王安義 孫偉強 張 謙

(西安科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院1，陜西 西安 710054;大唐移動(西安)通信設(shè)備有限公司2，陜西 西安 710061)

0 引言

核能是一種高效清潔的綠色能源，已作為新型的能源供人類使用和開發(fā)。積極推進核電的建設(shè)和發(fā)展是我國新能源建設(shè)的一項重要政策。我國的核電中長期發(fā)展規(guī)劃明確指出:建立和完善核電安全運行和技術(shù)服務(wù)體系［1］。期待依托于新一代的無線系統(tǒng)解決方案來承載核電安全生產(chǎn)的信息化［2］。利用無線的傳輸方式［3］，實現(xiàn)對核島及其所屬區(qū)域的全面覆蓋，并提供語音通信、寬帶無線綜合接入、集群調(diào)度、短信實時廣播等功能。

TD-SCDMA［4］是我國提出的第三代國際移動通信標準，我國作為TD的提出者和核心技術(shù)的開發(fā)者，直接擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。TD-SCDMA采用的是時分雙工(time division duplexing，TDD)的接入方式，TD 專網(wǎng)隨中國移動3G公網(wǎng)的發(fā)展而日漸成熟。TD專網(wǎng)無線系統(tǒng)具有豐富的功能和穩(wěn)定的性能。

1 核電TD專網(wǎng)需求

核電站內(nèi)部建筑以厚重為主，任何形式的無線通信均無穿透的可能。核電站對生產(chǎn)安全性的要求也非常嚴格，為了能有效控制無線電磁波對儀控設(shè)備的干擾，人員進入警示區(qū)后嚴禁使用任何民用無線終端和對講機［5］。

建設(shè)周期長是核電的建設(shè)中突出的特點，而建設(shè)期間人員之間信息的溝通效率有待提高。同時核電站每隔一段時間需要停機檢修，檢修維護期間的信息交互量大，這在一定程度上決定了檢修期的長短，進而對經(jīng)濟效益產(chǎn)生很大的影響。

核電站常用的無線通信手段有小靈通、WiFi、BP機、CDMA等，而目前我國核電站的無線通信技術(shù)難以滿足核電的發(fā)展要求，其現(xiàn)用的技術(shù)有的還停留在20世紀80年代，即使用BP機終端設(shè)備收到Paging以后，再使用電話復(fù)機。法國使用數(shù)位增強無線通信(digital enhancement cordless telecommunications，DECT)系統(tǒng)，但用戶不能靠近儀控設(shè)備，由此看出現(xiàn)用通信手段或多或少存在不足之處。

利用新一代的無線通信技術(shù)［6－7］，為用戶量身定制一種以TD-SCDMA技術(shù)為基礎(chǔ)的核電無線專網(wǎng)(TDeN)系統(tǒng)［8］，將能有效解決無線信號的覆蓋問題。TDeN系統(tǒng)是高集成度的小型化TD-SCDMA專網(wǎng)系統(tǒng)，能很好地實現(xiàn)有線和無線的綜合業(yè)務(wù)，滿足核電多樣的現(xiàn)場通信需求。TDeN系統(tǒng)將會以網(wǎng)絡(luò)性能好、建網(wǎng)成本低、安全性和可靠性高等特點來承載核電安全生產(chǎn)信息化，實現(xiàn)便捷高效的核電無線通信。

2 核電TD專網(wǎng)解決方案

2.1 TDeN 設(shè)備組成

TD-SCDMA專網(wǎng)無線系統(tǒng)集成的是TD公網(wǎng)通信的主要功能，是小型化的TD-SCDMA無線通信系統(tǒng)［9］。TDeN專網(wǎng)中的設(shè)備主要由以下幾部分組成。

①交換調(diào)度機(TDS100):主要完成系統(tǒng)核心交換和調(diào)度功能。

②綜合網(wǎng)絡(luò)控制器(TDR100):集成了核心網(wǎng)分組域(CS)、無線網(wǎng)絡(luò)控制(RNC)、基站控制功能，完成用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入和綜合處理。

③基站控制器(TDB100):完成基帶信號處理功能，并能進行Ir接口標準與Iub接口標準的轉(zhuǎn)換;增強系統(tǒng)基帶處理能力，并支持基帶處理擴容。

④室內(nèi)型基站(TDU200)、室外型基站(TDU300):通過其分布式組網(wǎng)，完成無線網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋。通過光纖傳輸鏈路實現(xiàn)與基站控制器設(shè)備的通信，接收和發(fā)送I/Q基帶信號，以及相應(yīng)的O＆M信息。同時獲取基站工作所需的時鐘和同步信號。

⑤網(wǎng)關(guān):實現(xiàn)專網(wǎng)系統(tǒng)和外部網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

⑥調(diào)度臺:調(diào)度臺提供圖形化綜合調(diào)度的功能，準確顯示系統(tǒng)中各個用戶終端的當(dāng)前狀態(tài)。調(diào)度員能進行各種功能的調(diào)度操作，實現(xiàn)多種方式的通信和調(diào)度。

⑦短消息中心:實現(xiàn)和操作短信的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)。

⑧操作維護中心:運行維護平臺包括接入網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)管平臺，共同完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及用戶終端數(shù)據(jù)的維護，保證專網(wǎng)中數(shù)據(jù)的正常運行。

2.2 TDeN 組網(wǎng)方案

核電站中需要覆蓋的區(qū)域可分三種情況:室外區(qū)域、室內(nèi)非限制區(qū)域、室內(nèi)限制區(qū)域。限制區(qū)域指反應(yīng)堆的控制中心。如果通信設(shè)備干擾反應(yīng)堆的運行，可能引起異常安全事故。

在核電站的整體運營期間，整個廠區(qū)分為重點區(qū)域和非重點區(qū)域。重點區(qū)域所屬終端不能發(fā)射無線信號，只能接收廣播信息和點對點的短信。非重點區(qū)域所屬終端可以發(fā)射無線信號，此區(qū)域內(nèi)終端可以接收和發(fā)送廣播信息和點對點的短信，也可以呼入呼出電話、集群對講、數(shù)據(jù)的即時發(fā)送和接收、視頻的無失真發(fā)送和接收。

維護保養(yǎng)期間，所維護的核電站的重點區(qū)域?qū)⒏淖兤鋵傩詾榉侵攸c區(qū)域，通信方式由單向轉(zhuǎn)換為雙向通信。此外，也可以引入?yún)f(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，加快信息的溝通，能直觀反饋現(xiàn)場狀態(tài)。

TDeN專網(wǎng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 核電專網(wǎng)系統(tǒng)Fig.1 The private network system for nuclear power

2.3 TDeN 方案特點

TDeN組網(wǎng)方案的優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面。

① 能根據(jù)核電站的結(jié)構(gòu)特點［10］，進行TD專網(wǎng)方案的靈活設(shè)計。

②基站至核心網(wǎng)控制器為全光纖連接，可支持光纖6級基站設(shè)備級聯(lián)。

③設(shè)備間的級聯(lián)傳輸穩(wěn)定，信號衰減很小。

④光纖設(shè)備間的級聯(lián)組網(wǎng)，可很好地避免7/8饋線在核電廠房內(nèi)的穿梭，降低了施工難度系數(shù)。

⑤基站設(shè)備的小型化設(shè)計，更易于施工的安裝。

⑥不采用傳統(tǒng)的直放站及干放設(shè)備，避免背景噪聲的干擾;通過噪聲估計并結(jié)合語音編碼方案提高調(diào)制的判決準確度，能使信號質(zhì)量良好和通話效果清晰。

全IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的組網(wǎng)方式，其基站采用光纖級聯(lián)，這樣使得組網(wǎng)靈活。光纖拉遠級聯(lián)的方式大大減少了饋線的使用，這在很大程度上降低了施工難度系數(shù)。供電方式采用150～300 VAC、－57～－40 VDC。光纖級聯(lián)基站設(shè)備，信號損耗小，分布式天饋系統(tǒng)布放，信號覆蓋充分，能很好地實現(xiàn)專網(wǎng)無線信號的覆蓋。為核電系統(tǒng)專門研發(fā)設(shè)計的TD終端，在進入限制區(qū)后上行發(fā)射自行關(guān)閉，更保證了核電站的安全生產(chǎn)。

TD專網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢主要表現(xiàn)為:①接入認證，實現(xiàn)雙向鑒權(quán)，以五元組代替三元組，偽基站方案徹底不可行;②完整性保護，能確保消息不被篡改;③加密算法，采用128、256位加密算法，確?？湛诓槐粋陕?④國有標準拒絕國外系統(tǒng)的后門漏洞;⑤可疊加應(yīng)用層加密，提供多種安全防護手段。

TDeN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有高安全性和可靠性、較低的建網(wǎng)成本，是核電專網(wǎng)新建與改造的最佳技術(shù)解決方案。

2.4 業(yè)務(wù)分析

TDeN自身有著強大的無線通信業(yè)務(wù)能力，能提供高質(zhì)量的常規(guī)通信業(yè)務(wù)，包括語音通話、點對點短信發(fā)送和短信群發(fā)、可視電話等業(yè)務(wù)。

在核島的特殊環(huán)境下，TDeN與外部公網(wǎng)可實現(xiàn)互聯(lián)互通，搭載的調(diào)度臺可實現(xiàn)有線和無線電話的統(tǒng)一調(diào)度和多方通話。除此之外，TDeN還能提供移動傳感器信息的實時傳輸、寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速接入以及高清監(jiān)控視頻的無失真?zhèn)魉汀?/p>

核電站TDeN專網(wǎng)系統(tǒng)也能支持以下功能。

①終端和系統(tǒng)設(shè)備配合，可區(qū)分限制區(qū)和非限制區(qū);

②終端在限制區(qū)不發(fā)射無線信號，只接收無線信號;

③終端在收到限制區(qū)域基站的可用信號后，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起位置更新，更新到限制區(qū)所屬基站，同時自動關(guān)閉上行發(fā)射;

④終端在監(jiān)測到?jīng)]有可用的限制區(qū)基站信號時，收到可用的非限制區(qū)基站信號后位置更新到非限制區(qū)基站;

⑤終端在限制區(qū)可接收來自非限制區(qū)終端、信息平臺的點播和廣播短信;

⑥終端在非限制區(qū)可接收來自非限制區(qū)終端、信息平臺的點播和廣播短信;

⑦終端在通話過程中，如果終端從非限制區(qū)域進入限制區(qū)域，就會進行特殊通信控制，通話過程被切斷，終端提示進入限制區(qū)。

3 結(jié)束語

TDeN專網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)了核電無線系統(tǒng)的寬帶化、數(shù)據(jù)化和圖像化，提高了核電信息化生產(chǎn)的技術(shù)水平。TDeN專網(wǎng)系統(tǒng)完全應(yīng)用的是自有標準，具有完整的技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)和軍工級安全級別。技術(shù)定制方面，TD終端在核島限制區(qū)自動關(guān)閉上行發(fā)射功率，更保證了核電的安全生產(chǎn)。TDeN作為高起點的移動通信新技術(shù)，將為核電行業(yè)用戶帶來全新的應(yīng)用體驗，很大程度上提高企業(yè)管理和生產(chǎn)的效率。

［1］國家發(fā)展和改革委員會.核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005－2020)［R］.2007.

［2］中華人民共和國核行業(yè)標準.EJ/T 637－92核電廠安全有關(guān)通信系統(tǒng)［S］.1992.

［3］William S.無線通信與網(wǎng)絡(luò)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005.

［4］李世鶴.TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)標準［M］.北京:人民郵電出版社，2003.

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