張陸洋 梅華悅

（信通院工業(yè)互聯網創(chuàng)新中心（重慶）有限公司 重慶市 401147）

1 引言

近年來，隨著4G通信技術的高速發(fā)展和廣泛應用，有效滿足了用戶對無線通信系統支持快速增長的移動寬帶數據業(yè)務的需求。然而伴隨著新型工業(yè)化呈現出的產業(yè)范式向創(chuàng)新發(fā)展轉變，平臺經濟成為新的產業(yè)組織形態(tài)和綠色發(fā)展成為新的戰(zhàn)略任務等新趨勢。作為國之重器之一的核電工程，5G通信技術在核電的應用，可以為其提供新動能，解決超高帶寬、超低時延、超高可靠性和廣覆蓋的大連接業(yè)務需求。

2 5G通信關鍵技術

5G 新空口（NR，New Radio）支持FDD 和TDD 雙工模式，可工作頻率范圍為3.3-3.6 GHz、4.8-5.0 GHz、24.75-27.5 GHz和37-42.5 GHz。子載波間隔可根據業(yè)務情況靈活配置，包括15 kHz，30 kHz，60 kHz，120 kHz，240 kHz，不同子載波間隔對應不同單載波帶寬，單載波支持最大帶寬分別為100 MHz（6 GHz 以下）和400 MHz（6 GHz 以上）。

2.1 幀結構

5G NR 的幀結構的基礎組成單位為時隙（slot），其中每個時隙包含有14 個符號。幀長度為10 ms，每個幀由10 個子幀組成，由于子載波間隔的可配置性，每個子幀的時隙個數也不同，子載波間隔越大，子幀內包含的時隙數越多。

2.2 技術標準兼容性

由最早的3GPP 中R14 開展5G 系統框架和關鍵技術研究，到R15 滿足5G 需求的第一版標準，再到推進中的R16 第二版5G 標準，技術標準的前后兼容性是5G 技術最基本要求。

2.3 Massive MIMO

大規(guī)模天線是5G NR 提升頻譜效率的核心技術，其主要特點是優(yōu)化頻譜使用效率，擴展系統容量，有效抑制干擾。多天線傳輸基本過程如圖1所示。

圖1：多天線傳輸基本過程

2.4 邊緣計算

邊緣計算技術可以在網絡邊緣側，分布式部署融合云-邊-網-端能力的邊緣節(jié)點，提供通信、計算和存儲能力，保證數據處理和分析的實時性。

3 核電應用場景

3.1 核電運營中的車聯網應用

核電站廠區(qū)內大量通勤車的運行，增加了電站的運營成本，提高了安全事故風險。在廠區(qū)環(huán)境內傳統的班車運營模式缺乏智能化和大數據分析管理手段，造成綜合工作效率低和資源浪費的問題?；贑-V2X 技術的無人駕駛是有效解決以上痛點和問題的有效解決方案。核電站車聯網場景如圖2所示。核電站依托5G 通信低延時與高帶寬的技術特征，完成車內、車與車、車與路、車與人、車與服務平臺的全方位連接，從而實現智能駕駛和智能出行，為用戶提供智能、舒適、安全、節(jié)能、高效的綜合服務。

圖2：核電站車聯網場景圖

3.2 核電運營中的智能巡檢

核電站在運營中的巡檢主要以人工巡檢為主。人工巡檢存在人力成本高、時間周期長、巡檢效率低、漏檢率高等幾個問題。通過部署5G 與無人駕駛飛行器（Unmanned Aerial Vehicle，簡稱無人機）融合平臺可以對以上問題進行合理優(yōu)化，特別是在安全和效率方面，實現智能化、精細化巡檢。5G 與無人機融合平臺搭載技術主要有高清拍攝和視頻回傳、紅外熱成像、雷達、實時差分定位和云平臺服務。

3.3 5G+MEC智慧核電數字孿生平臺

由于核電站系統組裝拆卸工序復雜、核反應堆組件所處環(huán)境不可接近、核電站參數異常診斷及處理困難，核電站具有廠區(qū)數字化設計建模、核反應堆在線監(jiān)測、核電設備設計建造等應用需求。5G+MEC 智慧核電數字孿生平臺如圖3所示，利用物理數據模型、傳感器更新、運行歷史等數據，利用傳感器數據與制造數據集成融合、多模態(tài)數據采集等技術對常規(guī)島、核島等核電站廠區(qū)進行數字孿生基座的采集重建[1]，將現實空間解析再編程，完成核電站在虛擬空間的映射，反映核電站運行的全生命周期過程，模擬核電站在現實環(huán)境中的智能化生產運維，實現原材料節(jié)約、無效工序減少、機組故障診斷和無人化健康管理[2]，提升核電站運行經濟性和安全性。

圖3：5G+MEC 智慧核電數字孿生示意圖

3.4 智能化核電站安全管控平臺

核電站發(fā)電作業(yè)、安全管理影響因素較多，核島具有放射性且存在密閉空間，核電站機組大修期間核島通風、照明問題突出，且常規(guī)島中管道密集，設備集中。智能化核電站安全管控平臺，是基于5G 的流量、氣體、溫度、濕度傳感器，全方位收集核電站各項環(huán)境信息，結合北斗高精度定位監(jiān)測核電站資產空間位置，收集實時監(jiān)控數據和異動警告。搭建智能化核電站安全管控平臺將有效提高核電站的核安保、核應急能力和安全水平，為核島和常規(guī)島提供現場安全監(jiān)管，實現高危復雜的核發(fā)電作業(yè)環(huán)境的全過程風險防范和監(jiān)管督查。

4 系統網絡架構

5G 通信系統網絡架構基本包括UE（終端層）、無線接入層、網絡接入層和應用業(yè)務層。系統網絡架構圖如圖4所示。

圖4：系統網絡架構圖

5 結語

本文基于幀結構、大規(guī)模MIMO 技術、邊緣計算、切片網絡等5G通信技術，提出核電運營的車聯網應用、智能巡檢、5G+MEC 智慧核電數字孿生、智能化核電站安全管控平臺等應用，為核電工程賦能。