多载波汇聚技术在超长距离海陆微波上的应用.pdf
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1、现代电子技术Modern Electronics TechniqueDec.2023Vol.46 No.242023年12月15日第46卷第24期我国的海洋油气资源储量丰富,为国民经济提供重要的能源保障。而那些远离陆地的海上油气田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或超长距离海陆微波系统。随着通信技术的不断发展,越来越多传统通信技术经过改进后被用于海上油气田。现阶段,各海上油气田已经由海事卫星、超长距离微波等传统通信手段联合组建起计算机网络,为海上设施上的用户提供了互联网访问、生产和生活数据的采集与传输、CCTV 监控视频传输、海上人员
2、和设施安全保障等多种通信服务。但随着传输回陆地的实时数据越来越多,需要以高质量的基础通信作为保障成为了最迫切的需求。1 传统超长距离海陆微波系统1.1 超远距离对传统微波系统的影响电磁波传输时总是以自由空间传播模型为参考,预测当收发机之间没有任何阻挡时的接收信号强度。自DOI:10.16652/j.issn.1004373x.2023.24.021引用格式:杨晋宁,车永辉,许贺.多载波汇聚技术在超长距离海陆微波上的应用J.现代电子技术,2023,46(24):121125.多载波汇聚技术在超长距离海陆微波上的应用杨晋宁,车永辉,许 贺(中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东 深圳 51806
3、7)摘 要:提出一种多载波物理层链路汇聚自适应带宽控制技术(MCABC)的超长距离海陆微波系统,并在陆地和海洋各选取一个地点进行安装。经过实际现场安装测试结果证实,该系统能成功地解决海上石油勘探、开发领域在使用超长距离海陆微波系统进行信号传输时,存在的由多径反射和折射造成的信号深度衰减问题,并且能大幅度提升海上油气田现有计算机网络的通信带宽和使用效率。相比传统微波通信技术,所设计的多载波链路汇聚的超长距离海陆微波系统具有传输距离远、可靠性高、传输带宽大、网络延时小、使用效率高等优点,在实际测试中取得了良好的效果,此应用在国内海洋石油勘探开发领域尚属首次。关键词:超长距离;海陆微波;多载波技术;
4、链路汇聚;自适应带宽控制;多径反射;信号衰减中图分类号:TN919.8534 文献标识码:A 文章编号:1004373X(2023)24012105Application of multicarrier convergence technology in ultralong distance sea and land microwaveYANG Jinning,CHE Yonghui,XU He(Shenzhen Branch of China National Offshore Oil(China)Co.,Ltd.,Shenzhen 518067,China)Abstract:A ultra
5、long distance sea and land microwave system based on multi carrier physical layer link aggregation adaptive bandwidth control technology(MC ABC)is proposed,and one location each on land and ocean is selected for installation.After actual onsite installation,the testing results confirm that the syste
6、m can successfully solve the problem of deep signal attenuation caused by multipath reflection and refraction when using ultra long distance land and sea microwave systems for signal transmission in the field of offshore oil exploration and development,and can greatly improve the communication bandw
7、idth and usage efficiency of existing computer networks in offshore oil and gas fields.In comparison with the traditional microwave communication technology,the designed multicarrier link convergence technology in ultralong distance sea and land microwave system has the advantages of long transmissi
8、on distance,high reliability,large transmission bandwidth,small network delay,and high usage efficiency.It has achieved good results in practical testing,and its application is the first in the field of domestic offshore oil exploration and development.Keywords:ultralong distance;sea and land microw
9、ave system;multicarrier technology;link convergence;adaptive bandwidth control;multipath reflection;signal attenuation收稿日期:20230511 修回日期:20230619121121现代电子技术2023年第46卷由空间是指一种均匀的、理想的、各向同性的介质空间,此时不考虑反射、折射、吸收、散射和热损耗等影响因素1。在自由空间中,收发机之间的距离为 d,接收机处的接收功率可以由弗里斯(Friis)传输公式23表示为:Pr()d=PtGtGr2()42d2L(1)式中:Pr是发射
10、功率;Gt是发射天线增益;Gr是接收天线增益;是波长;L是系统损耗因子,当L=1 时,表示系统无损耗。根据公式(1),同时考虑收发天线增益时,自由空间路径损耗(Free Space Path Loss,FSPL)模型可表示为:PL()dB=-10 lgGtGr2()42d2(2)即:PL()dB=32.44+20 lg f+20 lg d-10 lg Gt-10 lg Gr(3)式中:f是频率,单位为 MHz;d是收发机之间的距离,单位为km。从式(3)可看出,收发机之间的距离d越大,自由空间路径损耗就越大,故超远距离海陆微波链路的空间损耗受链路长度影响较大。1.2 多径衰落的影响由于海陆通信
11、所处环境的复杂性,传输信号到达接收端时不仅有发射端发射的直射信号,还有信号传输过程中,经过其他物体的反射、折射、绕射后到达接收端的不同路径信号。这些信号由于多路传输之间存在不同的时延,进而造成了接收时间与相位存在很大的不同,这样接收端接收到的信号就是多个信号的叠加产物,如果同相叠加会使得信号增强,反相叠加又会使得信号减弱,这就是多径衰落4。多径效应和衰落造成接收端信号电平起伏不定,使得接收信号具有随机波动性,严重时甚至将影响信号传输的质量56。多径效应和衰落极大地影响了超远距离微波系统的性能,使得传统的超远距离微波系统可用性无法得到有效保障。通过近几年海上设施的实际使用统计发现,传统微波和卫星
12、通信链路年度可用率不到95%;春夏交接时,多径效应和衰落更盛,通信链路的可用率甚至低于90%,应用效果无法保障。所以,传统的海陆通信能力已经成为制约海上油气田开展数字化转型、智能化发展工作的瓶颈,在此背景下,本文提出一种基于多载波物理层链路汇聚自适应带宽控制技术(MCABC)的微波系统。2 基于MCABC技术的超远距离海陆微波系统2.1 多载波聚合技术多载波聚合技术就是通过聚合方式把两个或者多个基本的载波(Component Carrier,CC)聚合成一个较大的带宽,以便支持高速数据传输7。载波聚合分为带内连续、带内非连续和带间不连续三种组合方式,其实现复杂度依次增加,如图1所示。图1 载波
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