TD—LTE無線通信技術在華北油田的應用研究

于振山

【摘要】 通信系統作為智慧油田生產運行的基礎支撐載體，其穩定性、可靠性將是影響油氣生產系統至關重要的因素。鑒于油氣田的廣闊性和對安全生產的重視程度，TD-LTE專網在華北油田阿爾聯合站測試成功，表明LTE必將是未來主流的油田無線通信網絡。

【關鍵詞】 TD-LTE 無線通信 智慧油田 油氣生產自動化

一、引言

目前，我國正處在工業化和信息化融合的快速推進階段，以工業為主的各行各業需要實現智能化、遠程化、實時化和自動化。

隨著智慧油田信息化建設及油氣田自動化技術的推廣，各大油田公司努力將自動化技術與油氣田生產相結合，為實現油氣生產穩產目標提供信息技術保障。通信系統作為智慧油田生產運行的基礎支撐載體，其穩定性、可靠性將是影響油氣生產系統至關重要的因素。

油氣田生產行業特點：很多油田所在地區地處偏遠，氣候環境惡劣，油井分布比較分散。需要構建一種能適應油田特點的無線寬帶通信系統，為智慧油田建設所需的各項信息數據提供基礎網絡支撐和業務保障，為“無人值守、全天監控、組織運維、重點巡視、安全平穩、層級簡化”的油田管理新模式的建立奠定信息化基礎。

二、無線通信系統在油田的應用

2.1 無線通信系統應用必要性

我國大部分油田地處高山、沙漠等自然環境惡劣的地區，光纜無法接入，公網信號沒有覆蓋。部分油井生產還是以人工巡井、現場抄錄數據等方式進行，人力和物力投入很大；現場工作環境惡劣，各種自然和人為事故頻發，監控中心無法實時監控油井現場情況，嚴重影響對各種突發事故的響應處理速度。

近年來，大部分油田已經開始建設自動化系統，常用的無線通信方式包括GPRS、數傳電臺、McWiLL等，但由于其技術局限性，已經不能滿足石油行業生產、辦公應用的進一步需求。

隨著油田生產建設信息化建設不斷發展，生產數據、視頻監控、移動辦公等業務對無線通信系統的帶寬、穩定性和安全性要求越來越高，因此需要構建一種能夠承載油田生產、辦公現有業務和未來擴展業務，具備雙向性、實時性、可靠性、先進性、安全性等特征的無線寬帶通信系統。

2.2 幾種無線通信技術的比較

通信系統作為油氣生產自動化系統運行的基礎支撐平臺，其穩定性、可靠性將是影響生產自動化系統至關重要的因素，通常要從帶寬、速率、接口、系統穩定性、覆蓋區域等方面進行考慮。

通過上面的分析比較，可以看出LTE的技術優勢：

1、高速率：在20MHZ帶寬下可實現下行峰值速率大于IOOMbps，上行峰值速率大于50Mbps；

2、低時延：LTE系統控制時延小于lOOms，業務時延小于lOms：

3、大容量：每小區激活用戶數最大400，在線用戶數最大1200；

4、覆蓋和移動性能好：采用不同的格式，覆蓋距離從1.4～lOOkm；移動速度可以達到350km/h。

三、TD-LTE無線通信系統

TD-LTE是我國擁有核心自主知識產權的國際3G標準TD-SCDMA的后續演進技術，是一種專門為移動高寬帶應用而設計的無線通信標準，它改進并增強了3G的空中接人技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。

3.1 TD-LTE關鍵技術

l、扁平化網絡架構：有利于簡化網絡和減小延遲，可開展更多業務，網絡維護更加容易；取消了RNC集中控制，避免單點故障，有利于提高網絡穩定性。

2、MIMO多天線技術：在多個天線上分別發送多個數據流，利用多徑衰落，在不增加帶寬和天線發射功率的情況下，提高信道容量、頻譜利用率及數據傳輸質量。

3、雙流波束賦形技術：結合智能天線波束賦形技術與MIMO空間復用技術，可大大提升吞吐量性能，同時可提升覆蓋半徑、降低小區間干擾。

四、TD-LTE在華北油田試點建設

華北油田LTE試點位于內蒙古錫盟地區，主要為阿爾聯合站的采油區和輸油管線提供無線網絡覆蓋，實現油水井視頻監控、生產數據采集和自動化控制。

本次實驗基站塔高45M，機房位于塔的正下方，基站BBU部分安裝于塔下機房19英寸柜內，RRU設備安裝于室外鐵塔上。油井的視頻信號和生產數據，通過CPE終端上傳到基站，基站通過光纜傳輸與上級核心網設備TLE100連接，將井場上傳的視頻信號和生產數據通過IP網絡傳輸到油田監控中心。

4.2 數據測試分析

主要測試LTE數據采集的傳輸穩定性、帶寬、覆蓋范圍；驗證單井數據采集、視頻監控業務。

覆蓋范圍測試：測試終端在15公里處上行速率為25Mbps，下行23Mhps；由于現場地勢高低起伏，16.2公里處信號已被山丘阻擋，但速率依然是上行25Mhps，下行23Mhps，完全滿足油田覆蓋要求。

業務時延測試：Ping大包和小包時延均達到要求（小于50ms），完全能保障數據業務和視頻業務的及時性。

數據業務測試：使用Du Meter連續30分鐘測試FTP下載業務速率，速率穩定，

綜合上述測試結果，LTE網絡的覆蓋范隔、業務時延、業務速率完全滿足油氣出生產對于視頻監控和數據傳輸等業務的需求。

五、結束語

鑒于油田的廣闊性和對安全生產的重視程度，TD-LTE專網在華北油田測試成功，為油田生產和安全提供保障，減少巡檢人員數量和工作量，加快華北油田物聯網建設速度，為石油行業的通信信息化發展打下了一針強心劑。

LTE無線通信系統的遠覆蓋、高帶寬、低延遲已經證明了它的無限價值，必將是未來油田業務的主流無線通信網絡，在未來幾年也必將在油田得到廣泛的應用。