TD—LTE無線通信技術(shù)在華北油田的應(yīng)用研究

于振山

【摘要】 通信系統(tǒng)作為智慧油田生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)支撐載體，其穩(wěn)定性、可靠性將是影響油氣生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要的因素。鑒于油氣田的廣闊性和對(duì)安全生產(chǎn)的重視程度，TD-LTE專網(wǎng)在華北油田阿爾聯(lián)合站測(cè)試成功，表明LTE必將是未來主流的油田無線通信網(wǎng)絡(luò)。

【關(guān)鍵詞】 TD-LTE 無線通信 智慧油田 油氣生產(chǎn)自動(dòng)化

一、引言

目前，我國正處在工業(yè)化和信息化融合的快速推進(jìn)階段，以工業(yè)為主的各行各業(yè)需要實(shí)現(xiàn)智能化、遠(yuǎn)程化、實(shí)時(shí)化和自動(dòng)化。

隨著智慧油田信息化建設(shè)及油氣田自動(dòng)化技術(shù)的推廣，各大油田公司努力將自動(dòng)化技術(shù)與油氣田生產(chǎn)相結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標(biāo)提供信息技術(shù)保障。通信系統(tǒng)作為智慧油田生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)支撐載體，其穩(wěn)定性、可靠性將是影響油氣生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要的因素。

油氣田生產(chǎn)行業(yè)特點(diǎn)：很多油田所在地區(qū)地處偏遠(yuǎn)，氣候環(huán)境惡劣，油井分布比較分散。需要構(gòu)建一種能適應(yīng)油田特點(diǎn)的無線寬帶通信系統(tǒng)，為智慧油田建設(shè)所需的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支撐和業(yè)務(wù)保障，為“無人值守、全天監(jiān)控、組織運(yùn)維、重點(diǎn)巡視、安全平穩(wěn)、層級(jí)簡化”的油田管理新模式的建立奠定信息化基礎(chǔ)。

二、無線通信系統(tǒng)在油田的應(yīng)用

2.1 無線通信系統(tǒng)應(yīng)用必要性

我國大部分油田地處高山、沙漠等自然環(huán)境惡劣的地區(qū)，光纜無法接入，公網(wǎng)信號(hào)沒有覆蓋。部分油井生產(chǎn)還是以人工巡井、現(xiàn)場(chǎng)抄錄數(shù)據(jù)等方式進(jìn)行，人力和物力投入很大；現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣，各種自然和人為事故頻發(fā)，監(jiān)控中心無法實(shí)時(shí)監(jiān)控油井現(xiàn)場(chǎng)情況，嚴(yán)重影響對(duì)各種突發(fā)事故的響應(yīng)處理速度。

近年來，大部分油田已經(jīng)開始建設(shè)自動(dòng)化系統(tǒng)，常用的無線通信方式包括GPRS、數(shù)傳電臺(tái)、McWiLL等，但由于其技術(shù)局限性，已經(jīng)不能滿足石油行業(yè)生產(chǎn)、辦公應(yīng)用的進(jìn)一步需求。

隨著油田生產(chǎn)建設(shè)信息化建設(shè)不斷發(fā)展，生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、移動(dòng)辦公等業(yè)務(wù)對(duì)無線通信系統(tǒng)的帶寬、穩(wěn)定性和安全性要求越來越高，因此需要構(gòu)建一種能夠承載油田生產(chǎn)、辦公現(xiàn)有業(yè)務(wù)和未來擴(kuò)展業(yè)務(wù)，具備雙向性、實(shí)時(shí)性、可靠性、先進(jìn)性、安全性等特征的無線寬帶通信系統(tǒng)。

2.2 幾種無線通信技術(shù)的比較

通信系統(tǒng)作為油氣生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，其穩(wěn)定性、可靠性將是影響生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)至關(guān)重要的因素，通常要從帶寬、速率、接口、系統(tǒng)穩(wěn)定性、覆蓋區(qū)域等方面進(jìn)行考慮。

通過上面的分析比較，可以看出LTE的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1、高速率：在20MHZ帶寬下可實(shí)現(xiàn)下行峰值速率大于IOOMbps，上行峰值速率大于50Mbps；

2、低時(shí)延：LTE系統(tǒng)控制時(shí)延小于lOOms，業(yè)務(wù)時(shí)延小于lOms：

3、大容量：每小區(qū)激活用戶數(shù)最大400，在線用戶數(shù)最大1200；

4、覆蓋和移動(dòng)性能好：采用不同的格式，覆蓋距離從1.4～lOOkm；移動(dòng)速度可以達(dá)到350km/h。

三、TD-LTE無線通信系統(tǒng)

TD-LTE是我國擁有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國際3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)，是一種專門為移動(dòng)高寬帶應(yīng)用而設(shè)計(jì)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接人技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)

l、扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：有利于簡化網(wǎng)絡(luò)和減小延遲，可開展更多業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)更加容易；取消了RNC集中控制，避免單點(diǎn)故障，有利于提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

2、MIMO多天線技術(shù)：在多個(gè)天線上分別發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，利用多徑衰落，在不增加帶寬和天線發(fā)射功率的情況下，提高信道容量、頻譜利用率及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

3、雙流波束賦形技術(shù)：結(jié)合智能天線波束賦形技術(shù)與MIMO空間復(fù)用技術(shù)，可大大提升吞吐量性能，同時(shí)可提升覆蓋半徑、降低小區(qū)間干擾。

四、TD-LTE在華北油田試點(diǎn)建設(shè)

華北油田L(fēng)TE試點(diǎn)位于內(nèi)蒙古錫盟地區(qū)，主要為阿爾聯(lián)合站的采油區(qū)和輸油管線提供無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，實(shí)現(xiàn)油水井視頻監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)化控制。

本次實(shí)驗(yàn)基站塔高45M，機(jī)房位于塔的正下方，基站BBU部分安裝于塔下機(jī)房19英寸柜內(nèi)，RRU設(shè)備安裝于室外鐵塔上。油井的視頻信號(hào)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過CPE終端上傳到基站，基站通過光纜傳輸與上級(jí)核心網(wǎng)設(shè)備TLE100連接，將井場(chǎng)上傳的視頻信號(hào)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接吞锉O(jiān)控中心。

4.2 數(shù)據(jù)測(cè)試分析

主要測(cè)試LTE數(shù)據(jù)采集的傳輸穩(wěn)定性、帶寬、覆蓋范圍；驗(yàn)證單井?dāng)?shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)。

覆蓋范圍測(cè)試：測(cè)試終端在15公里處上行速率為25Mbps，下行23Mhps；由于現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)高低起伏，16.2公里處信號(hào)已被山丘阻擋，但速率依然是上行25Mhps，下行23Mhps，完全滿足油田覆蓋要求。

業(yè)務(wù)時(shí)延測(cè)試：Ping大包和小包時(shí)延均達(dá)到要求（小于50ms），完全能保障數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)的及時(shí)性。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測(cè)試：使用Du Meter連續(xù)30分鐘測(cè)試FTP下載業(yè)務(wù)速率，速率穩(wěn)定，

綜合上述測(cè)試結(jié)果，LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范隔、業(yè)務(wù)時(shí)延、業(yè)務(wù)速率完全滿足油氣出生產(chǎn)對(duì)于視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)的需求。

五、結(jié)束語

鑒于油田的廣闊性和對(duì)安全生產(chǎn)的重視程度，TD-LTE專網(wǎng)在華北油田測(cè)試成功，為油田生產(chǎn)和安全提供保障，減少巡檢人員數(shù)量和工作量，加快華北油田物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)速度，為石油行業(yè)的通信信息化發(fā)展打下了一針強(qiáng)心劑。

LTE無線通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)覆蓋、高帶寬、低延遲已經(jīng)證明了它的無限價(jià)值，必將是未來油田業(yè)務(wù)的主流無線通信網(wǎng)絡(luò)，在未來幾年也必將在油田得到廣泛的應(yīng)用。