LTE无线通信技术用于数字油田

郑心 武海南琼州学院

LTE无线通信技术用于数字油田

郑心 武海南琼州学院

现代3 G技术已经趋于饱和化，并且覆盖区域已遍布到城乡地区。目前LTE无线通信技术的设计原理是根据移动TD—SCDMA技术演变而来的。语音信号在传输过程要进行分段、加密等。随着石油行业的不断发展，油田无线通信技术逐步向3 G无线网络过渡。LTE无线通信技术在油田的主要作用就是使数据信号传输的速度更加快捷，并且系统的稳定性也有了逐步的提高。对于石油企业来说，每天发送的数据块非常多，这样的传输速率能够确保信息稳定的传输。

3G技术；LTE无线通信；数字化；油田建设；应用

1 LTE的发展演变过程

早在20世纪由联合国成立专门的通信机构组织国际电信联盟（ITU）就开始研究新的通信技术。该组织基于通信技术原理，在结构上划分了多个专门的机构，并且利用有线传输介质和无线传输介质作为通信传输的媒介[1]。

其中研发的第一代通信系统TACS和AMPS是专用于当时的公众陆上移动网（PLMN），主要用于军事基地信息的传递，传输信道带宽为3.1 kHz，话音传输的速率为30 kbit/s。

随着各国经济的不断发展，以及通信扩容的不断大增，通信系统中传输代码的IP地址逐步实现透明化传输，并且传输的数字码序的方式为IPV4，使得每个通信行业都有一个固定的网络地址。其在科学技术的不断发展过程中，逐步演变到当今的3G技术。我国具有自主产权的TD—SCDMA采用的是频分复用和时分复用，在信道编码技术上也划分了不同的等级，其中包括对信息码元的纠错和检错，在调制技术上采用的是八相绝对调制。其中对于LTE技术注入了一些新的原理，对于突发性的脉冲序列的调制，采用的是正弦波超高帧序列，比特的间隔周期为2.4 μs，并采用逻辑信道到物理信道的映射。

2 LTE的应用原理

2.1 差错控制方式的设计

现代3G技术已经趋于饱和化，并且覆盖区域已遍布到城乡地区。目前LTE无线通信技术的设计原理是根据移动TD—SCDMA技术演变而来的[2]。语音信号在传输过程要进行分段、加密等，语音信号的传输流程为：话音数据→A/D码型转换→分段→编码→调制→发送。

这种技术对数字信道编码方式采用的是编码差错控制的方式，在设计原理上尽可能地减少数据传输的错误码字，有较高的纠错能力。对传输的数字信号进行码元序列分组时，按每8 bit的字符串分成一组，在每一组的后面添加监督码，使得信号在信道上传输时，可以识别一些特定的符号。语音信号在信道传输时的速率一般为13 kbit/s，每15 ms便要传送一次数据串。当LTE无线通信数字信号在传输过程中发现数据无意间被丢失或更改，则会在通信系统中纠正这种错误。因为在LTE通信信道上交换设备中存有检错重发的程序，使被传送的错误数据又重新返回到发送端，进行再一次发送，直到终端设备可以识别发送端发送的编码序列。这种差错控制的方式，在纠正传输数据的错误时，无需向传输设备汇报，减少中间传输的流程，能缩短间隔周期，提高运行效率，在前向检错（FEC）数据序列中，会根据帧的报头长度而决定。一般传送的数据在被传输设备更改以后，使得帧的结构变为53个字节，其中5个字节为报头，48个字节为帧中继。

2.2 数字调制技术

LTE无线通信技术在数字调制上采用的是0.3 GMSK，其中运用了高通滤波器的传输效率与信道带宽之间的关系，主要是通过上、下载频之间的差值来压缩传输的数据信号，然后通过数字0和1将这种数字信号以正弦波的形式表达出来，使得能够更加充分地适应传输的带宽。

数字在编码调制方式上采用二进制数字调制、包括0和1码型的变换，表示传送信号的高、低电平的变化，其中0表示低电平，1表示高电平，一般传送的数据串都要进行二进制码字的转换。在转换原理上还运用了跳频的控制方式，对数字转化后的信号，进行离散型处理，主要是把数字信号调节到统一的频率上，并且还要进行时序调整。当数字信道处于空闲模式下，LTE无线通信系统便要自动纠正当时处于的时区，当BCH信号中夹杂着一些SCH无规则的离散信号时，要通过数字调制解调器进行二进制的数字调制，对于离散型的信号还要进行滤波调整，使之传输的数据能够在规定时间内到达基站。

3 LTE无线通信技术的应用

随着石油行业的不断发展，由无线通信技术逐步向3 G无线网络过渡。LTE无线通信技术在油田的主要作用就是使数据信号传输的速度更加快捷，并且系统的稳定性也有了逐步的提高[3]。传统的无线通信系统中，采用的蜂窝移动无线通信系统，这种传输模式的通信系统，稳定性很高，每一路传输的信号都能够到达指定的信道，传输信号的路数为n(n—1)/2，但是在数字信号传输过程中会暴露出一些弊端。当数字信号进行集中分散控制时，相应传输的速率会随着支路的多少进行分流，使得传输的效率大大降低，并且这种网络拓扑结构适用于比较密集的场合。

现代油田的规模建设比较分散，并且设立的站点也是参差不齐，传统无线通信技术在利用这种拓扑结构图，会增加很多的运行成本，并且设立无线基站的站点也会相应的增加。随着技术的不断进步，对网络拓扑结构图进行了大规模的集成改造，改变了传统的弊端。现代企业运用的拓扑结构为环形网，这种节点模型不仅节省了运行成本，并且在稳定性和传输的效率上都有相应的保障。在稳定性上添加了高斯白噪音滤波器，使得油田数据在信号传输过程中不会受到噪声的积累。

传统通信技术在应用过程中严重影响了传输的质量，噪音的波形在传输过程中，呈现的是杂乱无章不规则的变化波形。而通过滤波器之后便会呈现出有规律的正弦信号或余弦信号，滤波器可确保传输的质量，在传输速率上也有了显著的提高。对于石油企业来说，每天发送的数据块非常多，这样的传输速率能够确保信息稳定的传输，因此是值得被推广与应用的。

[1]李小文，郭歌，陈发堂．一种基于LTE的改进型信号检测算法[J]．电子技术应用，2010（11）：128-131.

[2]杨鹏，李波．LTE关键技术及测试要点[J]．现代电信科技，2009（11）：5-7.

[3]吴世富．基于无线通信的油气田井口数据检测系统[J]．油气田地面工程，2013，32（2）：70-71.

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.041