长距离单芯电缆多载波通信技术研究

摘要

油田测井作业中,由于单芯铠装电缆缆芯细、价格低、维护方便且具有较好的强度,因此被广泛地应用于井下仪器与地面设备间,作为供电与数据传输的媒介。由于单芯电缆自身结构以及长度的原因,使其传输带宽较窄。同时,目前井下单芯电缆的数据传输中,工况复杂且多采用单载波调制技术,因此传输速率慢且误码率高。随着信息处理与传感器技术的快速发展,测井过程中所需传输的数据量越来越大,这就对单芯电缆传输提出了更高的要求,因此研究大容量、高效率、高准确度的电缆通信技术成为亟待解决的问题。
　　本文在对实际五千米单芯电缆进行PSpice建模的基础上,分析单芯电缆信道传输特性和噪声特性,选择可用带宽为100kHz,对发送数据进行卷积编码与Viterbi译码的差错控制编码方式,增加传输数据的纠错能力。鉴于传输电缆高频段的信号衰减严重,本文比较了三种不同的数字调制方式,采用OFDM多载波调制方案将数据分配到多个子频带上,提高频带利用率,同时提高传输速率。
　　由于电缆信道带宽较窄,容易发生符号串扰,严重时子载波的正交性可能被破坏,本文研究了信道估计和符号定时估计。采用基于循环前缀的最大似然估计算法完成OFDM系统中的同步环节,具有一定的准确度同时避免插入导频占用可用带宽。最后,基于训练序列估计开展信道估计算法研究,通过运算得到各子信道的功率,并根据该估计结果进行自适应比特分配,自适应分配采用注水算法,信道增益较高的信道上子载波携带更多的信息比特,比特分配结果应用在下一次数据传输中,自适应位加载有效提高了数据传输速率。
　　基于Matlab进行了OFDM系统仿真,完成数据调制与解调、差错控制编码、信道估计以及同步模块程序编码,能够正确实现各模块功能。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3课题的主要研究内容与结构安排

第2章 单芯电缆传输特性与差错编码技术分析

2.1引言

2.2单芯电缆的信道建模

2.3单芯电缆信道特性分析

2.4差错控制编码技术分析

2.5本章小结

第3章 OFDM通信系统设计

3.1引言

3.2 OFDM基本原理

3.3子载波调制

3.4串并变换

3.5 FFT/IFFT的物理意义

3.6子载波的正交性

3.7循环前缀

3.8本章小结

第4章 OFDM系统信道估计与同步模块设计

4.1引言

4.2符号定时同步算法

4.3基于导频和循环前缀的同步算法

4.4信道估计与自适应分配

4.5本章小结

第5章 系统仿真与模拟前端设计

5.1引言

5.2 OFDM系统参数设置

5.3系统仿真结果

5.4模拟前端电路

5.5无源滤波器设计与参数选择

5.6本章小结

结 论

参考文献

声明

致谢