遠(yuǎn)海通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究與實(shí)現(xiàn)

吳一鋒 紀(jì)明天 劉田保 羅超

（1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)海南有限公司 海南?？?570125；2.中海油信息科技有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057）

1 項(xiàng)目背景

21世紀(jì)，海洋在國(guó)際合作與競(jìng)爭(zhēng)中的地位日益提升，我國(guó)也陸續(xù)提出海洋強(qiáng)國(guó)和能源安全等一系列國(guó)家戰(zhàn)略。要建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，必須大力發(fā)展海洋通信覆蓋技術(shù)。南海是中國(guó)重要海洋區(qū)域，南海油氣勘探具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

中海油是中國(guó)最大的海上油氣生產(chǎn)商，南?？碧矫娣e近50 萬km2。目前，中海油在海南海域有多個(gè)海上采油平臺(tái)，其中最近的平臺(tái)距離陸地超100km，平臺(tái)常駐人口共計(jì)超600人。海上油氣平臺(tái)作為海洋油氣生產(chǎn)的重要設(shè)施，需要時(shí)刻確保平臺(tái)本身及其配套的海管、水下采油樹等設(shè)備設(shè)施不受到外部侵?jǐn)_。海上油氣平臺(tái)遠(yuǎn)離海岸，公共監(jiān)管相對(duì)薄弱，平臺(tái)海域經(jīng)常受到外部船只的拖網(wǎng)捕魚、拋錨垂釣、靠泊系纜等非法侵?jǐn)_，給平臺(tái)的安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)帶來了巨大挑戰(zhàn)。另外，在南海西南部海域，除一般的船舶外，還摻雜著越南等國(guó)外船只，對(duì)平臺(tái)海域的防控要求提出了更高要求。

隨著中海油海上鉆采業(yè)務(wù)的擴(kuò)大發(fā)展，原有的衛(wèi)星通信已無法滿足業(yè)務(wù)需求，員工聯(lián)系陸地以及海上作業(yè)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸均存在較大的不便，不利于提高工作效率，影響海洋開發(fā)作業(yè)［1］。

2 遠(yuǎn)海通信覆蓋思路

2.1 創(chuàng)新通信覆蓋方式

傳統(tǒng)通信技術(shù)是通信BBU 和運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)采用光纖光纜相連，本項(xiàng)目從海上主平臺(tái)到陸地鐵塔站缺少海底光纜，無法采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行無線設(shè)備開通。

基于南海的廣闊海域無遮擋以及大氣資源，讓大帶寬散射通信成為海陸主干高速通信通道變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，為海上平臺(tái)覆蓋移動(dòng)信號(hào)提供了可靠的傳輸通道基礎(chǔ)。本項(xiàng)目采用“大功率微波散射+蜂窩通信+平臺(tái)間海纜”的組合方式實(shí)現(xiàn)深海通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋［2］，即海上主平臺(tái)到陸地鐵塔站采用大功率微波散射進(jìn)行通信傳輸，而海上平臺(tái)及海上作業(yè)區(qū)域利用平臺(tái)間海纜，采用蜂窩通信的方式進(jìn)行通信覆蓋［3］。

2.2 LTE系統(tǒng)天面建設(shè)原則

安裝在海上平臺(tái)的RRU與智能天線同抱桿時(shí)，中間要保持不小于300mm的間距。

無線RRU 設(shè)備下沿距平臺(tái)面最小距離宜大于500mm，條件不具備時(shí)可適度放寬至300mm，以便于施工維護(hù)并防止雨水浸泡［4］。

基于海面大風(fēng)及以及臺(tái)風(fēng)情況下，無線RRU采用安裝時(shí)，安裝位置應(yīng)為強(qiáng)化鋼板或防風(fēng)加固區(qū)域，且具有足夠的強(qiáng)度可抵御高等級(jí)臺(tái)風(fēng)。

設(shè)備安裝位置應(yīng)選擇方便施工安裝、線纜連接和維護(hù)操作，且不應(yīng)部署在海上平臺(tái)作業(yè)的防爆作業(yè)區(qū)域。

天線安裝時(shí)，天線支架頂端應(yīng)高出天線上安裝支架頂部200mm。天線支架底端應(yīng)比天線長(zhǎng)出200mm，以保證天線安裝得牢固。

天線與Wi-Fi 的天線安裝要求距離大于3m，天線不能安裝在LTE天線的發(fā)射口面處［5］。

3 具體項(xiàng)目解決方案

3.1 整體組網(wǎng)說明

本方案采用在海上平臺(tái)建設(shè)宏基站，通過“微波+海纜+陸地光纖”的組合傳輸方式搭建遠(yuǎn)洋通信覆蓋，所建設(shè)的通信覆蓋范圍為半徑為15～30km的遠(yuǎn)洋海域面積，能有效保障海上平臺(tái)辦公、平臺(tái)與平臺(tái)之間通信（見圖1）［6］。

圖1 遠(yuǎn)洋通信覆蓋組網(wǎng)拓?fù)鋱D

海南移動(dòng)分別在中海油2個(gè)鉆井平臺(tái)上部署無線主設(shè)備和宏站天線。設(shè)備和天線安裝由海南移動(dòng)指導(dǎo)海油工程師進(jìn)行安裝，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和聯(lián)調(diào)由海南移動(dòng)負(fù)責(zé)。海上平臺(tái)負(fù)責(zé)提供基站的電源和指定安裝位置。

傳輸帶寬方面，陸地與區(qū)域海上鉆井主站之間通信由中海油提供，采用其自有微波傳輸?shù)姆绞?，傳輸帶寬至少保證50M，未來可根據(jù)需要進(jìn)行升級(jí)，各海域海上鉆井平臺(tái)之間的宏站依靠客戶自建的傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸（見圖2）［7］。

圖2 宏基站部署位置圖

3.2 無線網(wǎng)建設(shè)方案

3.2.1 主設(shè)備選型及主要性能指標(biāo)

本期工程選用華為FDD 900設(shè)備。

華為FDD 900 設(shè)備基本功能模塊有兩種：基帶控制單元BBU 和射頻拉遠(yuǎn)單元RRU。BBU 與RRU 之間采用CPRI接口光纖進(jìn)行通信；建站頻率為900M。

本期新建2 個(gè)宏站，分別為中海油A 平臺(tái)-HGH、中海油B平臺(tái)-HGH，具體如下。

（1）中海油B 平臺(tái)-HGH，新建2 個(gè)小區(qū)，新增1 臺(tái)華為BBU3910，新增2臺(tái)RRU3953。

（2）中海油A 平臺(tái)-HGH 新建3 個(gè)小區(qū)，新增1 臺(tái)華為BBU3910，新增3臺(tái)RRU3953。

RRU外形和尺寸如圖3所示；RRU參數(shù)見圖4。

圖3 RRU 外形及尺寸

圖4 RRU 參數(shù)

3.2.2 電源設(shè)備選型

設(shè)備本身為-48V 直流供電，海油平臺(tái)僅需提供220V交流電接入，海南移動(dòng)基站開關(guān)電源根據(jù)平臺(tái)實(shí)際情況采用交轉(zhuǎn)直模塊。

3.2.3 基站設(shè)備機(jī)房布置

本項(xiàng)目部署在海上平臺(tái)的機(jī)房?jī)?nèi)，同時(shí)預(yù)留出擴(kuò)容設(shè)備的位置。根據(jù)現(xiàn)有機(jī)房的設(shè)備布局規(guī)劃要求，按區(qū)域放置設(shè)備，將同類應(yīng)用設(shè)備放置在同一區(qū)域。

3.2.4 基站天饋線系統(tǒng)布置及安裝

（1）天線安裝要求。

本期工程選用的智能天線規(guī)格尺寸較大，對(duì)抱桿和天線的固定都提出很高的要求。抱桿和天線固定方式見圖5。

圖5 天線安裝示意圖

（2）對(duì)周圍阻擋要求。

由于智能天線的性能對(duì)GSM 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果有著極其重要的影響，因此在天線安裝時(shí)對(duì)周圍阻擋的要求也應(yīng)更為嚴(yán)格，應(yīng)注意天線前方無阻擋。

（3）避雷要求。

本項(xiàng)目無線防雷要求按照中華人民共和國(guó)《移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD5068-2005）來執(zhí)行。

（4）GPS天線位置要求。

GPS 天線優(yōu)先選擇安裝在平臺(tái)高點(diǎn)的位置，考慮到臺(tái)風(fēng)等海上惡劣氣候，抱桿和天線需要額外加固，最壞阻擋條件為水平仰角50°～210°內(nèi)無阻擋。

GPS 天線安裝必須保持豎直（北半球安裝可向南傾斜2°～3°）。

GPS 天線不一定是區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)，并一定要在避雷針的45°防雷保護(hù)范圍內(nèi)。

GPS 天線在安裝時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離如電梯、空調(diào)電子設(shè)備或其他電器；天線位置應(yīng)當(dāng)至少遠(yuǎn)離金屬物體4m遠(yuǎn)；2個(gè)GPS天線間距大于1m，避免產(chǎn)生反射干擾。

GPS天線距離其他的發(fā)射天線（背向）水平距離大于5m；與基站天線垂直安裝時(shí)，在天線底部垂直距離大于3m；嚴(yán)禁將GPS天線安裝在基站等系統(tǒng)的輻射天線主瓣面內(nèi)。

考慮到海上平臺(tái)位置有限，GPS 接收機(jī)饋線需要盡可能短，以降低中間線路衰減。

GPS饋線使用饋線卡子固定在走線架上。饋線鋪設(shè)完成后單獨(dú)測(cè)試饋線通道的駐波比和插損，駐波比不應(yīng)大于1.3，插損應(yīng)小于20dB。

GPS天線安裝示意圖如圖6所示。

3.2.5 無線基站室外線纜布放要求

RRU 或其他設(shè)備的電源線等室外電纜需采應(yīng)采用鎧裝電纜或套金屬波紋管，具有防水、防潮、防鼠、防紫外線性能。電纜經(jīng)過的孔洞要進(jìn)行密封。

3.2.6 無線基站室外天饋系統(tǒng)接地

室外饋線接地應(yīng)先去除接地點(diǎn)氧化層，每根接地端子單獨(dú)壓接牢固，并使用防銹漆或黃油對(duì)焊接點(diǎn)做防腐防銹處理。饋線接地線不夠長(zhǎng)時(shí)嚴(yán)禁續(xù)接，接地端子應(yīng)做防腐處理。

3.3 陸地傳輸建設(shè)方案

中國(guó)移動(dòng)PTN 光傳輸網(wǎng)絡(luò)從海南移動(dòng)基站開始，基站安裝千兆光接口交換機(jī)，通過新建1條300m24芯光纜，接入電信塔微波站，電信塔微波站與最近的海上平臺(tái)之間采用遠(yuǎn)距離微波傳輸（電信塔微波站與海上平臺(tái)與之間距離約110km）。海南移動(dòng)在基站交換機(jī)提供千兆光接口，海上平臺(tái)之間傳輸網(wǎng)絡(luò)電路由海底光纜承載回傳［8］。傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖7所示。

按照江南景觀一級(jí)目錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，康熙帝南巡期間賦詩(shī)的景觀共35處，其中金山、西湖、靈隱、惠山、云棲、錢塘江、孤山、焦山和報(bào)恩寺等居于前列;題聯(lián)賜匾的景觀共68處，其中虎丘、孤山、金山、西湖、天寧寺、高旻寺、焦山和華山等居于前列。根據(jù)所題詩(shī)、聯(lián)匾的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，排名前十的景觀是金山、虎丘、孤山、西湖、靈隱、惠山、天寧寺、焦山、高旻寺和云棲。

圖7 傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.4 海陸超遠(yuǎn)非視距微波傳輸建設(shè)方案

3.4.1 海陸超遠(yuǎn)非視距微波系統(tǒng)建設(shè)方案

為滿足遠(yuǎn)海通信信號(hào)在海上平臺(tái)的覆蓋，需要在陸地及海上平臺(tái)建立一條大帶寬的無線傳輸鏈路。根據(jù)海上平臺(tái)與陸地站點(diǎn)的選址，安裝環(huán)境為海南沿海陸地基站，海拔高度330m，天線安裝高度335m，海上端站天線安裝高度約48m，平臺(tái)有足夠空間可安裝天線，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)供電、電纜敷設(shè)條件也符合安裝條件。建設(shè)施工流程如下。

（1）平臺(tái)上天線選址：選擇對(duì)陸地方向無遮擋、視野好的位置，盡量選擇位置高的地方安裝2副微波天線。

（2）焊接天線抱桿：因海上平臺(tái)空間較小，且長(zhǎng)期有大風(fēng)浪，所以海上平臺(tái)端的天線抱桿一定采用焊接方式固定。為節(jié)約海上施工時(shí)間，天線抱桿在陸地先制作好，用拖輪運(yùn)到海上平臺(tái)，先搭設(shè)腳手架，然后再焊接。

（3）安裝天線：在海上平臺(tái)生活區(qū)頂層及中層甲板安裝2副微波天線。

（4）鋪設(shè)電纜：從室外天線出微波設(shè)備到中控室鋪設(shè)一條鎧裝網(wǎng)線，室內(nèi)單元IDU放置在中控室機(jī)柜內(nèi)，該室內(nèi)單元設(shè)備需在機(jī)柜內(nèi)接一處220V電源。

（5）陸地微波站點(diǎn)建設(shè)：在陸地高山基站安裝一個(gè)微波站點(diǎn)對(duì)應(yīng)海上平臺(tái)，陸地微波站點(diǎn)需做好防雷處理。

（6）微波鏈路調(diào)試：待平臺(tái)和陸地站點(diǎn)都建設(shè)好后，兩端聯(lián)合調(diào)試，待鏈路連通穩(wěn)定后觀察一段時(shí)間。

（7）天線固定：考慮到平臺(tái)上風(fēng)比較大，天線調(diào)試好后需加固處理。根據(jù)在平臺(tái)的安裝位置，需要焊接斜撐桿來固定天線，或者是采用腳手架來固定。

海陸超遠(yuǎn)距離微波傳輸拓?fù)鋱D如圖8所示。

圖8 海陸超遠(yuǎn)距離微波傳輸拓?fù)鋱D

本次海陸超遠(yuǎn)非視距微波鏈路順利開通，鏈路帶寬達(dá)到200M 以上，通過鏈路觀察，鏈路帶寬基本可以滿足200M以上傳輸要求。該微波鏈路傳輸采用IP傳輸，IP傳輸?shù)腡CP協(xié)議具備確認(rèn)和重傳機(jī)制，目前微波鏈路具備200M 以上的可用帶寬，傳輸時(shí)延5ms，可以保證上層應(yīng)用的可靠性和穩(wěn)定性，可以保證VoIP、視頻、互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的高質(zhì)量應(yīng)用。

3.4.2 海陸超遠(yuǎn)非視距微波鏈路穩(wěn)定性分析

從目前測(cè)試情況來看，鏈路穩(wěn)定可靠，具體分析如下。

（1）從鏈路測(cè)試情況來看，由于兩端的安裝高度限制，信號(hào)只被小部分遮擋，沒有對(duì)鏈路的穩(wěn)定性造成任何影響。

（2）針對(duì)海上平臺(tái)至陸地基站微波鏈路信號(hào)被小部分遮擋的情況，在微波鏈路兩端加載微波功放加以彌補(bǔ)，抵消信號(hào)被小部分遮擋的影響，基本保持鏈路處于正常的工作狀態(tài)。

4 項(xiàng)目運(yùn)行情況

4.1 建設(shè)需求申請(qǐng)及批復(fù)

經(jīng)中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)海南有限公司、中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院、中海信息科技有限公司湛江分公司共同完成《中海油海上平臺(tái)通信專網(wǎng)覆蓋項(xiàng)目技術(shù)解決方案》《投資及設(shè)計(jì)評(píng)審方案》并進(jìn)行內(nèi)部技術(shù)評(píng)審，評(píng)審?fù)ㄟ^后一致同意建設(shè)中海油A 平臺(tái)-HGH（移動(dòng)基站）及中海油B 平臺(tái)-HGH（移動(dòng)基站），并著手落實(shí)項(xiàng)目施工。

4.2 傳輸實(shí)際建設(shè)情況

從海南移動(dòng)基站新建1 條24 芯光纜并通過GE 口連接電信基站微波站交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)了海南移動(dòng)基站與陸地端微波站的互通。

電信塔微波站與中海油B 微波站通過微波互通，并連接中海油B平臺(tái)交換機(jī)。

中海油B平臺(tái)交換機(jī)與該平臺(tái)上的移動(dòng)無線基站主設(shè)備BBU 相連，從而實(shí)現(xiàn)了中海油B 平臺(tái)上的移動(dòng)基站與海南移動(dòng)陸地基站的鏈路互通。

中海油B平臺(tái)與中海油A平臺(tái)之間的傳輸通過中海油海底光纜互通。鏈路接通后，光口功率、鏈路速率測(cè)試正常。

4.3 無線側(cè)實(shí)際建設(shè)情況

中海油B平臺(tái)安裝1臺(tái)海南移動(dòng)BBU，并連接2部高增益（20.5dBi）天線，開通2 個(gè)扇區(qū)。中海油A 平臺(tái)安裝1 臺(tái)海南移動(dòng)BBU，并連接3 部高增益（20.5dBi）天線，開通3個(gè)扇區(qū)。

中海油B平臺(tái)與中海油A平臺(tái)之間的傳輸通過中海油海底光纜互通，BBU接入各自平臺(tái)的交換機(jī)。

4.4 開通業(yè)務(wù)測(cè)試情況

本次在中海油A 平臺(tái)、B 平臺(tái)上開通的移動(dòng)基站主設(shè)備（BBU）具備4G業(yè)務(wù)開通功能，只需在主設(shè)備端插入4G 板卡及制作數(shù)據(jù)即可，且整段傳輸鏈路滿足4G傳輸帶寬要求。后續(xù)可根據(jù)中海油公司的4G業(yè)務(wù)需求開通平臺(tái)上的4G基站及4G業(yè)務(wù)。平臺(tái)的移動(dòng)基站開通后，平臺(tái)與陸地之間、平臺(tái)與平臺(tái)之間撥打語(yǔ)音電話、短信收發(fā)測(cè)試正常。無線基站使用情況如表1所示。

表1 無線基站使用情況表

5 商業(yè)和社會(huì)效益分析

商務(wù)層面，通過運(yùn)營(yíng)商和中海信息科技有限公司強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，一方面通過設(shè)備集采可以規(guī)模降低網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備成本，海上用戶可按陸地上正常大網(wǎng)資費(fèi)辦理通信套餐，無額外特殊費(fèi)用；另一方面通過中海油的海上施工和維護(hù)能力，能有效以最低成本實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海海域通信覆蓋，為打造數(shù)字化海油提供更廣泛的通信通道，助力企業(yè)開展信息化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

公共社會(huì)效益層面，本項(xiàng)目體現(xiàn)了央企的主動(dòng)擔(dān)當(dāng)作為，提升“藍(lán)色國(guó)土”上的公共服務(wù)能力，發(fā)揮海油的海洋區(qū)位優(yōu)勢(shì)，提升海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù)能力，帶動(dòng)海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)海洋水文氣象、航道信息、漁業(yè)、游艇娛樂等行業(yè)發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

中海油A 平臺(tái)與中海油B 平臺(tái)移動(dòng)基站的開通，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離海油平臺(tái)移動(dòng)信號(hào)的覆蓋，并以此為基礎(chǔ)，基站信號(hào)輻射至周圍幾個(gè)海油平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了油田群的手機(jī)撥打和短信通訊，為海上中海油員工提供了更加便利的通信手段。通過利用微波技術(shù)，將移動(dòng)信號(hào)輻射至遠(yuǎn)洋海域，為海洋資源開發(fā)人員、遠(yuǎn)洋作業(yè)人員、漁船等提供了與陸地同樣的通信手段，降低通信成本，使得遠(yuǎn)洋海域工作人員有了可靠的安全應(yīng)急通信手段。

本項(xiàng)目可以向全國(guó)渤海、北海、東海等海域平臺(tái)作業(yè)以及港口接收站作業(yè)規(guī)模復(fù)制，同時(shí)海南作為自貿(mào)港的國(guó)際展示窗口，可以向一帶一路東南亞國(guó)家推廣，助力國(guó)家通信技術(shù)的海外推廣。