU 設備和 8T8R、4T4R RRU設備。AAU 設備因其大的天線陣列和高發射功率，具有分集增益大、覆蓋能力強、支持容量大的特點，但在密閉的廠房內相鄰小區之間會存在同頻干擾；RRU 設備天線陣列規模小，發射功率較 AAU 設備低，因此覆蓋能力和容量支持能力都弱于

53、AAU 設備，但多個物理小區（最多可達 12 個）之間可以組成一個超級小區（super cell），組成超級小區的各個物理小區會被作為同一個邏輯小區，因而各物理小區之間將不存在同頻干擾。為了滿足鋼鐵廠房內的 5G NR 業務覆蓋要求，在進行站點規劃時，需要選擇合適的安裝點位，充分利用基站天線的方向性，使各基站的覆蓋路徑中，盡量多 LOS 場景，少 NLOS 場景。例如可以將設26備安裝在廠房內的橫梁上，同時為了增加基站和終端 CPE 之間的直射徑，可將 CPE 拉遠或外接定向天線。（二）鋼鐵廠廠房內無線網絡規劃常見問題及解決方（二）鋼鐵廠廠房內無線網絡規劃常見問題及解決方案建議案建議常見的鋼鐵

54、廠智能化生產業務類型包括行車遠控、無人鐵水運輸、帶鋼表面智能檢驗等。傳統的行車操控主要依靠現場行車操作室內操作人員手動完成，工作條件比較惡劣。行車遠控則通過無線網絡，實時回傳生產現場的視頻畫面，以及 PLC 控制信息、行車狀態監測信息等，使操作人員在遠離生產現場的操控室內就能夠對行車進行操作，大大改善了操作人員的工作環境，保障了生產安全，提高了生產效率。鐵水運輸是連接高爐出鐵和煉鋼環節的紐帶，通常在鋼企園區中是利用有軌機車牽引魚雷罐車來運輸溫度高達上千度的鐵水。在人工駕駛機車場景下，由于鋼企園區內高爐林立，道路縱橫交錯，駕駛員在機車駕駛室內常常很難提前看清前方路口的環境，因此目前只能通過低速駕

55、駛和提前設置柵欄等措施來保證運輸安全，影響了運輸效率。利用無線網絡，可以實現在機車內對前方非視距范圍內的道口路況提前查看；進一步地，操作人員還可以在遠端操控室內，通過查看現場回傳的實時路況視頻和鐵水罐車溫控等信息，遠程操控和智能調度鐵水罐車，實現無人自動駕駛。傳統的帶鋼表面檢測依靠人工檢測，檢測效率較低，并且較難識別微小缺陷。通過利用無線網絡和人工智能機器視覺技術，能夠實時采集多個檢測點的表面高清圖像并傳輸到 MEC 邊緣云平臺，然27后與缺陷信息庫進行智能比對，并確認帶鋼表面是否存在質量缺陷以及缺陷的具體類型，從而大大提高帶鋼表面質量缺陷的實時檢測準確度和檢測效率，并避免人工檢測時易出現的漏

56、檢、錯檢等情況。行車遠控、無人鐵水運輸和帶鋼表面智能檢測幾項業務對于無線網絡的上行速率、時延和可靠性的要求如表 3.2 所示，可以看出這幾種 ToB 業務在上行速率、時延、可靠性等幾方面都有著較高的要求。5G NR 網絡的大帶寬、低時延、高可靠、廣連接特性，使其在滿足行車遠控等鋼鐵企業 ToB 業務對于無線網絡的需求方面，相比 3G 或 4G 網絡具有不可替代的優勢。表 3.2鋼鐵行業幾種常見 ToB 業務對無線網絡性能的要求TOB 業務類型TOB 業務描述上行速率要求平均時延要求可靠性要求行車遠控圖像/視頻流上傳50Mbps(8K)20ms99.9%PLC 指令下達50kbps50Mbps(

57、8K)20ms99.9%PLC 指令下達50kbps50Mbps(8K)20ms99.9%281.頻譜規劃與選擇中國移動可用頻段有：700MHz/900MHz/1.8GHz/1.9GHz/2GHz/2.3GHz/2.6GHz/4.9GHz 每個頻段定位如下：700MHz 為廣電和移動共建共享，用于 5GNR 連續覆蓋打底層。900MHz 頻段長期定位為 LTE覆蓋打底層，兼顧 GSM、NB 需求。1.8GHz、1.9GHz、2GHz 頻段為LTE 覆蓋和容量主力頻段。2.3GHz 頻段用于 LTE 室內覆蓋。2.6GHz是 5GNR 覆蓋和容量主力層，其后 60M 目前仍有 LTE 應用。4.

58、9GHz用于 5GNR 熱點區域容量補充及行業應用。中國電信可用頻段有：800MHz/1.8GHz/2.1GHz/3.5GHz。800MHz 可用于 CDMA、LTE 和 5G NR 網絡的廣覆蓋，同時開通了NB-IoT。1.8GHz 是 LTE 室外覆蓋的主力頻段，2.1GHz 頻段主要用于補盲和室內覆蓋，目前電信已重耕 2.1GHz 頻段做 5G NR 的廣覆蓋和室內覆蓋，并與聯通開展共建共享。3.5GHz 頻段為 3.4G-3.5GHz，為 5G NR 專用頻帶，和聯通共建共享。中國聯通可用頻段有：900MHz/1.8GHz/2.1GHz/3.5GHz。900MHz 主要做 GL 雙模、

59、GU 雙模，1.8GHz 是聯通 LTE 的主力頻段，2.1GHz 是 UMTS 的主力頻段，個別城市也開通了 2.1GHz LTE，3.5GHz 為 3.5G-3.6GHz,用于 5G NR 覆蓋。鋼鐵園區的無線頻段選擇，與各運營商使用的主流 5G NR 頻段基本保持一致，中國移動為 2.6GHz，電信聯通為 3.5GHz。由于鋼鐵廠的生產業務場景對可靠性和網絡性能要求較高，中國移動的無線網絡推薦以 4.9GHz 頻段為主（100MHz 帶寬），2.6GHz 為輔；電信聯通項目可以考慮在 3.5GHz 頻段上共享 200MHz（3.4GHz-3.6GHz）頻寬，甚至借用 3.3GHz3.4G

60、Hz 的一共 300MHz 帶寬。為追求更大上29行容量能力，如果需要使用 1D3U 幀結構時，在 4.9GHz 上需要考慮是否現網存在 4.9GHz 的站點，進行干擾規避；3.5GHz 上由于電信聯通已大規模部署 5G NR 站點，需要重點考慮室內外異幀結構干擾協同，具體評估是否具備開通 1D3U 的條件。2.鋼鐵廠廠房內無線網絡規劃的可靠性保障及容災方案不同行業對 5G NR 網絡的可用性等級需求不同，表 3-2 中列出了典型的應用場景對 5G NR 網絡的可用性等級需求，可以看出冶金生產行業對 5G NR 專網的可用度等級要求很高，為 99.999%。表 3.3 5G NR 專網可用性要

61、求的等級等級網絡可用性要求(%)典型應用場景SLA 199,99.9)通常應用于個人設備SLA 299.9,99.99)通常在警務專網、平安城市等項目中的視頻監控、維護信息采集等業務場景SLA 399.99,99.999)通常應用于保障生產效率的場景，如港口 PLC 控制等場景SLA 499.999,99.9999)通常應用于安全強相關場景，如智能列控（高鐵、軌交）、鋼鐵生產控制等場景SLA 599.9999比以上場景對可用性有更高要求的場景30造成鋼鐵廠廠房中 5G NR 專網不可靠的因素包括設備軟硬件故障、設備間鏈路故障、用戶誤操作、網絡擁塞等（如圖 3.2 所示），其中前兩項因素是影響網

62、絡可靠性的主要因素，所以對設備和鏈路的冗余備份提出比較高的要求。圖 3.2 影響 5G NR 專網端到端可靠性的主要因素分析針對各網元節點對 5G NR 專網可靠性的影響，設計高可用的組網方案，如圖 3-3 所示：圖 3.3 5G NR 專網高可靠性組網方案1.設備的高可靠設計：滿足鋼鐵行業特殊環境適應性的硬件；2.設備冗余備份：通過設備的備份提升網絡可用性，包括電源板備份、主控板備份、基帶板備份、無線鏈路雙發選收等，當某一模塊出現故障時可快速自動倒換到備用模塊，保障網絡的正常運行；3.鏈路備份：前傳環網、前傳雙上聯、回傳雙鏈路等，改善傳輸鏈路可靠性問題；314.網斷業不斷，慣性運行：通過 U

63、PF 下沉或者部署算力 NE（Node Engine）單板，實現 NG-C 斷鏈后的業務保持能力，網斷業不斷，保障業務的正常運行；5.通過承載的雙平面、承載環網實現傳輸鏈路的可靠性；6.通過核心網 UPF 池化、控制面池化、網元熱備等實現核心網的高可靠性；通過以上端到端的高可靠的方案，滿足垂直行業 99.999%的高可用網絡要求。3.優先級保障機制在通信任務調度中對通信任務的重要性普遍進行分級，系統管理器根據任務的優先級分配通信資源（包括時隙和信道），優先級高的任務優先享用通信資源，優先發送或接收，對于優先級相同的任務按時間先后順序排隊。優先級保障機制，是根據不同業務類型，對其業務優先級進行劃

64、分，從而根據優先級的順序對不同的業務提供不同的保障機制。在鋼鐵智能制造過程中，涉及到大量不同類型的工序，對 5GNR 無線網絡提出不同的要求，需要根據不同的業務類型，靈活選擇無線網絡的調度方法及優先級。對于時延要求高的業務類型，保障目標業務能獲得足夠的調度資源，保障相關鋼鐵智能制造中的關鍵業務滿足生產需要。例如小業務量的機器控制指令，要求及時準確傳遞至生產設備，可采用高優先級進行業務保障。32對于傳輸數據量高的業務類型，在保障一定的傳輸時延要求的同時，使用對應的優先級進行調度保障。例如對于無需實時傳遞的各類生產過程記錄保存信息，可采用低優先級進行業務保障。（三）小結（三）小結綜上所述，本文從鋼

65、鐵行業數字化轉型背景及電磁環境分析的必要性出發，首先分析鋼鐵制車間電磁干擾環境，對整體電磁干擾水平進行了基于實測的量化定義，對于特殊區域設備電磁抗擾度要求也給出了建議。其次，本文基于鋼廠通信信道的特征分析，給出了 5G NR 網絡的建網建議。鋼鐵廠廠房內通常存在大量的金屬建筑結構、大型生產設備，和堆放的眾多生產原料、鋼鐵產品等，無線環境較為復雜。針對這一場景，建議根據廠房內設施、設備等的密度、基站掛高等實際情況，在選用 3GPP 推薦的廠房內無線傳播模型基礎上進行基于實測-計算模型修正的無線網絡規劃，同時也需要考慮 CPE 終端的安裝位置。在頻段選擇方面，需要綜合考慮運營商的頻譜資源情況、鋼鐵

66、廠廠房內業務的上行速率和容量要求、與公網的干擾協調等問題。在網絡設備的組網和選擇方面，針對復雜無線場景，可以考慮同時使用多層級的網絡可靠性保障容災方案，以提高網絡的可靠性。四.縮略語NLOS：非視距離（Non Line-Of-Sight）LOS：視距（Line-Of-Sight）SLA：服務等級協議（Service Level Agreement）33CPE：客戶終端設備（Customer Premise Equipment）UPF：用戶面功能（User Plane Function）PLC：可編輯的邏輯控制器（Programmable Logic Controller）OFDM：正 交 頻

67、分 復 用（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing）MIMO：多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output）VoNR：新空口承載語音（Voice over New Radio）CDMA：碼分多址（Code Division Multiple Access）GSM：全球移動系統（Global System for Mobile）LTE：長期演變（Long Term Evolution）NB：窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Thing）5GC：5G 核心網（5G Core）參考文獻1.3GPP T

68、S 22.104 Service requirements for cyber-physical control applications in vertical domains;Stage 1(Release 18)2.3GPP TS 22.261 Service requirements for the 5Gsystem;Stage 1(Release 16)3.3GPPTR22.804StudyonCommunicationforAutomation in Vertical domains(CAV)(Release 15)4.ITU-TQOS(2022):ESTR-KPI-RAN-Keyperformanceindicators(KPIs)forradioaccessmobile networks345.王顯文，電弧爐電磁輻射的危害及防護的思考，工業加熱，2015 年6.趙玉壽，電弧爐引起的電壓波動和閃變的抑制方法研究，武漢科技大學，2012 年