遠距離跨海微波通信在海上油田的應用探討

張筠

摘 要：針對中海油南海東部海域長期應用衛星通信方式實現海陸間日常生產、辦公業務存在的信息系統在海上平臺應用效率低、訪問速度慢的突出問題，從突破衛星鏈路組網后網絡高時延的角度，介紹了遠距離點對點跨海微波鏈路的測試及應用情況。該微波鏈路通信距離91.7千米，實現了四個設施海陸業務的接入，信息系統的訪問效率提升一倍以上。經過1年半的應用，鏈路運行可靠平穩，能夠滿足海上油田實際的通信需求。

關鍵詞：PTP；無線寬帶；衛星通信；海陸通信

中圖分類號：TN925.91

中海油南海東部地區海上油田地理位置遠離陸地，日常生產、辦公需要與位于陸地的辦公室溝通聯系。由于海陸通信距離超過100千米，一直以來衛星通信成為東部片區海陸間的主要通信方式，可以滿足海上油田的基本通信需求。

由于所有同步通信衛星均分布在赤道上空4萬千米左右的地球同步軌道上，通訊距離遙遠，地面發射的信號經衛星轉發、接力到達目的地需要一定的時間，由此帶來了衛星通信的時延問題。從物理的角度看，這種時延是客觀存在的、無法客服的，在信息網絡中帶來了一定的副作用。[1]根據多年實際應用情況，在4M通信帶寬的配置下，網絡較為空閑時，海陸間網絡數據包傳輸平均時延為490ms，隨著實際網絡流量的增加，網絡時延會相應增加，導致海陸間的網絡訪問速度較慢?？陀^上造成了信息系統雖然在海上平臺應用多年，但一直存在用戶體驗不佳、效率低的實際問題，成為信息化進程中無法逾越的屏障。

1 應用分析

在海洋石油行業中應用較多的三大海陸間的主要通信方式包括光纖通信、衛星通信與微波通信。光纖通信方式由于單獨敷設的成本相對較高，施工難度大等多方面因素，無法在短期內解決海陸間的通信瓶頸。

隨著信息產業部無線電管理局開放5.8GHz頻段用于高速無線局域網的接入，基于該頻段無線寬帶接入的應用也越來越廣泛。本文介紹了5.8G無線寬帶產品在中海油南海東部海域首次應用的情況，測試鏈路計算如表1。

對于超遠距離海面傳輸無線鏈路，需要考慮地球曲率對電波傳輸的影響，因此存在極限視距與非視距傳播兩部分。[2]根據海洋石油行業實際應用的情況，點對點微波通信傳輸距離基本為視距傳輸，海上傳輸的極限距離為40千米左右。[3]針對該條測試鏈路，主要考慮提升兩邊天線掛高高度以及選擇避開高大建筑物、山體遮擋的傳輸路徑兩方面的因素，其目的在于增加視距傳輸的距離，提高遠距離傳輸能力。應用測試分為傳輸測試、鏈路測試、業務測試三個階段逐步開展。

2 應用案例

2.1 傳輸測試

建立一跳點對點鏈路，評估安裝位置的合理性以及鏈路連通性等方面，初步判斷建立海陸微波干線的可行性。測試結果如下：（1）連通性：鏈路建立成功；（2）監測時間：2天；（3）設備接收門限：-90dBm；（4）信號實際接收范圍：-75～-70dBm，正常，監測期間未發生鏈路中斷；（5）文件傳輸速率：最大可達32Mbps；（6）數據傳輸：平均網絡時延<10ms，丟包率為0%。

2.2 鏈路測試

在一跳鏈路的基礎上，接駁至陸地辦公室的2Mbps運營商鏈路開展測試，主要關注多種氣候條件下海陸兩端信號強度的變化、組網后網絡應用及鏈路的穩定性等因素，初步掌握鏈路的可用性。測試結果如下：（1）硬件配置調整：海上平臺天線更換為2.4米雙極化天線；（2）監測時間：60天；（3）海況：晴、雨、大風、大霧等多種氣候條件；（4）設備接收門限：-90dBm；（5）信號實際接收強度：主要集中在-70dBm～-50dBm之間，傳輸正常；（6）數據傳輸：空載條件下，微波鏈路平均網絡時延在2ms左右，海上平至陸地辦公室全程平均網絡時延在17ms左右，丟包率為0%；（7）語音測試：采用IP電話測試，語音通話清晰、穩定；（8）穩定性：信道容量的變化對微波鏈路的穩定運行存在一定負面影響。通過減低鏈路的調制方式、提高糾錯碼的方式可以提升鏈路的穩定性和鏈路冗余。經過把鏈路的最高信道調制方式由64QAM0.92減低至16QAM0.67，可以使鏈路保持在一個穩定的信道容量；（9）頻率干擾：測試環境下選用30MHz信道帶寬時，鏈路易受干擾影響，可以規避。

根據監測期間的相關數據分析，該鏈路可靠性和時效性良好。在多種氣候條件下，海上和陸地的信號接收強度均處于正常的信號強度接收范圍，傳輸誤碼率可以控制在8.819e-6以下，整體測試情況良好。

2.3 業務測試

在上一階段測試基礎上，接入海上油田的實際通信業務開展，關注海陸間語音、數據通訊在海陸微波鏈路的實際運行效果、信息系統訪問效率等方面。為了最大限度減低測試期間出現海陸微波中斷對日常通信的影響，采用了新增海陸微波鏈路與原有衛星鏈路在線熱備配置，如下圖1?；谶@種組網結構，在不降低海陸通信可靠性的前提下，既實現了整個業務的平滑遷移，也有利于今后對海陸微波的長期監測。

整個測試期間，海陸微波一跳鏈路的平均網絡時延為5ms左右，各項通信網絡業務正常，通信效率得到有效提升，明顯提高了信息系統的訪問效率。

3 結束語

截至2014年上半年，中海油南海東部地區首條跨海遠程微波鏈路已經投入運行1年半時間，期間鏈路總體運行平穩。該鏈路通信距離91.7KM，網絡平均時延5ms左右，大大低于衛星鏈路高達490ms的時延，顯著提升了海陸通信效率。2013年全年因各種原因導致的鏈路中斷累計時間2640分鐘，全年實際可用率99.5%。目前，該鏈路已承擔了四個設施的海陸通信業務，網絡訪問效率提升一倍以上，達到了預期目的。同時，鏈路建設具有安裝調試簡單、通信容量大等特點，對于遠距離海面傳輸、大帶寬、高速率的通信需求而言，是一種有效的解決方案。

參考文獻：

[1]孫學海.衛星通信的時延對信息網絡的影響[J].山西電子技術，1999（01）：8-9+14.

[2]陳巖，董潔，莊云飛.近海覆蓋若干問題的探討[J].電信工程技術與標準化，2009（07）：58-61+62.

[3]馬連波.海洋石油行業海陸主要通信方式分析[J].科技傳播，2010（20）：233+247.

作者單位：中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067