微波通信技術(shù)在海上油氣田的應(yīng)用分析

黎志強

（中海油信息科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

從90年代開始，海洋石油行業(yè)中就開始廣泛應(yīng)用點對點式的微波通信技術(shù)。目前我國各大海域海上油氣田內(nèi)部建設(shè)的微波通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)越來越完善，尤其是南海東部海域的油田已經(jīng)實現(xiàn)了全油田微波網(wǎng)覆蓋。微波通信技術(shù)擁有成本低和建站靈活等特點，為海上通信提供了較大的便利，但是在具體應(yīng)用過程中需要采取有效措施來減少在微波傳輸過程中對信號產(chǎn)生的影響，有效提升通信質(zhì)量和通信效率。

1 數(shù)字微波系統(tǒng)應(yīng)用的分類組成分析

目前，微波通信技術(shù)在通信業(yè)務(wù)當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，在海上石油平臺中提供的通信方式主要有海底光纜、衛(wèi)星通信以及無線微波通信等。海底光纜通信雖然運行穩(wěn)定，但是敷設(shè)成本高昂。衛(wèi)星通信屬于一種無線電波通信，主要是通過衛(wèi)星中繼站發(fā)射無線電波信號，與地面站進行無線電通信，其優(yōu)勢在于覆蓋面廣。但由于衛(wèi)星通信要求地面設(shè)備有較大的發(fā)射功率才能實現(xiàn)衛(wèi)星通信，因此難以像地面的移動通信系統(tǒng)一樣進行普及應(yīng)用，且衛(wèi)星帶寬資源成本高，而這對于建設(shè)周期較短、跨越障礙方便的微波通信技術(shù)來說能夠輕松實現(xiàn)[1]。微波通信（Microwave Communication）指的是電磁波和微波之間的通信，保持波長在1 mm～1 m之間。跟光纖通信和衛(wèi)星通信相比，微波通信采用微波作為信息傳播介質(zhì)，如果兩點之間沒有存在任何障礙，那么就可以實現(xiàn)微波傳送信息。但是微波要求必須視距傳輸，兩點之間存在障礙時需要一段一段接力傳輸，因此也被稱為微波接力通信技術(shù)[2]。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，通信技術(shù)對于數(shù)字化要求也逐漸提升，近些年來數(shù)字化微波通信技術(shù)的研究取得了明顯進展。

數(shù)字微波系統(tǒng)比較常見的分類方法是按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行，分為全室內(nèi)型一體式、全室外型一體式以及分體式3種。全室內(nèi)型一體式微波設(shè)備的信號處理單元及復(fù)接器單元等都處于室內(nèi)的環(huán)境中，只有天線處于室外環(huán)境，其運行特點是傳輸?shù)娜萘糠浅４螅珣?yīng)用成本非常高[3]。全室外型一體式微波設(shè)備所有的單元都是在室外進行運行的，運行特點是后期的安裝和維護非常容易，而且能夠有效節(jié)省室內(nèi)的機房空間，但缺點是在室外惡劣的運行環(huán)境下，設(shè)備非常容易出現(xiàn)損壞的情況。分體式微波各個不同的單元相互分解，使用波導(dǎo)管和中頻電纜連接在一起，該設(shè)備的運行特點是容量較小，因此安裝起來非常簡單方便，能夠幫助海上油氣田平臺建立快速的網(wǎng)絡(luò)通信，是在海上油氣田中使用最普遍的微波設(shè)備之一[4]。

2 在海上油氣田平臺中微波通信技術(shù)的應(yīng)用

2.1 選擇微波路徑

在海上油氣田平臺中應(yīng)用微波通信技術(shù)，需要測算距離油田群和陸地最近的井口平臺，查看這一距離是否符合點對點微波視距的傳輸距離。如果該距離已經(jīng)超出了傳輸極限則需要在陸地上尋找合適的登陸地點，盡可能地將天線掛高，以此來提升傳輸穩(wěn)定性[5]。技術(shù)人員需要通過實地考察和論證之后，最終確定基站和平臺的建立位置，形成跨海微波鏈路建設(shè)。在建設(shè)過程中需要具備良好的通信機房建設(shè)環(huán)境，并安裝設(shè)置溫度控制裝置。跟外部的通信一般都采用基站光纜，架設(shè)高壓電線來為基站的運營提供電力資源，并配合使用蓄電池組和電裝置，從而保障基站電力的正常供應(yīng)[6]。

2.2 微波鏈路模型

基站建設(shè)過程中需要架設(shè)微波天線，并安裝室外單元和室內(nèi)單元，在油田群內(nèi)部的局域網(wǎng)中接入路由器，這樣在微波落地之后就可以在當(dāng)?shù)仉娦胚\營商中接入到基站光纜，完成陸地和海上油氣田之間的數(shù)據(jù)信息傳輸鏈路，并建立起完善的跨海微波鏈路[7]。微波鏈路模型如圖1所示。

圖1 微波鏈路模型圖

2.3 科學(xué)合理地選擇微波頻段和設(shè)備

在微波通信技術(shù)的應(yīng)用過程中可以選擇專用頻率也可以選擇通用頻率，專用頻率的使用需要嚴(yán)格遵守不同省市對于無線電頻率分配管理原則，在建立海上油氣田微波鏈路之間，向當(dāng)?shù)氐臒o線電委員會申請專用頻段，主要應(yīng)用于海陸海上油氣田的內(nèi)部微波組網(wǎng)[8]。通用頻率則是申請無線執(zhí)照的使用頻段，使用起來部署更加便利。不同微波頻段信息如表1所示，如果需要實現(xiàn)長距離的跨海微波通信應(yīng)用，則需要適當(dāng)增加天線口徑，這樣能夠有效提升電平接收和鏈路的儲備量[9]。但需要注意的是，天線太大很容易造成波束對準(zhǔn)差錯問題，并且海上風(fēng)力較大，天線在擺動的過程中很容易造成通信中斷的情況，因此在微波通信技術(shù)的應(yīng)用過程中，可以結(jié)合設(shè)備供貨和使用現(xiàn)狀科學(xué)合理地選擇設(shè)備類型，便于提升微波通信水平。

表1 微波各頻段主要參數(shù)

2.4 微波鏈路的儲備余量

微波鏈路需要滿足視距信息傳輸?shù)臈l件，但是微波鏈路的建立并不能完全保證微波通信能夠順利進行，因此除了需要滿足視距傳輸之外，微波通信技術(shù)的應(yīng)用需要確保微波鏈路的建設(shè)能夠具備良好的鏈路儲備能力[10,11]。在計算微波鏈路儲備余量的過程中，需要綜合考慮在海上油氣田基站的建設(shè)中微波傳輸?shù)目臻g損耗和系統(tǒng)增益等數(shù)據(jù)信息，還需要分析當(dāng)前鏈路的總增益和總損耗，從而使得計算出來的微波鏈路儲備余量能夠準(zhǔn)確合理。

2.5 測試鏈路運行情況

在測試鏈路運行過程中，主要測試目的是了解鏈路的帶寬峰值和實際傳輸速率，還需要分析微波鏈路的全年可用性。通過測試來了解大風(fēng)、大雨以及多云天氣中的傳輸速率，查看是否能夠滿足整個海上油氣田群的通信需求。在測試期間截取一段時間內(nèi)信號發(fā)射和接收的強度信息數(shù)據(jù)，了解是否處于正常的信號強度接收范圍之內(nèi)，確保信息數(shù)據(jù)的傳輸能夠穩(wěn)定可靠。通過測試能夠有效提升海陸之間的通信效率，確保海陸信號的傳輸和接收能夠處于正常的信號強度范圍內(nèi)，以提升傳輸效率。

3 結(jié) 論

在海上油氣田中應(yīng)用微波通信技術(shù)，能夠保障數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃?，有效實現(xiàn)了數(shù)字化油田和智能化油田的發(fā)展進程，為海上油氣田建設(shè)提供技術(shù)支持，促進海上油氣田能夠更加安全穩(wěn)定地運行。