超远距离海陆微波在海上油气田的研究与应用

文/钟志明【关键词】微波通信 超视距 油气田通信 海陆微波通信数字微波通信是现代通信重要手段之一，与其他通信方式相比，具有建设周期短、不易受人为破坏、跨越地形障碍相对比较方便等诸多优点。因此，微波通信在特殊地段发挥着重要的作用，尤其是在海陆间通信中，已经成为一种重要的通信手段。根据原CCTIT 的建议，1 ～ 40GHz 的频段用作微波通信的频段，占有39GHz 的频宽，具有较大的通信容量以及可以传送综合业务。而目前我国主要使用微波通信的频段为2、4、6、7、8、11GHz。其中，2、4、6GHz 用作国家一级干线；7、8、11GHz 作为省内二级干线用。另外，微波还可以作为干线光纤传输的备份及补充，如点对点的SHD 微波通信系统、PHD 微波通信系统等，主要用于干线光纤传输系统在遇到自灾害时的紧急修复，以及由于种种原因不适合使用光纤的地段和场合。而海上油气田与陆地的通信正是受地形影响，而采用了这种点对点的SHD 微波通信系统作为卫星通信的补充，解决了近海区域油气田的数据传输问题。1 数字微波通信在海上油气田应用现状目前，数字微波通信技术作为光纤通信的一种重要补充，在现代化通信中仍然是具有相当重要的作用，随着现代通信技术的发展，为了提高微波通信的效能，数字微波通信的主要发展方向如下：1.1 提高QAM调制级数及严格限带为了提高频谱利用率， 一般多采用多电平QAM 调制技术， 目前已达到256 和512QAM，很快就可实现1024/2048QAM。与此同时，对信道滤波器的设计提出了极为严格的要求：在某些情况下，其余弦滚降系数应低至0.1。现已可做到0.2 左右。1.2 网格编码调制及维特比检测技术为降低系统误码率，必须采用复杂的纠错编码技术，但由此会导致频带利用率的下降。为了解决这个问题，可采用网格编码调制（TCM）技术。采用TCM 技术需利用维特比算法解码。在高速数字信号传输中，应用这种解码算法难度较大。本文主要是研究数字微波通信在海上油气田的应用，重点是超远距离的海陆微波信号干扰、高速带宽的研究与应用。摘 要1.3 自适应时域均衡技术使用高性能、全数字化二维时域均衡技术减少码间干扰、正交干扰及多径衰落的影响。1.4 多载波并联传输多载波并联传输可显著降低发信码元的速率，减少传播色散的影响。运用双载波并联传输可使瞬断率降低至原来的1/10。1.5 其它技术如多重空间分集接收、发信功放非线性预校正、自适应正交极化干扰消除电路等将载波传输的稳定性及可靠性大大提高。受微波通信技术的不断的发展的影响，海上油气田的微波通信也在发展，目前的微波通信技术的应用方式主要有以下几种：（1）点对点的采油平台间的纯海上微波通信。点对点的采油平台间的海上微波通信，主要应用于采油平台间无海底光缆互连的通信，目前在海上20 至30 公里范围内的微波通信已经是非常成熟及稳定的传输。（2）点对多点的采油平台与油轮等微波通信。点对多点的微波通信主要针对中心采油平台与子平台之间或者是平台与油轮之间的通信，目前点对多点的应用不多，但是技术已经成熟，传输也是相当的稳定。（3）点对点的采油平台与陆地间的微波通信。点对点的采油平台与陆地间的微波通信是目前微波研究的一个重点，现在的核心研究是超远距离及高带宽的应用，目前最远的点对点的海陆微波的传输距离达到了130 公里，且传输的速率超过了20Mbps。（4）中间接力式的采油平台与陆地间微波通信。中间接力式的采油平台与陆地间的微波通信主要是针对两个通信站点间无合适的安装环境，通过无人岛进行了中转接力微波来实现两点间的微波通信，目前的应用主要在东海以及南海东部海域的油气田中。2 超远距离微波通信在海上油气田应用的研究重点超远距离微波通信，在海陆之间的通信使用较少，首先是因为海面上的环境的特殊性，架设这种微波设备很难有持续可靠的地点用于安装及使用；其次海面的多径干扰相当厉害，很大程度影响了微波的性能；此外，海陆微波的特殊性导致了业务需求较少，市场对此类微波的需求也少，技术很难有大的突破。而在海上油气田上的应用主要是依靠新的微波技术及设备产生后，再根据相关的设备去研究，来突破微波传输瓶颈，以供油气田日常生产办公使用，超远距离微波通信的研究重点在以下几个方面：2.1 对信号衰落的研究接收信号的变化衰落有快衰落和慢衰落2种，快衰落主要是有多径干扰引起，短时间的信号电平的快速变化，主要是由于对流层内不均匀散射体或不规则层的大小、形状、位置和介电常数分布的随机变化引起；慢是衰落通常由气象条件发生变化而引起；目前对衰落的控制主要是由自适应的多种调制方式自动调节及多波束空时编码方式将信号发送多次并重新合并，以消除不同相位信号之间相互抵消的作用来克服信号衰落的影响。2.2 对信号色散控制的研究将微波信号以更长的时间发送，回波到达时原始信号还在被处理；频谱被划分为多个独立的、互相正交的子载波，每个子载波的波峰对应其他子载波的零值；2.3 对K型衰落及波导型衰落的控制的研究目前主要利用空间分集克服，在两端天线的垂直端放置多个天线，提高天线增益，增加提供不相关的冗余路径；2.4对信号干扰的研究信号干扰不仅是陆地微波存在，海陆间的微波也存在相同的问题，而目前重点是通过智能动态频率选择，增加频谱分析功能，持续监听所有信道，采用TDD 和TDD+FDD 两种方式，若产生干扰，自动切换到最可靠信道。3 结语随着海上油气田的日益增多，数字微波通信与卫星通信将成为海上油气田的主要通信手段，超远距离的海陆微波技术的发展将给海上油气田打造“数字化油田”提供了可靠的数据链路传输保障。环渤海湾、东海、南海东部、南海西部的油气田逐渐增多，海陆间的通信需求日益增加，传统的通信手段以难以满足现有的需求；海陆间微波通信技术的发展，将会突破现有的传输技术瓶颈，改善现有的通信方式；随着新的微波技术的应用，将推动微波通信新的一轮技术变革，提高海上油气田的数据通信效率。参考文献[1] 姚军, 李白萍. 数字微波与卫星通信[M].北京: 北京邮电大学出版社,2011(04).[2] 赵小龙, 黄际英, 弓树宏. 海上微波超视距通信信号分析[J]. 电波科学学报,2007(22 增刊).[3] 刘焕淋，向劲，代少升. 扩展频谱通信[M].北京: 北京邮电大学出版社,2008(11).作者单位中海油信息科技有限公司湛江分公司　广东省湛江市　524057