WiMAX通信技術用于海上石油平臺

重慶工商職業學院電子信息工程學院

WiMAX通信技術用于海上石油平臺

曾春重慶工商職業學院電子信息工程學院

由于海上油田平臺自身所處的環境變化多端，現有的通信技術已經不能滿足海上平臺生產安全的運行。海上油田平臺通常的通信方式主要有兩種，分別是埋設海底光纜與無線通信。WiMAX（全球微波互聯接入）即802.16無線城域網，是實現企業和家庭用戶寬帶無線連接的一種新技術網絡。在數據通信領域，其具有高覆蓋范圍的特點，可以實現在沒有視距基站的情況下，給海上平臺提供移動無線寬帶信號。文昌油田作業區在海上作業平臺首次采用WiMAX通信技術，不但解決了移動式FPSO與固定平臺間的生產數據傳輸信號不穩、鏈路中斷的問題，而且大大改善了作業平臺信號傳輸的穩定性。

WiMAX；通信技術；海上平臺；信號傳輸；文昌油田

無線通信系統在海上平臺的主要任務是保障平臺上工作人員對外傳輸信號的通暢（包括對來往船舶、直升機上人員、陸地指揮中心等通信聯絡），以及生產數據、通訊視頻、短信的發送和接收穩定。由于海上油田平臺自身所處的環境變化多端，海上風浪頻繁，這些都會給無線信號的傳輸帶來一定的影響，而且海上平臺規模不可能太大，一些通信設備也不能自由地擺放，這樣也帶來傳輸信號被阻擋的問題，現有的通信技術已經不能滿足海上平臺生產運行的需要。因此，需要引進一種抗干擾性強的無線通信系統，來保證移動通信的平穩傳輸。

WiMAX技術已在陸地油田得到推廣，是一項成熟的無線通信新技術。海上平臺設備多、地方小、移動性強，WiMAX通信技術能完全克服這些不利因素，并且能夠平穩、快速地傳輸信號[1]。據大量調研，將WiMAX技術引入海上石油平臺方案是可行的，該通信技術在文昌油田海上平臺的應用改善了原有通信系統的不足，大大提高了信號傳輸的穩定性。

1 海上平臺通信現狀

海上油田平臺通常的通信方式主要有兩種，分別是埋設海底光纜與無線通信。由于海上風浪大，時有臺風，對使用傳統無線通信方式的平臺，無線信號受漫反射干擾，在海上平臺無線通信信號中斷頻繁。現有的海上無線通信技術已經不能滿足生產和生活的需求，通信系統是海上平臺員工對石油和天然氣安全開發生產、生活信息記錄與傳輸不可或缺的一部分，因此，尋找新的穩定的無線通信技術迫在眉睫。

1.1無線技術通信分析

無線技術在通信方面的應用改變了通信不暢的局面，但也有其弊端，例如浮式生產儲油輪移動到不同的角度無線信號有所不同，可能在某些角度會造成無線鏈路中斷，信號無法傳輸出去。浮式生產儲油輪（FPSO）火炬塔、天線安裝點和對應平臺呈線性布局，金屬材質的FPSO天線安裝點比金屬材質的火炬塔低15～20m，火炬塔阻擋和吸收了天線安裝點傳出的大部分無線信號，直接造成信號強度下降而導致無線鏈路中斷，圍繞海上平臺的無線信號質量無法穩定，信號數據丟失時有發生。海上平臺需要穩定的無線通信環境，平臺上的生產設施更需要穩定、可靠的無線網絡通信環境來保證生產的順利進行。

1.2無線系統主要問題

工作頻率在2.4GHz、IEEE802.11g協議環境下的現有無線通信系統，在FPSO移動、海面深衰落、火炬塔阻擋、環境干擾等外界因素影響下，不能保證無線信號正常、穩定的傳輸，這將直接影響海上平臺生產作業，應尋找更穩定的無線技術投入使用。

2 WiMAX通信技術

2.1WiMAX概念

WiMAX（全球微波互聯接入）即802.16無線城域網，是實現企業和家庭用戶寬帶無線連接的一種新技術網絡[2]。WiMAX的基礎是IEEE802.16的系列寬頻無線，空中接口標準為微波和毫米波頻段，是新型的無線城域網技術。在數據通信領域，其具有高覆蓋范圍的特點，可以實現在沒有視距基站的情況下，給海上平臺提供移動無線寬帶信號。該技術與VHF通信技術對比見表1。接下來重點研究FPSO與海上平臺間無線信號和生產數據平穩傳送，這是海上平臺通信的一項關鍵技術。

表1 WiMAX與VHF通信技術性能指標對比

2.2WiMAX的主要功能

WiMAX通信技術相比傳統的無線通信技術具有獨特的優勢，其主要的功能如下：

（1）靈活移動性。WiMAX通信核心主要是正交頻分復用和正交頻分復用介入技術。該技術可避免外界環境不穩定造成的信號干擾，可保證無線通信信號平穩快速的傳輸。

（2）WiMAX通信技術里面的HARQ技術能夠促使頻譜效率大幅提高，進而促使系統吞吐量明顯增加。該技術具有的重傳功能可以將兩次信號合并，增強信號強度，這樣通信系統的覆蓋范圍得到擴大。

（3）WiMAX通信技術的MAC層，攜有QoS機制和帶寬分配，對于任何用戶應用環境，均可實現同一信道供上千個不同的用戶進行使用，而且不受相互干擾。WiMAX通信技術里有一項多天線技術，該技術主要分為空時編碼、波束賦形和空間復用三類。空時編碼主要由空時格碼和空時塊碼兩部分組成，前者在通信技術中起到編碼增益和分集增益兩大功能，后者主要是降低譯碼復雜度，進一步實現分集增益的效果[3]。智能天線的核心技術來自波束賦形，其主要是利用集中思想，將傳輸能量對準目標用戶，促使信噪比大幅提高，從而減小共道對信號傳輸的干擾程度。空間復用主要是指信號一開始在發射端的發射是相互獨立彼此不交融的，這樣的處理過程直接促使MIMO系統的平均發射速率最大化，信號傳輸更加迅速。

3 WiMAX通信技術實例應用

文昌油田海上平臺遠程控制生產作業數據以及辦公網絡數據，均由5.8GHz無線網橋（IEEE802.11a）來承擔，經過多年的應用，原系統的工作狀態不穩定時有中斷信號的情況，給海上平臺油田的生產安全和管理帶來了極大的影響。在2011年4月，鑒于通信信號不穩定以及環境干擾大等問題，經過大量的調研和分析，文昌油田成功引進了WiMAX通信設備QUANTUM6600系列，該系統配備有IEEE802.16e，即移動寬帶無線接入技術，使整套設備能夠適應極強的活動范圍以及惡劣環境的干擾。海上平臺通信系統應用體系豐富，包括作業人員生活起居（網絡、數字電話、視頻會議等）和生產作業（油水井生產數據、船舶運行數據、平臺設備運行狀態、文件與資料記錄共享數據等）。文昌油田作業區在海上作業平臺首次采用WiMAX通信技術，不僅克服了移動式FPSO與固定平臺間的生產數據傳輸信號不穩、鏈路中斷的問題，而且大大改善了作業平臺信號傳輸的穩定性。在保證平臺生產作業數據平穩、快速傳輸的同時，大大提高了海上平臺生產作業人員的生活水平，圓滿地解決了原有系統的缺陷。

4 結語

大寬域的覆蓋面是WiMAX通信技術最主要的一大優勢，覆蓋面可達50km2，該技術帶寬能使生產數據平穩、快速傳輸，同時可滿足移動性強的環境要求。當然也具備老系統語音、圖像、數據和視頻服務等功能。除此之外，WiMAX無線通信技術的應用可以實現信號對陸地傳輸的需求，以及具備船舶通信等技術特點。WiMAX通信技術具有的長距離、傳速快、信號穩定、適應環境變化強等特點，能夠保障海洋石油平臺在惡劣環境下平穩工作、安全生產。該技術在文昌油田海上平臺的應用獲得了巨大的成功，未來將會在其他海上石油平臺進行推廣和應用。

[1]李寶嶺．無線通信技術在油田自動化中的應用[J]．油氣田地面工程，2014，33（10）：81-82.

[2]盧超．利用3G技術解決海上平臺通信的可行性分析[J]．電子世界，2014（16）：222-223.

[3]李勁松．某海上平臺新增設備安裝校核[J]．油氣田地面工程，2013，32（12）：125-126.

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.013