LTE無線通信技術用于數字油田

鄭心 武海南瓊州學院

LTE無線通信技術用于數字油田

鄭心 武海南瓊州學院

現代3 G技術已經趨于飽和化，并且覆蓋區域已遍布到城鄉地區。目前LTE無線通信技術的設計原理是根據移動TD—SCDMA技術演變而來的。語音信號在傳輸過程要進行分段、加密等。隨著石油行業的不斷發展，油田無線通信技術逐步向3 G無線網絡過渡。LTE無線通信技術在油田的主要作用就是使數據信號傳輸的速度更加快捷，并且系統的穩定性也有了逐步的提高。對于石油企業來說，每天發送的數據塊非常多，這樣的傳輸速率能夠確保信息穩定的傳輸。

3G技術；LTE無線通信；數字化；油田建設；應用

1 LTE的發展演變過程

早在20世紀由聯合國成立專門的通信機構組織國際電信聯盟（ITU）就開始研究新的通信技術。該組織基于通信技術原理，在結構上劃分了多個專門的機構，并且利用有線傳輸介質和無線傳輸介質作為通信傳輸的媒介[1]。

其中研發的第一代通信系統TACS和AMPS是專用于當時的公眾陸上移動網（PLMN），主要用于軍事基地信息的傳遞，傳輸信道帶寬為3.1 kHz，話音傳輸的速率為30 kbit/s。

隨著各國經濟的不斷發展，以及通信擴容的不斷大增，通信系統中傳輸代碼的IP地址逐步實現透明化傳輸，并且傳輸的數字碼序的方式為IPV4，使得每個通信行業都有一個固定的網絡地址。其在科學技術的不斷發展過程中，逐步演變到當今的3G技術。我國具有自主產權的TD—SCDMA采用的是頻分復用和時分復用，在信道編碼技術上也劃分了不同的等級，其中包括對信息碼元的糾錯和檢錯，在調制技術上采用的是八相絕對調制。其中對于LTE技術注入了一些新的原理，對于突發性的脈沖序列的調制，采用的是正弦波超高幀序列，比特的間隔周期為2.4 μs，并采用邏輯信道到物理信道的映射。

2 LTE的應用原理

2.1 差錯控制方式的設計

現代3G技術已經趨于飽和化，并且覆蓋區域已遍布到城鄉地區。目前LTE無線通信技術的設計原理是根據移動TD—SCDMA技術演變而來的[2]。語音信號在傳輸過程要進行分段、加密等，語音信號的傳輸流程為：話音數據→A/D碼型轉換→分段→編碼→調制→發送。

這種技術對數字信道編碼方式采用的是編碼差錯控制的方式，在設計原理上盡可能地減少數據傳輸的錯誤碼字，有較高的糾錯能力。對傳輸的數字信號進行碼元序列分組時，按每8 bit的字符串分成一組，在每一組的后面添加監督碼，使得信號在信道上傳輸時，可以識別一些特定的符號。語音信號在信道傳輸時的速率一般為13 kbit/s，每15 ms便要傳送一次數據串。當LTE無線通信數字信號在傳輸過程中發現數據無意間被丟失或更改，則會在通信系統中糾正這種錯誤。因為在LTE通信信道上交換設備中存有檢錯重發的程序，使被傳送的錯誤數據又重新返回到發送端，進行再一次發送，直到終端設備可以識別發送端發送的編碼序列。這種差錯控制的方式，在糾正傳輸數據的錯誤時，無需向傳輸設備匯報，減少中間傳輸的流程，能縮短間隔周期，提高運行效率，在前向檢錯（FEC）數據序列中，會根據幀的報頭長度而決定。一般傳送的數據在被傳輸設備更改以后，使得幀的結構變為53個字節，其中5個字節為報頭，48個字節為幀中繼。

2.2 數字調制技術

LTE無線通信技術在數字調制上采用的是0.3 GMSK，其中運用了高通濾波器的傳輸效率與信道帶寬之間的關系，主要是通過上、下載頻之間的差值來壓縮傳輸的數據信號，然后通過數字0和1將這種數字信號以正弦波的形式表達出來，使得能夠更加充分地適應傳輸的帶寬。

數字在編碼調制方式上采用二進制數字調制、包括0和1碼型的變換，表示傳送信號的高、低電平的變化，其中0表示低電平，1表示高電平，一般傳送的數據串都要進行二進制碼字的轉換。在轉換原理上還運用了跳頻的控制方式，對數字轉化后的信號，進行離散型處理，主要是把數字信號調節到統一的頻率上，并且還要進行時序調整。當數字信道處于空閑模式下，LTE無線通信系統便要自動糾正當時處于的時區，當BCH信號中夾雜著一些SCH無規則的離散信號時，要通過數字調制解調器進行二進制的數字調制，對于離散型的信號還要進行濾波調整，使之傳輸的數據能夠在規定時間內到達基站。

3 LTE無線通信技術的應用

隨著石油行業的不斷發展，由無線通信技術逐步向3 G無線網絡過渡。LTE無線通信技術在油田的主要作用就是使數據信號傳輸的速度更加快捷，并且系統的穩定性也有了逐步的提高[3]。傳統的無線通信系統中，采用的蜂窩移動無線通信系統，這種傳輸模式的通信系統，穩定性很高，每一路傳輸的信號都能夠到達指定的信道，傳輸信號的路數為n(n—1)/2，但是在數字信號傳輸過程中會暴露出一些弊端。當數字信號進行集中分散控制時，相應傳輸的速率會隨著支路的多少進行分流，使得傳輸的效率大大降低，并且這種網絡拓撲結構適用于比較密集的場合。

現代油田的規模建設比較分散，并且設立的站點也是參差不齊，傳統無線通信技術在利用這種拓撲結構圖，會增加很多的運行成本，并且設立無線基站的站點也會相應的增加。隨著技術的不斷進步，對網絡拓撲結構圖進行了大規模的集成改造，改變了傳統的弊端。現代企業運用的拓撲結構為環形網，這種節點模型不僅節省了運行成本，并且在穩定性和傳輸的效率上都有相應的保障。在穩定性上添加了高斯白噪音濾波器，使得油田數據在信號傳輸過程中不會受到噪聲的積累。

傳統通信技術在應用過程中嚴重影響了傳輸的質量，噪音的波形在傳輸過程中，呈現的是雜亂無章不規則的變化波形。而通過濾波器之后便會呈現出有規律的正弦信號或余弦信號，濾波器可確保傳輸的質量，在傳輸速率上也有了顯著的提高。對于石油企業來說，每天發送的數據塊非常多，這樣的傳輸速率能夠確保信息穩定的傳輸，因此是值得被推廣與應用的。

[1]李小文，郭歌，陳發堂．一種基于LTE的改進型信號檢測算法[J]．電子技術應用，2010（11）：128-131.

[2]楊鵬，李波．LTE關鍵技術及測試要點[J]．現代電信科技，2009（11）：5-7.

[3]吳世富．基于無線通信的油氣田井口數據檢測系統[J]．油氣田地面工程，2013，32（2）：70-71.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.041