劉 洋 孫云濤

（沈陽理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧 沈陽 110159）

0 引言

隨著測(cè)井技術(shù)的發(fā)展，井下儀器采集的信息更加豐富，需要上傳的數(shù)據(jù)量越來越大，這就需要提高單芯電纜的傳輸速率以滿足實(shí)際測(cè)井需要[3]。當(dāng)今生產(chǎn)測(cè)井系統(tǒng)做得最好的Sondex公司其上傳速率在防硫化氫型單芯電纜為100kbps。在國(guó)內(nèi)，上傳速率在防硫化氫型單芯電纜中不超過50kbps，總體性能低，限制了新儀器的發(fā)展。

當(dāng)前生產(chǎn)測(cè)井中主要依靠單芯電纜實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)和井下儀器的數(shù)據(jù)傳輸，隨著信號(hào)頻率的增加，信道的衰減急劇增加，單芯電纜的頻帶有限，必須要采用一種先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)以提高頻帶利用率，提高傳輸性能，同時(shí)又要有較強(qiáng)的抗干擾能力。為徹底解決生產(chǎn)測(cè)井中傳輸?shù)钠款i問題，本文將正交頻分復(fù)用技術(shù)與單芯電纜的特性相結(jié)合，設(shè)計(jì)一種基于此項(xiàng)技術(shù)的高速單芯電纜測(cè)井?dāng)?shù)傳系統(tǒng)。

1 高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

單芯電纜的信道可以看成是1kHz至69kHz的帶通信道，為適應(yīng)單芯電纜可用頻帶資源少的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)頻譜分配如圖1所示，子信道間隔2.15625kHz，子信道數(shù)目為32，有效符號(hào)長(zhǎng)度463.8us，循環(huán)前綴長(zhǎng)度為231.9us。其中上行信道（井下到地面）使用24個(gè)子信道，即T8至T31，T10作為導(dǎo)頻信道，不傳信息。下行信道（地面到井下）使用3個(gè)子信道，即T1至T3。

圖1 單芯電纜頻譜分配

圖2 地面系統(tǒng)

地面系統(tǒng)如圖2所示，主要由DSP處理器、FPGA和模擬電路組成。其中DSP處理器完成系統(tǒng)建立時(shí)的訓(xùn)練過程和正常模式時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。FPGA完成對(duì)信息的OFDM調(diào)制和解調(diào)，需要發(fā)送的信息經(jīng)過擾碼、RS編碼、星座映射、QAM調(diào)制和、IFFT處理和插入循環(huán)前綴之后，按照固定的采樣頻率寫入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過帶通濾波之后，利用變壓器耦合到單芯電纜。接收的信號(hào)經(jīng)過回波抵消之后通過帶通濾波濾除帶外噪聲，之后通過A/D轉(zhuǎn)換器輸入到FPGA中。FPGA中完成對(duì)信號(hào)的時(shí)域均衡、去CP、FFT、QAM解調(diào)、星座解碼、RS解碼、解擾之后寫入接收緩存，等待DSP的讀取。其中回波抵消模塊主要是消除發(fā)送信號(hào)對(duì)接收信號(hào)的影響，降低接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，防止接收電路飽和失真。

2 系統(tǒng)測(cè)試

使用7000米Camesa防硫化氫單芯電纜，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連接時(shí)間測(cè)試、連接成功率測(cè)試、連接速率測(cè)試和誤碼率測(cè)試。并且在高溫175°C下我們進(jìn)行了工作穩(wěn)定性測(cè)試、啟動(dòng)測(cè)試和誤碼率測(cè)試，所有的測(cè)試結(jié)果都達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 傳輸速率及誤碼率

3 結(jié)論

本文將OFDM技術(shù)應(yīng)用于單芯電纜測(cè)井，開發(fā)出一套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全雙工測(cè)井通信系統(tǒng)。在7000米的防硫化氫Camesa單芯電纜實(shí)現(xiàn)115kbps以上的傳輸速率，該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕邆淙p工通訊能力。硬件設(shè)備全部選用耐高溫器件，系統(tǒng)經(jīng)過高溫試驗(yàn)，可長(zhǎng)時(shí)間工作在175℃環(huán)境。目前，該生產(chǎn)測(cè)井?dāng)?shù)傳系統(tǒng)已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求，下一步將進(jìn)行井場(chǎng)的實(shí)測(cè)工作。

本系統(tǒng)將先進(jìn)的OFDM技術(shù)應(yīng)用于單芯數(shù)傳系統(tǒng)，突破了我國(guó)生產(chǎn)測(cè)井儀器的開發(fā)瓶頸，為生產(chǎn)測(cè)井單芯電纜儀器的開發(fā)提供強(qiáng)有力的保障。有助于國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)測(cè)井設(shè)備的升級(jí)換代，具有巨大的市場(chǎng)需求和油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前景。

［1］ANSI T1.413-1998 Network and Customer Installation Interface-Asymmetric Digital Subscriber Line(ADSL)Metallic Interface.

［2］G.992.1 Editor Final Version,Asymmetric Digital Subscriber Line(ADSL)Transceivers，1998.

［3］劉國(guó)權(quán)，田洪亮.一種單芯電纜高速數(shù)據(jù)傳輸方案[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)，vol.23 No.5.Sep.2008.

［4］孫新，熊曉東.高速電纜遙測(cè)：技術(shù)途徑和待解決的問題[J].測(cè)井技術(shù)，1995，19(6）:398-405.

［5］秦偉，王煒，陳鵬.基于OFDM的高速遙傳電纜調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)[J].測(cè)井技術(shù)，2006,30(5):467-469.