超遠(yuǎn)距離海陸微波在海上油氣田的研究與應(yīng)用

鐘志明

摘 要 本文主要是研究數(shù)字微波通信在海上油氣田的應(yīng)用，重點(diǎn)是超遠(yuǎn)距離的海陸微波信號(hào)干擾、高速帶寬的研究與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】微波通信 超視距 油氣田通信 海陸微波通信

數(shù)字微波通信是現(xiàn)代通信重要手段之一，與其他通信方式相比，具有建設(shè)周期短、不易受人為破壞、跨越地形障礙相對(duì)比較方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，微波通信在特殊地段發(fā)揮著重要的作用，尤其是在海陸間通信中，已經(jīng)成為一種重要的通信手段。根據(jù)原CCTIT的建議，1～40GHz的頻段用作微波通信的頻段，占有39GHz的頻寬，具有較大的通信容量以及可以傳送綜合業(yè)務(wù)。而目前我國主要使用微波通信的頻段為2、4、6、7、8、11GHz。其中，2、4、6GHz用作國家一級(jí)干線；7、8、11GHz作為省內(nèi)二級(jí)干線用。另外，微波還可以作為干線光纖傳輸?shù)膫浞菁把a(bǔ)充，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的SHD微波通信系統(tǒng)、PHD微波通信系統(tǒng)等，主要用于干線光纖傳輸系統(tǒng)在遇到自災(zāi)害時(shí)的緊急修復(fù)，以及由于種種原因不適合使用光纖的地段和場(chǎng)合。而海上油氣田與陸地的通信正是受地形影響，而采用了這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的SHD微波通信系統(tǒng)作為衛(wèi)星通信的補(bǔ)充，解決了近海區(qū)域油氣田的數(shù)據(jù)傳輸問題。

1 數(shù)字微波通信在海上油氣田應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，數(shù)字微波通信技術(shù)作為光纖通信的一種重要補(bǔ)充，在現(xiàn)代化通信中仍然是具有相當(dāng)重要的作用，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，為了提高微波通信的效能，數(shù)字微波通信的主要發(fā)展方向如下：

1.1 提高QAM調(diào)制級(jí)數(shù)及嚴(yán)格限帶

為了提高頻譜利用率，一般多采用多電平QAM調(diào)制技術(shù)，目前已達(dá)到256和512QAM，很快就可實(shí)現(xiàn)1024/2048QAM。與此同時(shí)，對(duì)信道濾波器的設(shè)計(jì)提出了極為嚴(yán)格的要求：在某些情況下，其余弦滾降系數(shù)應(yīng)低至0.1。現(xiàn)已可做到0.2左右。

1.2 網(wǎng)格編碼調(diào)制及維特比檢測(cè)技術(shù)

為降低系統(tǒng)誤碼率，必須采用復(fù)雜的糾錯(cuò)編碼技術(shù)，但由此會(huì)導(dǎo)致頻帶利用率的下降。為了解決這個(gè)問題，可采用網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM）技術(shù)。采用TCM技術(shù)需利用維特比算法解碼。在高速數(shù)字信號(hào)傳輸中，應(yīng)用這種解碼算法難度較大。

1.3 自適應(yīng)時(shí)域均衡技術(shù)

使用高性能、全數(shù)字化二維時(shí)域均衡技術(shù)減少碼間干擾、正交干擾及多徑衰落的影響。

1.4 多載波并聯(lián)傳輸

多載波并聯(lián)傳輸可顯著降低發(fā)信碼元的速率，減少傳播色散的影響。運(yùn)用雙載波并聯(lián)傳輸可使瞬斷率降低至原來的1/10。

1.5 其它技術(shù)

如多重空間分集接收、發(fā)信功放非線性預(yù)校正、自適應(yīng)正交極化干擾消除電路等將載波傳輸?shù)姆€(wěn)定性及可靠性大大提高。

受微波通信技術(shù)的不斷的發(fā)展的影響，海上油氣田的微波通信也在發(fā)展，目前的微波通信技術(shù)的應(yīng)用方式主要有以下幾種：

（1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的采油平臺(tái)間的純海上微波通信。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的采油平臺(tái)間的海上微波通信，主要應(yīng)用于采油平臺(tái)間無海底光纜互連的通信，目前在海上20至30公里范圍內(nèi)的微波通信已經(jīng)是非常成熟及穩(wěn)定的傳輸。

（2）點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的采油平臺(tái)與油輪等微波通信。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的微波通信主要針對(duì)中心采油平臺(tái)與子平臺(tái)之間或者是平臺(tái)與油輪之間的通信，目前點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的應(yīng)用不多，但是技術(shù)已經(jīng)成熟，傳輸也是相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定。

（3）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的采油平臺(tái)與陸地間的微波通信。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的采油平臺(tái)與陸地間的微波通信是目前微波研究的一個(gè)重點(diǎn)，現(xiàn)在的核心研究是超遠(yuǎn)距離及高帶寬的應(yīng)用，目前最遠(yuǎn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的海陸微波的傳輸距離達(dá)到了130公里，且傳輸?shù)乃俾食^了20Mbps。

（4）中間接力式的采油平臺(tái)與陸地間微波通信。中間接力式的采油平臺(tái)與陸地間的微波通信主要是針對(duì)兩個(gè)通信站點(diǎn)間無合適的安裝環(huán)境，通過無人島進(jìn)行了中轉(zhuǎn)接力微波來實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的微波通信，目前的應(yīng)用主要在東海以及南海東部海域的油氣田中。

2 超遠(yuǎn)距離微波通信在海上油氣田應(yīng)用的研究重點(diǎn)

超遠(yuǎn)距離微波通信，在海陸之間的通信使用較少，首先是因?yàn)楹Ｃ嫔系沫h(huán)境的特殊性，架設(shè)這種微波設(shè)備很難有持續(xù)可靠的地點(diǎn)用于安裝及使用；其次海面的多徑干擾相當(dāng)厲害，很大程度影響了微波的性能；此外，海陸微波的特殊性導(dǎo)致了業(yè)務(wù)需求較少，市場(chǎng)對(duì)此類微波的需求也少，技術(shù)很難有大的突破。而在海上油氣田上的應(yīng)用主要是依靠新的微波技術(shù)及設(shè)備產(chǎn)生后，再根據(jù)相關(guān)的設(shè)備去研究，來突破微波傳輸瓶頸，以供油氣田日常生產(chǎn)辦公使用，超遠(yuǎn)距離微波通信的研究重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 對(duì)信號(hào)衰落的研究

接收信號(hào)的變化衰落有快衰落和慢衰落2種，快衰落主要是有多徑干擾引起，短時(shí)間的信號(hào)電平的快速變化，主要是由于對(duì)流層內(nèi)不均勻散射體或不規(guī)則層的大小、形狀、位置和介電常數(shù)分布的隨機(jī)變化引起；慢是衰落通常由氣象條件發(fā)生變化而引起；目前對(duì)衰落的控制主要是由自適應(yīng)的多種調(diào)制方式自動(dòng)調(diào)節(jié)及多波束空時(shí)編碼方式將信號(hào)發(fā)送多次并重新合并，以消除不同相位信號(hào)之間相互抵消的作用來克服信號(hào)衰落的影響。

2.2 對(duì)信號(hào)色散控制的研究

將微波信號(hào)以更長的時(shí)間發(fā)送，回波到達(dá)時(shí)原始信號(hào)還在被處理；頻譜被劃分為多個(gè)獨(dú)立的、互相正交的子載波，每個(gè)子載波的波峰對(duì)應(yīng)其他子載波的零值；

2.3 對(duì)K型衰落及波導(dǎo)型衰落的控制的研究

目前主要利用空間分集克服，在兩端天線的垂直端放置多個(gè)天線，提高天線增益，增加提供不相關(guān)的冗余路徑；

2.4 對(duì)信號(hào)干擾的研究

信號(hào)干擾不僅是陸地微波存在，海陸間的微波也存在相同的問題，而目前重點(diǎn)是通過智能動(dòng)態(tài)頻率選擇，增加頻譜分析功能，持續(xù)監(jiān)聽所有信道，采用TDD和TDD+FDD兩種方式，若產(chǎn)生干擾，自動(dòng)切換到最可靠信道。

3 結(jié)語

隨著海上油氣田的日益增多，數(shù)字微波通信與衛(wèi)星通信將成為海上油氣田的主要通信手段，超遠(yuǎn)距離的海陸微波技術(shù)的發(fā)展將給海上油氣田打造“數(shù)字化油田”提供了可靠的數(shù)據(jù)鏈路傳輸保障。環(huán)渤海灣、東海、南海東部、南海西部的油氣田逐漸增多，海陸間的通信需求日益增加，傳統(tǒng)的通信手段以難以滿足現(xiàn)有的需求；海陸間微波通信技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)突破現(xiàn)有的傳輸技術(shù)瓶頸，改善現(xiàn)有的通信方式；隨著新的微波技術(shù)的應(yīng)用，將推動(dòng)微波通信新的一輪技術(shù)變革，提高海上油氣田的數(shù)據(jù)通信效率。

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作者單位

中海油信息科技有限公司湛江分公司 廣東省湛江市 524057endprint