远海通信网络覆盖的研究与实现

吴一锋 纪明天 刘田保 罗超

（1.中国移动通信集团海南有限公司 海南海口 570125；2.中海油信息科技有限公司湛江分公司 广东湛江 524057）

1 项目背景

21世纪，海洋在国际合作与竞争中的地位日益提升，我国也陆续提出海洋强国和能源安全等一系列国家战略。要建设海洋强国，必须大力发展海洋通信覆盖技术。南海是中国重要海洋区域，南海油气勘探具有巨大的发展潜力。

中海油是中国最大的海上油气生产商，南海勘探面积近50 万km²。目前，中海油在海南海域有多个海上采油平台，其中最近的平台距离陆地超100km，平台常驻人口共计超600人。海上油气平台作为海洋油气生产的重要设施，需要时刻确保平台本身及其配套的海管、水下采油树等设备设施不受到外部侵扰。海上油气平台远离海岸，公共监管相对薄弱，平台海域经常受到外部船只的拖网捕鱼、抛锚垂钓、靠泊系缆等非法侵扰，给平台的安全生产、环境保护带来了巨大挑战。另外，在南海西南部海域，除一般的船舶外，还掺杂着越南等国外船只，对平台海域的防控要求提出了更高要求。

随着中海油海上钻采业务的扩大发展，原有的卫星通信已无法满足业务需求，员工联系陆地以及海上作业时数据传输均存在较大的不便，不利于提高工作效率，影响海洋开发作业［1］。

2 远海通信覆盖思路

2.1 创新通信覆盖方式

传统通信技术是通信BBU 和运营商核心网采用光纤光缆相连，本项目从海上主平台到陆地铁塔站缺少海底光缆，无法采用传统方式进行无线设备开通。

基于南海的广阔海域无遮挡以及大气资源，让大带宽散射通信成为海陆主干高速通信通道变为现实，为海上平台覆盖移动信号提供了可靠的传输通道基础。本项目采用“大功率微波散射+蜂窝通信+平台间海缆”的组合方式实现深海通信网络覆盖［2］，即海上主平台到陆地铁塔站采用大功率微波散射进行通信传输，而海上平台及海上作业区域利用平台间海缆，采用蜂窝通信的方式进行通信覆盖［3］。

2.2 LTE系统天面建设原则

安装在海上平台的RRU与智能天线同抱杆时，中间要保持不小于300mm的间距。

无线RRU 设备下沿距平台面最小距离宜大于500mm，条件不具备时可适度放宽至300mm，以便于施工维护并防止雨水浸泡［4］。

基于海面大风及以及台风情况下，无线RRU采用安装时，安装位置应为强化钢板或防风加固区域，且具有足够的强度可抵御高等级台风。

设备安装位置应选择方便施工安装、线缆连接和维护操作，且不应部署在海上平台作业的防爆作业区域。

天线安装时，天线支架顶端应高出天线上安装支架顶部200mm。天线支架底端应比天线长出200mm，以保证天线安装得牢固。

天线与Wi-Fi 的天线安装要求距离大于3m，天线不能安装在LTE天线的发射口面处［5］。

3 具体项目解决方案

3.1 整体组网说明

本方案采用在海上平台建设宏基站，通过“微波+海缆+陆地光纤”的组合传输方式搭建远洋通信覆盖，所建设的通信覆盖范围为半径为15～30km的远洋海域面积，能有效保障海上平台办公、平台与平台之间通信（见图1）［6］。

图1 远洋通信覆盖组网拓扑图

海南移动分别在中海油2个钻井平台上部署无线主设备和宏站天线。设备和天线安装由海南移动指导海油工程师进行安装，网络优化和联调由海南移动负责。海上平台负责提供基站的电源和指定安装位置。

传输带宽方面，陆地与区域海上钻井主站之间通信由中海油提供，采用其自有微波传输的方式，传输带宽至少保证50M，未来可根据需要进行升级，各海域海上钻井平台之间的宏站依靠客户自建的传输网络进行传输（见图2）［7］。

图2 宏基站部署位置图

3.2 无线网建设方案

3.2.1 主设备选型及主要性能指标

本期工程选用华为FDD 900设备。

华为FDD 900 设备基本功能模块有两种：基带控制单元BBU 和射频拉远单元RRU。BBU 与RRU 之间采用CPRI接口光纤进行通信；建站频率为900M。

本期新建2 个宏站，分别为中海油A 平台-HGH、中海油B平台-HGH，具体如下。

（1）中海油B 平台-HGH，新建2 个小区，新增1 台华为BBU3910，新增2台RRU3953。

（2）中海油A 平台-HGH 新建3 个小区，新增1 台华为BBU3910，新增3台RRU3953。

RRU外形和尺寸如图3所示；RRU参数见图4。

图3 RRU 外形及尺寸

图4 RRU 参数

3.2.2 电源设备选型

设备本身为-48V 直流供电，海油平台仅需提供220V交流电接入，海南移动基站开关电源根据平台实际情况采用交转直模块。

3.2.3 基站设备机房布置

本项目部署在海上平台的机房内，同时预留出扩容设备的位置。根据现有机房的设备布局规划要求，按区域放置设备，将同类应用设备放置在同一区域。

3.2.4 基站天馈线系统布置及安装

（1）天线安装要求。

本期工程选用的智能天线规格尺寸较大，对抱杆和天线的固定都提出很高的要求。抱杆和天线固定方式见图5。

图5 天线安装示意图

（2）对周围阻挡要求。

由于智能天线的性能对GSM 系统网络覆盖效果有着极其重要的影响，因此在天线安装时对周围阻挡的要求也应更为严格，应注意天线前方无阻挡。

（3）避雷要求。

本项目无线防雷要求按照中华人民共和国《移动通信基站防雷与接地设计规范》（YD5068-2005）来执行。

（4）GPS天线位置要求。

GPS 天线优先选择安装在平台高点的位置，考虑到台风等海上恶劣气候，抱杆和天线需要额外加固，最坏阻挡条件为水平仰角50°～210°内无阻挡。

GPS 天线安装必须保持竖直（北半球安装可向南倾斜2°～3°）。

GPS 天线不一定是区域内最高点，并一定要在避雷针的45°防雷保护范围内。

GPS 天线在安装时应远离如电梯、空调电子设备或其他电器；天线位置应当至少远离金属物体4m远；2个GPS天线间距大于1m，避免产生反射干扰。

GPS天线距离其他的发射天线（背向）水平距离大于5m；与基站天线垂直安装时，在天线底部垂直距离大于3m；严禁将GPS天线安装在基站等系统的辐射天线主瓣面内。

考虑到海上平台位置有限，GPS 接收机馈线需要尽可能短，以降低中间线路衰减。

GPS馈线使用馈线卡子固定在走线架上。馈线铺设完成后单独测试馈线通道的驻波比和插损，驻波比不应大于1.3，插损应小于20dB。

GPS天线安装示意图如图6所示。

3.2.5 无线基站室外线缆布放要求

RRU 或其他设备的电源线等室外电缆需采应采用铠装电缆或套金属波纹管，具有防水、防潮、防鼠、防紫外线性能。电缆经过的孔洞要进行密封。

3.2.6 无线基站室外天馈系统接地

室外馈线接地应先去除接地点氧化层，每根接地端子单独压接牢固，并使用防锈漆或黄油对焊接点做防腐防锈处理。馈线接地线不够长时严禁续接，接地端子应做防腐处理。

3.3 陆地传输建设方案

中国移动PTN 光传输网络从海南移动基站开始，基站安装千兆光接口交换机，通过新建1条300m24芯光缆，接入电信塔微波站，电信塔微波站与最近的海上平台之间采用远距离微波传输（电信塔微波站与海上平台与之间距离约110km）。海南移动在基站交换机提供千兆光接口，海上平台之间传输网络电路由海底光缆承载回传［8］。传输网络拓扑图如图7所示。

按照江南景观一级目录进行统计，康熙帝南巡期间赋诗的景观共35处，其中金山、西湖、灵隐、惠山、云栖、钱塘江、孤山、焦山和报恩寺等居于前列;题联赐匾的景观共68处，其中虎丘、孤山、金山、西湖、天宁寺、高旻寺、焦山和华山等居于前列。根据所题诗、联匾的数量统计，排名前十的景观是金山、虎丘、孤山、西湖、灵隐、惠山、天宁寺、焦山、高旻寺和云栖。

图7 传输网络拓扑图

3.4 海陆超远非视距微波传输建设方案

3.4.1 海陆超远非视距微波系统建设方案

为满足远海通信信号在海上平台的覆盖，需要在陆地及海上平台建立一条大带宽的无线传输链路。根据海上平台与陆地站点的选址，安装环境为海南沿海陆地基站，海拔高度330m，天线安装高度335m，海上端站天线安装高度约48m，平台有足够空间可安装天线，同时，现场供电、电缆敷设条件也符合安装条件。建设施工流程如下。

（1）平台上天线选址：选择对陆地方向无遮挡、视野好的位置，尽量选择位置高的地方安装2副微波天线。

（2）焊接天线抱杆：因海上平台空间较小，且长期有大风浪，所以海上平台端的天线抱杆一定采用焊接方式固定。为节约海上施工时间，天线抱杆在陆地先制作好，用拖轮运到海上平台，先搭设脚手架，然后再焊接。

（3）安装天线：在海上平台生活区顶层及中层甲板安装2副微波天线。

（4）铺设电缆：从室外天线出微波设备到中控室铺设一条铠装网线，室内单元IDU放置在中控室机柜内，该室内单元设备需在机柜内接一处220V电源。

（5）陆地微波站点建设：在陆地高山基站安装一个微波站点对应海上平台，陆地微波站点需做好防雷处理。

（6）微波链路调试：待平台和陆地站点都建设好后，两端联合调试，待链路连通稳定后观察一段时间。

（7）天线固定：考虑到平台上风比较大，天线调试好后需加固处理。根据在平台的安装位置，需要焊接斜撑杆来固定天线，或者是采用脚手架来固定。

海陆超远距离微波传输拓扑图如图8所示。

图8 海陆超远距离微波传输拓扑图

本次海陆超远非视距微波链路顺利开通，链路带宽达到200M 以上，通过链路观察，链路带宽基本可以满足200M以上传输要求。该微波链路传输采用IP传输，IP传输的TCP协议具备确认和重传机制，目前微波链路具备200M 以上的可用带宽，传输时延5ms，可以保证上层应用的可靠性和稳定性，可以保证VoIP、视频、互联网等业务的高质量应用。

3.4.2 海陆超远非视距微波链路稳定性分析

从目前测试情况来看，链路稳定可靠，具体分析如下。

（1）从链路测试情况来看，由于两端的安装高度限制，信号只被小部分遮挡，没有对链路的稳定性造成任何影响。

（2）针对海上平台至陆地基站微波链路信号被小部分遮挡的情况，在微波链路两端加载微波功放加以弥补，抵消信号被小部分遮挡的影响，基本保持链路处于正常的工作状态。

4 项目运行情况

4.1 建设需求申请及批复

经中国移动通信集团海南有限公司、中国移动通信集团设计院、中海信息科技有限公司湛江分公司共同完成《中海油海上平台通信专网覆盖项目技术解决方案》《投资及设计评审方案》并进行内部技术评审，评审通过后一致同意建设中海油A 平台-HGH（移动基站）及中海油B 平台-HGH（移动基站），并着手落实项目施工。

4.2 传输实际建设情况

从海南移动基站新建1 条24 芯光缆并通过GE 口连接电信基站微波站交换机，实现了海南移动基站与陆地端微波站的互通。

电信塔微波站与中海油B 微波站通过微波互通，并连接中海油B平台交换机。

中海油B平台交换机与该平台上的移动无线基站主设备BBU 相连，从而实现了中海油B 平台上的移动基站与海南移动陆地基站的链路互通。

中海油B平台与中海油A平台之间的传输通过中海油海底光缆互通。链路接通后，光口功率、链路速率测试正常。

4.3 无线侧实际建设情况

中海油B平台安装1台海南移动BBU，并连接2部高增益（20.5dBi）天线，开通2 个扇区。中海油A 平台安装1 台海南移动BBU，并连接3 部高增益（20.5dBi）天线，开通3个扇区。

中海油B平台与中海油A平台之间的传输通过中海油海底光缆互通，BBU接入各自平台的交换机。

4.4 开通业务测试情况

本次在中海油A 平台、B 平台上开通的移动基站主设备（BBU）具备4G业务开通功能，只需在主设备端插入4G 板卡及制作数据即可，且整段传输链路满足4G传输带宽要求。后续可根据中海油公司的4G业务需求开通平台上的4G基站及4G业务。平台的移动基站开通后，平台与陆地之间、平台与平台之间拨打语音电话、短信收发测试正常。无线基站使用情况如表1所示。

表1 无线基站使用情况表

5 商业和社会效益分析

商务层面，通过运营商和中海信息科技有限公司强强联合，一方面通过设备集采可以规模降低网络通信设备成本，海上用户可按陆地上正常大网资费办理通信套餐，无额外特殊费用；另一方面通过中海油的海上施工和维护能力，能有效以最低成本实现远海海域通信覆盖，为打造数字化海油提供更广泛的通信通道，助力企业开展信息化转型升级。

公共社会效益层面，本项目体现了央企的主动担当作为，提升“蓝色国土”上的公共服务能力，发挥海油的海洋区位优势，提升海洋环境监测保护能力，带动海洋产业发展，促进海洋水文气象、航道信息、渔业、游艇娱乐等行业发展。

6 结语与展望

中海油A 平台与中海油B 平台移动基站的开通，实现了远距离海油平台移动信号的覆盖，并以此为基础，基站信号辐射至周围几个海油平台，实现了油田群的手机拨打和短信通讯，为海上中海油员工提供了更加便利的通信手段。通过利用微波技术，将移动信号辐射至远洋海域，为海洋资源开发人员、远洋作业人员、渔船等提供了与陆地同样的通信手段，降低通信成本，使得远洋海域工作人员有了可靠的安全应急通信手段。

本项目可以向全国渤海、北海、东海等海域平台作业以及港口接收站作业规模复制，同时海南作为自贸港的国际展示窗口，可以向一带一路东南亚国家推广，助力国家通信技术的海外推广。