摘 要：对于处于偏僻地域的输油管道阀室，有时不具备有线传输条件，因此往往需要考虑使用无线传输的方式传输数据，本文介绍了无线传输和有线传输的概念等，它们具有不同的优势和特点，对于阀室的无线传输传输方法，主要有租用运营商的4G网络进行传输和自建微波基站的方式进行传输，研究了无线传输的实现方法，使用微波传输主要是自建微波基站利用微波特性进行传输，在传统的微波传送方式上采用OFDM技术以及复合信道补偿方式可以大大的提高信号的非视距传输距离和信号传输的质量，降低误码率和信号衰减。
关键词：无线传输；4G；微波传输；OFDM
油气管道输送行业是我国经济社会发展过程中的一个重要的行业，经过多年的建设，我国石油管道输送的通信水平有了很大的提高，特别是在对石油的安全输送、防盗油、防破环、火灾报警等各个方面都起到了重要的作用。随着我国科学技术的发展，电信与计算机网络实现了结合，这为我国油气管道的通信建设提供了一个基础性的技术支持，在经过相关长时间后，我国基本上建立油气管道的有线专网。但是对于一些偏远的阀室，有时候通信网络不能借助光缆直接连接，致使信号无法通过有线传输，或者阀室取电困难，太阳嫩供电系统难以承载有限传输设备，这时候无线通信技术就会成为一种非常值得使用的手段。
1、有线传输和无线传输的概念
所谓有线传输，是指信号传输的介质在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。
而无线传输介质指周围的自由空间。我们利用无线电波在自由空间的传播可以实现多种无线通信。目前主要有依靠电信运营商4G网络进行无线传输，或者自建微波基站依靠微波进行无线传输。
由于无线传输不需要敷设电缆，对地形的适应性强、增加新设备不需要重新布线、而维护时只需要对设备维护不需要对线路维护。因此与与有线传输相比无线传输的优点为：成本廉价、适应性好、扩展性好、设备维护更容易实现，
2、油气输送管道中阀室通信的问题及对策
随着国家输油管道安全性的逐渐重视，对于管道输送中的监控、监测等要求也越来越高，生产单位希望通过远程就可以看到油气管道阀室中的生产状况和安全情况，这一般需要一个通信专网以实现。但现实环境下，由于许多阀室比较偏远，有时取电较为困难，而太阳能供电不能满足大型通信设备的数据传输，或者通信网络不能借助光缆直接连接，致使信号无法通过有线传输，这时候就借助无线通信技术是一种比较合理的选择。常用的无线传输方式一个是借助电信运营商已经建立好的通信信道进行传输，利用4G无线通信技术进行通信，阀室中的图像监控，报警信号等可以通过公网无线传输至各站场中控室。此外，也可以自建微波基站，通过天线收发微波信号，从而达到无线传输的目的。
3、阀室无线传输方法研究
阀室无线传输方式主要有2种，下面将分别说明两种无线通信方式的实现。
（1）利用4G网络实现阀室数据的无线传输
阀室数据4G无线传输的系统主要应包含视频监控摄像机、报警系统、阀室4G网络编码器、后端4G注册服务器、防火墙、报警服务器、客户端、阀室天阳能供电等部分组成。具体实现方法如下：
在阀室前端根据需求安装视频监控摄像机、报警探测器等设备，设备信号通过有线信号传输至4G网络编码器或报警服务器，网络编码器/服务器内置硬盘，用于现场数据的记录。各种数据通过4G网络编码器或报警服务器内置4G流量卡发射信号，通过公共4G网络，传输至后端相应的设备。此外，还需设置一套太阳能发电装置，为阀室前端设备提供电源；在远程控制中心，设置4G注册服务器及防火墙，同时设置客户端，各种数据信号可以接入相应的后端平台中。
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图1 阀室无线监控系统图
上图为阀室无线监控系统图，其组成可概括为三部分，阀室前端系统、电信运营商的4G网络、站内后端平台系统三部分组成。使用4G无线数据传输，既可以满足人们对安全生产越来越高的要求，增加人员的便利，又可以解决阀室偏远地区难以实现有线传输的问题，使用4G无线传输前期投资较少，安装使用都非常方便，但是国内部分管道建设比较偏远，区域内的无线信号极差，这时候对于这种特殊管线的阀室，采用4G传输效果较差，而部分阀室又不具备有线传输的条件，这是需要考虑采用微波进行无线传输。
（2）利用微波传输方式进行无线传输
微波传输是一种最灵活、适应性最强的通信手段，具有建设快、投资小、应用灵活的特点。由于微波在高频频段几乎按直线传播，因此它们可以被聚集成窄窄的一束。通过抛物线形状的天线，可以把所有的能量集中于一小束，从而获得极高的信噪比，但是发射端和接收端的天线必须精确地相互对齐。
微波的传输方式主要分为模拟微波传输和数字微波传输，模拟微波传输就是把视频信号直接调制在微波的信道上，通过天线发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，然后再通过微波接收机解调出原来的视频数据信号。这种监控方式图像非常清晰，没有延时，没有压缩损耗，造价便宜。 但是模拟微波的传输方式衰减比较大，而且极易受到地形气候等因素的影响。数字微波传输就是先把视频编码压缩，然后通过数字微波信道调制，再通过天线发射出去，数字微波传输具有较好的抗干扰能力，衰减也相对较小，可以集中传输多路数据、视频等，但是数字微波传输有0.2-0.8秒左右的延时，某些时候难以满足用户的需求。
传统的微波传输其技术比较成熟，但容易受到环境因素的影响，因此考虑在微波传输中应用OFDM技术，可以大大的增强信号的抗干扰能力。所谓OFDM，即正交频分复用技术， 它将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。
当微波在10-66GHz之间时，微波传输具有较好的非视距传输特性，利用OFDM技术，可以大幅度的增强微波的非视距传输距离，降低接收端误码率，但是OFDM在零中频/近零中频接收机直接把射频信号转变成基带信号过程中，可能会产生幅度失真和相位偏差，称为I/O失衡，因此通过复合信道的OFDM技术进行I/O失衡补偿可以大大的降低I/O失衡问题，其原理是通过不同频率的载波传输相同的信号，在接收端进行信号误差补偿，其缺点是占用两条或以上的信道，成本会增加，传输速率会降低，但是却能大大的提高非视距传输距离和信号传输的质量。可以满足更苛刻的环境和用户更高的要求。
4、结论
本文介绍了无线传输和有线传输的相关特点，它们具有不同的优势和特点，无线传输具有成本廉价、适应性好、扩展性好、设备以维护等优点，目前在工业生产中，无线传输方式使用相对较少，但随着5G数据传输时代的到来，无线传输的效率、安全性等均得到大幅的提升，其低廉的的建设成本和简单灵活的可操作性更能适应复杂的地理环境，未来无线传输方式必将获得更广泛的应用。
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论文作者:署赵滨
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
标签：微波论文; 信号论文; 无线传输论文; 信道论文; 方式论文; 数据论文; 设备论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;