TETRA数字集群在水电站无线应急通信中的应用

北川巴蜀通口河流域电力开发有限公司 陈军

1 水电站无线集群应急通信系统应用的必要性

水电站多数地处山区、丘陵地带，地形、地貌环境情况十分复杂，较易发生地震、泥石流、洪水等自然灾害。近年来，我国自然灾害事件频发，水电站的安全稳定运行和电网的持续可靠电力供应也受到了严峻的考验。

随着科学技术的进步，人们越来越依赖于通信运营商提供的常规固定电话及移动语音、数据通信网络服务等通信手段，但是当突发地震、洪水、泥石流等大型自然灾害，以上通信方式大概率同时会发生通信网设备、设施因遭受破坏从而导致瘫痪、设备性能降低、话务量突增，严重时长时间中断通信服务等情况，现有的传统常规通信网络已经明显无法保障水电站现场的生产应急指挥调度通信需要。

针对这一特殊情况，为保证水电站在突发大型地质灾害，水库夏季汛期防洪等重要关键时期生产调度应急通信的可靠稳定畅通需求，研究采用最新数字无线集群通信技术，建立适合水电站应急调度数字无线集群通信系统显得尤为重要。

针对水电站生产现场实际情况，水电站水库大坝枢纽、主厂房结构及所处区域地形、地貌特点，分析应急调度通信需求，探讨应用最新、先进无线应急通信技术建立适合水电站生产调度应急通信系统的方法和手段，提高水电站安全生产运行稳定性及应急响应处置能力。

2 数字无线集群应急通信概述

无线应急通信是指在出现自然的或人为的突发性紧急情况时，综合利用各种通信资源，保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一种具有专用性、特殊性的通信机制。建立一个快速响应、全面高效的应急通信系统是突发紧急情况下降低人员、设备损失的决定性因素之一。

数字无线集群应急通信系统用于调度指挥通信的移动通信系统，主要应用在专业移动通信领域，话音通信主要采用PTT(PushToTalk）按键，以一按即通的方式接续，被叫无须摘机即可接听，且接续速度较快，并能支持群组呼叫等功能。它采用先进的数字化处理技术，可保证系统的先进性、可靠性以及保密性，能够实现快捷、畅通、清晰的语音、视频通信。

2.1 数字无线集群应急通信技术分类

数字无线集群应急通信系统，主要分为窄带通信和宽带通信两大类，窄带通信主要用于满足语音调度应急通信需求，宽带通信主要应对图像、视频等无线数据传输及接入业务需求。窄带无线通信系统的区域传播和覆盖能力，远胜于宽带无线通信系统。作为应急指挥、关键抢险任务调度通信的专网无线通信更是如此。与宽带化带来通信业务应用多样化的好处比起来，语音通信的可靠保障才是重中之重。可供选择的技术包括DMR(Digital Mobile Radio数字移动无线电技术)、800MHz TETRA(Terrestrial Trunked Radio陆上集群无线电)数字集群技术、iDEN(集成数字增强型网络)技术等通信技术。

2.2 各类数字集群无线应急通信技术特点

2.2.1 DMR（数字集群通信标准）

DMR是ETSI（欧洲通信标准协会）于2005年4月为了满足欧洲各国的中低端专业及商业用户对移动通信的需要而设计、制订的开放性数字移动无线系统标准，新版本于2007年12月份公布。DMR具有高效利用频谱资源，大区制组网方式，兼容模拟常规通信等优点，其业务功能丰富，可扩展，向后兼容，同时系统和终端成本较低，网络建设速度较快，系统总体运维成本较低。

2.2.2 iDEN(集成数字增强型网络)

iDEN是美国摩托罗拉公司研制和生产的一种数字集群移动通信系统，它的前身是MIRS系统，最初设计是做集群共网应用，因此除了以指挥调度业务为主外，还兼有双工电话互联、数据和短消息等功能，是一种用于集团调度指挥通信的移动通信系统，主要应用在专业移动通信领域。

在技术方面，iDEN 具有以下特点:首先，在功能方面，iDEN在传统的调度通信基础上，吸收了数字蜂窝通信系统的优点，增强了电话互联功能，其无线电话功能与个人移动通信系统同在一个水平上，同时将数字蜂窝通信系统的增值业务如短信服务、语音信箱及基于IWF上的电路数据应用于iDEN系统中;其次，iDEN可以较高效率地使用传统的频谱，iDEN采纳传统的800MHz频谱(806MHz-825MHz，851MHz-870MHz)，除欧洲外，该段频谱在全球被广泛应用于集群通信，无需调整，iDEN可以使用不连续频点，方便灵活配置频率资源，通过TDMA技术，iDEN将一个25kHz的物理信道划分成6个数字通信时隙，频率利用率较高。iDEN系统缺点在于其标准的开放性不高，为摩托罗拉独家垄断，各个厂商的系统之间不能互联互通，从而影响了其发展。

2.2.3 TETRA（陆上集群无线电)

TETRA数字集群通信系统是基于数字时分多址（TDMA）技术，采用传统大区制调度通信系统数字化形成的一个专用移动通信标准的无线集群专业移动通信系统，该系统是ETSI（欧洲通信标准协会）为了满足欧洲各国的专业部门对移动通信的需要而设计、制订统一标准的开放性系统。如今已成为对指挥调度功能要求较高的运输、公用事业、工业、公共安全、警察公务应用、消防紧急业务等行业领域广泛运用，具有很大发展潜力。

TETRA数字无线集群通信系统可在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电话服务。它不仅提供多群组的调度功能，而且还可以提供短数据信息服务、分组数据服务以及数字化的全双工移动电话服务。系统支持功能强大的移动台脱网直通（DMO）方式，可实现鉴权、空中接口加密和端对端加密，同时具有虚拟专网功能，可以使一个物理网络为互不相关的多个组织机构服务。

TETRA数字无线集群系统具有丰富的服务功能、更高的频率利用率、高通信质量、灵活的组网方式，许多新的应用（如车辆定位、图像传输、移动互联网、数据库查询等）都已在TETRA中得到实现，是一种非常灵活的数字集群标准，它的主要优点是兼容性好、开放性好、频谱利用率高、保密功能强，是目前国际上最周密、开放性好、技术最先进、参与生产厂商最多的数字集群标准。

表1 主要数字集群无线集群技术比较

3 TETRA数字无线集群在水电站应急通信中的应用

通过对以上几种主流数字无线集群通信技术从频谱效率、数据吞吐量、功率效率、邻道功率和选择性、频谱利用和覆盖能力、操作性能等多个技术方面的综合分析比较，水电站数字集群无线应急通信系统采用TETRA数字集群通信技术相较其他集群通信技术更适合水电站实际运营情况。

近两年 TETRA数字集群系统在诸多行业应急通信领域得到了快速的发展，是迄今为止应急通信指挥调度功能最强大、可靠性程度最高、最成熟的窄带数字集群无线通信技术解决方案。在水力发电行业，可通过在流域各梯级水电站发电机厂房、水库大坝枢纽等部位安装由数字网络中继台、干线放大器、耦合器、功分器、全向天线、网络数据交换机等设备组成的无线通信系统，通过专用局域通信网络传送至流域集控调度指挥中心网络管理终端，可成功实现跨地域、跨区域间的数字集群无线实时语音对讲通讯。

2016年位于四川省北川县的通口河流域梯级电站集控中心因生产调度指挥需要，投资建设了一套基于800MHz TETRA数字集群无线应急通信系统（如图1所示）。经过近两年来的生产实际应用得到了验证，系统明显的提高了水电站生产调度效率，发电设备运行安全、经济性均得到大幅提高，收到了很好的效果。

图1 水电站TETRA数字集群无线应急通信网络设计图

在水电站正常运行期间，系统用于梯级电站间生产调度联系、设备巡检、检修维护等日常语音对讲通信联络工作，提高了电站安全稳定运行的保障能力和人际沟通效率，避免因缺乏及时沟通而造成工作延误。在突发自然灾害，如地震、泥石流、洪水、水库防汛等关键时刻，提供可靠、稳定的语音通信，充分保证了集控中心应急指挥人员及现场生产运行值班人员能快速响应处置。

整套系统支持多台数字无线中继台之间的网络互联，单台数字网络中继台可同时支持两条语音或数据信道，还可实现移动数据传输、短消息传送、人员GPS定位跟踪等功能，通过合理设计选择布置设备安装地点及无线信号接收天线，即使在电磁场异常复杂的水电站发电机厂房内部，如发电机层、水轮机层、蝶阀层等非常嘈杂的特殊环境以及对无线通信信号屏蔽性极好的水库大坝位移变形观测廊道等地方，也能保证能接收到清晰的语音对讲信号，且对水电站运行中的电气设备无任何电磁干扰影响，不会造成设备的误动作。

由于无线通信设备采用电站内部UPS交流不间断电源或者直流系统供电，在水电站遭遇自然灾害，突发设备事故，失去厂用电源特殊情况下，仍然能保证生产指挥调度语音通信系统的畅通，比原先采用传统模拟对讲机通信响应时间缩短近80%，成功实现了采用集中远控运营方式下的通口河流域各梯级水电站在复杂的地理环境下，跨地域、跨区域的大范围集群无线实时对讲语音通信。

基于800MHz TETRA 数字集群无线通信技术设计开发的通口河流域梯级水电站调度应急数字无线通信系统，成熟稳定、模式主流简单，系统平台扩展性高且施工难度小，投资费用低廉，系统设备具备免维护功能。应用于水力发电行业集中远控运营方式下流域梯级水电站的应急指挥调度过程中，能够为紧急情况下的语音通信提供快速稳定的基础通信网络支撑，为电站实现智能化调度提供良好的基础，从根本上解决突发事故紧急情况下的应急调度指挥语音通信稳定畅通问题。

4 结束语

实践运行充分证明，TETRA数字集群无线应急通信系统以其功能强大、运行稳定可靠、可扩展性能好，具有丰富、实用与多样化的调度、应急快速响应、安全保密为主体的各种功能特点，结合先进的技术和多样化的服务，可以很好地满足采用流域集中远程控制的水力发电企业正常时期生产调度及特殊紧急情况下的事故应急响应处置语音对讲通讯需求，为发电厂及电力系统的安全稳定运行提供足够重要的应急通信技术支撑，适合电力行业调度应急通信领域全面推广。