[發明專利]一種基于OFDM的數字地震儀數據傳輸系統及其同步方法

無效

• 申請號: 201110143377.9
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102238124A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 羅仁澤;戈勇華;黨煜蒲;黃元溢
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于油氣勘探領域，特別涉及油氣地震勘探中數字地震儀數據傳輸系統使用OFDM技術的系統同步方法。

背景技術

隨著國民經濟的快速發展，我國對石油、礦產等能源的需求越來越旺盛。地震勘探作為一種快速高效的地球物理勘探方法，在能源勘探領域得到廣泛應用。數字地震儀作為地震勘探的關鍵設備，90%以上依靠國外進口，國內自主研發投入少，嚴重制約了我國地震勘探事業的發展。雖然經過國內研究機構的多年努力，地震儀的發展已經取得長足的進步，然而由于地震儀道容量一直受到數據傳輸技術的制約，嚴重影響了數字地震儀野外的實際勘探效率。因此，對數字地震儀數據傳輸技術的研究就顯得尤為重要。

正交頻分復用（OFDM）技術由于具有良好的抗多徑衰落能力、頻譜利用率高和適合高速率數據傳輸等優點，被廣泛的運用于無線通信的物理層（PHY）、智能電網、以及其它工業通信中等。

為了滿足數字地震儀數據高速率傳輸的需要，可以將OFDM技術運用于數字地震儀數據傳輸系統中，提高傳輸速率和頻帶利用率，但是存在對同步誤差較敏感的缺陷，同步性能的不好將直接影響OFDM系統的性能，特別是在復雜環境下突發地震數據傳輸系統更顯得重要。目前，提出的同步算法主要是在連續的OFDM符號間插入等長度的訓練序列的方式來獲取同步，如文獻：Amirhossein,?Hashemi,?Sajdi.?“A?New?Joint?Time?and?Frequency?Offset?Estimation?Method?for?OFDM?Systems,”?Wireless?Communications?and?Signal?Processing?(WCSP),?2009?IEEE?International?Conference?on,.?Nov.?2009.?pp.?1-4.?和文獻：Guanghui?Liu,?Sergey?V.?Zhidkov.?“A?Composite?PN-Correlation?Based?Synchronizer?for?TDS-OFDM?Receiver,”?IEEE?Transactions?on?broadcasting,?Vol.?56,?no.?1,?pp.?77-85.?Mar.?2010.?所述，但這種方法存在的缺陷有兩個：一個是占用了有效的頻譜資源；另一個是訓練序列獨占發射機功率。

時間同步主要用來確定OFDM數據符號的起始位置，以備進行正確的FFT操作和頻偏估計；同時，不精確的頻偏估計將直接破壞子載波間的正交性，將導致載波間干擾（ICI）。在OFDM系統（如圖1所示）中，利用插入訓練序列進行同步的基本原理如下（結構框圖如圖2所示）：

在發射端，將訓練序列插入在兩個連續OFDM符號之間；在接收端，利用本地訓練序列與接收信號進行共軛相關獲取同步信息，實現時間同步和頻偏估計。時域共軛相乘的數學表達式為：

???????????????????（1）

其中，“*”表示取共軛，表示訓練序列的長度，為整數，表示接收信號相對本地訓練序列滑動的位置，表示接收信號，表示本地訓練序列。

為了快速實現同步，在實際的工程應用中一般采用設置門限值的方法來判斷同步，而不采用遍歷搜索最大峰值的方法。為了提高同步正確率，通常要求相關函數具有單一、尖銳的峰值特性。

傳統疊加訓練序列的構造方式有兩種：

1）??訓練序列由一個具有良好自相關性的PN序列構成，且序列不具有其它特性；

2）??訓練序列由一段長度為的短序列，連續重復多次構成，并利用巴克碼控制正負極性（如圖3所示），參考文獻見：嚴春林，房家奕，唐友喜，李少謙.?一種利用巴克碼和訓練序列進行OFDM快速同步的方法.?中國，02133998[P].?20040205.?所述。相應地，在接收端利用本地訓練序列與接收信號按照式（2）進行共軛相關獲取時間同步信息：

????????????（2）

其中，表示接收信號，表示本地訓練序列，為整數，表示接收信號相對本地訓練序列滑動的位置，表示PN序列的長度，為巴克碼的長度。