CN106789804A - 四兆高速测井通信技术 - Google Patents

四兆高速测井通信技术 Download PDF

Info

Publication number
CN106789804A
CN106789804A CN201610810510.4A CN201610810510A CN106789804A CN 106789804 A CN106789804 A CN 106789804A CN 201610810510 A CN201610810510 A CN 201610810510A CN 106789804 A CN106789804 A CN 106789804A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
technology
logging
ofdm
high speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610810510.4A
Other languages
English (en)
Inventor
腾明晖
张仕龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BEIJING GEO-VISTA TECHNOLOGY Ltd
Original Assignee
BEIJING GEO-VISTA TECHNOLOGY Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BEIJING GEO-VISTA TECHNOLOGY Ltd filed Critical BEIJING GEO-VISTA TECHNOLOGY Ltd
Priority to CN201610810510.4A priority Critical patent/CN106789804A/zh
Publication of CN106789804A publication Critical patent/CN106789804A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2657—Carrier synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2666—Acquisition of further OFDM parameters, e.g. bandwidth, subcarrier spacing, or guard interval length
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2668—Details of algorithms
    • H04L27/2673—Details of algorithms characterised by synchronisation parameters
    • H04L27/2676—Blind, i.e. without using known symbols
    • H04L27/2678—Blind, i.e. without using known symbols using cyclostationarities, e.g. cyclic prefix or postfix
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2689—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation
    • H04L27/2691—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation involving interference determination or cancellation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于电缆测井的高速数据传输技术，其最高传输bit率为4 Mbit/s。该技术是一种针对测井行业运用现代通信技术实现高速数据传输的技术，以适应测井行业越来越大的数据要求。本技术在调制方法上，采用正交频分复用技术OFDM，它通过将串行数据流变换为若干子路数据流，用低速子数据流去调制相应的子载波，形成多个低速符号并行发送。因为通过串并转换后每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，再加上循环前缀，从而很好地消除了符号间干扰的影响。另外OFDM***中各子载波间相互正交，子信道频谱相互重叠，频谱资源利用非常高。综上所述，将OFDM技术与现代电缆测井信号传输技术结合起来，大大提高了测井电缆的数据传输速度。满足了现代电缆测井技术数据量越来越大的要求。

Description

四兆高速测井通信技术
技术领域
本发明涉及的四兆高速测井通信技术是高速通信技术在石油勘探电缆测井领域的应用，应用OFDM技术，实现最高传输速率为4Mbit/s的高速测井通信。
背景技术
测井电缆的幅频特性变现为低通特性，通过使用网络分析仪测试测井电缆的幅频特性发现频率大于100KHz信号，在经过7600米长的测井电缆后，信号严重衰减了将近80分贝，已经无法调制。如果只是使用简单的基带传输来传输测井数据，无法满足现代测井仪器数据量越来越大的要求。
OFDM技术将数据调制到频率相互正交的子载波上，每个子载波的频带大约在4KHz，这样使的信息在相对低通的环境中传播，减少了信号幅度的衰减和相位延迟，从而很好的克服测井电缆的频带窄的缺陷。提高了频带利用率，增加了循环前缀，又很好地消除了符号间干扰的影响。
发明内容
本发明涉及一种基于石油电缆测井的高速数据传输技术，其最高传输bit率为4Mbit/s。该技术是一种针对石油测井行业运用现代通信技术实现高速数据传输的技术，以适应测井行业越来越大的数据传输要求。
该技术采用正交频分复用OFDM技术，它通过将串行数据流变换为若干子路数据流，用这些低速子数据流去调制相应的子载波，形成多个低速符号并行发送。因为通过串并转换后每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，再加上循环前缀，从而很好地消除了符号间干扰的影响。另外OFDM***中各子载波间相互正交，子信道频谱相互重叠，频谱资源利用非常高。
1、四兆高速测井通信技术，其特征在于，在井下仪器串中地震数据通过OFDM调制板，伪随机编码1后，使用RS编码2、块交织3、星座映射4、快速逆傅里叶变换5，再经过循环前缀6***算法，通过D/A转换器7转换成模拟信号发送到测井电缆。信息通过测井电缆上传给地面解调板进行解调。数据通过离散化8之后，经过同步算法9，快速傅里叶算法10，CP去除11、信道均衡12、解映射13、解交织14、RS译码15、解伪随机编码16后变成用户数据上传到地面***软件。
2、根据权利要求1所述的四兆高速测井通信技术，其特征在于，所选用的频带范围为12k～512k，分成128个子信道。
3、根据权利要求1所述的四兆高速测井通信技术，其特征在于，所采用的符号时间为256*1us，保护间隔0us。
4、根据权利要求1所述的四兆高速测井通信技术，其特征在于，循环前缀采用32个，导频为2个第9和第122个子通道，EFC编码为RS编码，交织为块交织。
5、根据权利要求1所述的四兆高速测井通信技术，其特征在于，超级帧有128个OFDM符号，包括一个训练序列。
6、根据权利要求1所述的四兆高速测井通信技术，其特征在于，每一个子信道的bit数为8bit，带宽为500kHz，所以最大传输速率就是8bit*500kHz＝4Mbit/s。
7、同步技术：由于OFDM是一种多载波调制技术，相对单载波调制技术来说要求更严格的同步。OFDM***的同步包括三个方面：(1)载波同步(2)样值同步(3)符号定时同步。
载波同步17：通过两个过程实现，即捕获模式和追踪模式。接收机中第一阶段的任务就是要尽快地进行粗略频率估计，解决载波的捕获问题；第二阶段的任务就是能够锁定并且执行跟踪任务。
样值同步18：通过导频信号来实现样值同步。
符号定时同步19：增加循环前缀。
本发明的有益效果：
1.四兆高速测井通信技术提高了测井电缆的数据传输能力。满足了现代测井仪器大数据量传输的要求。
附图说明
图1 OFDM技术的设计框图。
图2 OFDM***中同步的几个方面。
图3 OFDM***中四兆高速测井通信示意图。
具体实施方式
1.FEC编码设计
如图1所示，使用RS编码，RS(114,98)，一个同步序列(训练序列)，每128个OFDM符号组成一个超帧，使用一个训练序列。
2.交织设计
如图1所示，RS编码可以使用卷积交织或者块交织，此发明选用块交织。
3.星座映射设计
采用128个子信道，星座图选用格雷玛映射。
4.接收端同步设计
同步在通信***中占据非常重要的地位。例如，当采用同步解调或相关检测时，接收机需要提取一个与发射载波同频同相的载波；同时还要确定符号的起始位置等，如图2所示。
一般的通信***中存在如下的同步问题：
发射机和接收机的载波频率不同；
发射机和接收机的采样频率不同；
接收机不知道符号的定时起始位置。
OFDM符号由多个子载波信号叠加构成，各个子载波之间利用正交性来区分，因此确保这种正交性对于OFDM***来说是至关重要的，因此它对载波同步的要求也就相对较严格。
在OFDM***中存在如下几个方面的同步要求：
载波同步17：接收端的振荡频率要与发送载波同频同相，如图2所示。
样值同步18：接收端和发射端的抽样频率一致，如图2所示。
符号定时同步19：傅立叶反变换(IFFT)和傅立叶变换(FFT)起止时刻一致，如图2所示。
与单载波***相比，OFDM***对同步精度的要求更高，同步偏差会在OFDM***中引起载波间干扰(ICI)及符号间干扰(ISI)。下图显示了OFDM***中的同步要求，并且大概给出各种同步在***中所处的位置。
载波同步:
发射机与接收机之间的频率偏差导致接收信号在频域内发生偏移。如果频率偏差是子载波间隔的n(n为整数)倍，虽然子载波之间仍然能够保持正交，但是频率采用值已经偏移了n个子载波的位置，造成映射在OFDM频谱内的数据符号的误码率高达0.5。
如果载波频率偏差不是子载波间隔的整数倍，则在子载波之间就会存在能量的“泄漏”，导致子载波之间的正交性遭到破坏，从而在子载波之间引入干扰，使得***的误码率性能恶化。
通常我们通过两个过程实现载波同步，即捕获模式和跟踪模式。在跟踪模式中，只需要处理很小的频率波动；但是当接收机处于捕获模式时，频率偏差可以较大，可能是子载波间隔的若干倍。
接收机中第一阶段的任务就是要尽快地进行粗略频率估计，解决载波的捕获问题；第二阶段的任务就是能够锁定并且执行跟踪任务。把上述同步任务分为两个阶段的好处是：由于每一阶段内的算法只需要考虑其特定阶段内所要求执行的任务，因此可以在设计同步结构中引入较大的自由度。这也就意味着，在第一阶段(捕获阶段)内只需要考虑如何在较大的捕获范围内粗略估计载波频率，不需要考虑跟踪性能如何；而在第二阶段(跟踪阶段)内，只需要考虑如何获得较高的跟踪性能。
样值同步：
通过加入导频信息，来实现调制解调两端的信息在相同的频率上采样。
符号定时同步：
由于在OFDM符号之间***了循环前缀保护间隔，因此OFDM符号定时同步的起始时刻可以在保护间隔内变化，而不会造成载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)。
只有当FFT运算窗口超出了符号边界，或者落入符号的幅度滚降区间，才会造成ICI和ISI。因此，OFDM***对符号定时同步的要求会相对较宽松，但是在多径环境中，为了获得最佳的***性能，需要确定最佳的符号定时。尽管符号定时的起点可以在保护间隔内任意选择，但是容易得知，任何符号定时的变化，都会增加OFDM***对时延扩展的敏感程度，因此***所能容忍的时延扩展就会低于其设计值。为了尽量减小这种负面的影响，需要尽量减小符号定时同步的误差。
当前提出的关于多载波***的符号定时同步和载波同步大都采用***导频符号的方法，这会导致带宽和功率资源的浪费，降低***的有效性。实际上，几乎所有的多载波***都采用***保护间隔的方法来消除符号间串扰。为了克服导频符号浪费资源的缺点，我们通常利用保护间隔所携带的信息完成符号定时同步和载波频率同步的最大似然估计算法。
同步是OFDM***中非常关键的问题，同步性能的优劣直接影响到OFDM技术能否正确的调制解调数据。在OFDM***中，存在多种级别的同步：载波同步、符号定时同步以及样值同步，其中每一级别的同步都会对OFDM***性能造成影响。
5.如图3所示，为实现四兆高速测井通信，需要在井下遥测单元22中，专门设计一种OFDM调制板23，这样可以将井下传感器组25发送的测井数据调制成4Mbit/s的数据流，在测井电缆21中上传数据。在地面采集***20中设计一种OFDM解调板21，用于实现数据的解码。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.四兆高速测井通信技术，其特征在于，采用OFDM技术，实现测井电缆的最大4Mbit/s数据的高速传输。
2.根据权利要求1所述的四兆高速测井通信技术，其特征在于，所选用的频带范围为12k~512 k，分成128个子信道，每一个子信道的bit数平均为8bit，带宽为500kHz，所以最大传输速率就是8bit*500kHz=4Mbit/s，所采用的符号时间为256*1us，保护间隔0us。
3.为实现权利要求1所述的技术，需要在井下仪器采集***中，专门设计一种OFDM调制板，实现4Mbit/s数据的编码，在地面***中设计一种OFDM解调板，用于实现数据的解码。
4.为实现权利要求1所述的技术，在井下仪器串中测井数据通过OFDM调制板中，伪随机编码后，使用RS编码、块交织、星座映射、快速逆傅里叶变换，再经过循环前缀***算法，通过D/A转换器转换成模拟信号发送到7000米测井电缆，信息通过测井电缆上传给地面解调板进行解调，在解调的过程中数据通过离散化之后，经过同步算法，快速傅里叶算法，循环前缀去除、信道均衡、解映射、解交织、RS译码、解伪随机编码后变成用户数据上传到地面***软件。
CN201610810510.4A 2016-09-08 2016-09-08 四兆高速测井通信技术 Pending CN106789804A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610810510.4A CN106789804A (zh) 2016-09-08 2016-09-08 四兆高速测井通信技术

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610810510.4A CN106789804A (zh) 2016-09-08 2016-09-08 四兆高速测井通信技术

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106789804A true CN106789804A (zh) 2017-05-31

Family

ID=58972159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610810510.4A Pending CN106789804A (zh) 2016-09-08 2016-09-08 四兆高速测井通信技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106789804A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112187695A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 中国科学技术大学 基于ofdm高速测井遥传***的fpga信道预加重与均衡方法及***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1606298A (zh) * 2004-11-12 2005-04-13 东南大学 利用快速傅立叶变换实现全数字无线通信***
CN1988402A (zh) * 2006-10-10 2007-06-27 东南大学 电力线载波通信***的实现方法
CN101179356A (zh) * 2007-11-28 2008-05-14 中国海洋石油总公司 一种数据发送、接收方法及装置
CN201878187U (zh) * 2010-11-24 2011-06-22 中国海洋石油总公司 一种带有回音消除的ofdm高速测井遥传***
CN202850989U (zh) * 2012-09-21 2013-04-03 中国海洋石油总公司 一种基于单芯测井电缆的高速数据传输***

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1606298A (zh) * 2004-11-12 2005-04-13 东南大学 利用快速傅立叶变换实现全数字无线通信***
CN1988402A (zh) * 2006-10-10 2007-06-27 东南大学 电力线载波通信***的实现方法
CN101179356A (zh) * 2007-11-28 2008-05-14 中国海洋石油总公司 一种数据发送、接收方法及装置
CN201878187U (zh) * 2010-11-24 2011-06-22 中国海洋石油总公司 一种带有回音消除的ofdm高速测井遥传***
CN202850989U (zh) * 2012-09-21 2013-04-03 中国海洋石油总公司 一种基于单芯测井电缆的高速数据传输***

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112187695A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 中国科学技术大学 基于ofdm高速测井遥传***的fpga信道预加重与均衡方法及***
CN112187695B (zh) * 2020-09-30 2021-12-14 中国科学技术大学 基于ofdm高速测井遥传***的fpga信道预加重与均衡方法及***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
LaSorte et al. The history of orthogonal frequency division multiplexing
EP1845679B1 (en) Multicarrier transmission method, multicarrier modulation signal transmission apparatus, multicarrier modulation signal reception apparatus, multicarrier modulation signal transmission method and pilot signal generation method
CN107257324B (zh) 一种ofdm***中的时频联合同步方法及装置
CN1642051A (zh) 一种获取最优导引符号功率的方法
CN102821080B (zh) 1553b通信总线带宽扩展的接收方法
EP1524794A1 (en) Transceiver training in a Digital Subscriber Line communicating system
CN101179356A (zh) 一种数据发送、接收方法及装置
JP2000517508A (ja) 多重搬送波伝送システムにおける、あるいはそれに関する改良
CN101505291A (zh) 基于ofdm编码的水声通信差分解码方法
EP2712139A1 (en) Symbol time offset correction via intercarrier interference detection in an OFDM receiver
CN105024952A (zh) 频域ofdm符号的生成方法及前导符号的生成方法
CN113162882A (zh) 一种基于共轭反对称训练序列的自相关ofdm符号同步方法
CN1921466A (zh) 利用旋转技术解决ofdm截取位置跳变的信道估计方法
CN101202564B (zh) 一种信道初始化方法
CN106789804A (zh) 四兆高速测井通信技术
CN108600142A (zh) 一种fbmc/oqam***中的同步方法
Patel et al. A comparative performance analysis of OFDM using MATLAB simulation with M-PSK and M-QAM mapping
KR100842069B1 (ko) 주파수영역에 부가적인 파일럿신호를 가지는 ｃｏｆｄｍ방식의 송신시스템 및 그에 따른 신호처리방법
KHALIFA et al. ICI and PAPR enhancement in MIMO-OFDM system using RNS coding
Zhao et al. A high-speed well logging telemetry system based on low-power FPGA
CN101272228B (zh) 应用单载波频分多址传输***的确认信令传输方法与装置
Chandran et al. Comparative analysis of various channel estimations under different modulation schemes
Assalini et al. Time-frequency synchronization in filtered multitone modulation based systems
Wang et al. A frequency domain scheme for high speed telemetry down hole wire line communication
Tomar et al. Bit Error Rate (BER) Analysis of Conventional OFDM (DFT-OFDM) and Wavelet Based OFDM (DWT-OFDM)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170531