孫彬

中海油信息科技有限公司湛江分公司 524057

雙工濾波收發(fā)裝置的研究與應(yīng)用

孫彬

中海油信息科技有限公司湛江分公司 524057

一、項目研究背景

中海油南海海上油氣田微波項目在建設(shè)過程中遇到了以下問題：

●南海油氣田約占中海油的40%，且絕大部分離陸地距離超過100公里。

●陸地基站干擾嚴(yán)重，鏈路穩(wěn)定性無法保障。

●油田的數(shù)字化和信息化建設(shè)對平臺的骨干鏈路提出了擴容需求。

針對以上問題，迫切需要對現(xiàn)有的微波系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行研發(fā)，開發(fā)出一套適合中海油特殊應(yīng)用需求的微波系統(tǒng)。為了節(jié)約成本和控制項目進度，在原有微波系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行二次研發(fā)，開發(fā)一套雙工濾波收發(fā)裝置，提高信號強度的同時抑制噪聲，可以很好的滿足項目需求。

二、項目研究內(nèi)容

根據(jù)項目需求，分四個階段實施：

●2014年1月-3月：項目前期論證，收集已開通微波站點數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息，包括電平、丟包率、海況等綜合信息；

●2014年4月-6月：完成微波功放的優(yōu)化及高增益天線的研發(fā)，完成微波功放、天線和微波設(shè)備之間兼容性的測試與改良，提高微波設(shè)備信號實際外輸?shù)墓β?，提高微波設(shè)備實際接收電平，以滿足增加帶寬后的鏈路冗余，所研發(fā)成果在實驗室進行測試；

●2014年7月-9月：在已建成的微波站點對新研究出來的功放以及天線等設(shè)備進行測試，通過實際測試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，研制出來的微波功放效果沒有達到預(yù)期效果，各項技術(shù)指標(biāo)提高不大，再次返回實驗室對微波功放進一步的優(yōu)化；

●2014年10月-12月：將設(shè)備進一步的優(yōu)化及完善，再次在文昌油田群海域進行了測試，整體的測試結(jié)果比前期測試的要更加理想，在關(guān)鍵的參數(shù)及指標(biāo)上有明顯的提高，達到項目研究的要求；此外，還完成了相應(yīng)的科研成果報告的提交。

技術(shù)背景

在微波傳輸過程中，需要通過微波天線將微波信號進行傳輸和接收，目前現(xiàn)有的微波系統(tǒng)只能完成0-40KM之間的距離傳輸工作，對于長距離的傳輸，由于空氣對微波信號的衰減，現(xiàn)有天線的無法實現(xiàn)傳輸。另外，現(xiàn)有的微波傳輸設(shè)備只能實現(xiàn)微波信號的單向傳輸，雙向傳輸必須設(shè)置兩套設(shè)備，一套負(fù)責(zé)輸出，另外一套負(fù)責(zé)輸入，造成設(shè)備傳輸?shù)陌惭b較為復(fù)雜。

技術(shù)方案

所采用的技術(shù)方案如下：雙工濾波收發(fā)裝置，由信號發(fā)射器、雙工器、功率放大器、隔離器、低噪聲放大器濾波器和天線組成，其特征在于，所述信號發(fā)射器的輸出端通過射頻電纜連接雙工器一，雙工器一的兩個端口分別連接功率放大器的輸入端和低噪聲放大器的輸出端，功率放大器的輸出端連接隔離器，隔離器的另一端連接雙工器二；低噪聲放大器的輸入端連接有濾波器，濾波器的另一端連接雙工器二；雙工器二的另一端連接有微波天線。有益效果在于：兩個雙工器配合功率放大器和低噪聲放大器及濾波器工作，實現(xiàn)了信號收發(fā)在同一設(shè)備內(nèi)完成。實現(xiàn)微波信號的長距離傳輸功能。

兩個雙工器配合功率放大器和低噪聲放大器及濾波器工作，在同一端口將頻率A的微波信號放大并發(fā)射出去，同時可在同一端口將頻率為B的信號接收并放大傳入設(shè)備中。實現(xiàn)了信號收發(fā)在同一設(shè)備內(nèi)完成。實現(xiàn)微波信號的長距離傳輸功能，可實現(xiàn)80KM以上的傳輸距離。

三、實際應(yīng)用效果

雙工濾波收發(fā)裝置首次應(yīng)用于文昌13-6平臺與陸地的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)帶寬雙向20M。

站點信息

文昌市銅鼓嶺基站（陸地站），基站海波高度330米，天線安裝高度335米。

海上端站為文昌13-6平臺，天線安裝高度約48m，平臺有足夠空間可安裝天線，同時，現(xiàn)場供電、電纜敷設(shè)條件也符合安裝條件。

站點距離信息

文昌銅鼓嶺基站與文昌13-6平臺相對位置如下圖，根據(jù)經(jīng)緯度通過google earth軟件計算距離為115.36公里，微波設(shè)備自帶軟件顯示鏈路距離115.3公里，兩者基本一致。

測試方案

采取MOTO PTP 58600系統(tǒng)+雙工濾波收發(fā)裝置作為核心解決方案，在文昌13-6平臺和文昌銅鼓嶺基站建設(shè)一條長距離微波鏈路，傳輸距離約115公里。該方案中采取1.5米微波天線，天線增益38db。

設(shè)備描述：

產(chǎn)品描述 PTP58600 Full Connectorised-Link Complete Canopy型號 PTP58600 Full Connectorised-Link Complete有效市場 北美，歐洲，南美，亞洲頻率/速率 5.725GHz-5.850GHz/30或60Mbps(空中速率)傳輸距離 最遠(yuǎn)200公里合計速率 最大速率300M天線類型/增益 外接1.5m，38dbi天線信道帶寬 15MHz信道選擇/智能 DFS或者手動設(shè)置。自動檢測動態(tài)頻率控制(i-DFS) 加電后自動執(zhí)行，自動避免干擾多波束空時編碼(STC)多波束信號在不能路徑被反射和接收，信號和多路徑信號不相關(guān)發(fā)射功率控制 自適應(yīng)，根據(jù)調(diào)制方式的選擇和路徑的不同，從25dBm～－10dB調(diào)節(jié)接收靈敏度 自適應(yīng)，根據(jù)調(diào)制方式選擇在－99dBm到－72dBm之間調(diào)節(jié)自適應(yīng)調(diào)制方式 動態(tài)，在BPSK和64QAM(8種)間調(diào)節(jié)糾錯 FEC，ARQ雙工方式 TDD/FDD，比率50：50，66：33，轉(zhuǎn)化速率250Hz發(fā)射和接收頻率是相同的或者分離的網(wǎng)絡(luò)管理 Web Server和SNMP工作溫度 -40°C~60°C，包括太陽輻射室外單元尺寸 寬12英寸(305mm)，高12英寸(305mm)，厚4.1英寸(105mm)室外單元重量 9.1磅(4.3公斤)電源室內(nèi)單元 寬6.25英寸(160mm)，高2.5英寸(63mm)，厚1.25英寸(32mm)電源室內(nèi)重量 室內(nèi)單元：1.85磅（833克）電源供應(yīng) 室內(nèi)設(shè)備－安裝注意：在無線和ODU之間一定要安裝防雷器電源輸入 90－240VAC，50－60Hz功耗 最大55W以太橋接接口 10BASE-T/100BASE-T(RJ-45)自動MDI/MDIX轉(zhuǎn)換協(xié)議 IEEE802.3兼容包優(yōu)先級 IEEE802.1P符合標(biāo)準(zhǔn)

保護和安全 I P65/UL 6 0 950；I EC6 0 950；EN6 0 950；CSAC22.2No.60950無線 FCC Part 15，sub-part C 15.247，Eire ComReg03/42，UK IR2007 EMC USA-FCC Part 15，Class B；Europ-EN301 489-4

測試實施

測試人員安排

人員單位 角色及人數(shù)文昌銅鼓嶺基站 4名技術(shù)人員文昌13-6氣田 2名技術(shù)人員

測試時間進度表

日期 工作內(nèi)容2014年3月 人員和設(shè)備分別達到文昌13-6平臺及文昌銅鼓嶺2014年4月 完成微波鏈路的安裝及調(diào)測2014年5月 對微波功放進行安裝調(diào)測2014年5月 完成微波功放的調(diào)測2014年6月 進一步觀察測試系統(tǒng)穩(wěn)定性2014年7月 對系統(tǒng)進行較長時間的觀測

測試結(jié)果

本次微波測試在文昌銅鼓嶺基站上安裝1面1.5米的雙極化天線，安裝高度330米，文昌13-6平臺安裝1面1.5米雙極化天線，天線安裝高度48米，微波鏈路順利開通，鏈路帶寬達到20M以上，通過鏈路觀察，鏈路帶寬基本可以滿足20M以上傳輸要求。

接收電平分析

設(shè)備自動監(jiān)視15天的接收電平，電平穩(wěn)定在-61dbm左右，接收電平平穩(wěn)（最大值-57.2db，最小-66.3db，平均值-61.1db，工作狀態(tài)非常穩(wěn)定）。

微波鏈路統(tǒng)計情況

統(tǒng)計系統(tǒng)15天工作狀態(tài)：鏈路的工作在人為限定的QPSK 0.87（single）的調(diào)制方式下，信道的帶寬為15M，目前的鏈路的可用率99.7617%，誤碼率為1.660E-5，數(shù)據(jù)帶寬為17.25Mbps（由于只開通10M，把帶寬限制小點，可提高鏈路的穩(wěn)定性，實際的帶寬超過55Mbps）；

傳輸時延

通過IP 包測試，傳輸時延5ms左右。

將測試包增大到3000，傳輸時延增大到15ms，基本在正常范圍之內(nèi)。

傳輸時延基本穩(wěn)定，很少有丟包。

鏈路速率測試結(jié)果（采用第三方軟件比對）

通過第三方軟件IPerf與MOTO設(shè)備自身監(jiān)測的比對，第三方軟件速率與MOTO自測帶寬基本相等，表明MOTO自測的速率真實可靠。MOTO設(shè)備自帶軟件上顯示的速率可以理解為實際速率。

支持的業(yè)務(wù)種類

數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括：網(wǎng)絡(luò)咨詢?yōu)g覽、電子郵件發(fā)送、電子文件發(fā)送、消息發(fā)送和文件共享等。

語音通信類

語音通信類包括：網(wǎng)絡(luò)電話、電話會議、集團移動電話等。

業(yè)務(wù)可靠性分析

該微波鏈路傳輸采用IP傳輸，IP傳輸?shù)腡CP協(xié)議具備確認(rèn)和重傳機制，即使有少量丟包，重傳機制也可以保證數(shù)據(jù)的可靠到達，目前微波鏈路具備20M以上的可用帶寬，傳輸時延7ms，可以保證上層應(yīng)用的可靠性和穩(wěn)定性，可以保證VoIP、視頻、互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的高質(zhì)量應(yīng)用。

測試總結(jié)

測試結(jié)論：

本次測試結(jié)果表明，此鏈路完全可用，帶寬可穩(wěn)定在20M以上，從數(shù)據(jù)帶寬及技術(shù)標(biāo)方面對平臺側(cè)和陸地側(cè)進行雙向分析，無線信號穩(wěn)定，接收電平平穩(wěn)，無線電干擾對鏈路的工作影響幾乎忽略不計，鏈路能夠穩(wěn)定運行，完全可以滿足微波鏈路開通需求。

關(guān)于鏈路穩(wěn)定性的分析

從目前測試情況來看，鏈路穩(wěn)定可靠，具體分析如下：

●從本次測試情況來看，由于兩端的安裝高度限制，信號只被小部分遮擋，沒有對鏈路的穩(wěn)定性造成任何影響。

●針對文昌13-6平臺至文昌銅鼓嶺基站微波鏈路信號被小部分遮擋的情況，可目前已通過本次研制的微波功放加以彌補，抵消信號被小部分遮擋的影響，基本保持鏈路處于正常的工作狀態(tài)。

微波鏈路使用建議

由于海上長距離海上微波傳輸?shù)奶厥庑裕懿淮_定因素影響較多，在其它條件一致的情況下（天線安裝高度、天線口徑、天線增益、海面狀況等），鏈路的穩(wěn)定性與帶寬的大小成反比，帶寬越大，鏈路的穩(wěn)定性越差，帶寬越小，鏈路的穩(wěn)定性越好。

四、推廣應(yīng)用價值

該成果國內(nèi)首創(chuàng)，海油范圍內(nèi)首次應(yīng)用，已應(yīng)用于環(huán)海南島微波一期和二期，取得了良好的效果和用戶的一致好評，樂東氣田遷址和文昌微波項目，如果沒有該項技術(shù)的支持就無法實施，對于其它微波鏈路，該成果為鏈路擴容提供了技術(shù)支持。