CN207867701U - 一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于石油测井技术领域，涉及石油测井电缆数据传输遥传系统，具体涉及一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统。本实用新型包括地面编解码系统和井下遥传系统，地面编解码系统包括地面总线数据接口、FSK调制单元、第一功率驱动单元、增益调节单元、地面模拟信号处理单元、OFDM解调单元；井下遥传系统包括井下模拟信号处理单元、OFDM调制单元、第二功率驱动单元、井下总线数据接口单元、FSK解调单元；地面编解码系统和井下遥传系统通过单芯测井电缆进行供电和数据传输；快速传输系统包含上行传输和下行传输两个方向。本实用新型最大限度的挖掘单芯测井电缆的传输潜能，在稳定传输的前提下实现测井数据高速率传输。

Description

一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统

技术领域

本实用新型属于石油测井技术领域，涉及石油测井电缆数据传输遥传系统，具体涉及一种用于单芯电缆石油测井的快速数据传输系统。

背景技术

随着电子技术的不断进步，在石油勘探开发领域越来越多的新技术得到应用，高分辨率、高精确测量数据使测井精度更高，而同时高分辨率和高精度必然产生更大的数据量，进而对测井电缆的数据传输速率提出更高的要求。

单芯测井电缆在测井领域，尤其是生产井测井领域得到广泛应用。目前，单芯测井电缆上的数据传输主要为脉冲编码方式，如曼彻斯特编码和AMI编码，传输速率主要在100Kbps以内，对于数据传输速率要求较高的情况很难满足。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，在单芯测井电缆上利用OFDM技术实现数据快速传输的遥传测井系统，采用OFDM传输技术和高速DSP数字信号处理器，现场可编程逻辑门阵列FPGA，在7000米长单芯测井电缆上可实现不低于200Kbps的稳定传输速率。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，包括地面编解码系统和井下遥传系统，其特殊之处在于，

所述地面编解码系统包括地面总线数据接口(CAN总线)、FSK(频移键控)调制单元、第一功率驱动单元、增益调节单元、地面模拟信号处理单元、OFDM(正交频分复用)解调单元；

所述井下遥传系统包括井下模拟信号处理单元、FSK解调单元、井下总线数据接口、OFDM调制单元和第二功率驱动单元；

所述地面编解码系统和井下遥传系统通过单芯测井电缆进行供电和数据传输；

所述数据快速传输系统包含上行传输和下行传输两个方向；

上行传输具体为：井下仪器数据流通过井下总线数据接口，送入OFDM调制单元进行调制，调制成模拟信号波形，该模拟信号波形通过第二功率驱动单元驱动到单芯测井电缆上，地面编解码系统通过信号耦合获取单芯测井电缆上的信号波形，通过增益调节单元进行增益调节，调节后的信号送入地面模拟信号处理单元进行滤波处理、处理后的数据转换成数字信号送入OFDM解调单元解调，解调后的数据流通过地面总线数据接口传出；

下行传输具体为：地面下发的数据或命令通过地面总线数据接口送入FSK调制单元，调制后的数据转换成模拟信号送入第一功率驱动单元进而驱动到单芯测井电缆，井下仪器将从电缆上耦合下来的信号送入井下模拟信号处理单元进行滤波放大处理后转换器转换成数字信号送入FSK解调单元解调，解调后的数据送入井下总线数据接口传输给所挂接仪器。

进一步地，上述地面总线数据接口采用CAN总线与主机进行数据交互，所述井下总线接口采用高速单总线与井下其他测井仪器进行数据交互。

进一步地，上述OFDM调制单元包括扰码、RS(前向纠错)编码、比特分配、QAM映射(星座映射)、IFFT(快速傅里叶逆变换)模块、CP(循环前缀)插入模块、DA转换模块，数据流通过比特分配和星座映射，经IFFT调制后合成信号，通过CP插入模块插入循环前缀以减少码间干扰，通过各序列的合成组成完整帧序列，进而通过DA转换模块输出信息波形。

进一步地，上述OFDM解调单元包含增益控制器、带通滤波器、AD转换器、CP去除模块、FFT运算模块、QAM逆映射模块、比特分配模块、RS纠错处理模块和数据解扰模块；从单芯测井电缆获取输入的码流波形，通过增益控制器进行增益调节使信号幅度控制在合理区间，在经过带通滤波器滤除杂滤波进而获取到指定频段的波形信号，处理后的波形经AD转换器处理成数字信号进行OFDM解编，解编时首先去除用于减少码间干扰的CP部分，再通过FFT运算解调，解调后送入QAM逆映射处理，将星座信息还原成数据信息，通过比特分配信息还原成数据码流，还原的码流经过RS解码进行纠错处理以最大限度降低误码，最后经过数据解扰模块进行解扰处理得到原始测井数据流。

进一步地，上述下行传输采用FSK调制方式进行数据传输。

进一步地，上述OFDM子信道采用MQAM(多电平正交幅度调制)编码，根据不同子信道的信道状况采用不同点数的QAM编码。

本实用新型相比现有技术的优点：

本实用新型利用在上行通道不同信道采用不同的QAM编码，通过上行数据传输和下行数据传输的不同方式调制和频率选择的区分，在尽量减少系统软硬件开销的前提下，最大限度地挖掘单芯测井电缆的传输潜能，在稳定传输的前提下实现测井数据高速率传输。

附图说明

图1是本实用新型一种适用于单芯测井电缆的快速数据传输系统的结构框图；

图2是本实用新型中OFDM调制的处理流程图；

图3是本实用新型中OFDM解调的处理流程图；

图4是本实用新型中FSK处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本实用新型进行详述：

本实用新型主要为了实现测井单芯电缆遥传的快速数据传输，由于测井数据传输的特殊性，从井下到地面的上行传输链路是数据传输的主要链路，担负着大量的数据传输任务，从地面到井下的下行传输链路则对数据传输量要求不高，鉴于测井数据传输的以上特点，本实用新型的设计方案对上行链路采用OFDM传输方式，以实现对单芯测井电缆的高效利用，同时为了降低井下部分的解码设计难度，简化硬件设计，对下行链路采用FSK编码设计。

根据单芯电缆的传输特性在不同的子信道采用4QAM～256QAM不同的QAM调制，以实现对电缆子信道的高效利用。

一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，包括地面编解码系统和井下遥传系统。

地面编解码系统包括地面总线数据接口(CAN总线)、FSK(频移键控)调制单元、第一功率驱动单元、增益调节单元、地面模拟信号处理单元、OFDM(正交频分复用)解调单元。

井下遥传系统包括井下模拟信号处理单元、FSK解调单元、井下总线数据接口、OFDM调制单元和第二功率驱动单元。

地面编解码系统和井下遥传系统通过单芯测井电缆进行供电和数据传输。

参见图1，快速传输系统包含上行传输和下行传输两个方向。上行传输具体为：井下仪器数据流通过井下总线数据接口，送入OFDM调制单元进行调制，调制后的数据经DA转换器转换成模拟信号波形，该信号通过第二功率驱动单元驱动到单芯测井电缆上，地面编解码系统通过信号耦合获取电缆上的信号波形，通过增益调节单元进行增益调节，调节后的信号送入地面模拟信号处理单元进行滤波处理、处理后的数据通过AD转换器转换成数字信号送入OFDM解调单元解调，解调后的数据流通过地面总线数据接口传出。下行传输具体为：地面下发的数据或命令通过地面总线数据接口送入FSK调制单元，调制后的数据通过DA转换器转换成模拟信号送入第一功率驱动单元进而驱动到单芯测井电缆，井下仪器将从电缆上耦合下来的信号送入井下模拟信号处理单元进行滤波放大处理后通过AD转换器转换成数字信号送入FSK解调单元解调，解调后的数据送入井下总线数据接口传输给所挂接仪器。

参见图2，上行传输为了保证尽可能的提高传输速率，采用OFDM编码技术，井下遥传上行传输部分包括：井下用户数据总线、扰码模块、RS编码模块、比特分配模块、QAM映射模块(即星座映射模块)、IFFT运算模块、CP插入模块、DA转换器模块、功率驱动器等主要模块，为了简化仪器串硬件开销，井下总线数据接口采用单总线方式完成遥传和下挂仪器的数据交换，遥传所获得的数据进行扰码处理后进行RS编码，再通过比特分配模块将数据包进行分配，QAM映射模块根据信道分配的数据信息将数据映射到QAM星座，QAM映射之后的码流经IFFT运算模块得到调制数据，为了减少码间干扰对调制数据进行CP插入，DA转换器将调制后的数字码流转换成模拟波形输出到功率驱动器驱动到单芯测井电缆上，完成上行数据的发送。

参见图3，上行传输的地面解码单元包括：电缆数据波形的获取、增益控制器、带通滤波器、AD转换器、CP去除模块、FFT运算模块、QAM逆映射模块、RS纠错处理模块、数据解扰模块、地面总线数据接口，地面编解码系统从单芯测井电缆获取输入的码流波形，通过增益控制器进行增益调节使信号幅度控制在合理区间，在经过带通滤波器滤除杂滤波进而获取到指定频段的波形信号，处理后的波形经AD转换器处理成数字信号进行OFDM解编，解编时首先去除用于减少码间干扰的CP部分，再通过FFT运算解调，解调后送入QAM逆映射处理，将星座信息还原成数据信息，通过比特分配信息还原成数据码流，还原的码流经过RS解码进行纠错处理以最大限度降低误码，最后经过解扰处理得到原始测井数据流。

由于测井数据传输自身的特点，其下行数据较少，为了保证传输质量的同时尽可能的降低软硬件开销，下行数据链路采用FSK调制模式，同时为了尽可能的不影响上行传输，FSK的调制频率选择1KHz以下频率，将1KHz～100KHz频段让出给上行链路。

参见图4，FSK传输链路包含：地面总线数据接口、FSK调制单元、DA转换器、功率放大器、单芯测井电缆、井下模拟滤波器、AD转换器、FSK解调单元、井下总线数据接口等，上位机通过地面总线数据接口将下发数据送入FSK调制单元，将数据转换成频率调制的数据波形信号，再通过DA转换器将数字信号转换成模拟信号波形，通过功率放大器驱动到传输媒介单芯测井电缆，通过单芯测井电缆传输到遥传端的信号波形被FSK解码系统获取，通过模拟信号处理单元滤波放大处理后由AD转换器转换为数字信号，进而送入FSK解调单元还原成原始下发码流，遥传将获取的下发码流处理后通过井下总线数据接口送入挂接仪器中完成下行传输。

通过实际测试，在生产测井领域较为通用的CAMESA公司￠5.6mm直径7Km长的单芯测井电缆上，本系统能够稳定保持200Kbps以上的传输速率，实际测井效果满足设计和生产要求。

Claims (6)

1.一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，包括地面编解码系统和井下遥传系统，其特征在于：

所述地面编解码系统包括地面总线数据接口、FSK调制单元、第一功率驱动单元、增益调节单元、地面模拟信号处理单元、OFDM解调单元；

所述井下遥传系统包括井下模拟信号处理单元、FSK解调单元、井下总线数据接口、OFDM调制单元和第二功率驱动单元；

所述地面编解码系统和井下遥传系统通过单芯测井电缆进行供电和数据传输；

所述数据快速传输系统包含上行传输和下行传输两个方向；

上行传输具体为：井下仪器数据流通过井下总线数据接口，送入OFDM调制单元进行调制，调制成模拟信号波形，该模拟信号波形通过第二功率驱动单元驱动到单芯测井电缆上，地面编解码系统通过信号耦合获取单芯测井电缆上的信号波形，通过增益调节单元进行增益调节，调节后的信号送入地面模拟信号处理单元进行滤波处理、处理后的数据转换成数字信号送入OFDM解调单元解调，解调后的数据流通过地面总线数据接口传出；

下行传输具体为：地面下发的数据或命令通过地面总线数据接口送入FSK调制单元，调制后的数据转换成模拟信号送入第一功率驱动单元进而驱动到单芯测井电缆，井下仪器将从电缆上耦合下来的信号送入井下模拟信号处理单元进行滤波放大处理后转换器转换成数字信号送入FSK解调单元解调，解调后的数据送入井下总线数据接口传输给所挂接仪器。

2.根据权利要求1所述的一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，其特征在于：所述地面总线数据接口采用CAN总线与主机进行数据交互，所述井下总线数据接口采用高速单总线与井下其他测井仪器进行数据交互。

3.根据权利要求1所述的一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，其特征在于：所述OFDM调制单元包括扰码模块、RS编码模块、比特分配模块、QAM映射模块、IFFT运算模块、CP插入模块、DA转换模块；数据流通过比特分配模块和QAM映射模块，经IFFT运算模块调制后合成信号，通过CP插入模块插入循环前缀以减少码间干扰，通过各序列的合成组成完整帧序列，进而通过DA转换模块输出信息波形。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，其特征在于：所述OFDM解调单元包含增益控制器、带通滤波器、AD转换器、CP去除模块、FFT运算模块、QAM逆映射模块、RS纠错处理模块和数据解扰模块；从单芯测井电缆获取输入的码流波形，通过增益控制器进行增益调节使信号幅度控制在合理区间，在经过带通滤波器滤除杂滤波进而获取到指定频段的波形信号，处理后的波形经AD转换器处理成数字信号进行OFDM解编，解编时首先去除用于减少码间干扰的CP部分，再通过FFT运算解调，解调后送入QAM逆映射处理，将星座信息还原成数据信息，通过比特分配信息还原成数据码流，还原的码流经过RS解码进行纠错处理以最大限度降低误码，最后经过数据解扰模块进行解扰处理得到原始测井数据流。

5.根据权利要求4所述的一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，其特征在于：下行传输采用FSK调制方式进行数据传输。

6.根据权利要求5所述的一种适用于单芯测井电缆的数据快速传输系统，其特征在于：OFDM子信道采用MQAM编码，根据不同子信道的信道状况采用不同点数的QAM编码。