微波通信技术在海洋石油行业的应用

周暐

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

1 微波通信简介

微波通信技术自上世纪50年代发展至今，在通信业务各领域广泛应用，而针对海上石油平台之间通常主要有两种通信方式，分别为海底光缆和无线微波通信。由于海上平台所处的环境恶劣，气候变化多端，相比较海底光缆，微波通信具有建设周期短，跨越地形障碍方便等特点。因此，作为光纤通信的补充备份，微波通信在特殊区域发挥着重要作用。

微波通信（Microwave Communication），是指使用波长在1 m m 至1 m 间的电磁波—微波进行的通信。广义上讲，频率范围为300MHz～300GHz，微波通信使用的频率范围通常是3GHz～30GHz。与同轴电缆通信、光纤通信和卫星通信等现代通信网传输方式不同的是，微波通信是直接使用微波作为介质进行通信，不需要固体介质，当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，电场和磁场分量都是与传播方向垂直的，所以称为横电磁波，记为TEM波。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，因此是国家通信网的一种重要通信手段，也普遍适用于海洋石油领域。

由于微波频率很高，波长很短（1－10cm），电波沿地面传播时衰减很大，遇到障碍物时绕射能力很弱，投射到高空电离层不能反射。因此，这一波段电波只能在视距内直线传播，所以叫视距传播。即通常所说的Line of Sight（LOS）。要在微波频率范围内计算LOS，需要考虑的因素包括地球的曲率、菲涅耳区间隙和大气折射。菲涅耳区是一个长椭球形，在两个天线之间伸展。为了使波传播表现得像在“自由空间”中一样，第一菲涅耳区域的60%应该是间隙而不是地球表面的阻碍。如果发现阻塞，应考虑衍射损耗或反射损耗分析，以便在设计中与适当的无线电衰落余量保持一致。

由于微波必须要求为视距传输，所以把信息从一地传到另一地，如果两点中间有阻碍，就只能靠接力一段段地传下去，故又称为微波接力通信。这种形式的接力通信方式同样应用于油田平台群。例如：ABC三个平台，B平台在A平台与C平台之间，三个平台在一条直线，因此信号从A传到C就有B遮挡无法直接传输，可以采用从A先传到B，再从B传到C的信号传输方式，B作为中继。

随着科学技术的不断发展，通信技术对数字化的要求越来越高，数字微波通信技术的研究也随之取得了新的成就。

2 数字微波系统的分类和组成

目前，大家比较常见的分类方法是按照结构分类，将微波设备分为分体式微波、全室内型（一体式）微波和全室外型。一体式微波一般是trunk，俗称大微波，射频单元（RFU）、信号处理单元（SPU）、复接器等单元全在室内，室外仅有天线，特点是传输容量大，适用于骨干线路传输。但是，一体式微波的成本高。

全室外型微波是所有单元都在室外，其优点是易于安装、节省机房空间，但是设备在室外，容易损坏。

分体式微波由天线、室外单元（ODU）和室内单元（IDU）组成，天线和ODU之间一般用波导管连接，IDU和ODU之间通过中频电缆连接。中频电缆用于IDU和ODU之间的中频业务信号和IDU/ODU通讯控制信号的传输，并向ODU供电。容量相对较小，安装维护方便，便于快速建网，是目前在海洋石油平台上应用最广泛的微波设备。

3 微波通信技术在海上平台的应用

目前，微波设备应用的环境正在发生根本的变化，已有的和新建的网络的不断增加，需要微波设备适用于多用户的连接。固定和移动业务的融合发展，造就了网络中语音、数据、视频、Internet应用的迅速发展。GSM/UMTS/CDMA，WiMAX，DSL等多种技术并行发展。这些变化对于微波传输解决方案的演进提出了新的要求。

5.8GHz IP微波设备使用QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM、ACM

调制解调技术，采用先进的LDPC信道编解码算法，传输容量为：10Mbps到500Mbps，可支持E1、STM-1、E1+IP以及纯IP等多种组合。此外，5.8GHz IP微波设备使用超大规模集成电路，体积小，重量轻，环保，安全，可靠。

卡塔尔国家石油QP的NFA区块的WHP-3项目，新建井口平台WHP-3与老平台NFA通过海底光缆和5.8GHz微波进行通信。其中，新建平台和老平台各有两套微波天线和ODU，通过点对点的方式进行通信连接，在经过一系列严格的系统调试后，两套微波系统同时运行时传输速率超过了400Mbps，很大程度上满足了客户对于平台生产的数据传递需求。

在过去几年中，世界各地的石油公司已经对其运营油田的方式进行了现代化改造。今天的石油行业运营比以往任何时候都更安全，更具协作性且富有成效。许多通信厂商提供了超可靠和高安全性的智能油田网络，可直接连接客户现有的以太网或传统串行接口，以便对位于运营区域内任何位置的任何设备或资产进行不间断的监控。该多业务网络通常包括用于远程终端的点对点（PTP）回程和点对多点（PMP）接入。点对点解决方案为平台提供无线光纤替代。这些解决方案可在许可或未许可的无线电频谱中使用，并且已部署在最远100公里的范围内。例如在泰国PTTEP ZAWTIKA 1B项目中，新建四个井口平台环绕在中心平台周围，相距2.5公里到30公里不等，通过利用点对点微波系统代替海底光纤进行传输语音和控制信号，有效地降低了工程成本。对于运动中的大型船舶（例如FPSO或钻井船）的线速性能，其中点对点或多点无线电设备具有自动获取稳定器，可在船舶旋转或移动时保持链路对齐。

综上所述，微波通信可广泛地应用于不同的场合，是一种部署周期最短、成本收益最高的信息传输解决方案。

◆参考文献

[1] 史伟. 浅谈微波通信关键技术与发展[J].中国科技博览，2013，(31).

[2] 刘依卓，吴文博. 浅谈数字微波通信技术的应用及未来发展趋势[J].中国无线电，2018，(5)38-40.