核电站无线通信机制的有效性选择

1、核电站无线通信机制的有效性选择以美国核电站的产业标准和实践做参照能够看出，在中国的 AP1000 核电站内设置、使用无线电话系统的要求是合理的，代表了当前先进 核电设施的设计与运营的技术趋势，会对未来核电站的高效、安全生 产起到积极作用，并且能够带来直接的经济效益。由此可见，根据核 电站技术和实践的新趋势，在核电站内部使用无线电话系统是可行的。 只要选用的技术和产品符合相关的电磁兼容和射频干扰标准，就能够 用于核电站内与安全性非直接相关的功能。对于高水平的核电站，不 但必须部署无线电话系统，而且该系统是核电站各阶段作业中，员工 之间通信时首选的通信系统。AP1000 无线通信系统的特点AP10

2、00 核电站要求在核岛内与核岛外提供具有针对性的解决方案，既 要满足岛内微功率条件下的有效覆盖，又要满足岛外大范围条件下的 手持终端有效接入，同时保证手持终端在两种不同的无线环境要求下 实行有效的切换和统一管理。核电站需要无线覆盖的区域分为两种， 限制区域（主要指核岛内）和非限制区域（主要指核岛以外）。限制 区域内无线系统天线和手持终端的使用，不得对其他重要仪控设备产 生干扰，影响反应堆的正常运行。设计规格书中要求基站天线和手持 终端的发射功率都不得超过100mW，产生的电场强度在1m处不超过 134dBuV/m（3.76V/m）的安全范围。关于移动设备的功率 P与电场强度 Vd、距离d的关系

3、能够由以下公式表示为 AP1000核电站无线通信系统 的特殊要求主要包括： 1）系统网络构架简单可靠，岛内外统一管理。 2）基站分为限制区基站和非限制区基站，限制区天线发射功率受限（不超过100mWV，非限制区基站功率不受限。3）终端设备能快速甄 别限制区和非限制区，并且智能切换。 4）在国内具有合法频段，具有 合法的无线设备核准认证。 5）室外覆盖面积要求，单基站天线覆盖超 过 4648m2。技术方案选型当前比较适合选用的无线通信技术，有 5 个候选方案，即小灵通（PHS、大灵通（SCDM）、无线集群通信（wirelesstrunk ）、多载 波无线信息本地环路（ McWiLL）、 Wi-F

4、i 。（1）小灵通（PHS小灵通是个人移动通信系统（PHS的俗称。小灵通是绿色环保的通信系统，在日本是唯一允许在医院使用的无线通 信系统。小灵通的基站发送功率小于 500mW，基站支持远程供电，安装 非常方便。小灵通手机具有超低辐射，发射功率只有10mW，功耗低，待机时间长。并且，因为采用数字技术和信道动态分配技术，使得小 灵通频率利用率非常之高，而相对应的系统建设成本很低，扩容方便。 采用32KADPC语音编码，话音通话质量高，可与固话相媲美。小灵通 的技术局限性一直困扰着小灵通的发展，其主要技术局限性在于： 1 基站覆盖范围较小小灵通大多采用发射功率 20mV的小功率基站，基站 的低发射功

5、率直接影响了通话质量，虽然后期采用了500mV的大功率基站，扩大了基站的覆盖范围，改善了通话质量，但是覆盖范围仍然 较小。一般来说，10mV基站的覆盖范围为150300m 500mV基站的覆 盖范围为200500m考虑到核电站限制区基站的发射功率不能超过 100mW，所以理论上必须每隔200300m就需要设立一个小灵通基站， 以消除网络盲区。 2）建筑物室内信号较弱小灵通空中传输信号频率高， 折射和穿透水平差、损耗大，衍射和电波绕射水平差，传播主要靠直 射、反射。同时，因为发射功率小，信号穿透性较差，会导致室内通 话质量不太好的现象。 3）兼容性问题严重当前，小灵通网络还没有制 定全国性的严格

6、、统一的规范和标准，实际网络运行时各厂商兼容性差。 4）频段问题会面临困境小灵通当前所使用的频段是19001920MH，z 该频段将让位于中国的第三代移动通信 TD-SCDM，A 政府相关 管理部门已明确要求所有19001920M H濒段无线接入系统应在2011 年年底前完成清频退网工作，所以在频段申请方面小灵通将会面临巨 大的困境。（2）大灵通（SCDMA大灵通是以SCDM技术作为接入手段的无线技 术。SCDM是一种同步码分多址无线接入系统。它是扩频通信系统，平 均信号能量低于噪声水平。同时 SCDM采用的是直接序列扩频，就是用具有高码率的扩频序列在发端扩展信号的频谱，而在收端用相同的 扩频

7、码序列实行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号，故多个 扩频设备可共用各自的扩展码。SCDM系统最大的特点是保密，因为我 国具有完整的自主知识产权，能够根据政府安全部门的要求增加保密 措施，能够满足政府等专网的特殊需求。 SCDM占用的频率由无线电管 理局专门划拨。SCDM实现了全基站系统及手机的加密。SCDM无线手 机平均发射功率为50mW，不辐射低频无线电波，其基站的覆盖半径约 为4000m远远大于小灵通的最大 500m覆盖半径。SCDM的缺点也是 显而易见的，其信道容量小，频谱利用率低，单频点只支持30个左右的并发语音业务。SCDM一般全向或3扇区组网，网络规划相对简单， 但是基站安装

8、调试特别是扩容情况比较复杂，工作量大。SCDM数据应用水平不强，只应用在 9.6bps 左右的单路语音业务，每个终端用户获 得的传输速率有限，所以当前 SCDM主要定位于话务量小，应用在农 村，偏远地区的语音业务。( 3)无线集群通信( wirelesstrunk )无线集群通信是 20 世纪 80 年 代初发展起来的一种通信方式。所谓集群通信，它是指由中央控制器 集中控制和管理系统中的每个信道，并以动态方式迅速把空闲信道分 配给发起呼叫的用户，通话完成后又将该信道收回给等待的用户使用 的通信方式。在此集群通信出现之前，无线通信系统都是工作在单信 道工作方式，即在一个基站中，特定的用户只能与指

9、配给他的信道联 系，而无法使用其他的信道。每个信道分配若干固定的用户，这样， 只要该信道被一个用户占用时，其他用户的通信即被阻塞。而为了降 低阻塞率，通信中使用了这种集群的方式，提供一定数量的信道，移 动站的信息能够利用这些信道从一点传向另一点，这样，多个信息就 能够利用相互独立的信道在这些点之间同时传送，这些信道为所有的 移动站公用。所以，集群通信系统极大地提升了频道使用率。集群系 统具有共用频率、共用设施、共享覆盖区、共享通信业务、信道共用 增强系统功能等特点。无线集群系统是一种先进的高级移动指挥调度 系统，是一种资源共享、费用分担、可为用户提供优良服务的多用途、 高效能而又廉价的专用移动

10、通信系统。但是，无线集群通信的缺点也 非常突出。首先，其通用性差，国际电信联盟(ITU)根据世界各国提 交的集群通信系统标准共制定了 EDACS TETRA DIMRS IDRA等7个 数字集群通信系统的国际标准，不同的标准造成了一定的设备垄断性。 其实，无线集群通信的发射功率一般是数十瓦，远远超过了规格书的 要求，电磁干扰会非常严重。(4 )多载波无线信息本地环路(McWiLl) McWiLL即多载波无线信息 本地环路，是我国拥有完全自主知识产权的新一代宽带无线接入技术， 是我国自主创新的SCDM无线接入技术的宽带演进版本的别名。是在 现有大规模商用的窄带SCDM技术的基础上，国内自主研发的

11、集智能 天线、CS-OFDMA增强零陷、信道跟踪和预测、动态信道分配、频空 联合检测等核心技术为一体的宽带无线通信系统。McWiLL系统采用分布式架构，其接入技术以其独特的码道设计和无线技术处理解决了宽 带无线数据通信基础上的窄带语音通信，实现了二者的完美结合。 McWiLL系统能够提供高效语音、集群对讲和宽带数据接入业务，能够 很好地满足核电行业专网用户的语音调度和数据传输要求。作为完全自主知识产权的无线通信技术，McWiLL无线宽带接入技术获得了国家在无线电频率资源分配方面的大力支持，拥有独特的频率优势。当前 McWiLL拥有17851805MHz/406.5409.5MHz两段授权频率。

12、 同时，McWiLl国内唯一的一个分配了专用频率并制定了行业标准的 宽带无线接入技术。McWiLL系统也有很明显的缺点：首先是规范化的 问题， McWill 虽然具有完全自主知识产权，但是如果不能够纳入国际 标准，将极大地限制自身的发展，这点问题是致命的。其次，因为支 持McWiLL的企业和系统丰富水准不如其他通信系统，所以，在McWiLL设备的多样性方面，定制水平有待提升，终端的丰富水准有待增强。 再次，根据规格书的要求，微功率天线发射功率不超过100mW， McWiLL的发射功率一般是数瓦，电磁干扰会比较严重。(5 ) Wi-FiWi-Fi 是 WirelessFidelity 的缩写，意

13、指无线高保真。 WiFi 技术是基于 IEEE802.11 协议的无线通信技术，当前正在使用的通信 标准为 IEEE802.11a、IEEE802.11b 禾口 IEEE802.11g 技术。无线接入和高速传输是 Wi-Fi 的主要技术优点，其中 IEEE802.11b 最高速度为 11Mbps IEEE802.11a 与 IEEE802.11g 的最高速度为 54Mbps 现在多 用的IEEE802.11b与IEEE802.11g设备使用的频段为 2.42.4835GHz 的免许可频段，在频率资源上不存有限制。基于Wi-Fi的VOIP技术就实现了无线语音通信功能。VOIP是VoiceOver

14、InternetProtocol的缩写，它通过对语音信号实行编码数字化、压缩处理成压缩帧，然后转 换为数据包在网络上实行传输，最后在接收端将这些语音数据包串起 来，经过解压处理后，还原成原来的语音信号以供接听者接收。采用 Wi-Fi技术的天线发射功率以及手持设备功率均能够调到100mV以下，电磁干扰小，符合AP1000规格书的要求。Wi-Fi 技术也有它的不足之处。首先它的覆盖面积有限，一般的 Wi- Fi网络覆盖面只有300m左右。其次它的高速移动性不佳，只有在静止 或者步行的情况下使用才能保证其通信质量。最后 Wi-Fi 技术存有着 一定的安全隐患，因为是使用 2.4GHz开放频段，Wi-

15、Fi的加密方法和 无线通信的开放特性使 Wi-Fi 通信容易被拦截，如果没有可靠的加密 手段将难以保证其通信安全。综合对比 5 种无线通信技术后，我们能 够看出，只有基于Wi-Fi的无线通信系统是满足AP1000核电站无线通 信系统的所有要求，适合在核岛内这个特殊环境下使用的。针对其固 有的不足之处能够通过适当的技术手段改进。1）适当地增加AP数量以保证其网络覆盖的完整性。因为核岛内特殊的结构，无线信号都衰 减比较大，只有通过计算、深化设计并现场验证其AP数量和布点的合理性，才能保证无线网络的完整覆盖和语音通话质量。2）在核岛内一般不会有人员高速的移动，只要保证在无线通信信号覆盖的范围内， 无

16、论是核岛内还是核岛外都能够不受地理位置的限制实行任意移动通 信。3）针对2.4GHz开放频段，WEP MAC等常用的加密手段并不能完 全保证信息安全，设计方提出了采用美国联邦信息处理标准 FIPS140-2 的加密技术，运行在FIPS模式下以确保充足的信息安全并防范网络攻 击，保证核电站无线通信系统的信息安全。基于 Wi-Fi 的无线通信系 统所有的系统部件通过 IP 网络连接在一起，这是网络基础设施。便携式无线终端是移动设备，满足系统的基本需求。系统核心是 IP 调度通信服务器，它提供电话交换功能与调度水平。 IP 调度通信服务 器与无线网络控制器和无线语音质量控制器构成主要控制单元。其中， 无线网络控制器是无线系统基础设施的重要组成部分，而无线语音控 制器确保语音质量不会受损。结束语 通信技术的高速发展和完善，极大地提升了生产生活中的沟通效率。EPRI充分理解到无线通信的积极作用，为了给核电工业提供在核电站 中采用和部署无线通信系统的指南，在 2002年，EPRI发布了电站无线 技术指南，并在 2006年对该指南实行了进一步的修订。在这个最新版 本的技术报告中，EPRI提出在现代无线通信技术中，基于IEEE802.11 标准的无线局域网WLA是最适合大型工业设施应用条件下的技术；该 报告进一步指出无线局域网上的语音