TETRA數字集群在水電站無線應急通信中的應用

北川巴蜀通口河流域電力開發有限公司 陳軍

1 水電站無線集群應急通信系統應用的必要性

水電站多數地處山區、丘陵地帶，地形、地貌環境情況十分復雜，較易發生地震、泥石流、洪水等自然災害。近年來，我國自然災害事件頻發，水電站的安全穩定運行和電網的持續可靠電力供應也受到了嚴峻的考驗。

隨著科學技術的進步，人們越來越依賴于通信運營商提供的常規固定電話及移動語音、數據通信網絡服務等通信手段，但是當突發地震、洪水、泥石流等大型自然災害，以上通信方式大概率同時會發生通信網設備、設施因遭受破壞從而導致癱瘓、設備性能降低、話務量突增，嚴重時長時間中斷通信服務等情況，現有的傳統常規通信網絡已經明顯無法保障水電站現場的生產應急指揮調度通信需要。

針對這一特殊情況，為保證水電站在突發大型地質災害，水庫夏季汛期防洪等重要關鍵時期生產調度應急通信的可靠穩定暢通需求，研究采用最新數字無線集群通信技術，建立適合水電站應急調度數字無線集群通信系統顯得尤為重要。

針對水電站生產現場實際情況，水電站水庫大壩樞紐、主廠房結構及所處區域地形、地貌特點，分析應急調度通信需求，探討應用最新、先進無線應急通信技術建立適合水電站生產調度應急通信系統的方法和手段，提高水電站安全生產運行穩定性及應急響應處置能力。

2 數字無線集群應急通信概述

無線應急通信是指在出現自然的或人為的突發性緊急情況時，綜合利用各種通信資源，保障救援、緊急救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一種具有專用性、特殊性的通信機制。建立一個快速響應、全面高效的應急通信系統是突發緊急情況下降低人員、設備損失的決定性因素之一。

數字無線集群應急通信系統用于調度指揮通信的移動通信系統，主要應用在專業移動通信領域，話音通信主要采用PTT(PushToTalk）按鍵，以一按即通的方式接續，被叫無須摘機即可接聽，且接續速度較快，并能支持群組呼叫等功能。它采用先進的數字化處理技術，可保證系統的先進性、可靠性以及保密性，能夠實現快捷、暢通、清晰的語音、視頻通信。

2.1 數字無線集群應急通信技術分類

數字無線集群應急通信系統，主要分為窄帶通信和寬帶通信兩大類，窄帶通信主要用于滿足語音調度應急通信需求，寬帶通信主要應對圖像、視頻等無線數據傳輸及接入業務需求。窄帶無線通信系統的區域傳播和覆蓋能力，遠勝于寬帶無線通信系統。作為應急指揮、關鍵搶險任務調度通信的專網無線通信更是如此。與寬帶化帶來通信業務應用多樣化的好處比起來，語音通信的可靠保障才是重中之重。可供選擇的技術包括DMR(Digital Mobile Radio數字移動無線電技術)、800MHz TETRA(Terrestrial Trunked Radio陸上集群無線電)數字集群技術、iDEN(集成數字增強型網絡)技術等通信技術。

2.2 各類數字集群無線應急通信技術特點

2.2.1 DMR（數字集群通信標準）

DMR是ETSI（歐洲通信標準協會）于2005年4月為了滿足歐洲各國的中低端專業及商業用戶對移動通信的需要而設計、制訂的開放性數字移動無線系統標準，新版本于2007年12月份公布。DMR具有高效利用頻譜資源，大區制組網方式，兼容模擬常規通信等優點，其業務功能豐富，可擴展，向后兼容，同時系統和終端成本較低，網絡建設速度較快，系統總體運維成本較低。

2.2.2 iDEN(集成數字增強型網絡)

iDEN是美國摩托羅拉公司研制和生產的一種數字集群移動通信系統，它的前身是MIRS系統，最初設計是做集群共網應用，因此除了以指揮調度業務為主外，還兼有雙工電話互聯、數據和短消息等功能，是一種用于集團調度指揮通信的移動通信系統，主要應用在專業移動通信領域。

在技術方面，iDEN 具有以下特點:首先，在功能方面，iDEN在傳統的調度通信基礎上，吸收了數字蜂窩通信系統的優點，增強了電話互聯功能，其無線電話功能與個人移動通信系統同在一個水平上，同時將數字蜂窩通信系統的增值業務如短信服務、語音信箱及基于IWF上的電路數據應用于iDEN系統中;其次，iDEN可以較高效率地使用傳統的頻譜，iDEN采納傳統的800MHz頻譜(806MHz-825MHz，851MHz-870MHz)，除歐洲外，該段頻譜在全球被廣泛應用于集群通信，無需調整，iDEN可以使用不連續頻點，方便靈活配置頻率資源，通過TDMA技術，iDEN將一個25kHz的物理信道劃分成6個數字通信時隙，頻率利用率較高。iDEN系統缺點在于其標準的開放性不高，為摩托羅拉獨家壟斷，各個廠商的系統之間不能互聯互通，從而影響了其發展。

2.2.3 TETRA（陸上集群無線電)

TETRA數字集群通信系統是基于數字時分多址（TDMA）技術，采用傳統大區制調度通信系統數字化形成的一個專用移動通信標準的無線集群專業移動通信系統，該系統是ETSI（歐洲通信標準協會）為了滿足歐洲各國的專業部門對移動通信的需要而設計、制訂統一標準的開放性系統。如今已成為對指揮調度功能要求較高的運輸、公用事業、工業、公共安全、警察公務應用、消防緊急業務等行業領域廣泛運用，具有很大發展潛力。

TETRA數字無線集群通信系統可在同一技術平臺上提供指揮調度、數據傳輸和電話服務。它不僅提供多群組的調度功能，而且還可以提供短數據信息服務、分組數據服務以及數字化的全雙工移動電話服務。系統支持功能強大的移動臺脫網直通（DMO）方式，可實現鑒權、空中接口加密和端對端加密，同時具有虛擬專網功能，可以使一個物理網絡為互不相關的多個組織機構服務。

TETRA數字無線集群系統具有豐富的服務功能、更高的頻率利用率、高通信質量、靈活的組網方式，許多新的應用（如車輛定位、圖像傳輸、移動互聯網、數據庫查詢等）都已在TETRA中得到實現，是一種非常靈活的數字集群標準，它的主要優點是兼容性好、開放性好、頻譜利用率高、保密功能強，是目前國際上最周密、開放性好、技術最先進、參與生產廠商最多的數字集群標準。

表1 主要數字集群無線集群技術比較

3 TETRA數字無線集群在水電站應急通信中的應用

通過對以上幾種主流數字無線集群通信技術從頻譜效率、數據吞吐量、功率效率、鄰道功率和選擇性、頻譜利用和覆蓋能力、操作性能等多個技術方面的綜合分析比較，水電站數字集群無線應急通信系統采用TETRA數字集群通信技術相較其他集群通信技術更適合水電站實際運營情況。

近兩年 TETRA數字集群系統在諸多行業應急通信領域得到了快速的發展，是迄今為止應急通信指揮調度功能最強大、可靠性程度最高、最成熟的窄帶數字集群無線通信技術解決方案。在水力發電行業，可通過在流域各梯級水電站發電機廠房、水庫大壩樞紐等部位安裝由數字網絡中繼臺、干線放大器、耦合器、功分器、全向天線、網絡數據交換機等設備組成的無線通信系統，通過專用局域通信網絡傳送至流域集控調度指揮中心網絡管理終端，可成功實現跨地域、跨區域間的數字集群無線實時語音對講通訊。

2016年位于四川省北川縣的通口河流域梯級電站集控中心因生產調度指揮需要，投資建設了一套基于800MHz TETRA數字集群無線應急通信系統（如圖1所示）。經過近兩年來的生產實際應用得到了驗證，系統明顯的提高了水電站生產調度效率，發電設備運行安全、經濟性均得到大幅提高，收到了很好的效果。

圖1 水電站TETRA數字集群無線應急通信網絡設計圖

在水電站正常運行期間，系統用于梯級電站間生產調度聯系、設備巡檢、檢修維護等日常語音對講通信聯絡工作，提高了電站安全穩定運行的保障能力和人際溝通效率，避免因缺乏及時溝通而造成工作延誤。在突發自然災害，如地震、泥石流、洪水、水庫防汛等關鍵時刻，提供可靠、穩定的語音通信，充分保證了集控中心應急指揮人員及現場生產運行值班人員能快速響應處置。

整套系統支持多臺數字無線中繼臺之間的網絡互聯，單臺數字網絡中繼臺可同時支持兩條語音或數據信道，還可實現移動數據傳輸、短消息傳送、人員GPS定位跟蹤等功能，通過合理設計選擇布置設備安裝地點及無線信號接收天線，即使在電磁場異常復雜的水電站發電機廠房內部，如發電機層、水輪機層、蝶閥層等非常嘈雜的特殊環境以及對無線通信信號屏蔽性極好的水庫大壩位移變形觀測廊道等地方，也能保證能接收到清晰的語音對講信號，且對水電站運行中的電氣設備無任何電磁干擾影響，不會造成設備的誤動作。

由于無線通信設備采用電站內部UPS交流不間斷電源或者直流系統供電，在水電站遭遇自然災害，突發設備事故，失去廠用電源特殊情況下，仍然能保證生產指揮調度語音通信系統的暢通，比原先采用傳統模擬對講機通信響應時間縮短近80%，成功實現了采用集中遠控運營方式下的通口河流域各梯級水電站在復雜的地理環境下，跨地域、跨區域的大范圍集群無線實時對講語音通信。

基于800MHz TETRA 數字集群無線通信技術設計開發的通口河流域梯級水電站調度應急數字無線通信系統，成熟穩定、模式主流簡單，系統平臺擴展性高且施工難度小，投資費用低廉，系統設備具備免維護功能。應用于水力發電行業集中遠控運營方式下流域梯級水電站的應急指揮調度過程中，能夠為緊急情況下的語音通信提供快速穩定的基礎通信網絡支撐，為電站實現智能化調度提供良好的基礎，從根本上解決突發事故緊急情況下的應急調度指揮語音通信穩定暢通問題。

4 結束語

實踐運行充分證明，TETRA數字集群無線應急通信系統以其功能強大、運行穩定可靠、可擴展性能好，具有豐富、實用與多樣化的調度、應急快速響應、安全保密為主體的各種功能特點，結合先進的技術和多樣化的服務，可以很好地滿足采用流域集中遠程控制的水力發電企業正常時期生產調度及特殊緊急情況下的事故應急響應處置語音對講通訊需求，為發電廠及電力系統的安全穩定運行提供足夠重要的應急通信技術支撐，適合電力行業調度應急通信領域全面推廣。