一种测井电缆上数据传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种测井电缆上数据传输系统，包括通过电缆通信的地面设备和井下设备，电缆中的信道包括主信道、若干辅信道和若干耦合信道；其中，主信道：在上行时隙，与辅信道共同传输上行数据；在下行时隙，单独传输下行数据；辅信道：在上行时隙，与主信道共同传输上行数据；在下行时隙，不传送任何数据；耦合信道：在上行时隙，耦合其他信道上传输的信号以辅助解调上行数据。本发明专利技术利用主信道传输下行数据，多信道共同传输上行数据，有效提高了数据传输的速率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种测井电缆上数据传输系统
本专利技术涉及一种测井电缆上数据传输系统，属于信号传输领域。
技术介绍
在石油钻井测井过程中，数据传输系统包括地面设备和井下设备。地面设备通过图1所示的铠装7芯电缆对井下设备(各种电机和设备)供电，铠装电缆中任何一对缆芯或任何一个缆芯与金属外壳都可以组成一个通信回路，因此该电缆还用于地面设备和井下设备间的数据通信。地面设备通过电缆给井下设备发送各种指令(即下行数据)；井下设备在上提或下放过程中根据指令所采集的各种数据(即上行数据)通过电缆传输至地面，供记录、分析和显示用。现有系统采用一个通道进行上下行数据传输，存在数据传输速率低的缺陷。
技术实现思路
本专利技术提供了一种测井电缆上数据传输系统，解决了
技术介绍
中披露的问题。为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种测井电缆上数据传输系统，包括通过电缆通信的地面设备和井下设备，电缆中的信道包括主信道、若干辅信道和若干耦合信道；其中，主信道：在上行时隙，与辅信道共同传输上行数据；在下行时隙，单独传输下行数据；辅信道：在上行时隙，与主信道共同传输上行数据；在下行时隙，不传送任何数据；耦合信道：在上行时隙，耦合其他信道上传输的信号以辅助解调上行数据。井下设备包括发送单元和接收单元；井下设备的接收单元通过主信道接收一路下行数据，井下设备的发送单元通过主信道和辅信道发送多路上行数据；地面设备包括发送单元和接收单元；地面设备的发送单元通过主信道发送一路下行数据，地面设备的接收单元通过主信道、辅信道和耦合信道接收多路上行数据。电缆中的缆芯和外壳组成通信回路；其中，受干扰最小的通信回路为主信道；按照上行信道容量最大化的原则，从其余通信回路中选择若干作为辅信道，再从剩余通信回路中选择若干作为耦合信道。在信道中传输数据的方式为时分复用。上行时隙大于下行时隙。每个信道上数据传输的通信帧前导序列各不相同，各前导序列由相同的多个基本前导符号经过不同的正交序列调制而成。主信道前导序列的正交调制序列有且只有一次符号跳变。本专利技术所达到的有益效果：1、本专利技术采用主信道传输下行数据，采用多信道传输上行数据，有效提高了上行数据传输的速率和可靠性；2、本专利技术采用时分复用的数据传输方式，避免了现有空分和频分方式中上下行通信间的相互串扰，同时大大简化了井下通信终端。附图说明图1为铠装7芯电缆的截面图；图2为本专利技术的系统结构示意图；图3为通信帧的结构示意图；图4为下行通信发送端结构示意图；图5为IFFT调制模块结构示意图；图6为下行通信接收端结构示意图；图7为上行通信发送端结构示意图；图8为上行通信接收端结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图2所示，一种测井电缆上数据传输系统，包括通过电缆通信的地面设备和井下设备，电缆为如图1所示的铠装7芯电缆，缆芯和外壳可以组成7路通信回路，每一路通信回路为一信道，地面设备和井下设备通过信道进行上下行数据传输，其中，下行数据采样传统的单输入单输出方式，上行数据采用MIMO多输入多输出方式，因此这里的信道具体包括主信道、若干辅信道和若干耦合信道；其中，各信道数量的选择需根据不同的通信速率要求和成本考虑，在最小配置中只有一个主信道。主信道：在上行时隙，与辅信道共同传输上行数据；在下行时隙，单独传输下行数据。在铠装电缆中，通常中央缆芯(即缆芯7)和外壳组成的通信回路信道质量最好，即该信道的容抗、感抗以及电阻都适合宽带高速信号的传输，它所受到的干扰也最小。根据我们的实际测试，在电缆长度为7千米，所有井下设备全负荷运行的情况下，该信道的容量是由缆芯1和4所构成回路(有负载)的3倍左右。因此一般将中央缆芯和外壳组成的通信回路作为主信道。由于地面和井下的设备配置不同，也有可能导致的其它某个通信回路受干扰更小。此时也可用采用其它的通信回路作为主信道。当然，如果系统不需要很高的通信速率，也可用其它缆芯构成的回路作为主信道。辅信道：在上行时隙，与主信道共同传输上行数据；在下行时隙，不传送任何数据。按照上行信道容量最大化的原则，根据通信速率和成本的要求，在除主信道外的其余信道中选择若干作为辅信道。耦合信道：在上行时隙，耦合其他信道上传输的上行数据。从除主信道和辅信道外的剩余信道中选择若干作为耦合信道，耦合信道在发送端没有连接设备，耦合信号在地面部分可以为多信号解调提供帮助。在信道中采用时分复用方式传输数据，让上行主信道和下行信道共享同一个信道参数较好的传输回路，共用一个传输性能好的频段。分配的下行时隙较小而上行时隙较大，即上行时隙大于下行时隙时，在上行时隙中利用主信道和辅信道传输上行数据。如图3所示，信道上数据传输的通信帧包括前导系列、若干控制符号和若干数据载荷符号，这里的符号是指一个OFDMSymbol(由1024点IFFT产生)。根据通信系统的不同要求，一个帧可能只有前导序列，或前导序列+控制符号，或前导序列+控制符号+载荷符号。前导序列用来实现通信模块的同步定时、AFC(自动频率控制)、AGC(自动增益控制)、信道估计等功能。其中，同步定时可以在时域采用序列相关操作完成；为了在上行通信同时进行多个信道的信道估计，每个信道上传输的是由相同基本前导符号经过不同的正交序列调制而成的不同前导序列；主信道前导序列的正交调制序列有且只有一次符号跳变，以便于接收端的帧同步。前导序列由8个前导符号组成，每个符号由1024个实数元素组成，符号和符号间无保护间隔，无循环前缀。前导符号分为正前导符号和负前导符号，分别由一个基本前导符号乘以1或-1得到。下行信道和上行主信道中的前导序列是相同的。前4个为正前导符号，后4个为负前导符号。这个序列可以表示成A1是一个8元素的序列＝[1111-1-1-1-1]，B是一个由1024个实数元素组成的序列，被称作基本前导符号，表示科罗内克乘积，其结果是一个8192个实数信号序列。基本前导符号由1024个实数组成，可以由频域信号经过IFFT产生，该频域信号必须是实部偶对称，虚部奇对称的复信号。而该频域信号只是在信道所使用的频段和镜像频段所对应的子载波上有非0值，而在其他子载波上为0。为便于同步，要求其时域的自相关特性比较好。主前导序列有且只有一次符号跳变，这有利于接收端进行帧同步。为便于信道估计，各个信道上的前导调制序列是正交的，即第m个信道上的前导序列表示为所有的A是正交的，即：A*AT＝8*I其中，I是M×M的单位矩阵。序列A可以采用8×8Hadamard矩阵的行向量表示，如，主信道的A1＝W8(4)＝[1111-1-1-1-1]，其它的辅信道，可以采用其它的行向量表示。如果系统中主信道和辅信道的总数小于或等于4个，在满足AFC、AGC、帧同步和信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测井电缆上数据传输系统，包括通过电缆通信的地面设备和井下设备，其特征在于：电缆中的信道包括主信道、若干辅信道和若干耦合信道；/n其中，/n主信道：在上行时隙，与辅信道共同传输上行数据；在下行时隙，单独传输下行数据；/n辅信道：在上行时隙，与主信道共同传输上行数据；在下行时隙，不传送任何数据；/n耦合信道：在上行时隙，耦合其他信道上传输的信号以辅助解调上行数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种测井电缆上数据传输系统，包括通过电缆通信的地面设备和井下设备，其特征在于：电缆中的信道包括主信道、若干辅信道和若干耦合信道；
其中，
主信道：在上行时隙，与辅信道共同传输上行数据；在下行时隙，单独传输下行数据；
辅信道：在上行时隙，与主信道共同传输上行数据；在下行时隙，不传送任何数据；
耦合信道：在上行时隙，耦合其他信道上传输的信号以辅助解调上行数据。


2.根据权利要求1所述的一种测井电缆上数据传输系统，其特征在于：井下设备包括发送单元和接收单元；井下设备的接收单元通过主信道接收一路下行数据，井下设备的发送单元通过主信道和辅信道发送多路上行数据；
地面设备包括发送单元和接收单元；地面设备的发送单元通过主信道发送一路下行数据，地面设备的接收单元通过主信道、辅信道和耦合信道接收多路上行数据。


3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，田恒，张波，
申请(专利权)人：河南理工大学，合肥新线通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41