單芯電纜測井數傳系統的研究與實現

劉 洋 孫云濤

（沈陽理工大學信息科學與工程學院 遼寧 沈陽 110159）

0 引言

隨著測井技術的發展，井下儀器采集的信息更加豐富，需要上傳的數據量越來越大，這就需要提高單芯電纜的傳輸速率以滿足實際測井需要[3]。當今生產測井系統做得最好的Sondex公司其上傳速率在防硫化氫型單芯電纜為100kbps。在國內，上傳速率在防硫化氫型單芯電纜中不超過50kbps，總體性能低，限制了新儀器的發展。

當前生產測井中主要依靠單芯電纜實現地面系統和井下儀器的數據傳輸，隨著信號頻率的增加，信道的衰減急劇增加，單芯電纜的頻帶有限，必須要采用一種先進的調制解調技術以提高頻帶利用率，提高傳輸性能，同時又要有較強的抗干擾能力。為徹底解決生產測井中傳輸的瓶頸問題，本文將正交頻分復用技術與單芯電纜的特性相結合，設計一種基于此項技術的高速單芯電纜測井數傳系統。

1 高速數據傳輸系統

單芯電纜的信道可以看成是1kHz至69kHz的帶通信道，為適應單芯電纜可用頻帶資源少的特點，設計的系統頻譜分配如圖1所示，子信道間隔2.15625kHz，子信道數目為32，有效符號長度463.8us，循環前綴長度為231.9us。其中上行信道（井下到地面）使用24個子信道，即T8至T31，T10作為導頻信道，不傳信息。下行信道（地面到井下）使用3個子信道，即T1至T3。

圖1 單芯電纜頻譜分配

圖2 地面系統

地面系統如圖2所示，主要由DSP處理器、FPGA和模擬電路組成。其中DSP處理器完成系統建立時的訓練過程和正常模式時的數據轉發。FPGA完成對信息的OFDM調制和解調，需要發送的信息經過擾碼、RS編碼、星座映射、QAM調制和、IFFT處理和插入循環前綴之后，按照固定的采樣頻率寫入D/A轉換器，經過帶通濾波之后，利用變壓器耦合到單芯電纜。接收的信號經過回波抵消之后通過帶通濾波濾除帶外噪聲，之后通過A/D轉換器輸入到FPGA中。FPGA中完成對信號的時域均衡、去CP、FFT、QAM解調、星座解碼、RS解碼、解擾之后寫入接收緩存，等待DSP的讀取。其中回波抵消模塊主要是消除發送信號對接收信號的影響，降低接收信號的動態范圍，防止接收電路飽和失真。

2 系統測試

使用7000米Camesa防硫化氫單芯電纜，在實驗室環境下分別對系統進行連接時間測試、連接成功率測試、連接速率測試和誤碼率測試。并且在高溫175°C下我們進行了工作穩定性測試、啟動測試和誤碼率測試，所有的測試結果都達到了設計指標，具體數據如表1所示。

表1 傳輸速率及誤碼率

3 結論

本文將OFDM技術應用于單芯電纜測井，開發出一套具有完全自主知識產權的全雙工測井通信系統。在7000米的防硫化氫Camesa單芯電纜實現115kbps以上的傳輸速率，該系統抗干擾能力強、保證數據傳輸的可靠性，具備全雙工通訊能力。硬件設備全部選用耐高溫器件，系統經過高溫試驗，可長時間工作在175℃環境。目前，該生產測井數傳系統已經過實驗室測試，各項指標滿足要求，下一步將進行井場的實測工作。

本系統將先進的OFDM技術應用于單芯數傳系統，突破了我國生產測井儀器的開發瓶頸，為生產測井單芯電纜儀器的開發提供強有力的保障。有助于國產生產測井設備的升級換代，具有巨大的市場需求和油田現場應用前景。

［1］ANSI T1.413-1998 Network and Customer Installation Interface-Asymmetric Digital Subscriber Line(ADSL)Metallic Interface.

［2］G.992.1 Editor Final Version,Asymmetric Digital Subscriber Line(ADSL)Transceivers，1998.

［3］劉國權，田洪亮.一種單芯電纜高速數據傳輸方案[J].西安石油大學學報，vol.23 No.5.Sep.2008.

［4］孫新，熊曉東.高速電纜遙測：技術途徑和待解決的問題[J].測井技術，1995，19(6）:398-405.

［5］秦偉，王煒，陳鵬.基于OFDM的高速遙傳電纜調制解調器設計[J].測井技術，2006,30(5):467-469.