提高海上平台卫星链路稳定性的三种方法

郭欣宇

摘要：某气田作为重要的天然气生产平台，为了保证下游生产的不中断，在台风来临时，生产人员全部撤离平台期间需要通过卫星链路对平台生产状况进行监测、调整。但是在台风、暴雨等恶劣气候条件下，卫星通讯链路的通讯质量也会恶化，甚至不能满足通讯传输的需求，可能导致生产不能继续进行，蒙受巨大的损失。本文结合某平台卫星通讯的特点和实际工作状况，提出改善该平台卫星通讯链路质量的三种方法。

关键词：平台;卫星链路;稳定性

1 引言

某气田位于南海北部莺歌海海域，海南省莺歌海镇正西方约100KM处，气田由三座井口平台和一座中心处理平台以及一个陆地终端组成。中央控制系统由五部分组成，四个部分通过光线连接，双网配置，共用两个互为备份的服务器，构成一套系统。双网、双服务器冗余配置构成另外一套系统。

除了完成终端的控制外，在正常情况下可以对其他四个部分的参数进行监督，在台风到来的情况下，还可以完成对其他四个部分的控制和联锁停机，从而实现其余四部分的无人值守。

陆地终端和海上平台的两个中控系统之间通过卫星通讯链路交互数据。卫星通讯系统拓扑结构如图1所示。

2 提高卫星链路质量的三种方法

某终端中控系统在台风遥控模式下每分钟发送一个检测信号，如果平台中控系统15分钟内没有收到此信号，平台中控系统将视为通讯中断，为了保证安全将启动自动关停程序，所以卫星通讯链路的稳定对避台期间的生产来说至关重要。但台风期间的大雨和平台晃动等因素会对卫星通讯质量产生很大影响，如何克服这些影响，保障生产的顺利进行，本文结合某平台卫星通讯的特点和实际工作状况，提出改善该平台卫星通讯链路质量的三种方法。

2.1功带平衡下的调制编码方式选择

在数字调制中，信号传输的质量主要取决于比特差错率（BER），而对BER起重要影响的便是噪声功率谱密度比（Eb/No），不同的编码方式达到相同BER的Eb/No是不同的。

如果选用低阶的编码方式和高的纠错率，可以在Eb/No很低的情况下满足BER = 10-8的要求，但同这时的频谱使用效率（单位频带的传输比特率）就很低。而对于卫星转发器而言，是接收和转发卫星与地球站之间的无线电信号，主要处理的是模拟信号和数字信号，它可以通过带宽或者功率来进行发射信号，但同样也占用了有限的宝贵资源，卫星运营上收费将综合考虑带宽和功率的占用情况来计算。

在为某平台链路设计选择调制编码方式时既要考虑频谱利用率的高效，用来节省卫星频带，又需要考虑传输质量，但这两个需求经常是互相矛盾的，所以在实际参数选择和系统的设计方面，两者又必须取得平衡。经过权衡考虑，我们从节省带宽和实际应用方面考虑从以上方面考虑，采取了折中方式，正常使用时确定了选用 Turbo FEC 3/4和QPSK方式，台风来临前两天根据气象预报的情况通过远程遥控的方式将编码方式调整为Turbo BPSK Rate 21/44，通过表1可以看到，该参数的改动可以带来1.1dB的系统余量，同时通过与卫星公司协商临时增加卫星站的发射电平值，能有效的抵消环境因素带来的部分影响。

2.2卫星功放设备的选择

卫星功放由上行设备高功放（HPA）和下行设备低噪声放大器（LNA）两部分组成。

卫星站高功放（HPA）是卫星上行站中的一个重要设备，能够让基带信号转换成卫星的信号传输，高功放维护的具体内容包括：风冷系统的维护、高功效前面板LED测试、波导电弧测试、显示颜色测试等，高功放工作效率高低，决定了电视的安全、流畅的播出，所以越来越多的高功放进入了改造升级的步骤。

微波射频低噪声放大器（LNA）是卫星下行设备中一个非常重要的设备，常用于接受信号，并在放大信号的同时，完成降噪的工作，卫星放大器的改革主要是性能的改进，并通过更好的设备完成降本的目的。如图下所示。这里的每一种结构或者以单端形式出现，或者以差分形式出现。

由于卫星功放在对全系统的稳定性有重要的影响，作为大功率有源设备设备，卫星功放的故障率在全系统设备中是最高的，为了将减小卫星功放故障对通讯链路的影响，可采取1：1热备份功放系统，即使用两台功放，可通过切换设备进行自动、手动切换。

某平台的卫星链路需要保证中控数据传输，所以在卫星通讯设备方面也需要做响应的备份手段，通过使用1：1热备份功放系统，当其中一台设备故障以后可自动切换到另一台工作，无须人工干预，设备切换造成中断时间约为10S，对全系统无重大影响。

2.3卫星天线罩的选择

天线罩对于卫星天线和室外功放是一种保护装置，虽然卫星天线和功放按照室外工作标准设计，但良好的工作环境可以有效的保护天线系统免受外部环境的影响、延长整个卫星小站室外系统的寿命、保护天线表面和位置的精度。

在某平台使用的卫星天线罩为泡沫夹层结构截球型，整罩由26块单元板块组装而成，单元板块由具有一定电气厚度的夹芯泡沫及内外蒙皮构成，内外表面覆有白色防老化涂层。板块间通过预埋在玻璃钢实心边肋上的螺母由螺栓连接为整体，连接件全部采用不锈钢材料，板块搭接边夹有橡胶密封条，节点处采用性能较好的硅橡胶，保证天线罩的防雨性能。该天线罩可的性能指标如下：

●适用频段：C波段（4-6 GHz）

●整罩单程功率传输损耗：≤0.30dB

●单元件单程功率传输损耗：≤0.20dB

●抗风能力：67米/秒

●环境温度：-50℃～+70℃

●相对湿度：0～100%

●冰雪负荷：不小于300公斤/平方米

3 结论

通过以上三种方法在某平台卫星通讯系统中的应用，更好的提高卫星通讯效率、减小了传输损耗、保证通信质量，最终通过三种方法的应用降低了卫星通讯的成本，通过在台风期间的试验与应用，基本解决了避台期间通訊链路保障的问题，取得了良好的效果，为保障平台正常生产做出了积极的贡献。

参考文献：

[1] 丹尼斯·罗迪 著，张更新，刘爱军，张杭，童新海 译，《卫星通信（第三版）》，人民邮电出版社，2002

[2] Comtech EF Data，CDM-570/570L Installation and Operation Manual，2006

[3] 中国卫星通信集团，《卫星通信链路计算》，2010

基金项目：

深圳市科技计划技术攻关项目（JSGG20170413170110695）

（作者单位：中海油信息科技有限公司）