基于CDMA的油井信息監控技術

白健 胡桂萍 河北建材職業技術學院

目前油井監控系統技術不斷完善，可完成對傳送模擬信號的抽樣、量化以及編碼過程，保證傳輸的數據信號在傳輸信道內的通暢傳遞。單邊帶信號調制過程中，容易出現抑制高頻載波、阻止數據信號放大的狀況，造成接收設備無法有效讀取數據信息。CDMA監控技術的應用能夠將各種不同的傳輸信號進行不同幅值和周期的轉變，以適應傳輸信道的帶寬需要，提高油井信息監控的有效性。

1 系統工作原理

油井信息監控系統由多個無源信息傳感器組成，可實現遠端信息交互功能。在具體工作中，無源傳感器依次對采集的信息進行數據碼片的抽樣、量化及編碼過程。

抽樣是將傳送的模擬信號經過傅里葉變換，將時間連續的波形信號轉變成時間離散的信號，但內部包含的信息仍會存在原數據包內。

量化是將抽樣后的離散模擬信號的幅值轉化為間斷的變化的幅值。經過抽樣之后的數據信息，在時間上已變成離散的時間片段，而傳送信號的幅值仍是連續的。

編碼是對量化后的電平重組過程。假設在量化過程中共有Q個量化電平，則二進制編碼便會轉至PCM碼型變換中。二進制編碼方式在油井監控系統內具有良好的再生能力，即使在通信線路內被外界的信號截獲，使傳輸信號發生失真，但在接收設備內經過相應數據的編碼后，傳送的數據信號依舊可重新恢復原有狀態。

2 油井監控技術的劃分

2.1 單邊帶信號調制技術

數據信號從信源設備發射后，需要經過帶通濾波器完成傳輸信號波形的轉換，傳輸信號波形分為正弦波和余弦波兩種。正弦波完成濾波后波形變函數為A sin(ωt+﹠)，A為正弦波的幅值，ω為角速度，﹠為一個常數值[1]；余弦波經過帶通濾波器轉化后的波形函數為A cos(ωt+﹠)。當單邊帶信號調制的幅值為±1，波形信號幅值到達1時，抑制信號調制器可將波形的峰值降為最低-1；同時波形信號的波谷達到最低點時，相應地也會調制到最大值1的范圍。

2.2 動態帶寬分配技術

在CDMA通信網傳輸系統中，帶寬分配系統類型包括靜態帶寬分配和動態帶寬分配兩種形式。

靜態帶寬分配是由OLT與ONU組成的固定傳輸模式。這種模式沒有固定的數字時鐘提取數據，只能依靠傳輸的固定帶寬實現信息傳遞。在傳送網上行傳輸鏈路中采用OLT與ONU之間恒定的帶寬傳輸原理，傳送1M信息數據所用的時間為3 s，若在固定傳輸信道內傳送40M的數據信息至ONU，則需120 s，如表1所示。由于傳輸信道的帶寬恒定，無論傳輸較大信息流還是較小的信息流，只能在ONU固定的傳輸信道內進行有序的傳輸。由于效率較低，因此這種靜態的傳輸機制在CDMA系統中逐漸被淘汰。

表1 動態帶寬接收時間

而新一代的動態寬帶分配機制能夠利用空閑的傳輸信道將數據信息傳輸至ONU終端服務器內，這種動態分配帶寬（DBA）的傳輸原理利用的是傳輸信道的隨機性和傳輸信道的可調性。假設將OLT的數據包傳輸至ONU終端服務器時，32路傳輸信道都處于空閑狀態，傳輸的數據信息便會隨機地分配在其中的一路信道內。當傳送的數據包信息數據量較大時，OLT將傳送的數據報文信息反饋至BAS終端服務器，將數據報文信息進行分段切割，這種能夠有效地利用傳輸信道資源的方式不會造成傳輸延時。假設在OLT終端處理器中進行大容量的數據報文傳輸，傳輸網絡會將大于200M的數據信息傳輸至DBA傳輸機制內，傳輸設備便會對數據塊進行不等份的分段[2]，這些數據信息分配至不同傳輸信道內，該傳輸機制可有效地控制傳輸鏈路的動態分配過程。

2.3 檢錯重發技術

在傳送網終端接收器內會檢測編碼的正確性，這項任務是由發送端和接收端共同完成。在傳輸數據信息時，接收器會在編碼器內進行編碼，將編完碼之后的數據信息傳輸至交接設備，完成數據信息版塊的接續。若接收設備內收到的編碼信息與發送設備信息一致時，也會發送一個檢錯碼，通知發送設備繼續發送數據信息。這種技術能夠保證傳輸信息的正確，如果在傳送網絡結構布局中沒有檢錯重發機制，接收設備收到的數據信息就會存在差錯[3]。

3 系統應用

CDMA通信網絡系統結構中的抽樣、量化、編碼過程能夠確保傳輸數據的正確性。抽樣過程是對傳輸信號的提取過程，將適合濾波器的信號進行過濾，滿足抽樣頻率為8 000Hz；量化工作在油井監控信息系統中可將油田傳輸時間片段的連續信號轉化至離散信號；編碼是為了保證油井傳輸數據的可靠性，如監控終端系統沒有對傳送的數據信息進行相應二進制的編碼，則油井終端系統就無法讀取有效的數據信息，造成數據信息的丟失。

油田監控系統使用單邊帶信號調制技術主要保證系統內部傳輸數據信號的正常波動，假設油井監控系統內傳輸的數據信息不能滿足通信信道內的傳輸帶寬，則會調整數據信號的波動范圍；并且接收器可將傳輸的數據監控信息的波形進行反比例調整，以適應傳輸帶寬的需要。

另外，檢錯重發技術也是油井監控系統內的重要組成部分。油井傳感器在對周圍信息監測過程中，交換設備會實時監測檢錯碼，如油井監控終端設備對發現處理的數據信息與接收采集的數據信息不一致時，會發送相應的糾錯碼，直到油井監控終端系統與接收系統的數據一致時，才會繼續傳輸數據信息，以保證數據傳輸的穩定。

[1]泰龍．MSP430單片機應用系統開發典型實例[M]．北京：中國電力出版社，2005.

[2]田鋒，王權．數字油田研究與建設的現狀和發展趨勢[J]．油氣田地面工程，2004，23（11）：32-34.

[3]趙玉國．石油企業規劃建設“數字油田”的思路及建議[J]．當代石油石化，2006，14（2）：56-58.