基于電力線載波通信的油田電信設備監控系統

衡水學院分院

基于電力線載波通信的油田電信設備監控系統

孫鳳喜

衡水學院分院

新型油田電力線載波通信系統可劃分7個層，將各個層的監控信息在傳輸時進行有效劃分，且采用單邊帶信號調制技術及全雙工傳輸方式，使得電力線載波通信系統內的接收設備與終端設備同時工作，能將電力線載波通信傳輸后的數據信號進行原始復原。硬件結構設計依靠擴頻原理通信技術，該技術在擴頻方式上基于傳輸信號單邊帶調制的方式，將傳輸的數據波形的幅值和載波頻率進行相應調整。當前油田企業運用電力線載波通信系統，可確保監控通信線路傳輸數據信息的有效性，實現重要數據的安全傳輸。

電力線；載波通信；電信設備；監控系統

傳統油田電力線載波通信系統在傳輸監控信息時存在信息失真的現象嚴重，在劃分OSI參考數據模型時，系統沒有按照傳輸碼子幀結構的形式進行劃分，造成電力線載波通信傳輸信道的堵塞狀況時常發生。而新型油田電力線載波通信系統可劃分7個層，將各個層的監控信息在傳輸時進行有效劃分，且采用單邊帶信號調制技術及全雙工傳輸方式，使得電力線載波通信系統內的接收設備與終端設備同時工作，能將電力線載波通信傳輸后的數據信號進行原始復原。通過實驗證明，這項技術能夠保證傳輸數據信息的有效性。

1 通信數據層的劃分

油田電力載波通信數據層按照OSI參考模型進行劃分，將傳輸的數據層分為了7個層面，依次為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層及應用層，如圖1所示，其中物理層、數據鏈路層發揮主要作用。

由于油田電力載波通信系統中傳輸數據流量信息較大，所以在分解數據模塊上采用數據信息時隙提取的方式。該系統在傳輸數據信息時，流量信息的碼子片段內具有一定時隙間隔，每個碼子信息的時間間隔為0.012 5 s。因此在提取時鐘信息時，根據時間間隙大小進行提取。假設系統在傳輸監控設備內傳輸的數據信息容量超過1 000M，那么將按照信息流的間隔時隙進行統一提取，即每間隔0.012 5 s將接收設備內傳輸的報頭信息轉換成字節信息。根據這種方式提取，也可提取其他信道內傳輸的監控數據信息，并進行字節信息的處理。

物理層的數據傳輸方式可分為單工、半雙工及全雙工三種傳輸類型，在這些傳輸模式中，數據能夠在傳輸鏈路上準確無誤地到達終端設備，完成數據終端設備之間配備接口的連接。傳輸數據信息線路包括有線數據傳輸和無線數據傳輸，有線傳輸在物理層中分為雙絞線線路傳輸、同軸電纜數據傳輸、架空明線數據傳輸幾種類型，其中雙絞線線路傳輸應用最廣泛。

圖1 OSI參考數據模型流程

數據鏈路層負責將傳輸的數據進行封裝、打包，并對數據信息進行抽樣、量化、編碼。封裝過程是對傳輸數據分解的過程，通過最小單位數據幀的形式向前傳輸。量化環節是模擬數據信號向數字信號轉變的過程，由于模擬數據信號為連續有限的波形，因此在量化過程中，帶通濾波器將對波形進行卷積碼的縮減，轉化為斷續無限的數據信號。編碼過程是對傳輸的數字信號進行序列編碼，通常編碼分為二進制編碼、十六進制編碼，完成0和1電平之間的跳變過程。

2 通信線路傳輸模式

油田電力載波通信線路主要是以光纖作為原材料，其中光纖主要由纖芯、包層、涂覆層組成，成分是二氧化硅。

1.31 μm的波長光纖色散的程度為零，一般用于單模光纖，傳輸距離較長。1.55μm的波長光纖折射率最小，一般用于多模光纖當中，傳輸距離較短。光纖和其他半導體材料相比，具有更高的折射率，當光源從內部傳送時，可以無損耗的從用戶輸出端傳出。另外，光纖還是一個感應器件，在光纖中注入一束光線，在傳感器顯示屏上即可顯示出光線波長、相位、色散值。當受到外界溫度、亮度、電磁波等一系列的干擾時，傳感器上光線的波長、相位、傳播速度就會發生相應的變化；若是受到外界強烈的干擾時，就會出現反射峰或斷點，此時光纖承受能力已經明顯超出感受器所接收的范圍，即發生預警信號。

3 軟、硬件的設計

原油田電力載波監控系統的信道容量固定，1路信道的傳輸帶寬為20MHz，當傳輸較大的監控數據信息時，便會造成通信線路的堵塞，增大了通信線路傳輸時延。新型油田電力載波通信的硬件設計結構依靠擴頻原理通信技術，該技術在擴頻方式上基于傳輸信號單邊帶調制的方式，將傳輸的數據波形幅值和載波頻率進行相應調整。

通信系統在軟件技術上簡化了Host的設計流程。原有電力載波通信系統兼容性能差，端口采用的是24幀，數據信息在交接過程中需要數據端口與端口之間的轉化，通用Host的數據端口在傳輸數據方面無法讀取信息。而目前的通信設備為Host通用端口，使電力載波通信監控系統能夠快速讀取數據信息。該通用端口在編碼方式上采用的是順序寫入、控制讀出的方式，將接收端傳輸的數據監控信息傳輸至話音編碼器內，然后轉化至相應的數據信道，將最終傳輸的數據信息在終端系統內進行讀取，確保監控數據信息傳輸的穩定性。在輸出過程中，需要經過耦合變壓器將傳輸數據信息進行有限次的放大，主要是因為傳輸的數據信息在整合過程中，簡化了編碼流程，縮短了傳輸信號的碼長。在經過耦合變壓器時，將傳輸數據信號進行有效的放大，恢復原始數據信號。

當前油田企業運用電力線載波通信系統，可確保通信線路傳輸數據信息的有效性，實現重要數據的安全傳輸。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.042

基金論文：2014年度四川省科研項目“基于Vol terra的自適應數字預失真數學模型研究與改進”（14ZB0436）。