WiMAX通信技術(shù)用于海上石油平臺

重慶工商職業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院

WiMAX通信技術(shù)用于海上石油平臺

曾春重慶工商職業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院

由于海上油田平臺自身所處的環(huán)境變化多端，現(xiàn)有的通信技術(shù)已經(jīng)不能滿足海上平臺生產(chǎn)安全的運(yùn)行。海上油田平臺通常的通信方式主要有兩種，分別是埋設(shè)海底光纜與無線通信。WiMAX（全球微波互聯(lián)接入）即802.16無線城域網(wǎng)，是實現(xiàn)企業(yè)和家庭用戶寬帶無線連接的一種新技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，其具有高覆蓋范圍的特點(diǎn)，可以實現(xiàn)在沒有視距基站的情況下，給海上平臺提供移動無線寬帶信號。文昌油田作業(yè)區(qū)在海上作業(yè)平臺首次采用WiMAX通信技術(shù)，不但解決了移動式FPSO與固定平臺間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸信號不穩(wěn)、鏈路中斷的問題，而且大大改善了作業(yè)平臺信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

WiMAX；通信技術(shù)；海上平臺；信號傳輸；文昌油田

無線通信系統(tǒng)在海上平臺的主要任務(wù)是保障平臺上工作人員對外傳輸信號的通暢（包括對來往船舶、直升機(jī)上人員、陸地指揮中心等通信聯(lián)絡(luò)），以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)、通訊視頻、短信的發(fā)送和接收穩(wěn)定。由于海上油田平臺自身所處的環(huán)境變化多端，海上風(fēng)浪頻繁，這些都會給無線信號的傳輸帶來一定的影響，而且海上平臺規(guī)模不可能太大，一些通信設(shè)備也不能自由地擺放，這樣也帶來傳輸信號被阻擋的問題，現(xiàn)有的通信技術(shù)已經(jīng)不能滿足海上平臺生產(chǎn)運(yùn)行的需要。因此，需要引進(jìn)一種抗干擾性強(qiáng)的無線通信系統(tǒng)，來保證移動通信的平穩(wěn)傳輸。

WiMAX技術(shù)已在陸地油田得到推廣，是一項成熟的無線通信新技術(shù)。海上平臺設(shè)備多、地方小、移動性強(qiáng)，WiMAX通信技術(shù)能完全克服這些不利因素，并且能夠平穩(wěn)、快速地傳輸信號[1]。據(jù)大量調(diào)研，將WiMAX技術(shù)引入海上石油平臺方案是可行的，該通信技術(shù)在文昌油田海上平臺的應(yīng)用改善了原有通信系統(tǒng)的不足，大大提高了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

1 海上平臺通信現(xiàn)狀

海上油田平臺通常的通信方式主要有兩種，分別是埋設(shè)海底光纜與無線通信。由于海上風(fēng)浪大，時有臺風(fēng)，對使用傳統(tǒng)無線通信方式的平臺，無線信號受漫反射干擾，在海上平臺無線通信信號中斷頻繁?，F(xiàn)有的海上無線通信技術(shù)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)和生活的需求，通信系統(tǒng)是海上平臺員工對石油和天然氣安全開發(fā)生產(chǎn)、生活信息記錄與傳輸不可或缺的一部分，因此，尋找新的穩(wěn)定的無線通信技術(shù)迫在眉睫。

1.1無線技術(shù)通信分析

無線技術(shù)在通信方面的應(yīng)用改變了通信不暢的局面，但也有其弊端，例如浮式生產(chǎn)儲油輪移動到不同的角度無線信號有所不同，可能在某些角度會造成無線鏈路中斷，信號無法傳輸出去。浮式生產(chǎn)儲油輪（FPSO）火炬塔、天線安裝點(diǎn)和對應(yīng)平臺呈線性布局，金屬材質(zhì)的FPSO天線安裝點(diǎn)比金屬材質(zhì)的火炬塔低15～20m，火炬塔阻擋和吸收了天線安裝點(diǎn)傳出的大部分無線信號，直接造成信號強(qiáng)度下降而導(dǎo)致無線鏈路中斷，圍繞海上平臺的無線信號質(zhì)量無法穩(wěn)定，信號數(shù)據(jù)丟失時有發(fā)生。海上平臺需要穩(wěn)定的無線通信環(huán)境，平臺上的生產(chǎn)設(shè)施更需要穩(wěn)定、可靠的無線網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境來保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

1.2無線系統(tǒng)主要問題

工作頻率在2.4GHz、IEEE802.11g協(xié)議環(huán)境下的現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)，在FPSO移動、海面深衰落、火炬塔阻擋、環(huán)境干擾等外界因素影響下，不能保證無線信號正常、穩(wěn)定的傳輸，這將直接影響海上平臺生產(chǎn)作業(yè)，應(yīng)尋找更穩(wěn)定的無線技術(shù)投入使用。

2 WiMAX通信技術(shù)

2.1WiMAX概念

WiMAX（全球微波互聯(lián)接入）即802.16無線城域網(wǎng)，是實現(xiàn)企業(yè)和家庭用戶寬帶無線連接的一種新技術(shù)網(wǎng)絡(luò)[2]。WiMAX的基礎(chǔ)是IEEE802.16的系列寬頻無線，空中接口標(biāo)準(zhǔn)為微波和毫米波頻段，是新型的無線城域網(wǎng)技術(shù)。在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，其具有高覆蓋范圍的特點(diǎn)，可以實現(xiàn)在沒有視距基站的情況下，給海上平臺提供移動無線寬帶信號。該技術(shù)與VHF通信技術(shù)對比見表1。接下來重點(diǎn)研究FPSO與海上平臺間無線信號和生產(chǎn)數(shù)據(jù)平穩(wěn)傳送，這是海上平臺通信的一項關(guān)鍵技術(shù)。

表1 WiMAX與VHF通信技術(shù)性能指標(biāo)對比

2.2WiMAX的主要功能

WiMAX通信技術(shù)相比傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其主要的功能如下：

（1）靈活移動性。WiMAX通信核心主要是正交頻分復(fù)用和正交頻分復(fù)用介入技術(shù)。該技術(shù)可避免外界環(huán)境不穩(wěn)定造成的信號干擾，可保證無線通信信號平穩(wěn)快速的傳輸。

（2）WiMAX通信技術(shù)里面的HARQ技術(shù)能夠促使頻譜效率大幅提高，進(jìn)而促使系統(tǒng)吞吐量明顯增加。該技術(shù)具有的重傳功能可以將兩次信號合并，增強(qiáng)信號強(qiáng)度，這樣通信系統(tǒng)的覆蓋范圍得到擴(kuò)大。

（3）WiMAX通信技術(shù)的MAC層，攜有QoS機(jī)制和帶寬分配，對于任何用戶應(yīng)用環(huán)境，均可實現(xiàn)同一信道供上千個不同的用戶進(jìn)行使用，而且不受相互干擾。WiMAX通信技術(shù)里有一項多天線技術(shù)，該技術(shù)主要分為空時編碼、波束賦形和空間復(fù)用三類?？諘r編碼主要由空時格碼和空時塊碼兩部分組成，前者在通信技術(shù)中起到編碼增益和分集增益兩大功能，后者主要是降低譯碼復(fù)雜度，進(jìn)一步實現(xiàn)分集增益的效果[3]。智能天線的核心技術(shù)來自波束賦形，其主要是利用集中思想，將傳輸能量對準(zhǔn)目標(biāo)用戶，促使信噪比大幅提高，從而減小共道對信號傳輸?shù)母蓴_程度?？臻g復(fù)用主要是指信號一開始在發(fā)射端的發(fā)射是相互獨(dú)立彼此不交融的，這樣的處理過程直接促使MIMO系統(tǒng)的平均發(fā)射速率最大化，信號傳輸更加迅速。

3 WiMAX通信技術(shù)實例應(yīng)用

文昌油田海上平臺遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)以及辦公網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，均由5.8GHz無線網(wǎng)橋（IEEE802.11a）來承擔(dān)，經(jīng)過多年的應(yīng)用，原系統(tǒng)的工作狀態(tài)不穩(wěn)定時有中斷信號的情況，給海上平臺油田的生產(chǎn)安全和管理帶來了極大的影響。在2011年4月，鑒于通信信號不穩(wěn)定以及環(huán)境干擾大等問題，經(jīng)過大量的調(diào)研和分析，文昌油田成功引進(jìn)了WiMAX通信設(shè)備QUANTUM6600系列，該系統(tǒng)配備有IEEE802.16e，即移動寬帶無線接入技術(shù)，使整套設(shè)備能夠適應(yīng)極強(qiáng)的活動范圍以及惡劣環(huán)境的干擾。海上平臺通信系統(tǒng)應(yīng)用體系豐富，包括作業(yè)人員生活起居（網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字電話、視頻會議等）和生產(chǎn)作業(yè)（油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)、平臺設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、文件與資料記錄共享數(shù)據(jù)等）。文昌油田作業(yè)區(qū)在海上作業(yè)平臺首次采用WiMAX通信技術(shù)，不僅克服了移動式FPSO與固定平臺間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸信號不穩(wěn)、鏈路中斷的問題，而且大大改善了作業(yè)平臺信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在保證平臺生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)平穩(wěn)、快速傳輸?shù)耐瑫r，大大提高了海上平臺生產(chǎn)作業(yè)人員的生活水平，圓滿地解決了原有系統(tǒng)的缺陷。

4 結(jié)語

大寬域的覆蓋面是WiMAX通信技術(shù)最主要的一大優(yōu)勢，覆蓋面可達(dá)50km2，該技術(shù)帶寬能使生產(chǎn)數(shù)據(jù)平穩(wěn)、快速傳輸，同時可滿足移動性強(qiáng)的環(huán)境要求。當(dāng)然也具備老系統(tǒng)語音、圖像、數(shù)據(jù)和視頻服務(wù)等功能。除此之外，WiMAX無線通信技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)信號對陸地傳輸?shù)男枨?，以及具備船舶通信等技術(shù)特點(diǎn)。WiMAX通信技術(shù)具有的長距離、傳速快、信號穩(wěn)定、適應(yīng)環(huán)境變化強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠保障海洋石油平臺在惡劣環(huán)境下平穩(wěn)工作、安全生產(chǎn)。該技術(shù)在文昌油田海上平臺的應(yīng)用獲得了巨大的成功，未來將會在其他海上石油平臺進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

[1]李寶嶺．無線通信技術(shù)在油田自動化中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2014，33（10）：81-82.

[2]盧超．利用3G技術(shù)解決海上平臺通信的可行性分析[J]．電子世界，2014（16）：222-223.

[3]李勁松．某海上平臺新增設(shè)備安裝校核[J]．油氣田地面工程，2013，32（12）：125-126.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.013