工業(yè)無線電磁環(huán)境（已規(guī)劃頻段）白皮書

目 錄一、鋼鐵行業(yè)智能制造背景及應(yīng)用場景 1（一）鋼鐵行業(yè)發(fā)展背景和數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求 1（二）鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo) 2（三）鋼鐵行業(yè)智能制造電磁環(huán)境分析的必要性 5（四）鋼鐵智能制造廠無線電磁環(huán)境關(guān)鍵應(yīng)用場景.7二、鋼鐵行業(yè)車間電磁環(huán)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(yè)電磁環(huán)境下的無線通信解決方案建議.22（一）鋼鐵行業(yè)車間無線解決方案建議 22（二）鋼鐵廠廠房內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃常見問題及解決方案建議 （三）小結(jié) 32四.縮略語 32參考文獻(xiàn) 33一、鋼鐵行業(yè)智能制造背景及應(yīng)用場景（一）鋼鐵行業(yè)發(fā)展背景和數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求我國鋼鐵行業(yè)規(guī)模領(lǐng)跑全球，202210.13億噸粗鋼），我粗鋼量占球比達(dá)55.3，居全第一，10達(dá)到世界先進(jìn)水平。但應(yīng)當(dāng)看到，我國鋼鐵行業(yè)在實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展我國鋼鐵行業(yè)已初步具備較好的自動化和信息化基礎(chǔ)。鋼鐵行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)，歷來重視與先進(jìn)制造技術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合發(fā)展，已形成了較為完備的自動化、信息化體系架構(gòu)，如主工序裝備實(shí)現(xiàn)了較好水平的自動化控制，ERP、MES經(jīng)普遍應(yīng)用于大型鋼企等，生產(chǎn)、管理、供應(yīng)鏈等流程初步實(shí)現(xiàn)了工序銜接和數(shù)據(jù)貫通，有效支撐了鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)大批量、標(biāo)準(zhǔn)化和（2018）》統(tǒng)計顯示，201851.2，關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)到68.7，應(yīng)用電子商務(wù)的企業(yè)比例超過50，業(yè)中處于相智能制造在鋼鐵生產(chǎn)制造、企業(yè)管理、物流配送、產(chǎn)品銷售等方面應(yīng)用不斷加強(qiáng)，關(guān)鍵制造工藝流程的數(shù)控化率超過65，企業(yè)資源計劃（ERP）裝備率超過70，信息化程度得到了跨越式發(fā)展。中國是鋼鐵大國，但距離鋼鐵強(qiáng)國還有很長一段距離，主要差距體現(xiàn)在以下方面：一是發(fā)展不均衡：目前我國鋼鐵工業(yè)機(jī)械化、電氣化、自動化、信息化并存，不同企業(yè)發(fā)展差異大，寶鋼等先進(jìn)企業(yè)已達(dá)工業(yè)3.0階段，并向工業(yè)4.0探索邁進(jìn)，但還有大批鋼企仍然處于工業(yè)2.0階段。同時鋼企內(nèi)部不同產(chǎn)線間的先進(jìn)性也差異巨大，個別分廠或產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程化無人化作業(yè)，而絕大部分仍然大量依靠人力。二是行業(yè)基礎(chǔ)薄弱：智能制造整體處于起步階段，智能制造的標(biāo)準(zhǔn)、軟件、信息安全基礎(chǔ)薄弱，缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，共性關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。三是投資回報率難以量化，智能化尚未成為主要生產(chǎn)模式：伴隨著人工成本的不斷加大，企業(yè)員工對作業(yè)環(huán)境和勞動舒適感尊崇感訴求的不斷提升，遠(yuǎn)程化自動化生產(chǎn)的需求和趨勢愈加明顯和迫切。四是核心知識產(chǎn)權(quán)掌控不足，原始創(chuàng)新應(yīng)用比例不高：在研發(fā)方面尚未形成以產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系，原始創(chuàng)新研發(fā)積極性不高，政策扶持力度有待加強(qiáng)。（二）鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)智能制造具有很長的產(chǎn)業(yè)鏈，上游通過智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)的收集，再通過中游工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，才能在下游企業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用。而隨著科技的發(fā)展，5G、邊緣計算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)人工智能和數(shù)字孿生等新一代DICT技術(shù)也會逐漸成為鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，伴隨著產(chǎn)業(yè)重組和技術(shù)變革，正在發(fā)生以下變化：產(chǎn)業(yè)重組、淘汰落后產(chǎn)能，帶來數(shù)字化新型鋼廠需求兼并重組：國務(wù)院46號文件—《關(guān)于推進(jìn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)兼并重組處置僵尸企業(yè)的指導(dǎo)意見》是鋼鐵業(yè)去過剩產(chǎn)能、結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的頂層設(shè)計方案?！吨笇?dǎo)意見》設(shè)定的總目標(biāo)是，到2025鋼鐵產(chǎn)業(yè)60~70的產(chǎn)量將集中在10家左右的大集團(tuán)內(nèi),而2018年CR1035產(chǎn)能置換：2018出，京津冀、長三角、珠三角等環(huán)境敏感區(qū)域置換比例必須不低于1.25:1，其他區(qū)域按減量置換實(shí)施。節(jié)能減排、綠色發(fā)展帶來智慧產(chǎn)線升級改造需求節(jié)能：十三五期間能源消耗總量下降10；噸鋼綜合能耗下12減排：十三五期間污染物排放總量下降15；噸鋼二氧化硫0.175G+云+AI20201000研發(fā)投入：20201.5以上，產(chǎn)品質(zhì)量和高端產(chǎn)品供給能力顯著提升。1240億元ISA-95如為工業(yè)裝備提供了數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析能力，形成工業(yè)數(shù)字化裝備產(chǎn)業(yè)；二是創(chuàng)新融合技術(shù)下的新型產(chǎn)品，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)邊緣計算等近年來蓬勃發(fā)展，有望成為未來關(guān)鍵新興產(chǎn)業(yè)?！吨袊ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展報告（2022）》（以下簡稱“報告”）顯示，2021斷豐富，20215G180020211074918.1。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系化發(fā)展取得2023聯(lián)網(wǎng)大會上，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展報告（2023）》（以下簡稱“報告”）顯示，當(dāng)前我國工業(yè)互聯(lián)1.2鋼鐵行業(yè)工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃（2016-2020年）》顯示，要將創(chuàng)新驅(qū)動、智能制造和服務(wù)型制造三者有機(jī)結(jié)合起來，推進(jìn)鋼鐵工業(yè)有效供給水平的提高。一是提高自主創(chuàng)新能力?！笆濉逼陂g要支持現(xiàn)有科技資源充分整合，實(shí)施產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的創(chuàng)新模式，在鋼鐵領(lǐng)域建設(shè)國家級創(chuàng)新平臺、國家技術(shù)創(chuàng)新示范企業(yè)、國家新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地。二是發(fā)展智能制造。要通過重點(diǎn)培育流程型智能制造、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、大規(guī)模個性化定制、遠(yuǎn)程運(yùn)維四種智能制造新模式的試點(diǎn)示范，總結(jié)出鋼鐵工業(yè)智能制造的發(fā)展路徑。三是推動服務(wù)型制造。鋼鐵企業(yè)要通過早期介入用戶超前需求、后期跟蹤改進(jìn)等模式，主動由制造商向服務(wù)商轉(zhuǎn)變，由單純的提供“產(chǎn)品”向“產(chǎn)品+一攬子解決方案”轉(zhuǎn)變，不僅滿足用戶當(dāng)前需求，還要創(chuàng)造和引領(lǐng)未來需求，實(shí)現(xiàn)上下游共贏。（三）鋼鐵行業(yè)智能制造電磁環(huán)境分析的必要性5G無線網(wǎng)絡(luò)逐步替代部分有線連接成為發(fā)展趨勢，在做出這種歷史性跨越之前，必須解決無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性與穩(wěn)定性。但是，與商用和這對于無線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(zhì)量及應(yīng)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(tǒng)的傳輸速率和傳輸質(zhì)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(shè)計系統(tǒng)的信道和噪聲特性后，才能采取與之相適應(yīng)的各MIMO、OFDM無線信道模型是人們對無線傳播環(huán)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(gòu)建移動無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其在無線通信系統(tǒng)從設(shè)計評估到標(biāo)準(zhǔn)化以至到最終部署的各個環(huán)節(jié)中，都有重要的作用：（1）當(dāng)新的無線傳輸技術(shù)和理論被提出時，往往使用信息論工具進(jìn)行推導(dǎo)驗(yàn)證，從而為新技術(shù)提供理論依據(jù)、性能極限。（2）在無線傳輸技術(shù)研究、設(shè)計以及標(biāo)準(zhǔn)化階段，都需要對各種候選方案進(jìn)行性能評估。評估階段所使用的信道模型的準(zhǔn)確性與否直接決定了仿真結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性。因此在移動通信技術(shù)的評估過程中，各個標(biāo)準(zhǔn)化組織非常重視評估信道模型的標(biāo)準(zhǔn)化工作。在實(shí)際的無線通信系統(tǒng)的部署中，需要根據(jù)實(shí)地?zé)o線傳播環(huán)境進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、容量優(yōu)化、盲區(qū)覆蓋等工作。準(zhǔn)確的信道模型（特別是路徑損耗和陰影衰落模型）可以使網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)劃的工作更加準(zhǔn)確和有效，從而提升無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力。從傳輸鏈路信噪比來看，在常規(guī)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(shù)。鋼鐵廠存在大量的金屬框架，無線設(shè)備在發(fā)射、傳播和接收過程中很容易受到衰減和屏蔽。工業(yè)環(huán)境中大型設(shè)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(shù)量，對于無線通信信號的傳輸至關(guān)重要。軋機(jī)、機(jī)械臂等金屬障礙物會對電波傳輸損耗造成影響；金屬設(shè)備在電波傳播中會形成較強(qiáng)的鏡面反射和散射，從而產(chǎn)生更多強(qiáng)度較大的多徑分量；工業(yè)自動化中的機(jī)械臂轉(zhuǎn)動、機(jī)器人運(yùn)輸移動等運(yùn)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(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生影響。因此，需要對典型鋼鐵工廠場景的電磁環(huán)境進(jìn)行分析研究，了解干擾源的噪聲特性，并根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境、特點(diǎn)以及工業(yè)性質(zhì)來提取無線信道的參數(shù)，從而進(jìn)一步規(guī)劃通信頻段，指導(dǎo)建網(wǎng)，支撐無線技術(shù)的空口設(shè)計，性能評估和優(yōu)化等，更好地保障鋼鐵金屬智能制造工廠無線通信應(yīng)用在智能制造領(lǐng)域可靠性，推動行業(yè)發(fā)展。（四）鋼鐵智能制造廠無線電磁環(huán)境關(guān)鍵應(yīng)用場景通過深化5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)在生產(chǎn)全流程的應(yīng)用力度，全面提升鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)操作與生產(chǎn)管理的智能化水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能管控和運(yùn)營智慧決策，打造全流程動態(tài)優(yōu)化和精準(zhǔn)決策的生產(chǎn)模式。生產(chǎn)過程優(yōu)化。鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)制造工序多、工藝復(fù)雜，傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的人力與經(jīng)驗(yàn)依賴較為嚴(yán)重?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)改變各工序原有運(yùn)轉(zhuǎn)模式：一是在生產(chǎn)環(huán)境危險系數(shù)較高、人員勞動量較大的場景實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人；二是通過先進(jìn)傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、物料狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)與其他工況的監(jiān)控分析；三是通過將數(shù)據(jù)建模與機(jī)理建模結(jié)合，全面實(shí)現(xiàn)工序控制優(yōu)化，典型場景有原料工序協(xié)同優(yōu)化。鋼鐵生產(chǎn)工序流程長，各工序生產(chǎn)過程差可帶來兩大方面應(yīng)用創(chuàng)新，一是各工序內(nèi)部協(xié)同，基于集成化平臺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鐵、鋼、軋等主要工序內(nèi)部多環(huán)節(jié)、多業(yè)務(wù)的協(xié)同優(yōu)化，主要包含煉鐵工序協(xié)同、煉鋼工序協(xié)同、軋鋼工序協(xié)同等。二是跨工序協(xié)同，利用鋼鐵工藝流程優(yōu)化界面技術(shù)，打通相鄰工序間的PCS[6]、MES、ERP等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨工序的一體化作業(yè)計劃與生產(chǎn)能源管控。鋼鐵行業(yè)是高耗能行業(yè)，能源管控是鋼鐵企業(yè)重要業(yè)務(wù)之一，圍繞這一場景，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可帶來五大方面應(yīng)用創(chuàng)新，一是能源監(jiān)控，通過5G等先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時采集能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，對用能合理性進(jìn)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(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)計劃及設(shè)備定檢修計劃，根據(jù)能源用戶需求，借助平衡計算公式，實(shí)現(xiàn)各類能源介質(zhì)供需計劃的靈活制定，有效提升用能合理程度。四是能源預(yù)測，通過用能計劃、設(shè)備定修計劃等信息，構(gòu)建能源消耗預(yù)測模型，開展能源中長期預(yù)測和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的能源實(shí)時動態(tài)預(yù)測，為能源優(yōu)化調(diào)度提供決策支撐。五是智能化能源調(diào)度，基于用能情況、生產(chǎn)實(shí)際、能源價格等建立優(yōu)化調(diào)度模型，結(jié)合能源預(yù)測等數(shù)據(jù)，開展多能量流協(xié)同管控，實(shí)現(xiàn)全15局能源動態(tài)平衡與優(yōu)化調(diào)度，保障供能平穩(wěn)、高效。設(shè)備管理。鋼鐵生產(chǎn)流程連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備性能劣化及設(shè)備故障將對產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)穩(wěn)定性造成影響。圍繞設(shè)備管理場景，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可帶來三大方面應(yīng)用創(chuàng)新，一是在線健康監(jiān)測，通過在生產(chǎn)過程中采集設(shè)備實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合人工診斷專家規(guī)則庫，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康狀態(tài)全方位監(jiān)測。二是預(yù)測性維護(hù)，結(jié)合設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)建立設(shè)備健康模型，對設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障智能化預(yù)警，并及時進(jìn)行針對性維護(hù)。三是智能故障分析，在設(shè)備發(fā)生故障后，結(jié)合專家故障庫對設(shè)質(zhì)量管理。鋼鐵生產(chǎn)工序較長，質(zhì)量管控難度大，圍繞質(zhì)量管控場景，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可帶來三方面應(yīng)用創(chuàng)新，一是生產(chǎn)前質(zhì)量缺陷預(yù)分析及報警，基于前工序及歷史多維質(zhì)量數(shù)據(jù)，使用大數(shù)據(jù)分析在線及離線分析技術(shù)及各類專業(yè)規(guī)則模型，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)缺陷的提前預(yù)知。二是生產(chǎn)中主要工藝參數(shù)實(shí)時在線監(jiān)控，通過廣泛采集生產(chǎn)全流程質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)的快速感知。三是產(chǎn)品質(zhì)量動態(tài)改進(jìn)，通過建設(shè)質(zhì)量工藝動態(tài)設(shè)計優(yōu)化模型、在線判定模型、自動處置模型，對生產(chǎn)操作參數(shù)及時調(diào)整以改善產(chǎn)品質(zhì)量。安全管理。鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)由于特殊的生產(chǎn)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)可帶來三方面應(yīng)用創(chuàng)新，一是標(biāo)準(zhǔn)化安全管理，以安全生產(chǎn)法、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化等為依據(jù)，構(gòu)建基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化安全管理系統(tǒng)，通過固化流程提升安全管理工作標(biāo)準(zhǔn)化水平。二是生產(chǎn)現(xiàn)場安全態(tài)勢感知與預(yù)警，基于地圖整合安全風(fēng)險分布、重大危險源、異常監(jiān)測信號等信息全方位展現(xiàn)安全生產(chǎn)態(tài)勢，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析安全風(fēng)險和隱患變化情況，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場安全狀況的全方位感知。三是環(huán)保管理。綠色環(huán)保是鋼鐵行業(yè)發(fā)展的核心主題之一，圍繞環(huán)保管理場景，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可帶來三大方面應(yīng)用創(chuàng)新，一是氣體并對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)污染物濃度超限預(yù)警，以支撐操作管理人員進(jìn)行及時處置。二是環(huán)保質(zhì)量評價，通過建立不同維度的環(huán)保質(zhì)量評價模型，實(shí)現(xiàn)對企業(yè)環(huán)保狀況的智能化診斷分析，針對性提出改進(jìn)措施建議。三是固廢循環(huán)利用管理優(yōu)化，通過在線監(jiān)測技術(shù)、智能分析技術(shù)、協(xié)同平衡與優(yōu)化調(diào)度技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)固廢循環(huán)二、鋼鐵行業(yè)車間電磁環(huán)境分析鋼鐵行業(yè)的主工序極其復(fù)雜，根據(jù)物理化學(xué)、熱力學(xué)、動力學(xué)、傳輸原理和反應(yīng)工程以及金屬學(xué)等基本原理，從礦石中提取金屬，經(jīng)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(huán)節(jié)，一般對應(yīng)廠區(qū)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(chǎn)設(shè)備，在大功率及各種復(fù)雜工況下，不可避免地產(chǎn)生各種各樣的電磁噪聲；厚板廠內(nèi)部具有復(fù)雜的鋼制建筑結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分布眾多生產(chǎn)設(shè)備、原材料和鋼材，使得廠房內(nèi)的信道環(huán)境較為復(fù)雜，同時具備電弧爐、變頻器、強(qiáng)磁設(shè)備運(yùn)行，作為鋼鐵行業(yè)的電磁環(huán)境調(diào)研重點(diǎn)來展開。（一）鋼廠車間電磁噪聲特性分析鋼廠四個環(huán)節(jié)存在一些顯著的干擾源，比如各車間大功率電力電氣設(shè)備、變頻器、煉鋼車間的電爐、連鑄車間的電磁攪拌工藝、強(qiáng)電磁吸吊設(shè)備等。車間電磁噪聲源煉鋼生產(chǎn)流程可分為轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼。電爐是采用電能作為熱源進(jìn)行煉鋼的爐子的統(tǒng)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(yīng)原理的感應(yīng)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(chǎn)生電弧，使電能在弧光中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，借助輻射和電弧的直接作用來加熱、熔化爐料，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(yùn)行期間，存在較大的工頻電磁輻射，在電弧煉鋼融化期間，經(jīng)常由于塌料引起電弧爐短網(wǎng)系統(tǒng)上的電流波動，產(chǎn)生較多的高頻電磁輻射分量，使得電弧爐煉鋼廠的電磁環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，經(jīng)相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果，爐體周圍的工頻電磁感應(yīng)強(qiáng)度大大超過500uT。超高功率對電網(wǎng)也造成了嚴(yán)重的電磁污染，如電弧電流急劇變化，引發(fā)強(qiáng)烈的無功沖擊導(dǎo)致電壓快速波動和閃爍，頻率一0.1-30Hz2-7現(xiàn)象，不僅對人體更對周圍的電氣電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾?，F(xiàn)代電弧爐已經(jīng)成為一個低成本的快速熔煉設(shè)備，以電弧爐為核心的短流程煉鋼工藝也成為現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)兩大流程之一，正朝著低成本、低消耗、高效率、高質(zhì)量、環(huán)保型的方向發(fā)展。但國內(nèi)由于電價高和其他廢鋼分揀技術(shù)等問題，目前主要還是轉(zhuǎn)爐煉鋼為主。隨著碳達(dá)峰、碳中和等目標(biāo)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(fù)雜連鑄生產(chǎn)工藝中的電磁攪拌是提高鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量的重要工藝手段，它通過周期電磁場攪拌結(jié)晶器內(nèi)的鋼水，提升鑄坯表面質(zhì)量，減少缺陷。該裝置工作時周圍產(chǎn)生強(qiáng)大電磁場，干擾周邊控制設(shè)備，無法正常生產(chǎn)，必須通過配套的抗干擾手段，保證生產(chǎn)控制設(shè)備在電磁攪拌干擾條件下穩(wěn)定運(yùn)行。同樣，在厚板廠類似強(qiáng)電磁吸吊等大型起吊設(shè)備周圍，都可能存在較強(qiáng)磁場干擾，部署相關(guān)無線通信系統(tǒng)及終端設(shè)備時，需要詳細(xì)評估。另外，鋼廠中存在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣的電磁環(huán)境，特別是變頻器大量應(yīng)用后，產(chǎn)生日益復(fù)雜和嚴(yán)重的電磁環(huán)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(dǎo)通或關(guān)斷過程中產(chǎn)生較高di/dt、dv/dt，與主回路中的分布參數(shù)作用，將產(chǎn)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(shù)，由于PWM逆變器固有的脈沖特性造成了逆變器輸出很高、不平衡的瞬時電壓，產(chǎn)生很大的共模電壓，在動力電纜形成干擾電流，影響到相關(guān)電子設(shè)備工作。車間基站電磁兼容性分析電磁兼容性分析，首先要進(jìn)行環(huán)境電磁場測量，根據(jù)不同頻率及噪聲源的電場、磁場特點(diǎn)，會用到不同的測量儀器和天線探頭，如采用對數(shù)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(shè)備設(shè)備名稱型號技術(shù)參數(shù)品牌磁場測量儀器ELT400測試范圍：1kHz~400kHzNarda電磁輻射測量儀NBM-550EF0391測試范圍：100kHz~3GHzNarda電場測量EF5091測試范圍：300MHz~50GHzNarda磁場測量EHP-50F測試范圍：1kHz~400kHzNarda基于上節(jié)對電磁噪聲源特性理論分析，在對應(yīng)噪聲源附近不同位置處，且在噪聲源典型工況下進(jìn)行電磁場強(qiáng)的測試。其最終測試2.22.12.2。表2.2車間電磁場測量結(jié)果頻段0kHz~400kHz400kHz~420MHz420MHz~6GHz電磁場磁場電場電場Peak值0.1659A/m≤1.25V/m2.364V/m圖2.1車間磁場測試結(jié)果圖2.2車間電場測試結(jié)果從以上測量結(jié)果中可分析得出，電弧爐、強(qiáng)電磁吸吊等大型設(shè)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(shè)備仍需要特別關(guān)注磁場抗干擾防護(hù)。對于基站系統(tǒng)設(shè)備（4G/5GRRUAAU），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(shè)計，至少具備30A/m力，磁場干擾一般不用特別考慮。在車間里除了電氣設(shè)備產(chǎn)生的無意發(fā)射電磁噪聲外，還存在其他有意發(fā)射的無線通信信號，比較顯800/900MHzGSM1.8/2.1GHzLTE2.4GHzWiFi2.6/3.5GHz5GNR3.5GHz整體來看，車間其他位置電磁場干擾均小于GB/T17626.83A/mGB/T17626.3，部署無線設(shè)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(tǒng)及終端設(shè)備，如含有磁感應(yīng)及霍爾元器件的設(shè)備仍需注意干擾防護(hù)。根據(jù)現(xiàn)場各種現(xiàn)存無線頻譜分布情況，車間網(wǎng)絡(luò)部署還是需要通過合理頻譜分配和考慮鋼廠特殊復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)一步進(jìn)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隨著鋼鐵制造行業(yè)智能化和自動化的不斷演進(jìn)與逐步深入，鋼廠邁向機(jī)械化和自動化的同時，鋼鐵廠房中的重型設(shè)備、鋼架結(jié)構(gòu)、自動化機(jī)械呈爆炸式增長，使得廠房內(nèi)部形成了獨(dú)特復(fù)雜的信道環(huán)境，經(jīng)典的室內(nèi)外信道模型不能直接應(yīng)用于現(xiàn)代鋼鐵廠房當(dāng)中。通過對現(xiàn)代智能鋼廠的實(shí)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(fā)送端有效發(fā)射功率和接收端實(shí)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(biāo)。自由空間路徑損耗的通用表達(dá)式為：PLdf其中，、、為常系數(shù)，與信道場景有關(guān)，d為收發(fā)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(dāng)基站位置、用戶位置和基站布網(wǎng)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(shù)則需根據(jù)實(shí)際場景測試得到，才能建立準(zhǔn)確的信道模型。智能鋼廠中重型設(shè)備眾多、鋼架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鍛造過程中自由空間里微觀粒子變化都使得電磁信號在自由空間的傳播會受到嚴(yán)重的能量損耗，因此在通信系統(tǒng)建模過程中應(yīng)充分結(jié)合鋼廠實(shí)際場景，選擇合適的衰減因子。時間色散是指受物理環(huán)境影響，電磁波從發(fā)端到收端間除直線傳播外，還有多條折射反射徑均能到達(dá)，不同路徑到達(dá)接收端的信號會發(fā)生時間上的重疊，從而彼此間產(chǎn)生干擾。從頻域上看，對于多載波信號而言，某一頻率的子信號在經(jīng)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(zhuǎn)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(xiàn)的信號強(qiáng)度也不同，最終表現(xiàn)為不同頻率的信號在經(jīng)過上述多徑后功率高低也不相同，導(dǎo)致信號包絡(luò)起伏較大，為信號解調(diào)帶來挑戰(zhàn)。智能鋼廠設(shè)備眾多、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬密集，電磁波在此類環(huán)境中傳播極易發(fā)生多次折射反射，時間色散十分嚴(yán)重，因此在整個通信鏈路設(shè)計的過程中都應(yīng)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(yīng)的影響，接收信號的頻率與原始發(fā)送信號相比出現(xiàn)彌散，導(dǎo)致接收信號出現(xiàn)頻率偏差。具體表現(xiàn)為當(dāng)基站和用戶發(fā)生相對運(yùn)動時，發(fā)送信號的波長會隨相對運(yùn)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(yùn)動速度越高，相應(yīng)的頻率偏差也越嚴(yán)重。智能鋼廠在生產(chǎn)過程智能化、生產(chǎn)設(shè)備自動化、狀態(tài)監(jiān)控云端化的過程中，廠房中無人自主設(shè)備（如焊接智能機(jī)器人、物料自主巡航車、高精度機(jī)械臂）必然爆炸式增長，而上述自主設(shè)備與云端管理平臺的實(shí)時狀態(tài)交互、鋼材冶煉軋制的實(shí)時監(jiān)控都會帶來海量的數(shù)據(jù)傳輸需求，期間自主運(yùn)動過程中的信息傳輸不可避免的多普勒效應(yīng)，將帶來明顯的頻率色散。因此，在通信算法的設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際場景的業(yè)務(wù)需求設(shè)計合適的頻率色散應(yīng)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：路徑損耗智能鋼廠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備眾多，電磁波傳播過程中的固有損耗、大型設(shè)備遮擋的陰影效應(yīng)和鐵塵微粒的丁達(dá)爾效應(yīng)，都會導(dǎo)致傳播過程中信號的能量損失。另一方面，鋼廠物理環(huán)境的特殊性使得經(jīng)典的室內(nèi)外場景中的損耗模型難以直接應(yīng)用于鋼廠信道當(dāng)中。因此，智能鋼廠的路徑損耗模型需要結(jié)合鋼廠的實(shí)際環(huán)境具體分析，主要由以下三部分構(gòu)成。首先，電磁波信號自由空間傳播的固有損耗會直接影響傳播過程中能量損耗的強(qiáng)度。通常情況下，當(dāng)基站和用戶距離較近且沒有建筑物遮擋時，發(fā)端發(fā)送的電磁波可以沿著直線傳播到達(dá)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(shè)備的遮擋下，通過繞射、反射或折射到達(dá)接收端的方式，被稱為非直射徑（NonLine-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(shè)備遮擋導(dǎo)致的陰影效應(yīng)也會導(dǎo)致電磁波接收信號強(qiáng)度的下降。智能鋼廠中設(shè)備眾多、廠房結(jié)構(gòu)復(fù)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耗外，設(shè)備器械的遮擋所帶來的陰影效應(yīng)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(dǎo)致障礙物背面的場強(qiáng)明顯降低，由此到達(dá)接收端的能量會產(chǎn)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(dāng)中，形成空氣膠體，電磁波在傳播過程中會產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)。彌散的大量微小氧化鐵和粉塵對電磁波產(chǎn)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(dǎo)致接收端的信號強(qiáng)度明顯下降。綜上，智能鋼廠的物理環(huán)境十分復(fù)雜，電磁波傳播的固有損耗、大型設(shè)備和鋼架結(jié)構(gòu)遮擋的陰影效應(yīng)以及彌散微粒在空氣膠體中的丁達(dá)爾效應(yīng)，都會使得信號在無線信道的傳播過程中出現(xiàn)明顯的能量損耗。因此，經(jīng)典室內(nèi)外信道路徑損耗模型并不能直接應(yīng)用于智能鋼廠中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際鋼廠的信道環(huán)境實(shí)際測量分析，多次計算模擬出恰當(dāng)?shù)膿p耗因子才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的信道建模。時間色散如前所述，智能鋼廠大型設(shè)備、金屬環(huán)境都會電磁波產(chǎn)生多次折射反射，信號在廠房中傳播存在嚴(yán)重的多徑效應(yīng)，先后到達(dá)的信號產(chǎn)生碼間干擾。從時域上看，多條路徑傳播距離不同，到達(dá)時間也有先后，在第一條路徑上的信號已經(jīng)到達(dá)接收端時，還有傳播時間更長路徑上的信號陸續(xù)到達(dá)，后續(xù)到達(dá)路徑上的符號和先達(dá)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(chǎn)生干擾。通常情況下，多徑時延（DelaySpread,DS）描述了第一條路徑到達(dá)時間和最后一條路徑到達(dá)時間的差異，是刻畫多徑效應(yīng)嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。通過實(shí)地測試，圖2.3比較分析了正常街道環(huán)境和智能鋼廠信道響應(yīng)的時域功率譜。觀察發(fā)現(xiàn)，正常街道信號的時域功率譜接收信號的時間持續(xù)很短，小于1us，說明當(dāng)前場景中只有少數(shù)幾條徑能夠到達(dá)接收端，后達(dá)徑并不會對先達(dá)徑產(chǎn)生干擾；智能鋼廠的時域功率譜顯示接收信號的持續(xù)時間很長，多徑時延長達(dá)3.5us，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了協(xié)議規(guī)定的保護(hù)間隔，此時上一個符號較晚到達(dá)路徑上的信號還沒完全結(jié)束時，下一符號第一條路徑上的信號也已到達(dá)，將帶來嚴(yán)重的碼間干擾。圖2.3正常街道信號（左）和智能鋼廠實(shí)測信號（右）時域功率譜從頻域來看，現(xiàn)有5G系統(tǒng)的多載波信號是由多個子載波信號相互疊加后的結(jié)果，不同頻率的子載波信號在經(jīng)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(dǎo)致不同子載波信號到達(dá)接收端時相位的旋轉(zhuǎn)角度也不相同，多條路徑上子載波信號同相疊加后增強(qiáng)，反相疊加后減弱，最終表現(xiàn)為接收端不同頻點(diǎn)上的子載波信號有強(qiáng)有弱。具體而言，信號在接收端的不同頻點(diǎn)信號差異巨大，包絡(luò)極不平坦，呈現(xiàn)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（coherentbandwidth）是指信號在頻率信道響應(yīng)保持平坦特性的帶寬大小，是描繪頻率選擇性衰落強(qiáng)弱程度的重要指標(biāo)。通常情況下，相干帶寬的大小為Bc

1Tm其中，Tm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2.4以發(fā)現(xiàn)智能鋼廠的相干帶寬小，在頻率上變化非?？?，且衰落的幅40dB。也就是說，此時接收信號在不同頻點(diǎn)上的信號功率差異極大，信號包絡(luò)起伏速度快、幅度強(qiáng)，這對智能鋼廠通信系統(tǒng)對模擬波束的增益控制能力和應(yīng)對快衰信道的算法性能都帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。圖2.4智能鋼廠頻域信道響應(yīng)綜上所述，由于冶鋼行業(yè)工藝流程的特殊性，鋼鐵分廠大型設(shè)備、金屬環(huán)境會構(gòu)成復(fù)雜的多徑環(huán)境，帶來嚴(yán)重的時間色散，由此產(chǎn)生的碼間干擾和頻率選擇性衰落都非常嚴(yán)重。因此，在設(shè)計無線系統(tǒng)時應(yīng)該采用合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計方案，盡可能減少用戶與基站間的多徑數(shù)目，同時充分考慮多徑時延帶來的碼間干擾對解調(diào)性能的挑戰(zhàn)，并設(shè)計增益適應(yīng)力強(qiáng)的硬件產(chǎn)品以應(yīng)對信號包絡(luò)的強(qiáng)烈變化。頻率色散智能鋼廠在生產(chǎn)過程智能化、生產(chǎn)設(shè)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(guān)的智能設(shè)備（如焊接智能機(jī)器人、物料自主巡航車、高精度機(jī)械臂）必然呈爆炸式增長。另一方面，隨著監(jiān)控管理中心化、狀態(tài)共享云端化的不斷演進(jìn)，云上管理平臺與上述智能設(shè)備的實(shí)時交互，將帶來海量的傳輸數(shù)據(jù)（如視頻數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、運(yùn)動數(shù)據(jù)等）。然而，這些自主無人設(shè)備在作業(yè)過程中常常需要模擬人的姿態(tài)和行為，運(yùn)動過程將不可避免地帶來多普勒效應(yīng)，從而產(chǎn)生明顯的頻率色散，導(dǎo)致信號接收過程中出現(xiàn)頻偏。多普勒效應(yīng)帶來的頻率偏移可被建模為：fvcosD 其中，v是無人設(shè)備的運(yùn)動速度，為運(yùn)動方向與直線方向的夾角，為子載波信號的波長。相干時間（coherenttime）是指信道沖激響應(yīng)維持不變的時間間隔的統(tǒng)計平均值，是描繪多普勒頻偏的重要指標(biāo)。通常情況下，相干時間的大小為：1Tcf1D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(shí)地測試發(fā)現(xiàn)，智能鋼廠的運(yùn)行速度都不快，多普勒效應(yīng)引起的頻偏范圍相較于載波頻率不大，由此帶來的相對頻偏值對信號解調(diào)影響不大。但為保障無人自主作業(yè)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，云端管理平臺應(yīng)實(shí)時準(zhǔn)確獲取自主設(shè)備的傳感器信息，因此在設(shè)計鋼廠通信網(wǎng)絡(luò)時，也應(yīng)結(jié)合實(shí)際測試情況進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，設(shè)計高效可靠的接收方案。測試結(jié)論路徑損耗：智能鋼廠環(huán)境復(fù)雜，電磁波傳播的固有損耗、大型設(shè)備和鋼架結(jié)構(gòu)遮擋的陰影效應(yīng)以及彌散微粒在空氣膠體中的丁達(dá)爾效應(yīng)，都會導(dǎo)致接收信號的能量發(fā)生衰減。因此，在鋼廠信道建模的過程中，應(yīng)充分考慮上述因素的衰減效應(yīng)，并實(shí)地考察不同鋼廠物理環(huán)境的差異，根據(jù)實(shí)際測量結(jié)果，反復(fù)計算模擬得到合適的損耗因子，以準(zhǔn)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(fù)雜環(huán)境將不可避免地帶來多徑效應(yīng)，而多徑效應(yīng)對電磁波在時間上的色散作用，將導(dǎo)致信號在無線信道傳播過程中產(chǎn)生碼間干擾和頻率選擇性衰落。因此，在設(shè)計鋼廠智能化通信網(wǎng)絡(luò)時，要充分考察廠房的物理環(huán)境，采用合適的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計方案，減少多徑數(shù)目，從源頭上減輕多徑效應(yīng)的影響；同時設(shè)計魯棒性強(qiáng)的解調(diào)方案應(yīng)對頻率選擇性衰落的影響，并定制化硬件設(shè)備以應(yīng)對信號包絡(luò)的快速變化。頻率色散：隨著智能鋼廠生產(chǎn)過程智能化、生產(chǎn)設(shè)備自動化、狀態(tài)監(jiān)控云端化進(jìn)程的不斷深入，廠房中的無人作業(yè)設(shè)備將呈爆炸式增長。為了減輕無人設(shè)備運(yùn)動過程中多普勒效應(yīng)的影響，在規(guī)劃通信網(wǎng)絡(luò)方案時，應(yīng)充分考慮不同場景下無人設(shè)備的速度變化，設(shè)計差異化的應(yīng)對策略。三.鋼鐵行業(yè)電磁環(huán)境下的無線通信解決方案建議（一）鋼鐵行業(yè)車間無線解決方案建議鋼鐵廠房內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，存在大量的金屬隔板，NLOS場景多，又由于鋼板的強(qiáng)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(dá)接收機(jī)的時間不同，使接收機(jī)發(fā)生時延擴(kuò)展，另外不同時間、強(qiáng)度的多徑信號會與主徑信號產(chǎn)生重疊，導(dǎo)致廠房內(nèi)多站點(diǎn)多CPE間可能會存在大的干擾。針對鋼鐵廠房內(nèi)的以上特點(diǎn)，給出一些解決方案和方向上的建議，以供網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(yuǎn)處點(diǎn)位的信號強(qiáng)度會減小。為了有效評估信號的傳播距離，引入鏈路預(yù)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(yīng)的傳播模型，計算出滿足終端業(yè)務(wù)需求的基站覆蓋距離。相比其他常規(guī)公網(wǎng)的鏈路預(yù)算，鋼鐵廠房內(nèi)有兩點(diǎn)需要特別考慮，一是廠房反射路徑多，小區(qū)間干擾大。二是目前沒有特定的廠房內(nèi)的傳播模型，3GPPLOSNLOSNLOSInF-SL、InF-DL、InF-SH、InF-DHInF-SH模型適用于廠房內(nèi)設(shè)施稀疏（Ssparse）場景，InF-DLInF-DH（Ddense）場景，L（Llow）廠房內(nèi)物體平均高度，H表示基站的收發(fā)天線高度高于（Hhigh）廠房內(nèi)物體平均高度。3GPP3.1表3.13GPP推薦的四種廠房內(nèi)無線傳播路徑損耗模型的表達(dá)式視距(LOS)/非視距(NLOS)工業(yè)廠房內(nèi)無線傳播環(huán)境的特征無線傳播路徑損耗(dB)LOS基站到終端視距直達(dá)PL=31.84+21.50lg(d3d)+19.00lg(fc)NLOSInF-SLPL=33.00+25.50lg(d3d)+20.00lg(fc)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(tǒng)的中心頻率。為了獲得滿足實(shí)際鋼鐵廠廠房內(nèi)無線傳播路徑損耗模型，可以在廠房內(nèi)對5GNR基站無線信號的實(shí)際覆蓋情況進(jìn)行測試（例如圖5GNRSSRSRP）5GNR3GPPInF-SL、InF-DL、InF-SH、InF-DH5GNRSSRSRP5GNR該理論覆蓋半徑與在廠房內(nèi)的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比，并根據(jù)對比結(jié)果對無線傳播路徑損耗模型中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正，使基于修正后的5GNRSSRSRP)與實(shí)際測試結(jié)果之間的差值盡量小。經(jīng)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(huán)境中的傳播特征，然后在對該廠房5GNR圖3.1某鋼鐵公司厚板廠廠房內(nèi)的5GNR基站SSRSRP覆蓋測試結(jié)果示例由于鋼鐵廠廠房的環(huán)境具有高溫、多塵的特點(diǎn)，因此無線網(wǎng)絡(luò)不適合采用吸頂式全向天線型的室分設(shè)備，而多采用定向天線型設(shè)備，常用的設(shè)備包括64T64R、32T32RAAU8T8R、4T4RRRUAAU覆蓋能力強(qiáng)、支持容量大的特點(diǎn)，但在密閉的廠房內(nèi)相鄰小區(qū)之間會存在同頻干擾；RRUAAUAAU12）之間可以組成一個超級小區(qū)（supercell），組成超級小區(qū)的各個物理小區(qū)會被作為同一個邏輯小區(qū)，因而各物5GNR時，需要選擇合適的安裝點(diǎn)位，充分利用基站天線的方向性，使各LOS場景，少NLOS備安裝在廠房內(nèi)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(yuǎn)或外接定向天線。（二）鋼鐵廠廠房內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃常見問題及解決方案建議常見的鋼鐵廠智能化生產(chǎn)業(yè)務(wù)類型包括行車遠(yuǎn)控、無人鐵水運(yùn)輸、帶鋼表面智能檢驗(yàn)等。傳統(tǒng)的行車操控主要依靠現(xiàn)場行車操作室內(nèi)操作人員手動完成，工作條件比較惡劣。行車遠(yuǎn)控則通過無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時回傳生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻畫面，以及PLC控制信息、行車狀態(tài)監(jiān)測信息等，使操作人員在遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場的操控室內(nèi)就能夠?qū)π熊囘M(jìn)行操作，大大改善了操作人員的工作環(huán)境，保障了生產(chǎn)安全，提高了生產(chǎn)效率。鐵水運(yùn)輸是連接高爐出鐵和煉鋼環(huán)節(jié)的紐帶，通常在鋼企園區(qū)中是利用有軌機(jī)車牽引魚雷罐車來運(yùn)輸溫度高達(dá)上千度的鐵水。在人工駕駛機(jī)車場景下，由于鋼企園區(qū)內(nèi)高爐林立，道路縱橫交錯，駕駛員在機(jī)車駕駛室內(nèi)常常很難提前看清前方路口的環(huán)境，因此目前只能通過低速駕駛和提前設(shè)置柵欄等措施來保證運(yùn)輸安全，影響了運(yùn)輸效率。利用無線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)車內(nèi)對前方非視距范圍內(nèi)的道口路況提前查看；進(jìn)一步地，操作人員還可以在遠(yuǎn)端操控室內(nèi)，通過查看現(xiàn)場回傳的實(shí)時路況視頻和鐵水罐車溫控等信息，遠(yuǎn)程操控和智能調(diào)度鐵水罐車，實(shí)現(xiàn)無人自動駕駛。傳統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)和人工智能機(jī)器視覺技術(shù)，能夠?qū)崟r采集多個檢測點(diǎn)的表面高清圖像并傳輸?shù)組EC邊緣云平臺，然后與缺陷信息庫進(jìn)行智能比對，并確認(rèn)帶鋼表面是否存在質(zhì)量缺陷以及缺陷的具體類型，從而大大提高帶鋼表面質(zhì)量缺陷的實(shí)時檢測準(zhǔn)確度和檢測效率，并避免人工檢測時易出現(xiàn)的漏檢、錯檢等情況。行車遠(yuǎn)控、無人鐵水運(yùn)輸和帶鋼表面智能檢測幾項業(yè)務(wù)對于無線網(wǎng)絡(luò)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(yè)務(wù)在上行速率、時延、可靠性等幾方面都有著較高的要求。5GNR網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、低時延、高可靠、廣連接特性，使其在滿足行車遠(yuǎn)控等鋼鐵企業(yè)ToB業(yè)務(wù)對于無線網(wǎng)絡(luò)的需求方面，相比3G或4G網(wǎng)絡(luò)具有不可替代的優(yōu)勢。表3.2鋼鐵行業(yè)幾種常見ToB業(yè)務(wù)對無線網(wǎng)絡(luò)性能的要求TOB業(yè)務(wù)類型TOB業(yè)務(wù)描述上行速率要求平均時延要求可靠性要求行車遠(yuǎn)控圖像/視頻流上傳>50Mbps(8K)<20ms99.9PLC指令下達(dá)50kbps<20ms99.99無人鐵水運(yùn)輸圖像/視頻流上傳>50Mbps(8K)<20ms99.9PLC指令下達(dá)50kbps<20ms99.99帶鋼表面智能檢測圖像/視頻流上傳>50Mbps(8K)<20ms99.9頻譜規(guī)劃與選擇中國移動可用頻段有：700MHz/900MHz/1.8GHz/1.9GHz/2GHz/2.3GHz/2.6GHz/4.9GHz700MHz建共享，用于5GNR連續(xù)覆蓋打底層。900MHzLTE覆蓋打底層，兼顧GSM、NB需求。1.8GHz、1.9GHz、2GHz2.3GHzLTE2.6GHz5GNR60MLTE4.9GHz5GNR中國電信可用頻段有：800MHz/1.8GHz/2.1GHz/3.5GHz。800MHz可用于CDMA、LTE5GNR網(wǎng)絡(luò)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(bǔ)盲和室內(nèi)覆蓋，目前電信已重耕2.1GHz頻段做5GNR蓋和室內(nèi)覆蓋，并與聯(lián)通開展共建共享。3.5GHz頻段為3.4G-3.5GHz5GNR中國聯(lián)通可用頻段有：900MHz/1.8GHz/2.1GHz/3.5GHz。900MHzGLGU1.8GHzLTE2.1GHzUMTS的主力頻段，個別城市也開通了2.1GHzLTE3.5GHz為3.5G-3.6GHz,用于5GNR覆蓋。鋼鐵園區(qū)的無線頻段選擇，與各運(yùn)營商使用的主流5GNR2.6GHz3.5GHz。由于鋼鐵廠的生產(chǎn)業(yè)務(wù)場景對可靠性和網(wǎng)絡(luò)性能要求較高，中國移動的無線4.9GHz（100MHz），2.6GHz3.5GHz200MHz（3.4GHz-3.6GHz）3.3GHz~3.4GHz300MHz1D3U4.9GHz4.9GHz的站點(diǎn)，進(jìn)行干擾規(guī)避；3.5GHz5GNR1D3U鋼鐵廠廠房內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的可靠性保障及容災(zāi)方案5GNR3-25GNR5GNR99.999表3.35GNR專網(wǎng)可用性要求的等級等級網(wǎng)絡(luò)可用性要求()典型應(yīng)用場景SLA1[99,