单芯电缆传输特性及其中高速率传输技术研究

论文摘要

单芯测井电缆因容易下井且成本低廉而被广泛应用于油田测井领域。目前,基于这种电缆的测井遥测系统采用曼彻斯特码进行信息传输,数传速率只有22.8kbit/s。而组合测井和成像测井的出现致使测井数据量非常大,特殊的井下环境又要求测井电缆遥测系统能够实时、准确地将这些数据传输到地面,所以开发高速率单芯电缆遥测系统便成为电缆测井中亟待解决的问题。本文首先阐述了单芯测井电缆特性参数的获取手段及其频率特性的研究方法,并用理论计算法获得了7km单芯测井电缆的频率特性,为基于其的测井遥测系统设计提供了依据;然后以有效性、可靠性和易实现性为评价指标详细分析和对比了几种高效传输方式,鉴于正交频分复用(OFDM)调制方式具有高频带利用率和强抗干扰能力等独特优势,确定了采用OFDM技术并结合纠错编码的基本传输方案;接着以7km单芯测井电缆的带宽(50kHz)和要求的传输速率(≥100kbit/s)为出发点,提出了一种基于OFDM的传输速率可达102.4kbit/s的调制解调系统方案,并对方案的实现过程进行了仿真,仿真结果表明方案正确易行;本文最后完成了此方案的硬件及软件系统设计。文中提出的单芯电缆传输特性分析过程与分析方法对研究有线信道传输特性具有普遍性意义。OFDM调制方式具有的独特优势,使其在电缆测井领域具有良好的应用前景,必将成为未来高速电缆测井遥测系统的首选传输方案而被广泛应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及存在问题
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 单芯测井电缆传输特性分析
• 2.1 单芯测井电缆电路模型及方程
• 2.2 单芯测井电缆特性参数获取方法
• 2.2.1 理论计算法
• 2.2.2 测试法
• 2.3 单芯测井电缆频率特性分析方法
• 2.3.1 测试法
• 2.3.2 建模仿真法
• 2.3.3 理论计算法
• 2.4 7km单芯测井电缆频率特性
• 2.5 本章小结
• 第3章 中高速率单芯电缆传输技术分析
• 3.1 单芯电缆遥测系统性能指标
• 3.2 中高速率传输方式分析与选择
• 3.2.1 基带传输方式分析
• 3.2.2 频带传输方式分析
• 3.2.3 传输方式确定
• 3.3 OFDM基本理论
• 3.3.1 OFDM原理
• 3.3.2 OFDM的DFT实现
• 3.3.3 循环前缀在OFDM中的作用
• 3.3.4 OFDM系统模型
• 3.3.5 OFDM系统参数设计方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于OFDM的单芯电缆调制解调系统
• 4.1 基于OFDM的单芯电缆调制解调系统方案
• 4.1.1 测井电缆调制解调系统组成
• 4.1.2 OFDM系统参数
• 4.1.3 调制解调系统方案
• 4.2 基于OFDM的单芯电缆调制解调硬件系统
• 4.2.1 硬件系统组成
• 4.2.2 数字信号处理单元
• 4.2.3 A/D和D/A转换电路
• 4.2.4 TMS320VC5402 自举引导方式
• 4.2.5 存储器扩展
• 4.2.6 时钟及供电系统电路
• 4.3 基于OFDM的单芯电缆调制解调软件系统
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于OFDM的调制解调系统仿真及软件实现
• 5.1 基于OFDM的调制解调系统仿真
• 5.2 卷积码编译码算法及软件实现
• 5.2.1 卷积码编码算法
• 5.2.2 卷积码译码算法
• 5.2.3 卷积码编译码算法的软件实现
• 5.3 16QAM映射与反映射原理及软件实现
• 5.4 64 点FFT及64 点IFFT算法及软件实现
• 5.4.1 64 点FFT算法
• 5.4.2 64 点IFFT算法
• 5.4.3 64 点FFT及64 点IFFT算法的软件实现
• 5.5 基于循环前缀的符号同步算法及软件实现
• 5.5.1 基于循环前缀的符号同步算法
• 5.5.2 符号同步算法的软件实现
• 5.6 基于OFDM的调制解调软件系统调试
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢