[发明专利]一种基于OFDM的随钻电磁波传输系统

说明书

本发明公开了一种基于OFDM的随钻电磁波传输系统，信号传输速率高，解决了在信道传输过程中误码率高的问题。本发明采用OFDM调制以及解调，可以根据信道的实际情况灵活地分配信息比特，能更加有效利用有限的带宽资源，提高整个系统的服务质量，能够抵抗多径及窄带干扰，误码率性能得到提高。

技术领域

本发明属于电磁波传输领域，具体涉及一种基于OFDM的随钻电磁波传输系统。

背景技术

随着我国对地下资源需求的增长，我国对海底以及其他地层中的有用物质的勘探越来越多。随钻测量无线电磁波传输技术主要使用的是较低频率的电磁波,来传输测井仪器在井下钻探过程中所测量的实时数据。但是，随着勘探程度的加大，我国油气藏类型变得越来越复杂，石油的开采难度变得越来越大。如何准确且有效的了解井下油气层的状况，以便最大化开采石油，这成为当今社会中亟待解决的问题。目前市面上的随钻电磁波传输系统采用较多的调制解调方法有BPSK、MSK，BPSK相干解调时，由于地层为强有耗色散煤质，存在信噪比低，带宽窄，色散造成码间干扰，载波恢复中相位会出现模糊性，导致解调过程中会出现“反相工作”现象，使得恢复出的数字信号“1”和“0”倒置，这种调制方式在实际工程应用中会出现误码率高，且传输速率低，通常只能达到几个bit/s,无法满足高速随钻测井需求。而MSK信号的传输容易受地层环境影响，它的系统性能不高于BPSK信号的性能。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于OFDM的随钻电磁波传输系统解决了现有技术中使用较低频率的载波信号进行传输时，信号传输速率不高的问题，以及在信道传输过程中降低信号的误码率问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于OFDM的随钻电磁波传输系统，包括通信连接的地面解调部分和井下调制部分；

所述地面解调部分包括第一滤波模块、ADC转换模块、第一FPGA模块、第一DSP模块；所述第一滤波模块的输入端与地面接收天线连接，其输出端通过ADC转换模块连接至第一FPGA模块；所述第一FPGA模块与第一DSP模块连接，所述第一DSP模块还与地面PC机连接；

所述井下调制部分包括第二DSP模块、第二FPGA模块、第一DAC转换模块以及运放模块；所述第二DSP模块与第二FPGA模块连接，所述第二FPGA模块通过第一DAC转换模块与运放模块连接，所述运放模块通过第一信号放大电路与井下发射天线连接。

进一步地，所述随钻电磁波传输系统的使用方法为：

S1、井下第二DSP模块进行OFDM调制得到OFDM信号；

S2、将OFDM信号送入第二FPGA模块后按照SPI的接口时序进行串行数据传输处理后，经过SPI接口将其送入第一DAC转换模块转换为模拟信号，并将模拟信号传输至运放模块，得到放大滤波后的信号；

S3、通过第一信号放大电路以及井下发射天线将放大滤波后的信号发射；

S4、通过地面接收天线接收井下发射天线发射的信号，经过第一滤波模块进行滤波后，将滤波信号传输至ADC转换模块进行信号转换，得到第三转换信号；

S5、将第三转换信号通过McBSP0接口送入第一DSP模块进行OFDM解调，完成随钻电磁波的上行传输。

进一步地，所述步骤S1中在第二DSP模块中进行OFDM信号调制，得到OFDM信号的具体方法为：

S1.1、对编码后的信号进行扰码操作，然后根据比特分配表对扰码后信号中每个子载波进行M-QAM映射，得到帧信号；

S1.2、在帧信号中插入导频，并计算帧信号功率，获取帧信号频域数据；

S1.3、对频域数据进行快速傅立叶反变换，并插入保护间隔，得到OFDM信号。