超遠距離海陸微波在海上油氣田的研究與應用

鐘志明

摘 要 本文主要是研究數字微波通信在海上油氣田的應用，重點是超遠距離的海陸微波信號干擾、高速帶寬的研究與應用。

【關鍵詞】微波通信 超視距 油氣田通信 海陸微波通信

數字微波通信是現代通信重要手段之一，與其他通信方式相比，具有建設周期短、不易受人為破壞、跨越地形障礙相對比較方便等諸多優點。因此，微波通信在特殊地段發揮著重要的作用，尤其是在海陸間通信中，已經成為一種重要的通信手段。根據原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務。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用作國家一級干線；7、8、11GHz作為省內二級干線用。另外，微波還可以作為干線光纖傳輸的備份及補充，如點對點的SHD微波通信系統、PHD微波通信系統等，主要用于干線光纖傳輸系統在遇到自災害時的緊急修復，以及由于種種原因不適合使用光纖的地段和場合。而海上油氣田與陸地的通信正是受地形影響，而采用了這種點對點的SHD微波通信系統作為衛星通信的補充，解決了近海區域油氣田的數據傳輸問題。

1 數字微波通信在海上油氣田應用現狀

目前，數字微波通信技術作為光纖通信的一種重要補充，在現代化通信中仍然是具有相當重要的作用，隨著現代通信技術的發展，為了提高微波通信的效能，數字微波通信的主要發展方向如下：

1.1 提高QAM調制級數及嚴格限帶

為了提高頻譜利用率，一般多采用多電平QAM調制技術，目前已達到256和512QAM，很快就可實現1024/2048QAM。與此同時，對信道濾波器的設計提出了極為嚴格的要求：在某些情況下，其余弦滾降系數應低至0.1。現已可做到0.2左右。

1.2 網格編碼調制及維特比檢測技術

為降低系統誤碼率，必須采用復雜的糾錯編碼技術，但由此會導致頻帶利用率的下降。為了解決這個問題，可采用網格編碼調制（TCM）技術。采用TCM技術需利用維特比算法解碼。在高速數字信號傳輸中，應用這種解碼算法難度較大。

1.3 自適應時域均衡技術

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

1.4 多載波并聯傳輸

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

1.5 其它技術

如多重空間分集接收、發信功放非線性預校正、自適應正交極化干擾消除電路等將載波傳輸的穩定性及可靠性大大提高。

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

（1）點對點的采油平臺間的純海上微波通信。點對點的采油平臺間的海上微波通信，主要應用于采油平臺間無海底光纜互連的通信，目前在海上20至30公里范圍內的微波通信已經是非常成熟及穩定的傳輸。

（2）點對多點的采油平臺與油輪等微波通信。點對多點的微波通信主要針對中心采油平臺與子平臺之間或者是平臺與油輪之間的通信，目前點對多點的應用不多，但是技術已經成熟，傳輸也是相當的穩定。

（3）點對點的采油平臺與陸地間的微波通信。點對點的采油平臺與陸地間的微波通信是目前微波研究的一個重點，現在的核心研究是超遠距離及高帶寬的應用，目前最遠的點對點的海陸微波的傳輸距離達到了130公里，且傳輸的速率超過了20Mbps。

（4）中間接力式的采油平臺與陸地間微波通信。中間接力式的采油平臺與陸地間的微波通信主要是針對兩個通信站點間無合適的安裝環境，通過無人島進行了中轉接力微波來實現兩點間的微波通信，目前的應用主要在東海以及南海東部海域的油氣田中。

2 超遠距離微波通信在海上油氣田應用的研究重點

超遠距離微波通信，在海陸之間的通信使用較少，首先是因為海面上的環境的特殊性，架設這種微波設備很難有持續可靠的地點用于安裝及使用；其次海面的多徑干擾相當厲害，很大程度影響了微波的性能；此外，海陸微波的特殊性導致了業務需求較少，市場對此類微波的需求也少，技術很難有大的突破。而在海上油氣田上的應用主要是依靠新的微波技術及設備產生后，再根據相關的設備去研究，來突破微波傳輸瓶頸，以供油氣田日常生產辦公使用，超遠距離微波通信的研究重點在以下幾個方面：

2.1 對信號衰落的研究

接收信號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，短時間的信號電平的快速變化，主要是由于對流層內不均勻散射體或不規則層的大小、形狀、位置和介電常數分布的隨機變化引起；慢是衰落通常由氣象條件發生變化而引起；目前對衰落的控制主要是由自適應的多種調制方式自動調節及多波束空時編碼方式將信號發送多次并重新合并，以消除不同相位信號之間相互抵消的作用來克服信號衰落的影響。

2.2 對信號色散控制的研究

將微波信號以更長的時間發送，回波到達時原始信號還在被處理；頻譜被劃分為多個獨立的、互相正交的子載波，每個子載波的波峰對應其他子載波的零值；

2.3 對K型衰落及波導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天線，提高天線增益，增加提供不相關的冗余路徑；

2.4 對信號干擾的研究

信號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，而目前重點是通過智能動態頻率選擇，增加頻譜分析功能，持續監聽所有信道，采用TDD和TDD+FDD兩種方式，若產生干擾，自動切換到最可靠信道。

3 結語

隨著海上油氣田的日益增多，數字微波通信與衛星通信將成為海上油氣田的主要通信手段，超遠距離的海陸微波技術的發展將給海上油氣田打造“數字化油田”提供了可靠的數據鏈路傳輸保障。環渤海灣、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，傳統的通信手段以難以滿足現有的需求；海陸間微波通信技術的發展，將會突破現有的傳輸技術瓶頸，改善現有的通信方式；隨著新的微波技術的應用，將推動微波通信新的一輪技術變革，提高海上油氣田的數據通信效率。

參考文獻

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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