遠海通信網絡覆蓋的研究與實現

吳一鋒 紀明天 劉田保 羅超

（1.中國移動通信集團海南有限公司 海南海口 570125；2.中海油信息科技有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057）

1 項目背景

21世紀，海洋在國際合作與競爭中的地位日益提升，我國也陸續提出海洋強國和能源安全等一系列國家戰略。要建設海洋強國，必須大力發展海洋通信覆蓋技術。南海是中國重要海洋區域，南海油氣勘探具有巨大的發展潛力。

中海油是中國最大的海上油氣生產商，南海勘探面積近50 萬km2。目前，中海油在海南海域有多個海上采油平臺，其中最近的平臺距離陸地超100km，平臺常駐人口共計超600人。海上油氣平臺作為海洋油氣生產的重要設施，需要時刻確保平臺本身及其配套的海管、水下采油樹等設備設施不受到外部侵擾。海上油氣平臺遠離海岸，公共監管相對薄弱，平臺海域經常受到外部船只的拖網捕魚、拋錨垂釣、靠泊系纜等非法侵擾，給平臺的安全生產、環境保護帶來了巨大挑戰。另外，在南海西南部海域，除一般的船舶外，還摻雜著越南等國外船只，對平臺海域的防控要求提出了更高要求。

隨著中海油海上鉆采業務的擴大發展，原有的衛星通信已無法滿足業務需求，員工聯系陸地以及海上作業時數據傳輸均存在較大的不便，不利于提高工作效率，影響海洋開發作業［1］。

2 遠海通信覆蓋思路

2.1 創新通信覆蓋方式

傳統通信技術是通信BBU 和運營商核心網采用光纖光纜相連，本項目從海上主平臺到陸地鐵塔站缺少海底光纜，無法采用傳統方式進行無線設備開通。

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為現實，為海上平臺覆蓋移動信號提供了可靠的傳輸通道基礎。本項目采用“大功率微波散射+蜂窩通信+平臺間海纜”的組合方式實現深海通信網絡覆蓋［2］，即海上主平臺到陸地鐵塔站采用大功率微波散射進行通信傳輸，而海上平臺及海上作業區域利用平臺間海纜，采用蜂窩通信的方式進行通信覆蓋［3］。

2.2 LTE系統天面建設原則

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

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

基于海面大風及以及臺風情況下，無線RRU采用安裝時，安裝位置應為強化鋼板或防風加固區域，且具有足夠的強度可抵御高等級臺風。

設備安裝位置應選擇方便施工安裝、線纜連接和維護操作，且不應部署在海上平臺作業的防爆作業區域。

天線安裝時，天線支架頂端應高出天線上安裝支架頂部200mm。天線支架底端應比天線長出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天線的發射口面處［5］。

3 具體項目解決方案

3.1 整體組網說明

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

圖1 遠洋通信覆蓋組網拓撲圖

海南移動分別在中海油2個鉆井平臺上部署無線主設備和宏站天線。設備和天線安裝由海南移動指導海油工程師進行安裝，網絡優化和聯調由海南移動負責。海上平臺負責提供基站的電源和指定安裝位置。

傳輸帶寬方面，陸地與區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的方式，傳輸帶寬至少保證50M，未來可根據需要進行升級，各海域海上鉆井平臺之間的宏站依靠客戶自建的傳輸網絡進行傳輸（見圖2）［7］。

圖2 宏基站部署位置圖

3.2 無線網建設方案

3.2.1 主設備選型及主要性能指標

本期工程選用華為FDD 900設備。

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

本期新建2 個宏站，分別為中海油A 平臺-HGH、中海油B平臺-HGH，具體如下。

（1）中海油B 平臺-HGH，新建2 個小區，新增1 臺華為BBU3910，新增2臺RRU3953。

（2）中海油A 平臺-HGH 新建3 個小區，新增1 臺華為BBU3910，新增3臺RRU3953。

RRU外形和尺寸如圖3所示；RRU參數見圖4。

圖3 RRU 外形及尺寸

圖4 RRU 參數

3.2.2 電源設備選型

設備本身為-48V 直流供電，海油平臺僅需提供220V交流電接入，海南移動基站開關電源根據平臺實際情況采用交轉直模塊。

3.2.3 基站設備機房布置

本項目部署在海上平臺的機房內，同時預留出擴容設備的位置。根據現有機房的設備布局規劃要求，按區域放置設備，將同類應用設備放置在同一區域。

3.2.4 基站天饋線系統布置及安裝

（1）天線安裝要求。

本期工程選用的智能天線規格尺寸較大，對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）對周圍阻擋要求。

由于智能天線的性能對GSM 系統網絡覆蓋效果有著極其重要的影響，因此在天線安裝時對周圍阻擋的要求也應更為嚴格，應注意天線前方無阻擋。

（3）避雷要求。

本項目無線防雷要求按照中華人民共和國《移動通信基站防雷與接地設計規范》（YD5068-2005）來執行。

（4）GPS天線位置要求。

GPS 天線優先選擇安裝在平臺高點的位置，考慮到臺風等海上惡劣氣候，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 天線不一定是區域內最高點，并一定要在避雷針的45°防雷保護范圍內。

GPS 天線在安裝時應遠離如電梯、空調電子設備或其他電器；天線位置應當至少遠離金屬物體4m遠；2個GPS天線間距大于1m，避免產生反射干擾。

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

考慮到海上平臺位置有限，GPS 接收機饋線需要盡可能短，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。饋線鋪設完成后單獨測試饋線通道的駐波比和插損，駐波比不應大于1.3，插損應小于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 或其他設備的電源線等室外電纜需采應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。電纜經過的孔洞要進行密封。

3.2.6 無線基站室外天饋系統接地

室外饋線接地應先去除接地點氧化層，每根接地端子單獨壓接牢固，并使用防銹漆或黃油對焊接點做防腐防銹處理。饋線接地線不夠長時嚴禁續接，接地端子應做防腐處理。

3.3 陸地傳輸建設方案

中國移動PTN 光傳輸網絡從海南移動基站開始，基站安裝千兆光接口交換機，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之間采用遠距離微波傳輸（電信塔微波站與海上平臺與之間距離約110km）。海南移動在基站交換機提供千兆光接口，海上平臺之間傳輸網絡電路由海底光纜承載回傳［8］。傳輸網絡拓撲圖如圖7所示。

按照江南景觀一級目錄進行統計，康熙帝南巡期間賦詩的景觀共35處，其中金山、西湖、靈隱、惠山、云棲、錢塘江、孤山、焦山和報恩寺等居于前列;題聯賜匾的景觀共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。根據所題詩、聯匾的數量統計，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 傳輸網絡拓撲圖

3.4 海陸超遠非視距微波傳輸建設方案

3.4.1 海陸超遠非視距微波系統建設方案

為滿足遠海通信信號在海上平臺的覆蓋，需要在陸地及海上平臺建立一條大帶寬的無線傳輸鏈路。根據海上平臺與陸地站點的選址，安裝環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，平臺有足夠空間可安裝天線，同時，現場供電、電纜敷設條件也符合安裝條件。建設施工流程如下。

（1）平臺上天線選址：選擇對陸地方向無遮擋、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：因海上平臺空間較小，且長期有大風浪，所以海上平臺端的天線抱桿一定采用焊接方式固定。為節約海上施工時間，天線抱桿在陸地先制作好，用拖輪運到海上平臺，先搭設腳手架，然后再焊接。

（3）安裝天線：在海上平臺生活區頂層及中層甲板安裝2副微波天線。

（4）鋪設電纜：從室外天線出微波設備到中控室鋪設一條鎧裝網線，室內單元IDU放置在中控室機柜內，該室內單元設備需在機柜內接一處220V電源。

（5）陸地微波站點建設：在陸地高山基站安裝一個微波站點對應海上平臺，陸地微波站點需做好防雷處理。

（6）微波鏈路調試：待平臺和陸地站點都建設好后，兩端聯合調試，待鏈路連通穩定后觀察一段時間。

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

海陸超遠距離微波傳輸拓撲圖如圖8所示。

圖8 海陸超遠距離微波傳輸拓撲圖

本次海陸超遠非視距微波鏈路順利開通，鏈路帶寬達到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傳輸的TCP協議具備確認和重傳機制，目前微波鏈路具備200M 以上的可用帶寬，傳輸時延5ms，可以保證上層應用的可靠性和穩定性，可以保證VoIP、視頻、互聯網等業務的高質量應用。

3.4.2 海陸超遠非視距微波鏈路穩定性分析

從目前測試情況來看，鏈路穩定可靠，具體分析如下。

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

（2）針對海上平臺至陸地基站微波鏈路信號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，抵消信號被小部分遮擋的影響，基本保持鏈路處于正常的工作狀態。

4 項目運行情況

4.1 建設需求申請及批復

經中國移動通信集團海南有限公司、中國移動通信集團設計院、中海信息科技有限公司湛江分公司共同完成《中海油海上平臺通信專網覆蓋項目技術解決方案》《投資及設計評審方案》并進行內部技術評審，評審通過后一致同意建設中海油A 平臺-HGH（移動基站）及中海油B 平臺-HGH（移動基站），并著手落實項目施工。

4.2 傳輸實際建設情況

從海南移動基站新建1 條24 芯光纜并通過GE 口連接電信基站微波站交換機，實現了海南移動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平臺交換機。

中海油B平臺交換機與該平臺上的移動無線基站主設備BBU 相連，從而實現了中海油B 平臺上的移動基站與海南移動陸地基站的鏈路互通。

中海油B平臺與中海油A平臺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、鏈路速率測試正常。

4.3 無線側實際建設情況

中海油B平臺安裝1臺海南移動BBU，并連接2部高增益（20.5dBi）天線，開通2 個扇區。中海油A 平臺安裝1 臺海南移動BBU，并連接3 部高增益（20.5dBi）天線，開通3個扇區。

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

4.4 開通業務測試情況

本次在中海油A 平臺、B 平臺上開通的移動基站主設備（BBU）具備4G業務開通功能，只需在主設備端插入4G 板卡及制作數據即可，且整段傳輸鏈路滿足4G傳輸帶寬要求。后續可根據中海油公司的4G業務需求開通平臺上的4G基站及4G業務。平臺的移動基站開通后，平臺與陸地之間、平臺與平臺之間撥打語音電話、短信收發測試正常。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 商業和社會效益分析

商務層面，通過運營商和中海信息科技有限公司強強聯合，一方面通過設備集采可以規模降低網絡通信設備成本，海上用戶可按陸地上正常大網資費辦理通信套餐，無額外特殊費用；另一方面通過中海油的海上施工和維護能力，能有效以最低成本實現遠海海域通信覆蓋，為打造數字化海油提供更廣泛的通信通道，助力企業開展信息化轉型升級。

公共社會效益層面，本項目體現了央企的主動擔當作為，提升“藍色國土”上的公共服務能力，發揮海油的海洋區位優勢，提升海洋環境監測保護能力，帶動海洋產業發展，促進海洋水文氣象、航道信息、漁業、游艇娛樂等行業發展。

6 結語與展望

中海油A 平臺與中海油B 平臺移動基站的開通，實現了遠距離海油平臺移動信號的覆蓋，并以此為基礎，基站信號輻射至周圍幾個海油平臺，實現了油田群的手機撥打和短信通訊，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，將移動信號輻射至遠洋海域，為海洋資源開發人員、遠洋作業人員、漁船等提供了與陸地同樣的通信手段，降低通信成本，使得遠洋海域工作人員有了可靠的安全應急通信手段。

本項目可以向全國渤海、北海、東海等海域平臺作業以及港口接收站作業規模復制，同時海南作為自貿港的國際展示窗口，可以向一帶一路東南亞國家推廣，助力國家通信技術的海外推廣。