CN104618086B - 一种单芯电缆数据传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单芯电缆数据传输系统及方法，包括：下行数据传输模块对地面下发的控制命令进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换。井下仪器控制模块将下行数据传输模块处理后的控制命令进行解调，然后采用半双工模式，通过CAN总线将该命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将该数据发送给上行数据传输模块。上行数据传输模块将采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过D/A变换、带通滤波、频率补偿及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。通过本发明的方案，能够在对电缆要求不高的情况下实现单芯测井电缆中数据的高速传输。
Description
技术领域
本发明涉及单芯电缆测井技术，尤其涉及一种单芯电缆数据传输系统及方法。
背景技术
目前油田套管井测井技术大部分采用单芯电缆测井，但是由于单芯电缆的传输特性差，如可用带宽窄、带内不平坦(高频端衰减远远大于低频端)，并且不同的电缆传输特性也有很大的不同。另外，在传输数据信号的同时需要向井下仪器提供电源，仪器噪声系数的增加，如何实现数据的快速传输是一个技术难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种单芯电缆数据传输系统及方法，能够在对电缆的要求不高的情况下，实现在单芯测井电缆数据的高速传输。
为了达到上述目的，本发明提出了一种单芯电缆数据传输系统，该系统包括：下行数据传输模块、井下仪器控制模块、上行数据传输模块。
下行数据传输模块，用于对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换。
井下仪器控制模块，用于将下行数据传输模块处理后的控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将井下仪器数据发送给上行数据传输模块进行处理。
上行数据传输模块，用于将井下仪控制模块采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。
优选地，下行数据传输模块，包括依次连接的第一滤波单元、A/D数据转换单元和第一数据处理现场可编程门阵列FPAG芯片。
第一滤波单元，包括依次连接的第一二阶压控低通滤波器、第二二阶压控低通滤波器、二阶高通滤波器，负反馈放大电路。
第一二阶压控低通滤波器和第二二阶压控低通滤波器，用于对下行数据进行连续两次低通滤波；二阶高通滤波器，用于对低通滤波后的下行数据进行一次高通滤波；负反馈放大电路，用于将滤波后的下行数据进行放大后输出给A/D数据转换单元。
A/D数据转换单元，用于接收调制输出电路发送的下行数据，对下行数据进行A/D变换，获得下行数据的数字信号。
第一数据处理FPAG芯片，用于采集A/D数据转换单元输出的下行数据的数字信号，并对数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给井下仪器控制模块。
优选地，井下仪器控制模块包括单片机和CAN驱动器。
单片机，通过双向数据总线与第一数据处理FPAG芯片相连，用于接收第一数据处理FPAG芯片发送的UART信号。
单片机，还通过CAN总线与CAN驱动器连接，用于通过CAN总线和CAN驱动器向井下仪器发送控制命令，控制井下仪器收到控制命令后按照预先约定的数据量将井下仪器数据发送给CAN驱动器，并从CAN驱动器接收井下仪器数据。
CAN驱动器，还与井下仪器连接，用于将单片机发送的下行数据由二进制码流转换为差分信号发送井下仪器，并将井下仪器返回的井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给单片机。
优选地，上行数据传输模块包括：第二数据处理FPAG芯片、第三数据处理FPAG芯片、数字/模拟D/A数据转换单元、第二滤波单元、高频补偿单元、模拟切换开关、低通滤波单元及发送驱动单元。
第二数据处理FPAG芯片，通过双向数据总线与单片机相连，用于采集单片机接收的井下仪器数据，将井下仪器数据按时序写入先进先出FIFO堆栈中；并读取FIFO堆栈中的井下仪器数据，按照预定的波特率产生需要调制的基带数据，并将基带数据发送给第三数据处理FPAG芯片。
第三数据处理FPAG芯片，与第二数据处理FPAG芯片相连，用于接收基带数据，并将基带数据调制为8移相键控8PSK数字信号，然后输出给D/A数据转换单元。
第三数据处理FPAG芯片，还用于产生一个同步信号，作为时钟同步锁相环PLL的输出频率信号，连同8PSK数字信号一起发送给D/A数据转换单元。
D/A数据转换单元，为12位双路数模转换器，用于将8PSK数字信号和同步信号由数字信号转换为模拟信号，并发送给第二滤波单元。
第二滤波单元，包括依次连接的第一低通滤波器和第一高通滤波器，用于为8PSK数字信号进行带通滤波；还包括依次连接的第二低通滤波器和第二高通滤波器，用于为同步信号进行带通滤波。
高频补偿单元，包括依次连接的第一级频率补偿电路、第二级频率补偿电路、第三级频率补偿电路和第四级频率补偿电路；用于根据信道性能选择不同的补偿级数，对8PSK数字信号和同步信号进行频率补偿。
其中，第一级频率补偿电路的输入端与第二滤波单元的输出端相连，每一级频率补偿电路的输出端与模拟切换开关相连。
模拟切换开关，用于通过四个选择开关的断开与闭合选择四种不同的补偿级数。
低通滤波单元，其输入端与模拟切换开关的输出端相连，用于滤除8PSK数字信号和同步信号中大于200K的信号。
发送驱动单元，其输入端与低通滤波单元的输出端相连，用于将经过带通滤波的同步信号和8PSK数字信号叠加到一起，经放大驱动后加载到单芯电缆上。
优选地，第一波特率为1.3Kbps；同步信号的频率为4.81khz。
本发明还提出一种基于单芯电缆数据传输系统的单芯电缆数据传输方法，该方法包括：
下行数据传输模块对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换；
井下仪器控制模块将下行数据传输模块处理后的所述控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将所述控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将所述井下仪器数据发送给所述上行数据传输模块进行处理；
上行数据传输模块将井下仪控制模块采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。
优选地，该方法还包括：
第一二阶压控低通滤波器和第二二阶压控低通滤波器对下行数据进行连续两次低通滤波，二阶高通滤波器对低通滤波后的下行数据进行一次高通滤波；负反馈放大电路将滤波后的下行数据进行放大后输出给A/D数据转换单元。
A/D数据转换单元接收调制输出电路发送的下行数据，对下行数据进行A/D变换，获得下行数据的数字信号。
第一数据处理FPAG芯片采集A/D数据转换单元输出的下行数据的数字信号，并对数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给井下仪器控制模块。
优选地，该方法还包括：
单片机接收第一数据处理FPAG芯片发送的UART信号。
单片机通过CAN总线和CAN驱动器向井下仪器发送控制命令，控制井下仪器收到控制命令后按照预先约定的数据量将井下仪器数据发送给CAN驱动器，并从CAN驱动器接收井下仪器数据。
CAN驱动器，将单片机发送的下行数据由二进制码流转换为差分信号发送井下仪器，并将井下仪器返回的井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给单片机。
优选地，该方法还包括：
第二数据处理FPAG芯片采集单片机接收的井下仪器数据，将井下仪器数据按时序写入先进先出FIFO堆栈中；并读取FIFO堆栈中的井下仪器数据，按照预定的波特率产生需要调制的基带数据，并将基带数据发送给第三数据处理FPAG芯片。
第三数据处理FPAG芯片接收基带数据，并将基带数据调制为8移相键控8PSK数字信号，然后输出给D/A数据转换单元。
第三数据处理FPAG芯片还产生一个同步信号，作为时钟同步锁相环PLL的输出频率信号，连同8PSK数字信号一起发送给D/A数据转换单元。
D/A数据转换单元为12位双路数模转换器，将8PSK数字信号和同步信号由数字信号转换为模拟信号，并发送给第二滤波单元。
第二滤波单元的依次连接的第一低通滤波器和第一高通滤波器为8PSK数字信号进行带通滤波；第二滤波单元的依次连接的第二低通滤波器和第二高通滤波器为同步信号进行带通滤波。
高频补偿单元的依次连接的第一级频率补偿电路、第二级频率补偿电路、第三级频率补偿电路和第四级频率补偿电路根据信道性能选择不同的补偿级数，对8PSK数字信号和同步信号进行频率补偿。
模拟切换开关通过四个选择开关的断开与闭合选择四种不同的补偿级数。
低通滤波单元滤除8PSK数字信号和同步信号中大于200K的信号。
发送驱动单元将经过带通滤波的同步信号和所述8PSK数字信号叠加到一起，经放大驱动后加载到单芯电缆上。
优选地，第一波特率为1.3Kbps；同步信号的频率为4.81khz。
与现有技术相比，本发明包括：下行数据传输模块、井下仪器控制模块、上行数据传输模块。
下行数据传输模块，用于对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换。
井下仪器控制模块，用于将下行数据传输模块处理后的控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将井下仪器数据发送给上行数据传输模块进行处理。
上行数据传输模块，用于将井下仪控制模块采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。通过本发明的方案，能够在对电缆的要求不高的情况下，实现在单芯测井电缆中的数据的高速传输。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
图1为本发明的单芯电缆传输系统框图；
图2为本发明的第一滤波单元组成框图；
图3为本发明的第一滤波单元电路图；
图4为本发明的井下仪器控制模块组成框图；
图5为本发明的上行数据传输模块组成框图；
图6为传统的8PSK星座图；
图7为本发明的第二滤波单元组成框图；
图8为本发明的高频补偿单元组成框图；
图9为本发明的单芯电缆数据传输方法流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。
目前油田套管井测井技术大部分采用单芯电缆测井，由于单芯电缆的传输特性差，如可用带宽窄、带内不平坦(高频端衰减远远大于低频端)，并且不同的电缆传输特性也有很大的不同。在传输数据信号的同时需要向井下仪器提供电源，仪器噪声系数的增加。并且起初的传输模式为模拟传输，到后来为脉冲传输，通讯速率从5.7Kbps、20.833Kbps、50Kbps一直到100Kbps，传输速率不断提高。但是，高的传输速率对电缆也有要求，并非所有的电缆都能正常传输。并且建立通信的过程不能实现全自动，一般需要操作人员参与。
本发明提供一种带有同步信号的单芯电缆传输系统，它能够实现在单芯测井电缆测井条件下进行数据的高速传输。并且对电缆的要求不高，在绝大多数电缆上都可正常传输。井上与井下自动建立通信，不需要人工干预，通信速率高。
具体地，本发明提出了一种单芯电缆数据传输系统01，如图1所示，该系统包括：下行数据传输模块02、井下仪器控制模块03、上行数据传输模块04。
下行数据传输模块02，用于对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换。
井下仪器控制模块03，用于将下行数据传输模块02处理后的控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将井下仪器数据发送给上行数据传输模块04进行处理。
上行数据传输模块04，用于将井下仪控制模块03采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。
优选地，下行数据传输模块02，包括依次连接的第一滤波单元021、A/D数据转换单元022和第一数据处理现场可编程门阵列FPAG芯片023，如图2所示。
第一滤波单元021，包括依次连接的第一二阶压控低通滤波器0211、第二二阶压控低通滤波器0212、二阶高通滤波器0213，负反馈放大电路0214如图3所示。
第一二阶压控低通滤波器0211和第二二阶压控低通滤波器0212，用于对下行数据进行连续两次低通滤波；二阶高通滤波器0213，用于对低通滤波后的下行数据进行一次高通滤波；负反馈放大电路0214，用于将滤波后的下行数据进行放大后输出给A/D数据转换单元。
A/D数据转换单元022，用于接收调制输出电路发送的下行数据，对下行数据进行A/D变换，获得下行数据的数字信号。A/D数据转换单元022为高速串行ADC转换器。
第一数据处理FPAG芯片023，用于采集A/D数据转换单元输出的下行数据的数字信号，并对数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给井下仪器控制模块03。
优选地，第一波特率为1.3Kbps；同步信号的频率为4.81khz。
优选地，井下仪器控制模块03包括单片机031和CAN驱动器032，如图4所示。
单片机031，通过双向数据总线与第一数据处理FPAG芯片023相连，用于接收第一数据处理FPAG芯片023发送的UART信号。
单片机031，还通过CAN总线与CAN驱动器032连接，用于通过CAN总线和CAN驱动器032向井下仪器发送控制命令，控制井下仪器收到控制命令后按照预先约定的数据量将井下仪器数据发送给CAN驱动器032，并从CAN驱动器032接收井下仪器数据。单片机031收到井下仪器数据后将井下仪器数据按时序写入第一数据处理FPAG芯片023中的FIFO中。
CAN驱动器032，还与井下仪器连接，用于将单片机031发送的下行数据由二进制码流转换为差分信号发送井下仪器，并将井下仪器返回的井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给单片机031。
本发明实施例中CAN驱动器032为SN65HVD1040，其作用为超低功耗待机模式和总线唤醒的工业CAN收发器。DSPIC单片机031其作用为仪器总线控制，通过D0～D7双向数据总线和第一数据处理FPAG芯片023进行数据通信，同时通过CAN驱动器032与井下仪器数据交换。
优选地，上行数据传输模块04包括：第二数据处理FPAG芯片041、第三数据处理FPAG芯片042、数字/模拟D/A数据转换单元043、第二滤波单元044、高频补偿单元045、模拟切换开关046、低通滤波单元047及发送驱动单元048，如图5所示。
第二数据处理FPAG芯片041，通过双向数据总线与单片机相连，用于采集单片机031接收的井下仪器数据，将井下仪器数据按时序写入先进先出FIFO堆栈中；并读取FIFO堆栈中的井下仪器数据，按照预定的波特率产生需要调制的基带数据，并将基带数据发送给第三数据处理FPAG芯片042。
第三数据处理FPAG芯片042，与第二数据处理FPAG芯片041相连，用于接收基带数据，并将基带数据调制为8移相键控8PSK数字信号，然后输出给D/A数据转换单元043。
调制编码部分是传输的核心部分，目前我们采用8PSK(Phase Shift Keying正交相移键控)的调制方式；八相相移调制是利用载波的八种不同相位差来表征输入的数字信息，是八进制移相键控。8PSK是在M＝8时的调相技术，它规定了八种载波相位，分别为0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和八进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为八进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每三个比特分成一组，共有八种组合，即000，001，010，011，100，101，110，111其中每一组称为三比特码元，8PSK星座图如图6示。
第三数据处理FPAG芯片042，还用于产生一个同步信号，作为时钟同步锁相环PLL的输出频率信号，连同8PSK数字信号一起发送给D/A数据转换单元043。其中，为了使地面和井下时钟完全同步而产生的同步信号，送给地面系统作为时钟同步PLL的输出频率信号。
D/A数据转换单元043，为12位双路数模转换器，用于将8PSK数字信号和同步信号由数字信号转换为模拟信号，并发送给第二滤波单元044。本发明中D/A数据转换单元043选择DAC转换芯片AD5447。
第二滤波单元044，包括依次连接的第一低通滤波器0441和第一高通滤波器0442，用于为8PSK数字信号进行带通滤波；还包括依次连接的第二低通滤波器0443和第二高通滤波器0444，用于为同步信号进行带通滤波，如图7所示。
高频补偿单元045，包括依次连接的第一级频率补偿电路0451、第二级频率补偿电路0452、第三级频率补偿电路0453和第四级频率补偿电路0454；用于根据信道性能选择不同的补偿级数，对8PSK数字信号和同步信号进行频率补偿，如图8所示。
其中，第一级频率补偿电路0451的输入端与第二滤波单元044的输出端相连，每一级频率补偿电路的输出端与模拟切换开关046相连。
模拟切换开关046，用于通过四个选择开关的断开与闭合选择四种不同的补偿级数。本发明中的模拟切换开关046为DG509模拟开关芯片。
低通滤波单元047，其输入端与模拟切换开关的输出端相连，用于滤除8PSK数字信号和同步信号中大于200K的信号。
发送驱动单元048，其输入端与低通滤波单元047的输出端相连，用于将经过带通滤波的同步信号和8PSK数字信号叠加到一起，经放大驱动后加载到单芯电缆上。
本发明还提出一种基于单芯电缆数据传输系统的单芯电缆数据传输方法，如图9所示，该方法包括：
S101、下行数据传输模块对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换。
优选地，该方法还包括：
第一二阶压控低通滤波器和第二二阶压控低通滤波器对下行数据进行连续两次低通滤波，并将滤波后的下行数据通过调制输出电路输出给A/D数据转换单元。
A/D数据转换单元接收调制输出电路发送的下行数据，对下行数据进行A/D变换，获得下行数据的数字信号。
第一数据处理FPAG芯片采集A/D数据转换单元输出的下行数据的数字信号，并对数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给井下仪器控制模块。
S102、井下仪器控制模块将下行数据传输模块处理后的控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将井下仪器数据发送给上行数据传输模块进行处理。
优选地，该方法还包括：
单片机接收第一数据处理FPAG芯片发送的UART信号。
单片机通过CAN总线和CAN驱动器向井下仪器发送控制命令，控制井下仪器收到控制命令后按照预先约定的数据量将井下仪器数据发送给CAN驱动器，并从CAN驱动器接收井下仪器数据。
CAN驱动器，将单片机发送的下行数据由二进制码流转换为差分信号发送井下仪器，并将井下仪器返回的井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给单片机。
S103、上行数据传输模块将井下仪控制模块采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。
优选地，该方法还包括：
第二数据处理FPAG芯片采集单片机接收的井下仪器数据，将井下仪器数据按时序写入先进先出FIFO堆栈中；并读取FIFO堆栈中的井下仪器数据，按照预定的波特率产生需要调制的基带数据，并将基带数据发送给第三数据处理FPAG芯片。
第三数据处理FPAG芯片接收基带数据，并将基带数据调制为8移相键控8PSK数字信号，然后输出给D/A数据转换单元。
第三数据处理FPAG芯片还产生一个同步信号，作为时钟同步锁相环PLL的输出频率信号，连同8PSK数字信号一起发送给D/A数据转换单元。
D/A数据转换单元为12位双路数模转换器，将8PSK数字信号和同步信号由数字信号转换为模拟信号，并发送给第二滤波单元。
第二滤波单元的依次连接的第一低通滤波器和第一高通滤波器为8PSK数字信号进行带通滤波；第二滤波单元的依次连接的第二低通滤波器和第二高通滤波器为同步信号进行带通滤波。
高频补偿单元的依次连接的第一级频率补偿电路、第二级频率补偿电路、第三级频率补偿电路和第四级频率补偿电路根据信道性能选择不同的补偿级数，对8PSK数字信号和同步信号进行频率补偿。
模拟切换开关通过四个选择开关的断开与闭合选择四种不同的补偿级数。
低通滤波单元滤除8PSK数字信号和同步信号中大于200K的信号。
发送驱动单元将经过带通滤波的同步信号和所述8PSK数字信号叠加到一起，经放大驱动后加载到单芯电缆上。
优选地，第一波特率为1.3Kbps；同步信号的频率为4.81khz。
需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种单芯电缆数据传输系统，其特征在于，所述系统包括：下行数据传输模块、井下仪器控制模块、上行数据传输模块；
所述下行数据传输模块，用于对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换；
所述井下仪器控制模块，用于将下行数据传输模块处理后的所述控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将所述控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将所述井下仪器数据发送给所述上行数据传输模块进行处理；
所述上行数据传输模块，用于将所述井下仪器控制模块采集的所述井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将所述8PSK数字信号和所述同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给所述单芯电缆；
所述下行数据传输模块，包括依次连接的第一滤波单元、调制输出电路、A/D数据转换单元和第一数据处理现场可编程门阵列FPGA芯片；
所述第一滤波单元，包括依次连接的第一二阶压控低通滤波器、第二二阶压控低通滤波器、二阶高通滤波器，负反馈放大电路；
所述第一二阶压控低通滤波器和所述第二二阶压控低通滤波器，用于对所述下行数据进行连续两次低通滤波；所述二阶高通滤波器，用于对低通滤波后的所述下行数据进行一次高通滤波；所述负反馈放大电路，用于将滤波后的所述下行数据进行放大后通过所述调制输出电路输出给所述A/D数据转换单元；
所述A/D数据转换单元，用于接收所述调制输出电路发送的所述下行数据，对所述下行数据进行A/D变换，获得所述下行数据的数字信号；
所述第一数据处理FPGA芯片，用于采集所述A/D数据转换单元输出的所述下行数据的数字信号，并对所述数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的所述数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的所述数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给所述井下仪器控制模块；
所述井下仪器控制模块包括单片机和CAN驱动器；
所述单片机，通过双向数据总线与所述第一数据处理FPGA芯片相连，用于接收所述第一数据处理FPGA芯片发送的所述UART信号；
所述单片机，还通过所述CAN总线与所述CAN驱动器连接，用于通过所述CAN总线和所述CAN驱动器向所述井下仪器发送所述控制命令，控制所述井下仪器收到所述控制命令后按照预先约定的数据量将所述井下仪器数据发送给所述CAN驱动器，并从所述CAN驱动器接收所述井下仪器数据；
所述CAN驱动器，还与所述井下仪器连接，用于将所述单片机发送的所述下行数据由二进制码流转换为差分信号发送所述井下仪器，并将所述井下仪器返回的所述井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给所述单片机；
所述上行数据传输模块包括：第二数据处理FPGA芯片、第三数据处理FPGA芯片、数字/模拟D/A数据转换单元、第二滤波单元、高频补偿单元、模拟切换开关、低通滤波单元及发送驱动单元；
所述第二数据处理FPGA芯片，通过双向数据总线与所述单片机相连，用于采集所述单片机接收的所述井下仪器数据，将所述井下仪器数据按时序写入先进先出FIFO堆栈中；并读取所述FIFO堆栈中的所述井下仪器数据，按照预定的波特率产生需要调制的基带数据，并将所述基带数据发送给所述第三数据处理FPGA芯片；
所述第三数据处理FPGA芯片，与所述第二数据处理FPGA芯片相连，用于接收所述基带数据，并将所述基带数据调制为所述8PSK数字信号，然后输出给所述D/A数据转换单元；
所述第三数据处理FPGA芯片，还用于产生一个同步信号，作为时钟同步锁相环PLL的输出频率信号，连同所述8PSK数字信号一起发送给所述D/A数据转换单元；
所述D/A数据转换单元，为12位双路数模转换器，用于将所述8PSK数字信号和所述同步信号由数字信号转换为模拟信号，并发送给所述第二滤波单元；
所述第二滤波单元，包括依次连接的第一低通滤波器和第一高通滤波器，用于为所述8PSK数字信号进行带通滤波；还包括依次连接的第二低通滤波器和第二高通滤波器，用于为所述同步信号进行带通滤波；
所述高频补偿单元，包括依次连接的第一级频率补偿电路、第二级频率补偿电路、第三级频率补偿电路和第四级频率补偿电路；用于根据信道性能选择不同的补偿级数，对所述8PSK数字信号和所述同步信号进行频率补偿；
其中，第一级频率补偿电路的输入端与所述第二滤波单元的输出端相连，每一级频率补偿电路的输出端与所述模拟切换开关相连；
所述模拟切换开关，用于通过四个选择开关的断开与闭合选择四种不同的补偿级数；
所述低通滤波单元，其输入端与所述模拟切换开关的输出端相连，用于滤除所述8PSK数字信号和所述同步信号中大于200K的信号；
所述发送驱动单元，其输入端与所述低通滤波单元的输出端相连，用于将经过带通滤波的所述同步信号和所述8PSK数字信号叠加到一起，经放大驱动后加载到所述单芯电缆上。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一波特率为1.3Kbps；所述同步信号的频率为4.81khz。
3.一种基于权利要求1或2的单芯电缆数据传输系统的单芯电缆数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
下行数据传输模块对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换；
井下仪器控制模块将下行数据传输模块处理后的所述控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将所述控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将所述井下仪器数据发送给所述上行数据传输模块进行处理；
上行数据传输模块将所述井下仪控制模块采集的所述井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将所述8PSK数字信号和所述同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给所述单芯电缆。
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