基于泄露電纜的海上鉆井平臺手機通信系統的研究

段麗華

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基于泄露電纜的海上鉆井平臺手機通信系統的研究

段麗華

（渤海船舶職業學院 電氣工程系，遼寧 葫蘆島 125005）

本文利用泄漏電纜對傳輸信號邊傳輸邊泄露的特點，設計一套基于泄漏電纜的通信系統，應用于海上鉆井平臺，實現用手機代替對講機通信，在發揮對講機通信優勢的同時，彌補了對講機通信的不足，同時，應用一根泄漏電纜，來實現集語音通信、數據采集、視頻監控、環境監控于一體，達到對整個鉆井平臺進行可靠、有效的通信與監控的目的，相比對講機通信系統而言，本系統功能更加完善，可靠性更勝一籌，具有很大的應用價值和發展空間。

泄漏電纜 通信 鉆井平臺

0 引言

海上鉆井平臺主要用于鉆探井的海上結構物，它主要分移動式平臺、固定式平臺兩大類，具體包括自升式平臺、坐底式平臺、鉆井船、張力腿式平臺、半潛式平臺、牽索塔式平臺、混凝土重力式平臺、導管架式平臺、深水順應塔式平臺等。無論是哪種平臺，都基本是在遠離海岸線的茫茫大海中，那么在平臺上，尤其是一些面積大的平臺或者如FPSO及周圍一些小平臺上，總控室和工人之間，工人和工人之間的通信就成了一個至關重要的問題。

目前，大多數平臺上采用對講機通信，它的優點是：1）無需借助任何的通訊運營商，不會產生話費；2）可以一對多，即1號對講機可以同時向2號，3號，4號……等等N個對講機同時發布命令；3）這也是手機信號變弱或者沒有時的選擇。它的缺點是：1）通話距離有限，超出通訊距離通話質量就會有所下降，不像手機那樣肆無忌憚的到處走動；2）受環境影響嚴重，在嘈雜的環境中沒能夠保持通暢無阻的通訊聯系；3）少有或者沒有視頻和短信、微信功能；4）只能單工通信。而海上鉆井平臺因為空間有限，為了滿足生產、生活的需要，不得不將其有限的大空間再分成多個小空間，造成空間內部結構復雜，艙室緊湊、過道窄小，層間低矮不一，樓梯坡度大，出入口矮小等問題，這使得對講機的通話質量變得更加不理想，無法滿足正常生產生活需求。那么，如何才能揚長避短，發揮對講機的優勢的同時克服它的缺點，增加它的功能呢？這就是今天我們要討論的話題，即應用泄露電纜來實現鉆井平臺上的手機通信系統的研究。

1 系統具體設計方案

1.1 泄漏電纜及通信系統的組成

如圖1所示，泄漏電纜是一種專門用于泄漏通信的高頻電纜，它的外導體不是全屏蔽的，而是設有泄漏槽或疏編織孔的。因此，當其工作時，信號中的一部分就會通過這個特設的泄漏槽或編織孔泄漏到以本電纜為中心的外部區域，本電纜附近的接收機（包括移動接收機手機）就會收到相應的信號；同時，外部設備發出的信號（包括手機發出的移動信號）也可以通過特設的泄漏槽或編織孔進入到泄漏電纜的內部。換而言之，泄露電纜具有傳輸線和收、發天線的雙重功能，再加上必要的輔助設備，就可以組成一個完整的泄漏通信系統了。這個系統可以滿足以泄漏電纜為中心，沿泄漏電纜附近的一定區域內的移動通信。且一根泄漏電纜可以同時傳輸80 MHz、150 MHz、400 MHz、900 MHz等多個頻段，也就是說，只要敷設一根泄漏電纜，就可以同時實現數據、語音、視頻、寬帶接入等多種通信[3]，可見，“泄漏電纜通信系統”可在一定區域內產生均勻的信號場強，幾乎不存在通信盲區，不易受到干擾信號的影響，能實現信號穩定可靠的收發通信，因而非常適合在鉆井平臺上使用。

具體的通信系統如圖2所示[1]：總控室里有主機、語音/數據基站、數據解調器和視頻監視器等構成。主機提供了包括主板（濾波器和放大器）、主機的供電單元、分配器、隔離單元等四個部分的至語音基站、數據調制解調器以及視頻監視器的接口。主機可支持語音/數據信道，語音/數據基站由接收器、發射器和控制器三個部分組成，可以根據具體需要設置成全雙工、半雙工或單工操作方式，濾波器和放大器用于路由無線電信號到接收器與發射器的合路與分路。

圖1 泄漏電纜

1.2 平臺室外通信系統設計

在平臺船艙室外，泄漏電纜被分割成一段一段的，段與段之間均由雙向無線中繼器相互聯系在一起，這樣系統安裝更為靈活方便，用戶需要采集哪里的信息就將泄纜安裝到哪里，不用就可以拆除。拆除其中的某一段不會影響其他段的性能，只要還在中繼器的傳輸范圍內就可以順利的將本段兩側的兩段泄纜信號相聯系、傳輸。這非常的適用于如FPSO等的平臺之間的通信，也在很大程度上降低了系統的成本。本系統中，平臺會根據自己的實際情況，在需要的地方安裝可視監控設備、環境監控等裝置，在實現和對講機一樣通信的同時，又能采集到其他重要的現場數據，完善了通信功能。

這里的無線中繼器應用雙向中繼器，它設于泄漏電纜段與段之間的間隙中間，用來放大補償信號沿泄漏電纜傳輸時因向外泄露而造成的損失。另外，為了終止泄漏電纜中電流的流動，電纜未端還需要安裝終端裝置，使整個系統阻抗達到平衡狀態。

圖3 平臺室外通信系統框圖

1.3 平臺室內通信系統設計

因為泄露電纜輻射半徑有限，所以要是像普通通信系統一樣只安裝室外，那么室內幾乎沒有信號，變成盲區，所以平臺的室內也需裝有通信系統。

泄漏電纜敷設方式分橫向敷設和縱向敷設兩種[5]，各有特點，各平臺可以根據各自建筑的特點鋪設。無論哪種敷設，都要保證泄露電纜的輻射方向指向室內。當遇到拐彎處（如圖4所示），或層間高度低矮，樓梯坡度較大時，可以適當的調整中繼器的安裝位置和方向，或通過添加一小段泄漏電纜的方式來使得信號順利有效的傳輸。再依據建筑物的特點和高度決定敷設數量，同時也可以在需要的地方安裝如煙霧報警等監控設備，在滿足基本通信的同時，提高了室內的安全性，具體系統以圖4為例。

1.4 基于泄漏電纜的通信傳輸系統

利用泄漏電纜窄帶無線電通道傳輸語音信號，采用Cable Modem技術實現寬帶接入；采取TCP/IP通信協議，每部具有監控或者檢測功能的設備以及手機都有一個IP地址，實現雙向語音通訊、數據通訊和視頻信號共線傳輸。

1.4.1語音通信系統[4]

基站發送進入漏泄電纜的信號，是頻帶中心為頻率f1的射頻信號，經選通放大，使f1頻帶信號形成下行信號，產生漏泄場供沿途所有移動設備（手機）接收；手機發射信號是頻帶中心頻率為f2的射頻信號，經選通放大，使f2的頻帶信號形成上行信號最終至基站，基站收到f2頻帶信號或解調送出系統或以f1頻帶轉發送入系統，完成系統手機間的異頻雙工通信。

圖4 平臺室內通信系統框圖

1.4.2數據傳輸系統[2]

數據傳輸系統包拈2部分，ILC (In-Line ControIler)和HEC (Head End Controller)。ILC在地下為數據終端和泄漏電纜網絡提供接口，它把連續的數據流從監測設備轉換成射頻RF信號，并把它送到泄漏電纜。相反，它又能把射頻RF信號從泄漏電纜取出并轉換成連續的數據流。

HEC剛好與ILC相反。它從遠端的ILC中收集RF數據，并把它轉換為連續的數據流，也從計算機提取數據，轉換成RF信號發送出去。

1.5 泄漏電纜的安裝原則

泄露電纜的安裝布放遵循以下幾點原則：

1）泄漏電纜鋪設時不能扭曲、打結、盤絞，杜絕發生打圈、死彎、浪涌等現象，鋪設在室內時要注意保持電纜與墻體之間的距離；

2）要根據設計要求的型號和規格鋪設泄漏電纜并確定其走向和位置，其泄露方向要盡量對著接受設備，走線要求排列整齊，拐彎圓滑，外皮完好；

3）泄漏電纜鋪設沿鋼角線安裝，每隔l m安裝1個非金屬吊夾；

4）泄漏電纜鋪設時要遇阻力需要收回重新放置，杜絕用猛力拉拽；

5）泄漏電纜和電纜頭的組裝要牢固，電氣接觸良好；

6）室外連接部位務必要經過嚴密的防水；

7）泄漏電纜要求無明顯外觀損傷以及變形。水平安裝應做到鋪設平直，加固穩定，以及受力均勻。

2 結束語

本系統將泄露電纜應用到海上鉆井平臺上，用手機通信取代對講機通信，通話質量良好，受環境干擾小，能夠通過微信等功能實現一對多通信，并且是全雙工通信，除此之外還增加了視頻監控，環境監測等功能，因為是局域網，所以一樣不產生通信費用，而在其他功能上又是對對講機功能的完善，因此非常值得推廣和應用。

[1] 孫炳海. 基于泄露電纜的通信技術在煤礦井中的應用. 教育部中南地區高等學校電子電氣基礎課教學研究會第二十屆學術年會論文集, 2010.07.

[2] 王正祥, 郜元昌, 王振, 姚永強. 礦山泄漏電纜通信系統的解決方案[J]. 礦山機械, 2007, 35: 162-164.

[3] 吳佳. 采用泄露電纜實現小區覆蓋. 系統與方案. 2010:68-70.

[4] 劉聯會. 漏泄移動通信系統實現方法的研究[J]. . 現代電子技術, 2001, (8): 24-26.

[5] 趙娜. 泄露電纜在室分上的應用研究[D]. 燕山大學, 2010: 7-14.

Research on Mobile Phone Communication System of Offshore Drilling Platform Based on Leaked Cable

Duan Lihua

(Faculty of Electrical Engineering, Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao Liaoning 125005, China)

TE46

A

1003-4862（2018）12-0021-04

2018-07-10

段麗華(1982-)，女，講師。研究方向：電力船舶電氣控制。E-mail: duanlihuaok@126.com