基于CDMA的油井信息监控技术

白健 胡桂萍 河北建材职业技术学院

目前油井监控系统技术不断完善，可完成对传送模拟信号的抽样、量化以及编码过程，保证传输的数据信号在传输信道内的通畅传递。单边带信号调制过程中，容易出现抑制高频载波、阻止数据信号放大的状况，造成接收设备无法有效读取数据信息。CDMA监控技术的应用能够将各种不同的传输信号进行不同幅值和周期的转变，以适应传输信道的带宽需要，提高油井信息监控的有效性。

1 系统工作原理

油井信息监控系统由多个无源信息传感器组成，可实现远端信息交互功能。在具体工作中，无源传感器依次对采集的信息进行数据码片的抽样、量化及编码过程。

抽样是将传送的模拟信号经过傅里叶变换，将时间连续的波形信号转变成时间离散的信号，但内部包含的信息仍会存在原数据包内。

量化是将抽样后的离散模拟信号的幅值转化为间断的变化的幅值。经过抽样之后的数据信息，在时间上已变成离散的时间片段，而传送信号的幅值仍是连续的。

编码是对量化后的电平重组过程。假设在量化过程中共有Q个量化电平，则二进制编码便会转至PCM码型变换中。二进制编码方式在油井监控系统内具有良好的再生能力，即使在通信线路内被外界的信号截获，使传输信号发生失真，但在接收设备内经过相应数据的编码后，传送的数据信号依旧可重新恢复原有状态。

2 油井监控技术的划分

2.1 单边带信号调制技术

数据信号从信源设备发射后，需要经过带通滤波器完成传输信号波形的转换，传输信号波形分为正弦波和余弦波两种。正弦波完成滤波后波形变函数为A sin(ωt+﹠)，A为正弦波的幅值，ω为角速度，﹠为一个常数值[1]；余弦波经过带通滤波器转化后的波形函数为A cos(ωt+﹠)。当单边带信号调制的幅值为±1，波形信号幅值到达1时，抑制信号调制器可将波形的峰值降为最低-1；同时波形信号的波谷达到最低点时，相应地也会调制到最大值1的范围。

2.2 动态带宽分配技术

在CDMA通信网传输系统中，带宽分配系统类型包括静态带宽分配和动态带宽分配两种形式。

静态带宽分配是由OLT与ONU组成的固定传输模式。这种模式没有固定的数字时钟提取数据，只能依靠传输的固定带宽实现信息传递。在传送网上行传输链路中采用OLT与ONU之间恒定的带宽传输原理，传送1M信息数据所用的时间为3 s，若在固定传输信道内传送40M的数据信息至ONU，则需120 s，如表1所示。由于传输信道的带宽恒定，无论传输较大信息流还是较小的信息流，只能在ONU固定的传输信道内进行有序的传输。由于效率较低，因此这种静态的传输机制在CDMA系统中逐渐被淘汰。

表1 动态带宽接收时间

而新一代的动态宽带分配机制能够利用空闲的传输信道将数据信息传输至ONU终端服务器内，这种动态分配带宽（DBA）的传输原理利用的是传输信道的随机性和传输信道的可调性。假设将OLT的数据包传输至ONU终端服务器时，32路传输信道都处于空闲状态，传输的数据信息便会随机地分配在其中的一路信道内。当传送的数据包信息数据量较大时，OLT将传送的数据报文信息反馈至BAS终端服务器，将数据报文信息进行分段切割，这种能够有效地利用传输信道资源的方式不会造成传输延时。假设在OLT终端处理器中进行大容量的数据报文传输，传输网络会将大于200M的数据信息传输至DBA传输机制内，传输设备便会对数据块进行不等份的分段[2]，这些数据信息分配至不同传输信道内，该传输机制可有效地控制传输链路的动态分配过程。

2.3 检错重发技术

在传送网终端接收器内会检测编码的正确性，这项任务是由发送端和接收端共同完成。在传输数据信息时，接收器会在编码器内进行编码，将编完码之后的数据信息传输至交接设备，完成数据信息版块的接续。若接收设备内收到的编码信息与发送设备信息一致时，也会发送一个检错码，通知发送设备继续发送数据信息。这种技术能够保证传输信息的正确，如果在传送网络结构布局中没有检错重发机制，接收设备收到的数据信息就会存在差错[3]。

3 系统应用

CDMA通信网络系统结构中的抽样、量化、编码过程能够确保传输数据的正确性。抽样过程是对传输信号的提取过程，将适合滤波器的信号进行过滤，满足抽样频率为8 000Hz；量化工作在油井监控信息系统中可将油田传输时间片段的连续信号转化至离散信号；编码是为了保证油井传输数据的可靠性，如监控终端系统没有对传送的数据信息进行相应二进制的编码，则油井终端系统就无法读取有效的数据信息，造成数据信息的丢失。

油田监控系统使用单边带信号调制技术主要保证系统内部传输数据信号的正常波动，假设油井监控系统内传输的数据信息不能满足通信信道内的传输带宽，则会调整数据信号的波动范围；并且接收器可将传输的数据监控信息的波形进行反比例调整，以适应传输带宽的需要。

另外，检错重发技术也是油井监控系统内的重要组成部分。油井传感器在对周围信息监测过程中，交换设备会实时监测检错码，如油井监控终端设备对发现处理的数据信息与接收采集的数据信息不一致时，会发送相应的纠错码，直到油井监控终端系统与接收系统的数据一致时，才会继续传输数据信息，以保证数据传输的稳定。

[1]泰龙．MSP430单片机应用系统开发典型实例[M]．北京：中国电力出版社，2005.

[2]田锋，王权．数字油田研究与建设的现状和发展趋势[J]．油气田地面工程，2004，23（11）：32-34.

[3]赵玉国．石油企业规划建设“数字油田”的思路及建议[J]．当代石油石化，2006，14（2）：56-58.