[發(fā)明專利]水下數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280022890.5
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN103518332A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K.克里斯琴森
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: H04B3/54
• 分類號: H04B3/54;E21B33/035
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬紅梅;劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于提供上部控制系統(tǒng)與水下裝置之間的數(shù)據(jù)通信的水下數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，并且進(jìn)一步涉及一種數(shù)據(jù)通信方法。

背景技術(shù)

石油平臺常常被用在海上石油和氣體生產(chǎn)中。在海上石油平臺的操作中，可能有必要在水下面安裝電子設(shè)備，例如以用于控制水下采油樹或水下防噴器的功能。最近來，其中諸如電驅(qū)動泵和氣體壓縮機(jī)之類的處理設(shè)備被重定位到海底的水下處理設(shè)施正在建立。水下處理設(shè)施能夠配備有電網(wǎng)以及控制、監(jiān)控和通信系統(tǒng)。

在這兩個(gè)示例中，水下裝置被提供在海底。水下裝置包括能夠被上部控制系統(tǒng)監(jiān)控和/或控制的電子設(shè)備，其可能是基于船舶船只例如船或平臺的，或者可能是基于岸上的。水下裝置能夠例如包括井控模塊(WCM)或管控模塊(MCM)。

在常規(guī)系統(tǒng)中，上部控制系統(tǒng)與水下裝置的這種模塊之間的通信通常是基于諸如貝爾（Bell）?202之類的AFSK(音頻頻移鍵控)調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)的。通過在上部控制系統(tǒng)使用貝爾?202調(diào)制解調(diào)器并且在被連接到相應(yīng)模塊的水下裝置使用另一貝爾?202調(diào)制解調(diào)器，能夠達(dá)到在半雙工下約1200波特率(Boud)的數(shù)據(jù)傳送率。如果若干貝爾?202水下調(diào)制解調(diào)器被連接到上部調(diào)制解調(diào)器，則對于每個(gè)水下調(diào)制解調(diào)器能夠達(dá)到1200波特率除以水下調(diào)制解調(diào)器的數(shù)目的數(shù)據(jù)傳送率。數(shù)據(jù)傳送因此是相當(dāng)慢的并且不能夠容易地被升級。

存在對于監(jiān)控和控制水下裝置的增加需求，這需要較高帶寬以便在水下裝置與上部裝置之間傳送傳感器的數(shù)據(jù)和控制信號。更新現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施例如水下控制模塊上的調(diào)制解調(diào)器和臍帶式管纜(umbilical)中的數(shù)據(jù)線路是非常昂貴的過程。

發(fā)明內(nèi)容

因此，存在對于使得能實(shí)現(xiàn)具有較高帶寬的數(shù)據(jù)通信并且能夠被成本有效地實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)的水下通信系統(tǒng)的需要。

這個(gè)需要通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來滿足。從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的實(shí)施例。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了用于提供上部控制系統(tǒng)與水下裝置之間的數(shù)據(jù)通信的水下數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。所述上部控制系統(tǒng)包括被適配成在第一頻率范圍中執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的上部低頻調(diào)制解調(diào)器，并且所述水下裝置包括被適配成在第一頻率范圍中執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的水下低頻調(diào)制解調(diào)器。上部低頻調(diào)制解調(diào)器通過將上部控制系統(tǒng)連接到水下裝置的臍帶式管纜的數(shù)據(jù)傳輸線路而被耦合到水下頻率調(diào)制解調(diào)器。水下數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括被適配成被布置在上部控制系統(tǒng)處并且適配成在第二頻率范圍中執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的上部高頻調(diào)制解調(diào)器，以及被適配成被布置在水下裝置處并且適配成在第二頻率范圍中執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的水下高頻調(diào)制解調(diào)器。第二頻率范圍高于第一頻率范圍。水下數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)一步包括被適配成將上部低頻調(diào)制解調(diào)器和上部高頻調(diào)制解調(diào)器耦合到數(shù)據(jù)傳輸線路的上部頻率復(fù)用器以及被適配成將水下低頻調(diào)制解調(diào)器和水下高頻調(diào)制解調(diào)器耦合到數(shù)據(jù)傳輸線路的水下頻率復(fù)用器。上部和水下頻率復(fù)用器被配置以便使得通過數(shù)據(jù)傳輸線路能實(shí)現(xiàn)第一頻率范圍中的上部和水下低頻調(diào)制解調(diào)器之間以及第二頻率范圍中的上部和水下高頻調(diào)制解調(diào)器之間的同時(shí)數(shù)據(jù)通信。

第二較高頻率范圍對于數(shù)據(jù)通信的使用可以使得能實(shí)現(xiàn)具有較高數(shù)據(jù)傳送率的數(shù)據(jù)通信。因?yàn)榈诙l率范圍中的數(shù)據(jù)通信利用與第一較低頻率范圍中的通信相同的數(shù)據(jù)傳輸線路，所以水下數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以用現(xiàn)有臍帶式管纜來實(shí)現(xiàn)。因此能夠降低用于升級現(xiàn)有數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的費(fèi)用。此外，不需要替換利用這樣的低頻調(diào)制解調(diào)器的水下裝置的模塊，它們能夠繼續(xù)操作。這還減少了在現(xiàn)有水下基礎(chǔ)設(shè)施中實(shí)現(xiàn)水下數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的費(fèi)用。

所述水下數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)因此可以被用來提高常規(guī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信帶寬而不用打擾該常規(guī)系統(tǒng)，例如它可以與常規(guī)系統(tǒng)共存。它此外可以使得能實(shí)現(xiàn)水下裝置的逐步升級，例如通過隨后將使用較低頻率范圍中的通信的模塊與具有高頻調(diào)制解調(diào)器的模塊互換。

注意，通信不需要在整個(gè)相應(yīng)頻率范圍上進(jìn)行，但可以發(fā)生在位于相應(yīng)頻率范圍中的頻帶中。低頻調(diào)制解調(diào)器和高頻調(diào)制解調(diào)器分別還可以被稱為第一調(diào)制解調(diào)器和第二調(diào)制器。

在實(shí)施例中，第一頻率范圍和第二頻率范圍被配置使得它們不重疊。第一頻率范圍可以例如位于閾頻率下面而第二頻率范圍可以位于這個(gè)閾頻率之上。閾頻率可以在約10?kHz至約150?kHz的范圍中。因此可以避免通信信號在不同頻率范圍中的干擾。

第一頻率范圍可以例如為約1?kHz至約5?kHz的范圍。第二頻率范圍可以例如為約50?kHz至約10?MHz的范圍。通過利用位于第二頻率范圍中的頻率，高頻調(diào)制解調(diào)器能夠執(zhí)行具有高數(shù)據(jù)傳送率的數(shù)據(jù)通信。