基于电力线载波技术的油井通信

曾德贵 泸州职业技术学院

基于电力线载波技术的油井通信

曾德贵 泸州职业技术学院

电力线整体是一种网状拓扑的结构，使每个通信终端都有到达目的地的回路。电力线缆主要适用于大规模集成电路组成的油井通信系统中，电容耦合和电感耦合主要是对电路起保护作用。油井作为一种大功率用电设备，其电路元件很容易被击穿，而电力线载波通信技术可有效防止击穿现象。油井电力线载波通信效果与传输信号功率和传输信道中堆积的噪音有关，其中高斯白噪音容易使信号失真，传输信号的质量变差，严重影响终端设备的接收，因此在后期研究中要将其作为重要难题来攻关。

电力线载波；油井通信系统；传输质量

1 电力线结构

油田电力线是在分组交换技术、数据移动通信技术、通信设备与维护技术日益成熟前提下发展起来的，利用电力线传输数据和话音信号的全新通信模式。随着油田网络通信线缆技术的更新，传输通信线路质量的提高，终端智能设备可对复杂程序进行简单处理，使通信设备与线缆之间遵循部分通信协议，其中包括TCP/IP、X.25、MPCP等，这些协议可保证数据服务的可靠性与数据通信的质量。通信设备在物理层面的应用介质可分为电力线、双绞线、单模光纤、同轴电力线缆、多模光纤、双绞线。电力线整体是一种网状拓扑的结构，使每个通信终端都有到达目的地的回路，其中电力线为传输线路中不可缺少的介质。

2 电力线载波的设计原理

2.1 850μm电力线缆

850μm电力线缆载波利用的是二进制绝对移相键控原理，简称为2DPSK。2DPSK并不是利用传统相位载波位移的绝对有限数字信息实现信息传递的，而是采用前后码元相对变换得到数字信息。相对电力线码元相对载波技术，利用前后码元在信息传递过程中本码元的初相值与后一个码元的初相值的差值实现数据传输。常用的载波调相是将要传送数字信号在电力线载波信道上进行差分编码，然后在串/并电路上进行2PSK调制。在对数字信号调制时有两种调制方法，根据自身不同的设定标准来选定调制方法，具体调制方法如图1所示。

图1 数字信号调制流程

2.2 1 310μm电力线缆

1 310μm电力线缆依靠四进制绝对移相键控原理，其简称为4PSK，对多相制信号的产生有两种调制方法：直接调相法和相位选择法。该技术可对四进制调相载波表示出4种不同的相位来表征所传输的数字信号，由于每种载波相位表示传输信息中的两个比特流，因此每4个码元比特流又称为双向传输比特流。

相位选择法选定的标准范围是在一个码元有效周期T内，4PSK作为4种不同相位传输信号中的一种，因此可以用4PSK键控方法来表示，信号调制流程见图2。

图2 4PSK信号调制流程

对所输入的数字信息经过二进制转换为双比特码元，根据双比特码元所标记的载波类型来选定不同载波的相位，且根据双比特码元不同的变换形式，输出相位的位移方向也有所变动。例如，在双比特码元二进制所带码字ab为11时，输出相位载波的图形在坐标轴呈现0°；在双比特码元二进制所带码字ab为10时，输出相位载波的图形在坐标轴呈现90°；在双比特码元二进制所带码字ab为01时，输出相位载波的图形在坐标轴呈现180°；在双比特码元二进制所带码字ab为00时，输出相位载波的图形在坐标轴呈现270°。

3 电力线载波通信的应用

3.1 油井通信系统的稳定性

电力线缆主要适用于大规模集成电路组成的油井通信系统，电容耦合和电感耦合主要是对电路起保护作用。油井作为一种大功率用电设备，其电路元件很容易被击穿，而电力线载波通信技术可有效防止击穿现象。

电力线载波通信技术中广泛应用了电感线圈，即油井配电系统设置不同的两端线圈匝数，可对通过的电流大小进行调整，确保电路的安全性，对电力线也有一定的保护作用。在油井配电终端输出的电流首先要进行滤波，而滤波要根据波形的频率、相位以及周期进行筛选。由于电容器件具有阻抗性，因此要在通信终端上设定好参数标准，依据所要查找的范围进行滤波。要注意的是，滤过的波形要进行绝对移相键控，在三极管工作原理的范围内对传送的数字信号进行放大，以减小噪音对数字信号的影响。

3.2 在油井传输线路中的应用

受到技术局限性影响，在过去油井电力供给工作中，电力线只负责提供油井传输系统中电流部分的供给工作，并且使用铜包线缆。这种材料的传输电流能力好，传输到油井用电设备的有效电流能达到94%以上，其在线路上的损耗也只有5%左右。随着技术不断更新，电力线不断扩宽服务范围，逐步应用到传输线路中，增大信道传输的容量。信道容量指的是在有限的传输界定内，能够传达有效的信息量，表达式为：C=max·R。其中R为信源传输有效速率，max为所有输入信息源分布概率的最大值。

根据传输信道类型的不同，可分为两种不同的传输信道，即连续信道和离散信道。根据有限介质（电力线）所选范围的标准，将其通常用在油井连续传输信道中。油井电力线载波通信效果与传输信号功率和传输信道中堆积的噪音有关，其中高斯白噪音容易使信号失真，传输信号的质量变差，严重影响终端设备的接收，因此在后期研究中要将其作为重要难题来攻关。

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.047