一种信号覆盖方案在海洋平台及船舶上的应用

摘 要：海洋平台内部复杂的钢铁结构及密闭舱室的存在，在一定程度阻碍了无线信号的传播，以至于产生较多的信号“盲区”。为了解决平台内部的信号盲区和外部30 km海域的通信问题，基于海洋平台及船舶的LTE集群调度系统，首次提出了一种信号覆盖方案。经过现场施工后的检测，结果表明该方案能够满足这种集群调度系统在数据、语音、視频等不同信息的传输要求，实现了海洋平台本身及其周围30 km海域的无线信号全覆盖。

关键词：集群调度系统；海洋平台；TD-LTE

中图分类号：TN919.85 文献标志码：A

近年来，随着全球能源问题的日益突出，蕴含着丰富石油资源的海洋也已经成为各国能源争夺的战场。而那些远离陆地的海洋平台及船舶由于其所处地理环境的特殊性，无法使用任何运营商的网络资源，其与陆地间的通信只能依靠海事卫星系统；而海洋平台内部以及与附近船舶间的通信只能依靠微波和各类短波电台。

随着通信技术的不断发展，越来越多先进的通信技术在经过改进后被用于海洋平台上。该文提到的基于TD-LTE技术的集群调度系统正是在这种背景下诞生的，而该文提出的解决这种调度系统覆盖问题的方案，在国内海洋石油领域尚属首次。

1 基于TD-LTE技术的集群调度系统介绍

TD-LTE是一种新一代宽带移动通信技术，引入了MIMO（多入多出技术）与OFDM（正交频分复用技术），多频宽分配并支持集群通信，数据传输速度可达到下行100 Mb/s，上行50 Mb/s。

基于TD-LTE技术的集群调度系统由服务器端、调度台PC端、安卓终端组成，如图1所示。其中调度台PC端主要对管辖范围内的安卓终端进行分组，同时以单呼、组呼、跨组呼、多选择组呼、代建组呼等方式进行通信，包括实时视频通话、专网微信、IP音视频电话等功能；而服务器端包括多种服务模块，其中有集群调度、语言服务、视频服务及专网微信在内的11个服务模块。安卓终端使用TD-LTE专网，提供单呼、组呼、跨组呼、多组呼等多种模式的对讲功能，以及实时视频上传、互传等功能。

LTE集群调度系统的网络连接主要分为海洋平台的内部连接和海洋平台与附近海域船舶的外部连接2种，如图2所示。其中，内部连接为安卓手持终端通过接入海洋平台局域网的平台LTE基站，与统一部署在海洋平台调度中心里的调度系统的服务器及配套的网关之间的连接。

而外部连接则是平台上的LTE基站通过微波与船舶上的LTE基站相连接，最终实现平台上的安卓终端和船舶上的安卓终端之间的通信。形成了一个融合了局域网、TD-LTE专网、微波网络的融合网络，使钻井平台上的各工作组里的安卓终端间，及与船舶上各工作组里的安卓终端间，在海洋平台上的调度台的控制下完成单呼、组呼、跨组呼、多选择组呼以及实时视频通话、专网微信、IP音视频电话等功能。

2 海洋平台内部的覆盖方案及测试

众所周知，海洋平台主要由钢铁材料建成，且平台各层甲板皆由厚重的钢板焊接而成，同时平台内部建有众多密闭的舱室，这些复杂的钢铁结构都在一定程度上阻碍了无线信号的传播，以至于产生了较多的信号“盲区”。为了解决上述信号盲区问题，以中海油南海X号平台为例，该文首次提出一种舱室内外的混合覆盖方式。

南海X号平台由3层甲板组成。上层甲板建有层高22.4 m层数为4层生活楼及钻井模块。其中生活楼为封闭结构，且外墙为厚钢板结构，室内房间之间为薄钢板结构，有吊顶；钻井模块多数为开阔区，装配少量的机器设备和建造有一定数量的房间，房间外墙仍为厚钢板结构，房间之间是薄钢板结构。中层甲板和下甲板皆为长53.5 m，宽35.3 m的区域，室外机器设备摆放较密集。

2.1 覆盖基站的布设方案

覆盖基站的布设方案如图3所示。覆盖基站及2根全向天线布设在生活楼楼顶，即海洋平台除井架外的最高点，且其网络及电源通过网线和电源线接入报房。基站采用3根7/8馈线作为信号干线，其中干线一负责上层甲板即生活楼和钻井模块的无线覆盖，干线二负责中层甲板的无线覆盖，干线三负责下层甲板的无线覆盖。如图3所示，红色线就是主干线二的布设方式，其从生活楼顶楼基站出来，沿平台内部线槽敷设，通往中层甲板与安装在中层甲板的中层甲板主功分器相连，而图3中所示的红色线则是主干线一和主干线三的布设方式，其中主干线一从生活楼顶楼基站出来，与安装在钻井模块的钻井功分器相连；主干线三在生活楼处与主干线一的布设位置一致，当它们到达生活楼一楼即上层甲板时，主干线一通向钻井模块，主干线三则一直往下通往下层甲板，与安装在下层甲板的下层甲板功分器相连。

2.2 上层甲板的布设方案

图4是上层甲板无线覆盖的方案结构图。从图中可以看到，从覆盖基站出来的主干线一经过二功分器后分成生活楼和钻井模块2个部分。其中生活楼部分通过3个耦合器分成四路，每路又由一个四功分器和4个吸顶天线组成，分别部署在生活楼的每个楼层，具体的布设位置如图 5所示；钻井模块部分通过一个耦合器分成2路，每一路又经过一个四功分器分成4个支路，这4个支路分别接着3个吸顶天线和1个室外板状天线，具体的布设位置如图6所示。

2.3 中、下层甲板的布设方案

中甲板多数为开阔区，装配大量的机器设备和建造有一定数量的房间，房间外墙为厚钢板结构，房间之间是薄钢板结构。根据中层甲板的这些特点，设计出如图7所示的结构。从图中可以看到，从覆盖基站出来的主干线二经过4个耦合器分成5个支路，其中甲板中部的几个房间内布设着一个四功分器和一个三功分器，前者与4个吸顶天线相连，而后者与3个吸顶天线相连，它们负责这些房间的室内无线覆盖。

中甲板的其余开阔区域均匀布设着4个三功分器，并各自分别连接3个室外覆盖天线，负责中甲板这些安装着设备的开阔区域的室外无线覆盖。具体的布设位置如图8所示。

由于下层甲板的房间设置位置、开阔区的位置及其面积大体一致，所以下甲板的无线覆盖方案与中甲板覆盖方案相同，将不再赘述。

2.4 海洋平台30 km区域无线信号覆盖方案

海洋平台附近30 km海域的船舶上的防爆手持终端，通过驾驶舱内部部署的无线AP接入网络，再通过船舶最高处架设的360°全向天线与海洋平台上的覆盖基站主天线进行数据的交互。由此实现海上油气平台及周边30 km区域范围的TD-LTE无线网络覆盖。

2.5 测试

海洋平台经过以上无线覆盖改造后，为了测试无线覆盖的效果，使用网络检测命令“ping”和Net Meter软件对其进行测试。Net Meter是一款非常实用的网络流量监控软件；它支持同时监视多个LAN 、WAN 的网络流量，可以实现图形化、数字化的网络流量细节，并且记录下所有的网络流量，还有日志功能、流量事件等；无论在什么样的网络连接下，都可以进行工作，包括Modem、LAN等。

随机选取了平台上一个区域作为测试地点，将1台防爆手持终端放置在该区域内，并使用网络检测命令“ping”对该手持终端的IP地址进行网络诊断，在图9中，选取的手持终端IP地址为10.134.150.248，对其进行诊断后得知其延时时间为40 ms左右，无丢包且此时的信号接收功率RSRP为-81 dBm，覆盖强度等级较好。再使用Net Meter进行测试，测试结果如图10所示下行平均速率约6.48 Mbps，上行速率平均为2.11 Mbps，网络状态优良。

将所测试的手持终端放置在海洋平台周围30 km海域内的不断运动的船舶上，在海洋平台上使用Net Meter对其网络进行测试，如图 11所示，下行平均速率约2.03 Mbps，上行速率平均为1.32 Mbps，网络状态优良。

3 结语

该文提出的无线覆盖方案建成后，海洋平台上任何区域和平台30 km范围内的船舶的工作人员，都能够随时随地的相互通信，保证了上级指令的下达和安全信息的反馈，大大提高了工作效率和安全性，同时在极端情况下，对应急抢险的指挥、人员的安全撤离都具有重要的意义。

参考文献

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