RU2565503C2

RU2565503C2 - Подводная система обмена данными и способ обмена данными

Info

Publication number: RU2565503C2
Application number: RU2013155195/08A
Authority: RU
Inventors: Карстен КРИСТИАНСЕН
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2015-10-20
Also published as: US9049014B2; RU2013155195A; EP2523357B1; BR112013028973B1; CN103518332A; WO2012152574A1; CN103518332B; BR112013028973A2; US20140321341A1; EP2523357A1

Abstract

Изобретение относится к технике связи и предназначено для обмена данными между надводной системой управления и подводной установкой. Технический результат - повышение пропускной способности. Для этого надводная система управления содержит надводный низкочастотный модем, адаптированный для выполнения обмена данными в первом частотном диапазоне, а подводная установка содержит подводный низкочастотный модем, адаптированный для выполнения обмена данными в первом частотном диапазоне. Надводный низкочастотный модем соединен с подводным низкочастотным модемом линией передачи данных шлангокабеля, который соединяет надводную систему управления с подводной установкой. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к подводной системе обмена данными для обеспечения обмена данными между надводной системой управления и подводной установкой, а также к способу обмена данными.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В прибрежных нефтяных и газовых месторождениях часто используют нефтяные платформы. При работе прибрежных нефтяных платформ часто возникает необходимость установки электронного оборудования под водой, например, для управления функциями оборудования для фонтанной эксплуатации или подводного противовыбросового оборудования. В последнее время устанавливают подводное технологическое оборудование, в котором технологические агрегаты, такие как насосы и газовые компрессоры с электрическим приводом располагают на океанском дне. Подводное технологическое оборудование может быть обеспечено электрической сетью, а также системами управления, контроля и связи.

В этих обоих примерах подводная установка расположена на океанском дне. Эта подводная установка содержит электронное оборудование, контроль и/или управление которым может осуществляться надводной системой управления, которая может базироваться на морском плавучем средстве, например корабле или платформе, либо может находиться на берегу. Подводная установка может содержать, например, модуль регулирования давления в скважине (WCM) или модуль управления манифольдом (MCM).

В традиционной системе связь между надводной системой управления и указанным модулем подводной установки обычно основана на стандарте модема AFSK (тональная частотная манипуляция), таком как Bell 202. Благодаря использованию модема Bell 202 в надводной системе управления и другого модема Bell 202 подводной установки, который подсоединен к соответствующему модулю, может быть достигнута скорость пересылки данных порядка 1200 Бод в полудуплексном режиме. Если к надводному модему подсоединить несколько подводных модемов Bell 202, то для каждого подводного модема можно получить скорость пересылки данных, составляющую 1200 Бод, поделенную на количество подводных модемов. Следовательно, пересылка данных становится медленнее, и ее скорость трудно повысить. Таким образом, имеется все возрастающая потребность в контроле и управлении подводными установками, для которых требуется более высокая пропускная способность при пересылке данных от датчиков, а также управляющих сигналов между подводными и надводными сооружениями. Обновление существующей инфраструктуры, например, модемов в подводных управляющих модулях и линии передачи данных в шлангокабеле является весьма затратным процессом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно имеется потребность в усовершенствованной системе подводной связи, которая позволит обеспечить обмен данными с более высокой пропускной способностью и которая может быть реализована экономически эффективным образом.

Эта потребность удовлетворяется признаками изобретения, отраженными в независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения описываются варианты изобретения.

Согласно одному аспекту изобретения предложена подводная система обмена данными для обеспечения обмена данными между надводной системой управления и подводной установкой. Надводная система управления содержит надводный низкочастотный модем, адаптированный для выполнения обмена данными в первом частотном диапазоне, подводная установка содержит подводный низкочастотный модем, адаптированный для выполнения обмена данными в первом частотном диапазоне. Надводный низкочастотный модем соединен с подводным низкочастотным модемом линией передачи данных шлангокабеля, который соединяет надводную систему управления с подводной установкой. Подводная система обмена данными содержит надводный высокочастотный модем, адаптированный для компоновки в надводной системе управления и выполнения обмена данными во втором частотном диапазоне, и подводный высокочастотный модем, адаптированный для компоновки в подводной установке и выполнения обмена данными во втором частотном диапазоне. Частоты второго частотного диапазона больше частот первого частотного диапазона. Кроме того, подводная система обмена данными содержит надводный частотный мультиплексор, адаптированный для соединения надводного низкочастотного модема и надводного высокочастотного модема с линией передачи данных, и подводный частотный мультиплексор, адаптированный для соединения подводного низкочастотного модема и подводного высокочастотного модема с линией передачи данных. Надводный и подводный частотные мультиплексоры сконфигурированы так, что они позволяют обеспечить одновременную передачу данных между надводным и подводным низкочастотными модемами в первом частотном диапазоне и между надводным и подводным высокочастотными модемами во втором частотном диапазоне по линии передачи данных.

Использование второго более высокого частотного диапазона для обмена данными позволяет обеспечить обмен данными с более высокой скоростью. Так как при обмене данными во втором частотном диапазоне используется та же самая линия передачи данных, что и при обмене данными в первом низкочастотном диапазоне, подводная система обмена данными может быть реализована с использованием существующего шлангокабеля. Следовательно, можно сократить расходы на обновление существующей системы обмена данными. Кроме того, нет необходимости изменять местоположение модулей подводной установки, которые используют указанные низкочастотные модемы, и они могут продолжать работать. Это также уменьшает затраты на реализацию подводной системы обмена данными в существующей подводной инфраструктуре.

Таким образом, подводную систему обмена данными можно использовать для повышения пропускной способности обмена данными в традиционной системе без нарушения ее работы, например, эта подводная система передачи данных может функционировать совместно с традиционной системой. Кроме того, возможно пошаговое обновление подводной установки, например, путем последовательной замены модулей, использующих связь в низкочастотном диапазоне, на модули, имеющие высокочастотный модем.

Заметим, что нет необходимости осуществлять связь во всем соответствующем частотном диапазоне, а связь может осуществляться в полосе частот, находящейся в этом соответствующем диапазоне. Низкочастотный модем и высокочастотный модем также могут называться первым модемом и вторым модемом соответственно.

В одном варианте первый и второй частотные диапазоны сконфигурированы так, что они не перекрываются. Первый частотный диапазон может находиться, например, ниже пороговой частоты, а второй частотный диапазон может находиться выше этой пороговой частоты. Указанная пороговая частота может находиться в диапазоне примерно от 10 кГц до примерно 150 кГц. Таким образом, можно избежать взаимных помех между сигналами связи в разных частотных диапазонах.

Первый частотный диапазон может находиться, например, в диапазоне примерно от 1 кГц до примерно 5 кГц. Второй частотный диапазон может находиться, например, в диапазоне примерно от 50 кГц до примерно 10 МГц. Используя частоты, находящиеся во втором частотном диапазоне, высокочастотные модемы могут выполнять передачу данных с высокими скоростями.

В одном примере частотный мультиплексор представляет собой диплексор. Конечно, также возможны другие конфигурации, в которых дополнительные частотные диапазоны мультиплексируются в линию передачи данных.

Диплексор может представлять собой пассивный диплексор. В этом случае он не нуждается в электропитании для своей работы.

Каждый частотный мультиплексор можно адаптировать для мультиплексирования сигналов обмена данными, принимаемых от соответствующего низкочастотного модема и соответствующего высокочастотного модема, в линию передачи данных и демультиплексирования сигнала связи, принятого по линии передачи данных, в сигнал связи в первом частотном диапазоне для его передачи на соответствующий низкочастотный модем, и сигнал связи во втором частотном диапазоне для его передачи на соответствующий высокочастотный модем. Благодаря использованию разных частотных диапазонов частотный мультиплексор может таким образом комбинировать сигналы, принятые от подсоединенных модемов, и разделять сигналы, принятые по линии передачи данных таким образом, что каждый модем будет получать сигнал соответствующего частотного диапазона связи.

В одном варианте каждый частотный мультиплексор содержит первый интерфейс для соответствующего низкочастотного модема, второй интерфейс для соответствующего высокочастотного модема и третий интерфейс для линии передачи данных. Кроме того, частотный мультиплексор содержит фильтр нижних частот или полосовой фильтр, адаптированный для пропускания частот первого частотного диапазона и подсоединенный между первым интерфейсом и третьим интерфейсом, и фильтр высоких частот или полосовой фильтр, адаптированный для пропускания частот второго частотного диапазона и подсоединенный между вторым интерфейсом и третьим интерфейсом. Указанные фильтры могут быть реализованы в виде пассивных элементов и могут обеспечить эффективное мультиплексирование или демультиплексирование сигналов связи.

В дополнительном варианте надводный и подводный высокочастотные модемы адаптированы для выполнения обмена данными между собой с использованием схемы ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM). В указанной схеме связи может использоваться одна полоса частот для передачи данных, и достигаются высокие скорости передачи данных.

Надводный и подводный высокочастотные модемы могут быть адаптированы, например, для использования полосы частот, находящейся внутри диапазона примерно от 50 кГц до примерно 10 МГц для связи, причем этот частотный диапазон разделен на частотно мультиплексированные каналы, где каждый канал имеет заранее определенную полосу частот. Полоса частот для каждого канала может составлять, например, примерно от 3 до 5 кГц. Всего может быть обеспечено от 100 до 300 каналов, причем указанная схема имеет преимущество, заключающееся в том, что при воздействии помех на конкретный канал или т.п., другие каналы можно продолжать использовать для передачи данных, поддерживая тем самым скорость передачи. Таким образом, использование высокочастотных модемов может обеспечить скорости передачи данных свыше 0,5 Мбит/c (мегабит в секунду) или даже выше 1 Мбит/с.

В еще одном варианте подводная система связи дополнительно содержит подводный модуль распределения сигналов, соединенный с линией передачи данных. Подводный низкочастотный модем и по меньшей мере один дополнительный низкочастотный модем подсоединены к этому подводному модулю распределения сигналов. Эти низкочастотные модемы могут реализовать схему многоточечной связи, обеспечивающую передачу данных между надводным низкочастотным модемом и каждым из подводных низкочастотных модемов. Соответственно благодаря использованию только одного надводного модема и одной линии передачи данных можно осуществлять связь с несколькими управляющими модулями, соединенными с упомянутыми подводными низкочастотными модемами. Частотный мультиплексор может являться частью подводного модуля распределения сигналов или может быть подсоединен между подводным модулем распределения сигналов и линией передачи данных.

В следующем варианте подводная система связи. кроме того, содержит подводный модуль распределения сигналов, соединенный с линией передачи данных. С этим подводным модулем распределения сигналов соединены упомянутый подводный высокочастотный модем и по меньшей мере один дополнительный подводный высокочастотный модем. Подводный модуль распределения сигналов может содержать умножитель доступа, адаптированный для обеспечения многоточечной связи между надводным высокочастотным модемом и каждым из подводных высокочастотных модемов. Соответственно с помощью одного надводного высокочастотного модема и одной линии передачи данных становится возможным реализовать несколько двухточечных соединений с подводными высокочастотными модемами, что дает возможность обеспечить связь с несколькими управляющими модулями подсоединенной к ним подводной установки. Это является особенным преимуществом, так как благодаря высоким скоростям пересылки данных, достигаемым высокочастотными модемами, по шлангокабелю можно переслать больший объем данных или получить больший объем данных от отдельных управляющих модулей без увеличения количества подводных высокочастотных модемов, присутствие которых приводит к значительной задержке. Опять же, частотный мультиплексор может быть частью подводного модуля распределения сигналов, либо он может быть подсоединен между подводным модулем распределения сигналов и линией передачи данных.

Конечно, также возможно сочетание вышеупомянутых подводных модулей распределения сигналов, например, в одном подводном модуле распределения сигналов, что позволяет обеспечить обмен данными с несколькими подводными низкочастотными модемами и подводными высокочастотными модемами.

В одном варианте подводный высокочастотный модем соединен с модулем управления давлением в скважине (WCM) или модулем управления манифольдом (MCM) или его частью. Подводный высокочастотный модем сконфигурирован для подачи данных, принимаемых по линии передачи данных, на модуль управления давлением в скважине или на модуль управления манифольдом соответственно.

Аналогичным образом подводный низкочастотный модем может быть соединен с модулем MCM или модулем WCM либо являться их частью. Низкочастотные модемы, кроме того, могут быть сконфигурированы для обмена данными с использованием схемы связи с тональной частотной манипуляцией (AFSK). Надводный и подводный низкочастотные модемы могут представлять собой, например, модемы Bell 202.

В тех же вариантах подводная система обмена данными может содержать любую из вышеупомянутых компонент, такую как подводные/надводные низкочастотные модемы, линию передачи данных, модуль WCM или модуль MCM либо т.п.

Еще один аспект изобретения обеспечивает способ выполнения обмена данными между надводной системой управления и подводной установкой, где надводная система управления содержит надводный низкочастотный модем и где подводная установка содержит подводный низкочастотный модем. Надводный низкочастотный модем соединен с подводным низкочастотным модемом линией передачи данных шлангокабеля, который соединяет надводную систему управления с подводной установкой. Способ содержит шаги выполнения обмена данными между надводным и подводным низкочастотными модемами в первом частотном диапазоне и выполнения обмена данными между надводным высокочастотным модемом, скомпонованным в надводной системе управления, и подводным высокочастотным модемом, скомпонованным в подводной установке, во втором частотном диапазоне, где частоты второго частотного диапазона больше частот первого частотного диапазона. Надводный низкочастотный модем и надводный высокочастотный модем подсоединены к линии передачи данных подводным частотным мультиплексором, а подводный низкочастотный модем и подводный высокочастотный модем соединены с линией передачи данных подводным частотным мультиплексором. Способ дополнительно содержит выполнение частотного мультиплексирования и демультиплексирования каждым из надводных и подводных частотных мультиплексоров, что позволяет осуществлять одновременный обмен данными между надводными и подводными низкочастотными модемами в первом частотном диапазоне и между надводными и подводными высокочастотными модемами во втором частотном диапазоне по линии передачи данных.

При использовании этого способа можно достичь преимуществ, аналогичных преимуществам, подчеркнутым выше в связи с подводной системой обмена данными.

В одном варианте способ выполняется подводной системой связи, сконфигурированной, как было упомянуто выше, например сконфигурированной в соответствии с любым из выше упомянутых аспектов и вариантов применительно к подводной системе обмена данными.

Частотный мультиплексор, упомянутый в данном способе, может, например, быть сконфигурирован в вышеописанном виде. Аналогичным образом, частотные диапазоны, упомянутые в данном способе, могут быть сконфигурированы, как упоминалось выше. Также данный способ может выполняться в системе, содержащей подводный модуль распределения сигналов, подсоединенный к нескольким любым подводным низкочастотным модемам или нескольким подводным высокочастотным модемам, либо к тем и другим, в соответствующих конфигурациях, в общих чертах описанных выше.

Признаки аспектов и вариантов изобретения, упомянутые выше, а также те, которые будут объяснены ниже, могут быть скомбинированы с любым другим признаком, если не указано обратное.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеизложенные и другие признаки и преимущества изобретения станут более очевидными при ознакомлении с последующим подробным описанием вместе с сопроводительными чертежами. На чертежах одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым элементам.

Фиг. 1 - блок-схема, иллюстрирующая подводную систему обмена данными согласно одному варианту изобретения;

фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию частотного мультиплексора, который можно использовать в вариантах подводной системы обмена данными;

фиг. 3 - блок-схема, иллюстрирующая вариант подводной системы обмена данными, содержащей подводный модуль распределения сигналов, с которым соединены несколько подводных низкочастотных модемов и несколько подводных высокочастотных модемов;

фиг. 4 - блок-схема, иллюстрирующая способ согласно одному варианту изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее подробно описываются варианты осуществления изобретения, проиллюстрированные на сопроводительных чертежах. Должно быть ясно, что последующее описание носит исключительно иллюстративный характер и не является ограничением. Упомянутые чертежи являются лишь схематическими представлениями, причем элементы на этих чертежах не нуждаются масштабировании относительно друг друга. Заметим, что тот или иной вариант осуществления изобретения может содержать дополнительные компоненты, не показанные на чертежах. Связи между элементами, показанные на чертежах, также могут быть опосредованными, то есть могут быть реализованы через промежуточные элементы.

На фиг. 1 показана подводная система 10 связи согласно варианту изобретения. Подводную систему 10 связи можно использовать для обновления существующих подводных систем связи.

В примере на фиг. 1 надводная система 11 управления соединена с подводной установкой 12 с помощью шлангокабеля 13. Подводная система 11 управления может содержать одну или несколько систем 11 обработки данных, таких как компьютеры (не показаны), которые принимают данные от подводной установки 12 или которые выдают управляющие команды на подводную установку. Надводная система 11 управления может быть установлена, например, на морском плавучем средстве, таком как бурильное плавающее средство или нефтяная платформа, либо она может быть установлена на береговом пункте. Для выполнения обмена данными с подводной установкой 12 надводная система 11 управления содержит первый модем (низкочастотный модем) 21. Надводный модем 21 может функционировать, например, согласно стандарту AFSK. Модем 21 принимает цифровые сигналы от блока обработки данных и выполняет модуляцию аналогового сигнала в соответствии с цифровыми данными, чтобы осуществлять передачу цифровых данных.

Подводная установка 12 может быть частью головного узла скважины, подводного технологического оборудования или т.п. Она содержит первые подводные модемы (низкочастотные модемы) 22, которые могут, например, находиться на связи с модулем управления давлением в скважине (WCM) или модулем управления манифольдом (MCM). В примере, показанном на фиг. 1, подводная установка 12 содержит три подводных низкочастотных модема 22, которые соединены с модулем 40 распределения сигналов. Надводные низкочастотные модемы 21 осуществляют связь с одним или каждым из подводных низкочастотных модемов 22 путем передачи модулированного сигнала по линии 14 передачи данных, содержащейся в шлангокабеле 13. Линия 14 передачи данных является физической линией, например медной линией, выделенной для передачи данных. В других вариантах линия 14 передачи данных может использоваться для выполнения дополнительных функций в шлангокабеле 13.

Модемы 21 и 22 называются здесь «низкочастотными» модемами, поскольку они осуществляют друг с другом связь, используя частотный диапазон, частоты которого ниже частот частотного диапазона, используемого вторыми модемами (высокочастотные модемы) 31 и 32 для связи. Модемы 21 и 22 могут работать согласно стандарту AFSK, в частности согласно стандарту, называемому Bell 202. Модемы 21 и 22 могут, например, использовать тональный сигнал 1200 Гц для маркировки (как правило, двоичной единицей) и тональный сигнал 2200 Гц для паузы (как правило, двоичный нуль). В указанной конфигурации скорость пересылки данных между одним надводным низкочастотным модемом 21 и одним подводным низкочастотным модемом 22 может находиться в диапазоне от 1000 до 5000 Бод, например 1200 Бод, в полудуплексном режиме. Так как обмен данными для всех низкочастотных модемов 22 осуществляется по одной и той же линии 14 передачи данных, скорость передачи данных уменьшается при увеличении количества установленных подводных низкочастотных модемов 22. Путем подсоединения, например, 10 низкочастотных модемов 22 к линии 14 передачи данных для управления соответствующим количеством блоков WCM или MCM, каждый из этих блоков может осуществлять связь только с надводным центром управления с пропускной способностью при передаче данных, составляющей 120 Бод. Это очень низкая пропускная способность является результатом увеличенного интервала времени, находимого для загрузки данных или для приема управляющих команд в подводной установке 12.

При установке новых блоков, таких как блоки WCM и MCM, желательно увеличить пропускную способность пересылки данных. В варианте по фиг. 1 обеспечена таким образом подводная система 10 связи, которая содержит в надводном центре 11 управления надводный высокочастотный модем 31, а в подводной установке 12 подводный высокочастотный модем 32. Надводные и подводные высокочастотные модемы 31 и 32 осуществляют связь по той же линии 14 передачи данных, по которой осуществляют связь надводные и подводные низкочастотные модемы. Сигналы обмена данными модемами обоих типов передаются таким образом по одной и той же физической линии передачи, такой как медная линия или медный кабель. Соответственно шлангокабель 13 не требует замены при установке подводной системы 10 связи.

Кроме того, подводная система 10 связи обеспечивает надводный частотный мультиплексор 35 и подводный частотный мультиплексор 36. Они могут быть сконфигурированы в виде диплексоров, как это предполагается в последующем описании. Подводный диплексор 36 может, например, представлять собой часть подводного модуля 40 распределения сигналов, либо может быть подсоединен между этим модулем и линией 14 передачи данных. Надводный и подводный высокочастотные модемы 31 и 32 осуществляют связь, используя сигналы, частота которых находится во втором частотном диапазоне и превышает частоту первого частотного диапазона, в котором осуществляют связь модемы 21 и 22. Низкочастотные модемы 21 и 22 могут осуществлять связь, например, с помощью сигналов, частоты которых находятся в диапазоне от 1 кГц до примерно 5 кГц, например сигналы частотой 1200 и 2200 Гц, упомянутые выше. Сигналы связи, используемые высокочастотными модемами 31 и 32, могут, например, находиться в диапазоне примерно от 50 кГц до примерно 10 МГц. Использование каналов связи с указанными частотами имеет преимущество, состоящее в возможности достижения более высоких скоростей пересылки данных.

В частности, высокочастотные модемы 31 и 32 можно адаптировать для выполнения обмена данными с использованием схемы OFDM. В указанной схеме мультиплексирование с частотным разделением можно использовать полосу частот, которую разделяют на несколько каналов, где каждый канал имеет определенную ширину в частотной области. Ширина полосы канала может находиться, например, между 3 и 5 кГц, например около 4 кГц. В конкретном варианте высокочастотных модемов 31 и 32 они адаптированы для использования от 100 до 300 каналов, например 200 каналов, с указанной шириной полосы. В примере полосы на 4 кГц с 200 каналами частотный диапазон, используемый для связи, достигает 200 кГц. Для обеспечения непрерывной низкочастотной связи низкочастотных модемов 21 и 22, например, без возмущений некоторое количество низкочастотных каналов блокируют и не используют для связи. Например, можно заблокировать первые 24 канала. При ширине полосы, составляющей 4 кГц на канал, получается частотный диапазон от 0 до 96 кГц, который не используется высокочастотными модемами 31 и 32. Таким образом, полоса частот, используемая для связи, расширяется от 96 кГц до 800 кГц. Использование схемы связи с OFDM дает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что при появлении возмущений или взаимных помех в одном или более каналов обмен данными может продолжаться через другие каналы. Хотя скорость передачи данных несколько уменьшится, связь может поддерживаться и нет необходимости ее завершения.

В варианте, показанном на фиг. 1, первый частотный диапазон, используемый модемами 21 и 22 для связи, и второй частотный диапазон, используемый модемами 31 и 32 для связи, не перекрываются. Хотя модемы 21 и 22 используют для связи только несовпадающие частоты и потенциально боковые полосы в первом частотном диапазоне, модемы 31 и 32 используют общую полосу частот, лежащую внутри второго частотного диапазона.

Надводные и подводные диплексоры 35 и 36 позволяют обеспечить одновременную передачу сигналов связи модемов обоих типов по одной линии 14 передачи данных. Диплексор 35 объединяет сигналы связи, принятые от надводного низкочастотного модема 21 и надводного высокочастотного модема 31, и предает объединенный сигнал связи по линии 14 передачи данных на диплексор 36. Наоборот, сигнал обмена данными, принятый диплексором 35 по линии 14 передачи данных, разделяется диплексором 35 на низкочастотный сигнал связи (лежащий в низкочастотном диапазоне), который подается на надводный низкочастотный модем 21, и высокочастотный сигнал связи, лежащий во втором частотном диапазоне, который подается на надводный высокочастотный модем 31. Подводный диплексор 36, соединенный с подводным низкочастотным модемом, и подводный высокочастотный модем 32 работают соответствующим образом.

Заметим, что в примере на фиг. 1 диплексоры 35 и 36 реализованы в виде пассивных аналоговых устройств. Это означает, что они не выполняют отдельно шагов разделения и объединения, а просто подсоединены между соответствующими двумя модемами и линией 14 передачи данных, и выполняют аналоговое разделение и объединение сигналов обмена данными разных частотных диапазонов.

На фиг. 2 показана возможная конфигурация надводных и подводных диплексоров 35 и 36. Диплексор содержит первый интерфейс 51 для соответствующего низкочастотного модема и второй интерфейс 52 для соответствующего высокочастотного модема. Заметим, что между диплексором и соответствующим модемом может быть подсоединена компонента, распределяющая упомянутый сигнал на дополнительные модемы того же самого типа. Диплексор содержит третий интерфейс 53 для линии 14 передачи данных. Между интерфейсами 51 и 53 подсоединен фильтр 37 нижних частот или полосовой фильтр, который пропускает частоты первого частотного диапазона. В вышеописанной конфигурации низкочастотных модемов фильтр 37 нижних частот или полосовой фильтр может, например, пропускать сигналы с частотой 1200 и 2000 Гц.

Между интерфейсами 52 и 53 подсоединен фильтр 38 верхних частот или полосовой фильтр, который адаптирован для пропускания частот второго частотного диапазона. Фильтр 38 верхних частот или полосовой фильтр может, например, быть адаптирован для пропускания полосы частот, используемой высокоскоростными модемами 31 и 32 для связи, например, полосы частот связи схемы OFDM.

Компонента 39 объединяет сигналы, полученные от упомянутых фильтров, или разделяет сигнал, принятый из линии передачи данных. Стрелки, показанные на фиг. 2, иллюстрируют ситуацию, когда сигналы обмена данными принимаются от высокочастотных и низкочастотных модемов, так что блок 39 действует в качестве объединителя. Он суммирует эти сигналы и подает их в линию 14 передачи данных через интерфейс 53. В ситуации, когда сигнал обмена данными принимается из линии 14 передачи данных, стрелки должны изменить свое направление. В наиболее простой конфигурации блок 39 может просто представлять собой точку ветвления, которая соединяет линию 14 передачи данных с обоими фильтрами 37 и 38.

Должно быть ясно, что возможны другие конфигурации надводных и подводных диплексоров 35 и 36. В частности, можно использовать любой диплексор, известный специалистам в данной области техники.

В процессе функционирования сигналы обмена данными, которые одновременно принимаются от высокочастотного модема и низкочастотного модема мультиплексируются диплексором в линию 14 передачи данных, причем диплексор на другой стороне линии 14 передачи данных выполняет демультиплексирование объединенного сигнала и подает демультиплексированные сигналы обмена данными на соответствующий высокочастотный или низкочастотный модем. Так как сигналы обмена данными модемов разных типов передаются в разных частотных диапазонах, они не вызывают взаимных помех и не ухудшают связь. Соответственно между надводным центром 11 управления и подводной установкой 12 может быть установлена высокоскоростная передача данных при использовании существующего шлангокабеля и без необходимости замены надводных и подводных низкочастотных модемов.

Подводная установка 12 может быть адаптирована для эксплуатации на глубине более 1000 м, 2000 м или даже более 3000 м. Соответственно замена компонент подводной установки 12 является очень дорогой операцией. С помощью изобретения открывается возможность установки новой компоненты, такой как MCM или WCM, для которых требуются высокие скорости передачи данных, без необходимости замены уже установленной компоненты подводной установки 12. При этом существующая связь, осуществляемая с помощью низкочастотных модемов между надводным центром 11 управления и подводной установкой 12, продолжает функционировать, позволяя избежать обязательной модификации каких-либо ранее установленных подводных модулей, которые осуществляют связь через модемы 22.

На фиг. 1 показаны три подводных низкочастотных модема 22 и один подводный высокочастотный модем 32. Должно быть ясно, что можно использовать любое другое количество модемов, например от 1 до 15 низкочастотных модемов 22 и 1, 2 или боле высокочастотных модемов 32, причем их количество выбирают в соответствии с количеством подводных модулей, для которых требуется модемная связь.

На фиг. 1 модуль 40 распределения сигналов может, например, содержать концентратор, подсоединенный к подводному диплексору 36, к которому подсоединено множество подводных низкочастотных модемов 22. Для обеспечения связи низкочастотные модемы 21 и 22 могут использовать схему многоточечной связи.

Подводные модемы 22 и 32 могут составлять часть соответствующего подводного модуля, который использует их для обмена данными, например они могут быть встроены в корпус соответствующего модуля. Модем 32 может, например, составлять часть нового управляющего модуля, который установлен под водой.

На фиг. 1 показаны модемы разных типов, осуществляющие связь в первом и втором частотных диапазонах, причем сигналы связи объединяются с использованием диплексоров. Должно быть ясно, что в других конфигурациях может быть использовано больше двух разных типов модемов, а вместо диплексора для объединения/разделения более двух частотных диапазонов, например трех или боле частотных диапазонов, можно использовать мультиплексор.

На фиг. 3 показана возможная конфигурация подводного модуля 40 распределения сигналов, в которой несколько подводных высокочастотных модемов 32 подсоединены к модулю 40, но которая в остальном аналогична конфигурации по фиг. 1. Соответственно приведенные выше описания полностью применимы к варианту, показанному на фиг. 3.

Подводный модуль 40 распределения сигналов содержит диплексор 36, который подсоединен к линии 14 передачи данных через первый интерфейс (например, интерфейс 53 на фиг. 2). Со стороны первого интерфейса 51 диплексора, через который передают сигналы связи в первом частотном диапазоне, диплексор 36 подсоединен к концентратору 42. Концентратор 42 распределяет сигнал связи на несколько подсоединенных к нему подводных низкочастотных модемов 22. В варианте, показанном на фиг. 3, концентратор 42 просто содержит точку ветвления, в которой объединяются линии связи, идущие к разным подводным низкочастотным модемам 22. Должно быть ясно, что возможны другие конфигурации концентратора 42. Хотя здесь используется достаточно простая конфигурация, надводный низкочастотный модем может осуществлять связь с каждым из подводных низкочастотных модемов 22, например, путем использования многоточечного способа, согласно которому надводный модем 21 последовательно опрашивает каждый из подводных низкочастотных модемов 22.

В конфигурации по фиг. 3 подводный модуль 40 распределения сигналов, кроме того, содержит умножитель 41 доступа. Умножитель 41 доступа подсоединен к диплексору 36, например, через второй интерфейс 52. Он, кроме того, подсоединен к каждому из подводных высокочастотных модемов. Мультиплексор 41 доступа может, например, использовать стек протокола сети Интернет (IP) для агрегирования трафика, принимаемого от подводных высокочастотных модемов, и передавать агрегированный трафик на надводный высокочастотный модем 31, где передача данных может выполняться, как это было сформулировано выше (например, с использованием схемы OFDM). Сам мультиплексор 41 доступа может действовать как модем на каждом из его интерфейсах.

Следует ясно понимать, что в других конфигурациях связь между надводным высокочастотным модемом 31 и каждым из подводных высокочастотных модемов 32 может выполняться без использования мультиплексора 41 доступа, например, путем использования других схем связи, таких как многоточечная схема.

Использование подводного модуля 40 распределения сигналов не является обязательным, и может быть обеспечен только один подводный частотный мультиплексор 36, к которому подсоединены один или несколько подводных высокочастотных/низкочастотных модемов. В других конфигурациях подводный частотный мультиплексор 36 может быть предусмотрен отдельно от подводного модуля 40 распределения сигналов. Кроме того, следует ясно понимать, что может быть предусмотрено только что-то одно: умножитель 41 доступа или концентратор 42, и что конечно можно предусмотреть, чтобы оба эти блока были отделены друг от друга, например, в соответствующем подводном модуле распределения сигналов.

На фиг. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ согласно варианту настоящего изобретения, который может выполняться в любой из систем, показанных и описанных применительно к фиг. 1 и 3. На шаге 101 надводный низкочастотный модем предает сигнал связи. На шаге 102 надводный высокочастотный модем также передает сигнал связи. Заметим, что шаги 101 и 102 могут выполняться одновременно.

Оба сигнала связи принимаются на надводном частотном мультиплексоре, и на шаге 103 выполняется частотное мультиплексирование. При частотном мультиплексировании сигнал связи синтезируют из обоих принятых сигналов связи, где для каждого из принятых сигналов связи используют разный частотный спектр, который содержит модулированную информацию. Как упоминалось выше, частотное мультиплексирование может выполняться диплексором, таким как диплексор, показанный и описанный со ссылками на фиг. 2.

Сигнал мультиплексора передается по линии передачи данных на шаге 104. Таким образом, оба сигнала связи транспортируют по одной и той же физической линии передачи данных, но в разных частотных диапазонах, так что эти сигналы не вызывают взаимных помех. Мультиплексированный сигнал получают в подводном частотном мультиплексоре на шаге 105. На шаге 106 принятый сигнал демультиплексируют. В этом примере с диплексором, показанным на фиг. 2, на каждый из интерфейсов 51 и 52 подают, например, демультиплексированный сигнал связи в соответствующем частотном диапазоне.

На шаге 107 сигнал связи в низкочастотном диапазоне передают на подводный низкочастотный модем (например, через интерфейс 51 диплексора 36). На шаге 108 сигнал связи в высокочастотном диапазоне передают на подводный высокочастотный модем (например, через интерфейс 52 диплексора). На этом выполнение способа заканчивается.

Как можно видеть из вышеизложенного, благодаря использованию одной и той же физической линии передачи данных данный способ позволяет обеспечить связь между низкочастотными надводными и подводными модемами и между высокочастотными надводными и подводными модемами. Таким образом, можно обновить систему связи на низкочастотных модемах на систему связи, где используется схема пересылки данных OFDM, без нарушения работы системы связи на низкочастотных модемах.

Следует ясно понимать, что сигналы связи в общем случае являются аналоговыми сигналами связи, и что шаги, показанные на фиг. 4, могут быть не дискретными шагами, а выполняться непрерывно и, по существу, одновременно (например, только с короткими задержками, обусловленными электрическими компонентами надводных и подводных частотных мультиплексоров, системой проводов и электронными компонентами соответствующих модемов). С другой стороны, конечно, возможно, что будет выполняться цифровая обработка принимаемых данных, например, в частотном мультиплексоре, в умножителе доступа и т.п.

Подытоживая сказанное, можно утверждать, что раскрытые здесь варианты позволят увеличить полосу пропускания, доступную для обмена данными между надводным центром управления и подводной установкой без нарушения работы существующей системы связи, имеющей меньшую полосу пропускания. Эти обе системы связи могут функционировать совместно. Поскольку обе эти системы могут осуществлять связь по одному и тому же шлангокабелю, не нарушая работу друг друга, подводную установку можно обновлять шаг за шагом, например, обновляя модули, содержащие низкочастотный модем, или добавляя новые модули. Линию связи можно обновить с помощью надводного/подводного частотного мультиплексора, который можно разработать в виде пассивных блоков, не требующих источника питания. Таким образом, обновление раскрытой здесь подводной системы связи осуществляется относительно просто и является экономически эффективным.

Claims

1. Подводная система обмена данными для обеспечения обмена данными между надводной системой (11) управления и подводной установкой (12), в которой надводная система (11) управления содержит надводный низкочастотный модем (21), адаптированный для выполнения обмена данными в первом частотном диапазоне, и в которой подводная установка (12) содержит подводный низкочастотный модем (22), адаптированный для выполнения обмена данными в указанном первом частотном диапазоне, причем указанный надводный низкочастотный модем (21) соединен с подводным низкочастотным модемом (22) линией (14) передачи данных шлангокабеля (13), который соединяет надводную систему (11) управления с подводной установкой (12),
где подводная система (10) обмена данными содержит:
надводный высокочастотный модем (31), адаптированный для компоновки в надводной системе (11) управления и выполнения обмена данными во втором частотном диапазоне, причем частоты второго частотного диапазона больше частот первого частотного диапазона,
подводный высокочастотный модем (32), адаптированный для компоновки в подводной установке (12) и выполнения обмена данными в указанном втором частотном диапазоне,
надводный частотный мультиплексор (35), адаптированный для соединения надводного низкочастотного модема (21) и надводного
высокочастотного модема (31) с указанной линией (14) передачи данных,
подводный частотный мультиплексор (36), адаптированный для соединения подводного низкочастотного модема (22) и подводного высокочастотного модема (32) с указанной линией (14) передачи данных,
где надводный и подводный частотные мультиплексоры (35, 36) сконфигурированы так, что они позволяют обеспечить одновременный обмен данными между надводным и подводным низкочастотными модемами (2, 22) в первом частотном диапазоне и между надводным и подводным высокочастотными модемами (31, 32) во втором частотном диапазоне по указанной линии (14) передачи данных.

2. Подводная система связи по п. 1, в которой первый частотный диапазон и второй частотный диапазон сконфигурированы так, что они не перекрываются.

3. Подводная система связи по п. 1 или 2, в которой первый частотный диапазон находится ниже пороговой частоты, а второй частотный диапазон находится выше этой пороговой частоты, причем указанная пороговая частота находится в диапазоне примерно от 10 кГц до примерно 150 кГц.

4. Подводная система связи по п. 1 или 2, в которой первый частотный диапазон находится в диапазоне примерно от 1 кГц до примерно 5 кГц, а второй частотный диапазон находится в диапазоне примерно от 50 кГц до примерно 10 МГц.

5. Подводная система связи по п. 1 или 2, в которой частотный мультиплексор (35, 36) представляет собой диплексор.

6. Подводная система связи по п. 5, в которой диплексор представляет собой пассивный диплексор.

7. Подводная система связи по п. 1 или 2, в которой каждый частотный мультиплексор адаптирован для мультиплексирования сигналов обмена данными, принимаемыми от соответствующего низкочастотного модема (21, 22) и соответствующего высокочастотного модема (31, 32), в линию передачи данных и демультиплексирования сигнала связи, принятого по линии передачи данных, в сигнал связи в первом частотном диапазоне для его передачи на соответствующий низкочастотный модем (21, 22) и сигнал связи во втором частотном диапазоне для его передачи на соответствующий высокочастотный модем (31, 321).

8. Подводная система связи по п. 1 или 2, в которой каждый частотный мультиплексор (35, 36) содержит первый интерфейс (51) для соответствующего низкочастотного модема, второй интерфейс (52) для соответствующего высокочастотного модема и третий интерфейс (53) для линии передачи данных, причем частотный мультиплексор (35, 36), кроме того, содержит:
фильтр нижних частот или полосовой фильтр (37), адаптированный для пропускания частот первого частотного диапазона и подсоединенный между первым интерфейсом (51) и третьим интерфейсом (53), и
фильтр высоких частот или полосовой фильтр (38), адаптированный для пропускания частот второго частотного диапазона и подсоединенный между вторым интерфейсом (52) и третьим интерфейсом (53).

9. Подводная система связи по п. 1 или 2, в которой надводный и подводный высокочастотные модемы (31, 32) адаптированы для обмена данными друг с другом с использованием схемы ортогонального мультиплексирования с частотным разделением.

10. Подводная система связи по п. 1 или 2, в которой надводный и подводный высокочастотные модемы (31, 32) адаптированы для использования полосы частот, находящейся внутри диапазона примерно от 50 кГц до примерно 10 МГц для обмена данными, причем указанная полоса частот разделена на частотно мультиплексированные каналы, где каждый канал имеет заранее определенную полосу частот.

11. Подводная система связи по п. 1 или 2, дополнительно содержащая подводный модуль (40) распределения сигналов, соединенный с линией (14) передачи данных, где подводный низкочастотный модем (22) и по меньшей мере один дополнительный подводный низкочастотный модем подсоединены к этому подводному модулю (40) распределения сигналов, причем указанные низкочастотные модемы реализуют схему многоточечной связи, обеспечивающую обмен данными между надводным низкочастотным модемом (21) и каждым из подводных низкочастотных модемов (22).

12. Подводная система связи по п. 1 или 2, дополнительно содержащая подводный модуль (40) распределения сигналов, соединенный с линией (14) передачи данных, где подводный высокочастотный модем (32) и по меньшей мере один дополнительный подводный высокочастотный модем (32) соединены с подводным модулем (40) распределения сигналов, причем подводный модуль распределения сигналов (40) содержит умножитель (41) доступа, адаптированный для обеспечения двухточечной связи между надводным высокочастотным модемом (31) и каждым из подводных высокочастотных модемов (32).

13. Подводная система связи по п. 1 или 2, в которой подводный высокочастотный модем (32) соединен с модулем управления давлением в скважине или модулем управления манифольдом или его частью, причем подводный высокочастотный модем (32) сконфигурирован для подачи данных, принимаемых по линии (14) передачи данных, на модуль управления давлением в скважине или на модуль управления манифольдом соответственно.

14. Способ выполнения обмена данными между надводной системой (11) управления и подводной установкой (12), где надводная система (11) управления содержит надводный низкочастотный модем (21), и где подводная установка (12) содержит подводный низкочастотный модем (22), причем надводный низкочастотный модем (21) соединен с подводным низкочастотным модемом (22) линией (14) передачи данных шлангокабеля (13), который соединяет надводную систему (11) управления с подводной установкой (12), при этом способ содержит:
выполнение обмена данными между надводным и подводным низкочастотными модемами (21, 22) в первом частотном диапазоне,
выполнение обмена данными между надводным высокочастотным модемом (31), скомпонованным в надводной системе управления, и подводным высокочастотным модемом (32), скомпонованным в подводной установке (12), во втором частотном диапазоне, причем частоты второго частотного диапазона больше частот первого частотного диапазона,
где надводный низкочастотный модем (21) и надводный высокочастотный модем (31) подсоединены к линии (14) передачи данных подводным частотным мультиплексором (35), и где подводный низкочастотный модем (22) и подводный высокочастотный модем (32) соединены с линией (14) передачи данных подводным частотным мультиплексором (36), причем способ дополнительно содержит:
выполнение частотного мультиплексирования и демультиплексирования каждым из надводных и подводных частотных мультиплексоров (35, 36), что позволяет осуществлять одновременный обмен данными между надводными и подводными низкочастотными модемами (21, 22) в первом частотном диапазоне и между надводными и подводными высокочастотными модемами (31, 32) во втором частотном диапазоне по линии (14) передачи данных.

15. Способ по п. 14, в котором способ выполняется подводной системой (10) связи, сконфигурированной в соответствии с любым из пп. 1-13.