一、引言

传统核电厂无线通信网络采用WiFi、McWiLL或者LTE（4G）技术，以满足语音、短信、小规模数据传输等基础通信需求。近年来，核电厂开始智慧化升级后，无线通信网络需要满足许多智慧化应用场景下的大规模数据传输的需求，包括集群调度、人员定位、视频监控、辐射监测、智能巡检、智能维修、应急响应等^[1]。

因此，在设计要求方面，核电厂无线通信网络需要升级为带宽更大、传输速率更高、时延更短、连接数量更多的5G专用网。在核电厂5G无线网络建设中，应当分析核电厂的特殊应用环境，在设计中采用合理的网络架构、5G基站和天线布置方法，在满足全厂无线网络需要的基础上优化信号覆盖成本，提升工程建设的经济性。本文将总结实际工程应用中核电厂5G无线网络系统的架构，以及主要网络设备的布置经验。

二、核电5G无线通信系统网络架构

核电5G线通信系统的网络架构如图1所示，包括核心层、汇聚层、接入层^[4]。图1  5G无线通信系统网络架构

核心层由业务应用服务器、核心网服务器、网管服务器、时钟服务器、根交换机组成。其中，根交换机、核心网服务器和时钟服务器采用一主一备方式提供容灾，并实现双路供电，保障网络高可靠性。

汇聚层主要指汇聚交换机和基带处理单元（BBU）组成的传输网络。汇聚交换机下连多个BBU设备并向上汇聚到根交换机。一台BBU可根据容量和规划情况连接6-8台扩展单元（rHUB），实现BBU资源的集中复用。

接入层（无线网）主要由以下设备组成：扩展单元（rHUB）负责数字信号的广播和汇聚。同时，rHUB通过光电复合缆为pRRU远程集中供电，使信号传输和供电一体化。射频处理单元（pRRU）将rHUB转发的数字信号转换成射频信号，实现室内的5G信号覆盖，同时接收上行射频信号转换成数字信号。pRRU还可通过网线连接蓝牙定位基站，实现定位信号覆盖。室外区域则采用大功率基站，即射频拉远单元（RRU），实现大范围5G信号覆盖。终端包括5G移动终端（工业手机）、定位手环、定位卡、视频摄像头等。

三、核电厂5G主要设备布置的设计

核电厂5G无线通信系统主要设备在进行布置时，不仅要考虑信号均匀覆盖、避免盲区，还应考虑可靠性、布置灵活性、运维便捷和经济性。

BBU-rHUB-pRRU三级结构的分布式pRRU基站室分设计

结合本文第2节可知，分布式5G基站系统是一种有源室分系统，通常采用的结构为基带单元（BBU）、扩展单元（rHUB）、射频处理单元（pRRU）的三级结构，如图2所示。 图2  5G分布式基站室分示意图

该结构的优点为：第一，该系统安装简便，rHUB-pRRU以光电复合缆为传输介质，省去铺设一路电源线，走线更方便且对建筑物破坏更小。第二，该系统容量规划和扩展灵活，支持一个 pRRU 单独为一个小区，也可以大量 pRRU 合并为一个小区，根据不同区域的业务量情况进行灵活调整。第三，pRRU基站内置天线2T2R，实现多收多发功能，NR 带宽160MHz/100MHz，NR每通道发射功率250mW，信号覆盖强。第四，考虑到电磁兼容性要求以及生产区对无线信号的屏蔽，在大部分生产区厂房室内采用“小功率基站，多天线”的分布式系统架构，可以确保基站功率可控，将基站和移动终端对岛内敏感的电气、仪控设备的电磁干扰影响降至允许范围内。

考虑现场环境与信号覆盖范围布置基站和外接天线

针对厂前区和BOP位置较高、空间较为开阔的区域，在室外部署大功率RRU进行广域覆盖。以某核电厂为例，用于存放劳保用品、大宗材料和可燃气体等的库区距离主要生产区域较远。考虑到在可燃气体库内施工并安装通信设备的风险较大，并且该地区人员流通量较小，对网络需求较低，因此通过在距离相近的厂房屋顶上布置大功率RRU进行大范围5G信号的覆盖。

对于核岛等生产区室内信号难以覆盖的区域，可以采用外接天线方案，1个基站加1副双极化天线可实现2个点位覆盖，并且天线的信号覆盖成本不到pRRU基站一半。例如核辅助厂房（NX）的房间多而面积小，由于设备、管道等对5G信号的干扰与屏蔽，需避开设备和管道密集的墙体位置，在每个房间布置基站。这种情况下，可以采用1个基站加4副单极化全向天线实现位置临近的4个房间的信号覆盖。这种方式提高了单个有源室内分布系统室内的覆盖范围，减少信号盲区，并且大大减少了组网的成本和运行功耗。

在核岛部署网络设备时，应按照辐射分区布置具有相应辐射防护的设备。考虑到辐射对电子设备寿命的影响，辐射分区橙区和红区（辐照剂量率＞1mSv/h）宜使用无源天线进行无线信号覆盖；黄区（辐照剂量率≤1mSv/h）使用耐辐照pRRU；绿区、白区（辐照剂量率≤0.01mSv/h）使用普通型pRRU。所有rHUB、BBU均部署在黄区、绿区和白区。

“集中-分布”的核心层、汇聚层设备布置

根据工程实践经验，核心层、汇聚层设备的布置会影响主干路由规划。核心层设备一般集中布置在核心机房，便于运维管理。汇聚机房应按区域划分，各区域集中布置汇聚交换机和BBU，降低主干线缆施工难度和工作量。

以某核电厂为例，核心层设备和厂前区汇聚层设备布置在厂前区核心机房内。然而核岛、常规岛及部分BOP厂房离核心机房较远，因此将这部分汇聚交换机和BBU集中放置在核岛电气厂房内，其中反应堆厂房BBU集中放置在反应堆厂房内。此方案虽然增加了部分根交换机到汇聚交换机的主干光缆距离，但大量分散的BBU到rHUB的光缆敷设距离得到减少，从而减少了施工难度。

四、结语

核电厂正在进行智能化的大力发展，在役和新建核电厂的5G无线通信网络正处于快速建设时期。因此本文回顾了核电厂5G无线网络系统的架构，并重点对室内分布式5G基站的布置原则和方法经验进行了总结。目前，“小功率基站，多天线”的分布式室内设计已得到良好的工程实践，表明此方案可以应对复杂的厂房结构、辐射分区，保证了无线网络质量的同时优化了建设成本。

随着5G无线通信网络在各大核电基地实现落地，相信将有更多智能化应用场景借助5G高速网络得以实现。
参考文献

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[5]马丽萌,王志刚,曾港,等.发电行业中的5G组网模式分析[J].移动通信,2022,46(08):73-80.