[發明專利]一種基于OFDM的隨鉆電磁波傳輸系統

有效

• 申請號: 202110585416.4
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113364719B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 孫向陽;吳勤;郭成誠;劉西恩;胡俊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L7/00
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種基于OFDM的隨鉆電磁波傳輸系統，信號傳輸速率高，解決了在信道傳輸過程中誤碼率高的問題。本發明采用OFDM調制以及解調，可以根據信道的實際情況靈活地分配信息比特，能更加有效利用有限的帶寬資源，提高整個系統的服務質量，能夠抵抗多徑及窄帶干擾，誤碼率性能得到提高。

技術領域

本發明屬于電磁波傳輸領域，具體涉及一種基于OFDM的隨鉆電磁波傳輸系統。

背景技術

隨著我國對地下資源需求的增長，我國對海底以及其他地層中的有用物質的勘探越來越多。隨鉆測量無線電磁波傳輸技術主要使用的是較低頻率的電磁波,來傳輸測井儀器在井下鉆探過程中所測量的實時數據。但是，隨著勘探程度的加大，我國油氣藏類型變得越來越復雜，石油的開采難度變得越來越大。如何準確且有效的了解井下油氣層的狀況，以便最大化開采石油，這成為當今社會中亟待解決的問題。目前市面上的隨鉆電磁波傳輸系統采用較多的調制解調方法有BPSK、MSK，BPSK相干解調時，由于地層為強有耗色散煤質，存在信噪比低，帶寬窄，色散造成碼間干擾，載波恢復中相位會出現模糊性，導致解調過程中會出現“反相工作”現象，使得恢復出的數字信號“1”和“0”倒置，這種調制方式在實際工程應用中會出現誤碼率高，且傳輸速率低，通常只能達到幾個bit/s,無法滿足高速隨鉆測井需求。而MSK信號的傳輸容易受地層環境影響，它的系統性能不高于BPSK信號的性能。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種基于OFDM的隨鉆電磁波傳輸系統解決了現有技術中使用較低頻率的載波信號進行傳輸時，信號傳輸速率不高的問題，以及在信道傳輸過程中降低信號的誤碼率問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種基于OFDM的隨鉆電磁波傳輸系統，包括通信連接的地面解調部分和井下調制部分；

所述地面解調部分包括第一濾波模塊、ADC轉換模塊、第一FPGA模塊、第一DSP模塊；所述第一濾波模塊的輸入端與地面接收天線連接，其輸出端通過ADC轉換模塊連接至第一FPGA模塊；所述第一FPGA模塊與第一DSP模塊連接，所述第一DSP模塊還與地面PC機連接；

所述井下調制部分包括第二DSP模塊、第二FPGA模塊、第一DAC轉換模塊以及運放模塊；所述第二DSP模塊與第二FPGA模塊連接，所述第二FPGA模塊通過第一DAC轉換模塊與運放模塊連接，所述運放模塊通過第一信號放大電路與井下發射天線連接。

進一步地，所述隨鉆電磁波傳輸系統的使用方法為：

S1、井下第二DSP模塊進行OFDM調制得到OFDM信號；

S2、將OFDM信號送入第二FPGA模塊后按照SPI的接口時序進行串行數據傳輸處理后，經過SPI接口將其送入第一DAC轉換模塊轉換為模擬信號，并將模擬信號傳輸至運放模塊，得到放大濾波后的信號；

S3、通過第一信號放大電路以及井下發射天線將放大濾波后的信號發射；

S4、通過地面接收天線接收井下發射天線發射的信號，經過第一濾波模塊進行濾波后，將濾波信號傳輸至ADC轉換模塊進行信號轉換，得到第三轉換信號；

S5、將第三轉換信號通過McBSP0接口送入第一DSP模塊進行OFDM解調，完成隨鉆電磁波的上行傳輸。

進一步地，所述步驟S1中在第二DSP模塊中進行OFDM信號調制，得到OFDM信號的具體方法為：

S1.1、對編碼后的信號進行擾碼操作，然后根據比特分配表對擾碼后信號中每個子載波進行M-QAM映射，得到幀信號；

S1.2、在幀信號中插入導頻，并計算幀信號功率，獲取幀信號頻域數據；

S1.3、對頻域數據進行快速傅立葉反變換，并插入保護間隔，得到OFDM信號。