微波通信技術(shù)在海洋石油行業(yè)的應(yīng)用

周暐

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

1 微波通信簡(jiǎn)介

微波通信技術(shù)自上世紀(jì)50年代發(fā)展至今，在通信業(yè)務(wù)各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而針對(duì)海上石油平臺(tái)之間通常主要有兩種通信方式，分別為海底光纜和無(wú)線微波通信。由于海上平臺(tái)所處的環(huán)境惡劣，氣候變化多端，相比較海底光纜，微波通信具有建設(shè)周期短，跨越地形障礙方便等特點(diǎn)。因此，作為光纖通信的補(bǔ)充備份，微波通信在特殊區(qū)域發(fā)揮著重要作用。

微波通信（Microwave Communication），是指使用波長(zhǎng)在1 m m 至1 m 間的電磁波—微波進(jìn)行的通信。廣義上講，頻率范圍為300MHz～300GHz，微波通信使用的頻率范圍通常是3GHz～30GHz。與同軸電纜通信、光纖通信和衛(wèi)星通信等現(xiàn)代通信網(wǎng)傳輸方式不同的是，微波通信是直接使用微波作為介質(zhì)進(jìn)行通信，不需要固體介質(zhì)，當(dāng)兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無(wú)障礙時(shí)就可以使用微波傳送。根據(jù)微波傳播的特點(diǎn)，可視其為平面波。平面波沿傳播方向是沒(méi)有電場(chǎng)和磁場(chǎng)縱向分量的，電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量都是與傳播方向垂直的，所以稱為橫電磁波，記為T(mén)EM波。利用微波進(jìn)行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠(yuǎn)的距離，因此是國(guó)家通信網(wǎng)的一種重要通信手段，也普遍適用于海洋石油領(lǐng)域。

由于微波頻率很高，波長(zhǎng)很短（1－10cm），電波沿地面?zhèn)鞑r(shí)衰減很大，遇到障礙物時(shí)繞射能力很弱，投射到高空電離層不能反射。因此，這一波段電波只能在視距內(nèi)直線傳播，所以叫視距傳播。即通常所說(shuō)的Line of Sight（LOS）。要在微波頻率范圍內(nèi)計(jì)算LOS，需要考慮的因素包括地球的曲率、菲涅耳區(qū)間隙和大氣折射。菲涅耳區(qū)是一個(gè)長(zhǎng)橢球形，在兩個(gè)天線之間伸展。為了使波傳播表現(xiàn)得像在“自由空間”中一樣，第一菲涅耳區(qū)域的60%應(yīng)該是間隙而不是地球表面的阻礙。如果發(fā)現(xiàn)阻塞，應(yīng)考慮衍射損耗或反射損耗分析，以便在設(shè)計(jì)中與適當(dāng)?shù)臒o(wú)線電衰落余量保持一致。

由于微波必須要求為視距傳輸，所以把信息從一地傳到另一地，如果兩點(diǎn)中間有阻礙，就只能靠接力一段段地傳下去，故又稱為微波接力通信。這種形式的接力通信方式同樣應(yīng)用于油田平臺(tái)群。例如：ABC三個(gè)平臺(tái)，B平臺(tái)在A平臺(tái)與C平臺(tái)之間，三個(gè)平臺(tái)在一條直線，因此信號(hào)從A傳到C就有B遮擋無(wú)法直接傳輸，可以采用從A先傳到B，再?gòu)腂傳到C的信號(hào)傳輸方式，B作為中繼。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通信技術(shù)對(duì)數(shù)字化的要求越來(lái)越高，數(shù)字微波通信技術(shù)的研究也隨之取得了新的成就。

2 數(shù)字微波系統(tǒng)的分類和組成

目前，大家比較常見(jiàn)的分類方法是按照結(jié)構(gòu)分類，將微波設(shè)備分為分體式微波、全室內(nèi)型（一體式）微波和全室外型。一體式微波一般是trunk，俗稱大微波，射頻單元（RFU）、信號(hào)處理單元（SPU）、復(fù)接器等單元全在室內(nèi)，室外僅有天線，特點(diǎn)是傳輸容量大，適用于骨干線路傳輸。但是，一體式微波的成本高。

全室外型微波是所有單元都在室外，其優(yōu)點(diǎn)是易于安裝、節(jié)省機(jī)房空間，但是設(shè)備在室外，容易損壞。

分體式微波由天線、室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU）組成，天線和ODU之間一般用波導(dǎo)管連接，IDU和ODU之間通過(guò)中頻電纜連接。中頻電纜用于IDU和ODU之間的中頻業(yè)務(wù)信號(hào)和IDU/ODU通訊控制信號(hào)的傳輸，并向ODU供電。容量相對(duì)較小，安裝維護(hù)方便，便于快速建網(wǎng)，是目前在海洋石油平臺(tái)上應(yīng)用最廣泛的微波設(shè)備。

3 微波通信技術(shù)在海上平臺(tái)的應(yīng)用

目前，微波設(shè)備應(yīng)用的環(huán)境正在發(fā)生根本的變化，已有的和新建的網(wǎng)絡(luò)的不斷增加，需要微波設(shè)備適用于多用戶的連接。固定和移動(dòng)業(yè)務(wù)的融合發(fā)展，造就了網(wǎng)絡(luò)中語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻、Internet應(yīng)用的迅速發(fā)展。GSM/UMTS/CDMA，WiMAX，DSL等多種技術(shù)并行發(fā)展。這些變化對(duì)于微波傳輸解決方案的演進(jìn)提出了新的要求。

5.8GHz IP微波設(shè)備使用QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM、ACM

調(diào)制解調(diào)技術(shù)，采用先進(jìn)的LDPC信道編解碼算法，傳輸容量為：10Mbps到500Mbps，可支持E1、STM-1、E1+IP以及純IP等多種組合。此外，5.8GHz IP微波設(shè)備使用超大規(guī)模集成電路，體積小，重量輕，環(huán)保，安全，可靠。

卡塔爾國(guó)家石油QP的NFA區(qū)塊的WHP-3項(xiàng)目，新建井口平臺(tái)WHP-3與老平臺(tái)NFA通過(guò)海底光纜和5.8GHz微波進(jìn)行通信。其中，新建平臺(tái)和老平臺(tái)各有兩套微波天線和ODU，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行通信連接，在經(jīng)過(guò)一系列嚴(yán)格的系統(tǒng)調(diào)試后，兩套微波系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行時(shí)傳輸速率超過(guò)了400Mbps，很大程度上滿足了客戶對(duì)于平臺(tái)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)傳遞需求。

在過(guò)去幾年中，世界各地的石油公司已經(jīng)對(duì)其運(yùn)營(yíng)油田的方式進(jìn)行了現(xiàn)代化改造。今天的石油行業(yè)運(yùn)營(yíng)比以往任何時(shí)候都更安全，更具協(xié)作性且富有成效。許多通信廠商提供了超可靠和高安全性的智能油田網(wǎng)絡(luò)，可直接連接客戶現(xiàn)有的以太網(wǎng)或傳統(tǒng)串行接口，以便對(duì)位于運(yùn)營(yíng)區(qū)域內(nèi)任何位置的任何設(shè)備或資產(chǎn)進(jìn)行不間斷的監(jiān)控。該多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)通常包括用于遠(yuǎn)程終端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PTP）回程和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（PMP）接入。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)解決方案為平臺(tái)提供無(wú)線光纖替代。這些解決方案可在許可或未許可的無(wú)線電頻譜中使用，并且已部署在最遠(yuǎn)100公里的范圍內(nèi)。例如在泰國(guó)PTTEP ZAWTIKA 1B項(xiàng)目中，新建四個(gè)井口平臺(tái)環(huán)繞在中心平臺(tái)周圍，相距2.5公里到30公里不等，通過(guò)利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波系統(tǒng)代替海底光纖進(jìn)行傳輸語(yǔ)音和控制信號(hào)，有效地降低了工程成本。對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的大型船舶（例如FPSO或鉆井船）的線速性能，其中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)無(wú)線電設(shè)備具有自動(dòng)獲取穩(wěn)定器，可在船舶旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)時(shí)保持鏈路對(duì)齊。

綜上所述，微波通信可廣泛地應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，是一種部署周期最短、成本收益最高的信息傳輸解決方案。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 史偉. 淺談微波通信關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展[J].中國(guó)科技博覽，2013，(31).

[2] 劉依卓，吳文博. 淺談數(shù)字微波通信技術(shù)的應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)無(wú)線電，2018，(5)38-40.