核电TD-SCDMA无线专网系统解决方案

王安义 孙伟强 张 谦

(西安科技大学通信与信息工程学院1，陕西 西安 710054;大唐移动(西安)通信设备有限公司2，陕西 西安 710061)

0 引言

核能是一种高效清洁的绿色能源，已作为新型的能源供人类使用和开发。积极推进核电的建设和发展是我国新能源建设的一项重要政策。我国的核电中长期发展规划明确指出:建立和完善核电安全运行和技术服务体系［1］。期待依托于新一代的无线系统解决方案来承载核电安全生产的信息化［2］。利用无线的传输方式［3］，实现对核岛及其所属区域的全面覆盖，并提供语音通信、宽带无线综合接入、集群调度、短信实时广播等功能。

TD-SCDMA［4］是我国提出的第三代国际移动通信标准，我国作为TD的提出者和核心技术的开发者，直接拥有自主知识产权。TD-SCDMA采用的是时分双工(time division duplexing，TDD)的接入方式，TD 专网随中国移动3G公网的发展而日渐成熟。TD专网无线系统具有丰富的功能和稳定的性能。

1 核电TD专网需求

核电站内部建筑以厚重为主，任何形式的无线通信均无穿透的可能。核电站对生产安全性的要求也非常严格，为了能有效控制无线电磁波对仪控设备的干扰，人员进入警示区后严禁使用任何民用无线终端和对讲机［5］。

建设周期长是核电的建设中突出的特点，而建设期间人员之间信息的沟通效率有待提高。同时核电站每隔一段时间需要停机检修，检修维护期间的信息交互量大，这在一定程度上决定了检修期的长短，进而对经济效益产生很大的影响。

核电站常用的无线通信手段有小灵通、WiFi、BP机、CDMA等，而目前我国核电站的无线通信技术难以满足核电的发展要求，其现用的技术有的还停留在20世纪80年代，即使用BP机终端设备收到Paging以后，再使用电话复机。法国使用数位增强无线通信(digital enhancement cordless telecommunications，DECT)系统，但用户不能靠近仪控设备，由此看出现用通信手段或多或少存在不足之处。

利用新一代的无线通信技术［6－7］，为用户量身定制一种以TD-SCDMA技术为基础的核电无线专网(TDeN)系统［8］，将能有效解决无线信号的覆盖问题。TDeN系统是高集成度的小型化TD-SCDMA专网系统，能很好地实现有线和无线的综合业务，满足核电多样的现场通信需求。TDeN系统将会以网络性能好、建网成本低、安全性和可靠性高等特点来承载核电安全生产信息化，实现便捷高效的核电无线通信。

2 核电TD专网解决方案

2.1 TDeN 设备组成

TD-SCDMA专网无线系统集成的是TD公网通信的主要功能，是小型化的TD-SCDMA无线通信系统［9］。TDeN专网中的设备主要由以下几部分组成。

①交换调度机(TDS100):主要完成系统核心交换和调度功能。

②综合网络控制器(TDR100):集成了核心网分组域(CS)、无线网络控制(RNC)、基站控制功能，完成用户业务数据的统一接入和综合处理。

③基站控制器(TDB100):完成基带信号处理功能，并能进行Ir接口标准与Iub接口标准的转换;增强系统基带处理能力，并支持基带处理扩容。

④室内型基站(TDU200)、室外型基站(TDU300):通过其分布式组网，完成无线网络的有效覆盖。通过光纤传输链路实现与基站控制器设备的通信，接收和发送I/Q基带信号，以及相应的O＆M信息。同时获取基站工作所需的时钟和同步信号。

⑤网关:实现专网系统和外部网络的互联互通。

⑥调度台:调度台提供图形化综合调度的功能，准确显示系统中各个用户终端的当前状态。调度员能进行各种功能的调度操作，实现多种方式的通信和调度。

⑦短消息中心:实现和操作短信的存储与转发。

⑧操作维护中心:运行维护平台包括接入网关、网管平台，共同完成网络设备及用户终端数据的维护，保证专网中数据的正常运行。

2.2 TDeN 组网方案

核电站中需要覆盖的区域可分三种情况:室外区域、室内非限制区域、室内限制区域。限制区域指反应堆的控制中心。如果通信设备干扰反应堆的运行，可能引起异常安全事故。

在核电站的整体运营期间，整个厂区分为重点区域和非重点区域。重点区域所属终端不能发射无线信号，只能接收广播信息和点对点的短信。非重点区域所属终端可以发射无线信号，此区域内终端可以接收和发送广播信息和点对点的短信，也可以呼入呼出电话、集群对讲、数据的即时发送和接收、视频的无失真发送和接收。

维护保养期间，所维护的核电站的重点区域将改变其属性为非重点区域，通信方式由单向转换为双向通信。此外，也可以引入协同作业系统，加快信息的沟通，能直观反馈现场状态。

TDeN专网系统示意图如图1所示。

图1 核电专网系统Fig.1 The private network system for nuclear power

2.3 TDeN 方案特点

TDeN组网方案的优势表现在以下几个方面。

① 能根据核电站的结构特点［10］，进行TD专网方案的灵活设计。

②基站至核心网控制器为全光纤连接，可支持光纤6级基站设备级联。

③设备间的级联传输稳定，信号衰减很小。

④光纤设备间的级联组网，可很好地避免7/8馈线在核电厂房内的穿梭，降低了施工难度系数。

⑤基站设备的小型化设计，更易于施工的安装。

⑥不采用传统的直放站及干放设备，避免背景噪声的干扰;通过噪声估计并结合语音编码方案提高调制的判决准确度，能使信号质量良好和通话效果清晰。

全IP网络架构的组网方式，其基站采用光纤级联，这样使得组网灵活。光纤拉远级联的方式大大减少了馈线的使用，这在很大程度上降低了施工难度系数。供电方式采用150～300 VAC、－57～－40 VDC。光纤级联基站设备，信号损耗小，分布式天馈系统布放，信号覆盖充分，能很好地实现专网无线信号的覆盖。为核电系统专门研发设计的TD终端，在进入限制区后上行发射自行关闭，更保证了核电站的安全生产。

TD专网系统的技术优势主要表现为:①接入认证，实现双向鉴权，以五元组代替三元组，伪基站方案彻底不可行;②完整性保护，能确保消息不被篡改;③加密算法，采用128、256位加密算法，确保空口不被侦听;④国有标准拒绝国外系统的后门漏洞;⑤可叠加应用层加密，提供多种安全防护手段。

TDeN系统网络具有高安全性和可靠性、较低的建网成本，是核电专网新建与改造的最佳技术解决方案。

2.4 业务分析

TDeN自身有着强大的无线通信业务能力，能提供高质量的常规通信业务，包括语音通话、点对点短信发送和短信群发、可视电话等业务。

在核岛的特殊环境下，TDeN与外部公网可实现互联互通，搭载的调度台可实现有线和无线电话的统一调度和多方通话。除此之外，TDeN还能提供移动传感器信息的实时传输、宽带数据业务的快速接入以及高清监控视频的无失真传送。

核电站TDeN专网系统也能支持以下功能。

①终端和系统设备配合，可区分限制区和非限制区;

②终端在限制区不发射无线信号，只接收无线信号;

③终端在收到限制区域基站的可用信号后，向网络发起位置更新，更新到限制区所属基站，同时自动关闭上行发射;

④终端在监测到没有可用的限制区基站信号时，收到可用的非限制区基站信号后位置更新到非限制区基站;

⑤终端在限制区可接收来自非限制区终端、信息平台的点播和广播短信;

⑥终端在非限制区可接收来自非限制区终端、信息平台的点播和广播短信;

⑦终端在通话过程中，如果终端从非限制区域进入限制区域，就会进行特殊通信控制，通话过程被切断，终端提示进入限制区。

3 结束语

TDeN专网系统实现了核电无线系统的宽带化、数据化和图像化，提高了核电信息化生产的技术水平。TDeN专网系统完全应用的是自有标准，具有完整的技术知识产权和军工级安全级别。技术定制方面，TD终端在核岛限制区自动关闭上行发射功率，更保证了核电的安全生产。TDeN作为高起点的移动通信新技术，将为核电行业用户带来全新的应用体验，很大程度上提高企业管理和生产的效率。

［1］国家发展和改革委员会.核电中长期发展规划(2005－2020)［R］.2007.

［2］中华人民共和国核行业标准.EJ/T 637－92核电厂安全有关通信系统［S］.1992.

［3］William S.无线通信与网络［M］.北京:清华大学出版社，2005.

［4］李世鹤.TD-SCDMA第三代移动通信系统标准［M］.北京:人民邮电出版社，2003.

［5］王继宏，阚志刚.无线寻呼系统的设计与实现［J］.计算机应用研究，2000(1):68－69.

［6］金怡初.秦山核电站的无线通信设计特点［J］.上海电力学院学报，2009(4):150－152.

［7］毕道伟，章俊武.核电站无线技术应用及其关键问题研究［J］.自动化仪表，2010，31(9):47 －53.

［8］张谦，李睿.TD-SCDMA通信专网TDeN在煤炭行业的应用［J］.移动通信，2011，35(12):64 －68.

［9］赵忻.AP1000核电站无线通信系统的可行性分析及技术方案选型［J］.中国核电，2012(12):335 －339.

［10］郑勇.无线通信技术在核电站的应用［C］//中国核能行业协会2008年中国核能可持续发展论坛论文集.北京:中国核能协会，2008:76－80.