TD—LTE无线通信技术在华北油田的应用研究

于振山

【摘要】 通信系统作为智慧油田生产运行的基础支撑载体，其稳定性、可靠性将是影响油气生产系统至关重要的因素。鉴于油气田的广阔性和对安全生产的重视程度，TD-LTE专网在华北油田阿尔联合站测试成功，表明LTE必将是未来主流的油田无线通信网络。

【关键词】 TD-LTE 无线通信 智慧油田 油气生产自动化

一、引言

目前，我国正处在工业化和信息化融合的快速推进阶段，以工业为主的各行各业需要实现智能化、远程化、实时化和自动化。

随着智慧油田信息化建设及油气田自动化技术的推广，各大油田公司努力将自动化技术与油气田生产相结合，为实现油气生产稳产目标提供信息技术保障。通信系统作为智慧油田生产运行的基础支撑载体，其稳定性、可靠性将是影响油气生产系统至关重要的因素。

油气田生产行业特点：很多油田所在地区地处偏远，气候环境恶劣，油井分布比较分散。需要构建一种能适应油田特点的无线宽带通信系统，为智慧油田建设所需的各项信息数据提供基础网络支撑和业务保障，为“无人值守、全天监控、组织运维、重点巡视、安全平稳、层级简化”的油田管理新模式的建立奠定信息化基础。

二、无线通信系统在油田的应用

2.1 无线通信系统应用必要性

我国大部分油田地处高山、沙漠等自然环境恶劣的地区，光缆无法接入，公网信号没有覆盖。部分油井生产还是以人工巡井、现场抄录数据等方式进行，人力和物力投入很大；现场工作环境恶劣，各种自然和人为事故频发，监控中心无法实时监控油井现场情况，严重影响对各种突发事故的响应处理速度。

近年来，大部分油田已经开始建设自动化系统，常用的无线通信方式包括GPRS、数传电台、McWiLL等，但由于其技术局限性，已经不能满足石油行业生产、办公应用的进一步需求。

随着油田生产建设信息化建设不断发展，生产数据、视频监控、移动办公等业务对无线通信系统的带宽、稳定性和安全性要求越来越高，因此需要构建一种能够承载油田生产、办公现有业务和未来扩展业务，具备双向性、实时性、可靠性、先进性、安全性等特征的无线宽带通信系统。

2.2 几种无线通信技术的比较

通信系统作为油气生产自动化系统运行的基础支撑平台，其稳定性、可靠性将是影响生产自动化系统至关重要的因素，通常要从带宽、速率、接口、系统稳定性、覆盖区域等方面进行考虑。

通过上面的分析比较，可以看出LTE的技术优势：

1、高速率：在20MHZ带宽下可实现下行峰值速率大于IOOMbps，上行峰值速率大于50Mbps；

2、低时延：LTE系统控制时延小于lOOms，业务时延小于lOms：

3、大容量：每小区激活用户数最大400，在线用户数最大1200；

4、覆盖和移动性能好：采用不同的格式，覆盖距离从1.4～lOOkm；移动速度可以达到350km/h。

三、TD-LTE无线通信系统

TD-LTE是我国拥有核心自主知识产权的国际3G标准TD-SCDMA的后续演进技术，是一种专门为移动高宽带应用而设计的无线通信标准，它改进并增强了3G的空中接人技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。

3.1 TD-LTE关键技术

l、扁平化网络架构：有利于简化网络和减小延迟，可开展更多业务，网络维护更加容易；取消了RNC集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性。

2、MIMO多天线技术：在多个天线上分别发送多个数据流，利用多径衰落，在不增加带宽和天线发射功率的情况下，提高信道容量、频谱利用率及数据传输质量。

3、双流波束赋形技术：结合智能天线波束赋形技术与MIMO空间复用技术，可大大提升吞吐量性能，同时可提升覆盖半径、降低小区间干扰。

四、TD-LTE在华北油田试点建设

华北油田LTE试点位于内蒙古锡盟地区，主要为阿尔联合站的采油区和输油管线提供无线网络覆盖，实现油水井视频监控、生产数据采集和自动化控制。

本次实验基站塔高45M，机房位于塔的正下方，基站BBU部分安装于塔下机房19英寸柜内，RRU设备安装于室外铁塔上。油井的视频信号和生产数据，通过CPE终端上传到基站，基站通过光缆传输与上级核心网设备TLE100连接，将井场上传的视频信号和生产数据通过IP网络传输到油田监控中心。

4.2 数据测试分析

主要测试LTE数据采集的传输稳定性、带宽、覆盖范围；验证单井数据采集、视频监控业务。

覆盖范围测试：测试终端在15公里处上行速率为25Mbps，下行23Mhps；由于现场地势高低起伏，16.2公里处信号已被山丘阻挡，但速率依然是上行25Mhps，下行23Mhps，完全满足油田覆盖要求。

业务时延测试：Ping大包和小包时延均达到要求（小于50ms），完全能保障数据业务和视频业务的及时性。

数据业务测试：使用Du Meter连续30分钟测试FTP下载业务速率，速率稳定，

综合上述测试结果，LTE网络的覆盖范隔、业务时延、业务速率完全满足油气出生产对于视频监控和数据传输等业务的需求。

五、结束语

鉴于油田的广阔性和对安全生产的重视程度，TD-LTE专网在华北油田测试成功，为油田生产和安全提供保障，减少巡检人员数量和工作量，加快华北油田物联网建设速度，为石油行业的通信信息化发展打下了一针强心剂。

LTE无线通信系统的远覆盖、高带宽、低延迟已经证明了它的无限价值，必将是未来油田业务的主流无线通信网络，在未来几年也必将在油田得到广泛的应用。