基于CDMA的油井信息監(jiān)控技術(shù)

白健 胡桂萍 河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院

目前油井監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)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?shù)臄?shù)據(jù)信號在傳輸信道內(nèi)的通暢傳遞。單邊帶信號調(diào)制過程中，容易出現(xiàn)抑制高頻載波、阻止數(shù)據(jù)信號放大的狀況，造成接收設(shè)備無法有效讀取數(shù)據(jù)信息。CDMA監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒏鞣N不同的傳輸信號進行不同幅值和周期的轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)傳輸信道的帶寬需要，提高油井信息監(jiān)控的有效性。

1 系統(tǒng)工作原理

油井信息監(jiān)控系統(tǒng)由多個無源信息傳感器組成，可實現(xiàn)遠(yuǎn)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(shù)據(jù)碼片的抽樣、量化及編碼過程。

抽樣是將傳送的模擬信號經(jīng)過傅里葉變換，將時間連續(xù)的波形信號轉(zhuǎn)變成時間離散的信號，但內(nèi)部包含的信息仍會存在原數(shù)據(jù)包內(nèi)。

量化是將抽樣后的離散模擬信號的幅值轉(zhuǎn)化為間斷的變化的幅值。經(jīng)過抽樣之后的數(shù)據(jù)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(xù)的。

編碼是對量化后的電平重組過程。假設(shè)在量化過程中共有Q個量化電平，則二進制編碼便會轉(zhuǎn)至PCM碼型變換中。二進制編碼方式在油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)具有良好的再生能力，即使在通信線路內(nèi)被外界的信號截獲，使傳輸信號發(fā)生失真，但在接收設(shè)備內(nèi)經(jīng)過相應(yīng)數(shù)據(jù)的編碼后，傳送的數(shù)據(jù)信號依舊可重新恢復(fù)原有狀態(tài)。

2 油井監(jiān)控技術(shù)的劃分

2.1 單邊帶信號調(diào)制技術(shù)

數(shù)據(jù)信號從信源設(shè)備發(fā)射后，需要經(jīng)過帶通濾波器完成傳輸信號波形的轉(zhuǎn)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(shù)為A sin(ωt+﹠)，A為正弦波的幅值，ω為角速度，﹠為一個常數(shù)值[1]；余弦波經(jīng)過帶通濾波器轉(zhuǎn)化后的波形函數(shù)為A cos(ωt+﹠)。當(dāng)單邊帶信號調(diào)制的幅值為±1，波形信號幅值到達1時，抑制信號調(diào)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(yīng)地也會調(diào)制到最大值1的范圍。

2.2 動態(tài)帶寬分配技術(shù)

在CDMA通信網(wǎng)傳輸系統(tǒng)中，帶寬分配系統(tǒng)類型包括靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配兩種形式。

靜態(tài)帶寬分配是由OLT與ONU組成的固定傳輸模式。這種模式?jīng)]有固定的數(shù)字時鐘提取數(shù)據(jù)，只能依靠傳輸?shù)墓潭◣拰崿F(xiàn)信息傳遞。在傳送網(wǎng)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(shù)據(jù)所用的時間為3 s，若在固定傳輸信道內(nèi)傳送40M的數(shù)據(jù)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(nèi)進行有序的傳輸。由于效率較低，因此這種靜態(tài)的傳輸機制在CDMA系統(tǒng)中逐漸被淘汰。

表1 動態(tài)帶寬接收時間

而新一代的動態(tài)寬帶分配機制能夠利用空閑的傳輸信道將數(shù)據(jù)信息傳輸至ONU終端服務(wù)器內(nèi)，這種動態(tài)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(diào)性。假設(shè)將OLT的數(shù)據(jù)包傳輸至ONU終端服務(wù)器時，32路傳輸信道都處于空閑狀態(tài)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息便會隨機地分配在其中的一路信道內(nèi)。當(dāng)傳送的數(shù)據(jù)包信息數(shù)據(jù)量較大時，OLT將傳送的數(shù)據(jù)報文信息反饋至BAS終端服務(wù)器，將數(shù)據(jù)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(shè)在OLT終端處理器中進行大容量的數(shù)據(jù)報文傳輸，傳輸網(wǎng)絡(luò)會將大于200M的數(shù)據(jù)信息傳輸至DBA傳輸機制內(nèi)，傳輸設(shè)備便會對數(shù)據(jù)塊進行不等份的分段[2]，這些數(shù)據(jù)信息分配至不同傳輸信道內(nèi)，該傳輸機制可有效地控制傳輸鏈路的動態(tài)分配過程。

2.3 檢錯重發(fā)技術(shù)

在傳送網(wǎng)終端接收器內(nèi)會檢測編碼的正確性，這項任務(wù)是由發(fā)送端和接收端共同完成。在傳輸數(shù)據(jù)信息時，接收器會在編碼器內(nèi)進行編碼，將編完碼之后的數(shù)據(jù)信息傳輸至交接設(shè)備，完成數(shù)據(jù)信息版塊的接續(xù)。若接收設(shè)備內(nèi)收到的編碼信息與發(fā)送設(shè)備信息一致時，也會發(fā)送一個檢錯碼，通知發(fā)送設(shè)備繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)信息。這種技術(shù)能夠保證傳輸信息的正確，如果在傳送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局中沒有檢錯重發(fā)機制，接收設(shè)備收到的數(shù)據(jù)信息就會存在差錯[3]。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

CDMA通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的抽樣、量化、編碼過程能夠確保傳輸數(shù)據(jù)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(jiān)控信息系統(tǒng)中可將油田傳輸時間片段的連續(xù)信號轉(zhuǎn)化至離散信號；編碼是為了保證油井傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，如監(jiān)控終端系統(tǒng)沒有對傳送的數(shù)據(jù)信息進行相應(yīng)二進制的編碼，則油井終端系統(tǒng)就無法讀取有效的數(shù)據(jù)信息，造成數(shù)據(jù)信息的丟失。

油田監(jiān)控系統(tǒng)使用單邊帶信號調(diào)制技術(shù)主要保證系統(tǒng)內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)信號的正常波動，假設(shè)油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息不能滿足通信信道內(nèi)的傳輸帶寬，則會調(diào)整數(shù)據(jù)信號的波動范圍；并且接收器可將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)監(jiān)控信息的波形進行反比例調(diào)整，以適應(yīng)傳輸帶寬的需要。

另外，檢錯重發(fā)技術(shù)也是油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的重要組成部分。油井傳感器在對周圍信息監(jiān)測過程中，交換設(shè)備會實時監(jiān)測檢錯碼，如油井監(jiān)控終端設(shè)備對發(fā)現(xiàn)處理的數(shù)據(jù)信息與接收采集的數(shù)據(jù)信息不一致時，會發(fā)送相應(yīng)的糾錯碼，直到油井監(jiān)控終端系統(tǒng)與接收系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致時，才會繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)信息，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。

[1]泰龍．MSP430單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實例[M]．北京：中國電力出版社，2005.

[2]田鋒，王權(quán)．?dāng)?shù)字油田研究與建設(shè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]．油氣田地面工程，2004，23（11）：32-34.

[3]趙玉國．石油企業(yè)規(guī)劃建設(shè)“數(shù)字油田”的思路及建議[J]．當(dāng)代石油石化，2006，14（2）：56-58.