水下电力载波通讯方式分析与应用.pdf

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1、第5期-105-水下电力载波通讯方式分析与应用李斌（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）[摘要]在水下生产系统中，水下电力载波通讯是目前应用最广泛、最经济的方式之一，而通讯方式的不同直接影响通讯质量，保证数据传输的实时性和准确性十分重要。文章结合南海某水下气田工程项目的通讯情况，对水下电力载波的不同调制解调方式的误码率进行分析比较。研究结果为今后通讯方式的选取提供了一种方法，为水下电力载波通讯的详细计算奠定了基础。[关键词]水下生产系统；水下控制系统；电力载波；调制解调；误码率在水下生产系统油气开发技术中，水下控制从而实现下行方向的控制功能

2、；各个SCM连接生系统在生产系统中起到实时监测和控制作用，其产压力/温度传感器、井口压力/温度传感器、环空数据传输的质量和速度关系到整个系统的执行效压力传感器等水下监测仪表，实时搜集温度、压[1-4]率和可靠性。通讯分析的目的是确定系统数据力等监测信号，SEM对来自各传感器的信号进行传输可使用的信号带宽和传输速率，以保证系统调制并耦合到电力线上，经SUTU合路，进入脐带数据高速有效地传输。目前油气田项目水下复合缆并传输到TUTA，经EPU中的调制解调器解调之[5,6]电液控制系统常用通讯方式有两种，第一种是后呈现在MCS的控制面板上，从而实现上行方

3、向光纤通讯，第二种是电力线载波通讯。电力线载的检测功能。当发生电力或信号传输中断等意外波通讯方式以其成本低且满足通讯要求被广泛使情况时，SEM会自动向MCS报警，提示维修和启[7-9]用，但载波信号易受强电干扰，长距离信号衰减用备用设施。严重，而调制解调方式的选择是通讯分析的前提，因此对调制解调方式的分析及其重要，合理选择通讯方式对通讯信号传输速率和频率的选取起到决定作用，也对通讯的实时性和准确性起到关键作用。1水下通讯系统概况水下电力载波通讯系统框图如图1所示，通过主控站（MCS）的控制面板，操作人员可以监控整个水下生产系统的工作状态。控制指令经

4、电力单元（EPU）中的调图1水下电力载波通讯系统框图制解调器调制并耦合到电力线上，通过上部脐带缆终端总成（TUTA）进入脐带缆中并传输到水下2电力载波信号传输脐带缆终端单元（SUTU），经SUTU分配至不同2.1数字信号载波传输原理的水下控制模块（SCM），并由其中的水下电子作者简介：李斌（1989—），男，天津人，硕士，助理工程师。模块（SEM）解调出来，最终到达各水下阀门，主要研究方向为海洋油气仪表自动化。石油和化工设备-106-技术交流2017年第20卷来自数据终端的原始数据信号在大多数实际式中nc(t)和ns(t)是该噪声的同相分量和正交分

5、的数字通信系统的信道中往往不能直接传输，因量。此在数据发送端和接收端需要调制解调。数字调经计算，载波调制的PAM信号的差错概率制就是用待传输的原始数据去控制载波的参量，为：使之随数字原始信号的变化而变化的过程，待传(4)输的数字信号称为调制信号，调制后所得的信号称为已调信号。原始数据是由终端或编码器产生式中Es是符号的平均能量的脉冲序列，通过发送滤波器滤除外带噪声，再经调制器调制成相应的信号形式传输到传输媒介即信道中，信道通常为脐带缆电缆，另外信道还会进入噪声。后经解调器解调，由抽样判决器进2.3载波相位调制（PSK）行抽样判决，以恢复或再生原始数

6、据信号，将信载波相位调制是用已调信号中载波的多种不号输出到指定设备。同相位（或相位差）来代表数字信息的。数字相[15]数字调制的种类很多，由于正弦载波有振位调制通常称为相移键控（PSK），信号波形如幅、频率和相位三个参量，根据原始数据信号所下所示：控制的参量不同，数字调制分为数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制三种。根据信号进(5)制的不同分为二进制数字调制和多进制数字调对于二相PSK（BPSK），因其与二进制PAM制。根据已调信号的频谱结果特点不同，分为线相同，故差错概率也相同。4-PSK可以看成两个在性调制和非线性调制。线性调制中，已调信号

7、的正交载波上的二相PSK，故其差错概率与BPSK相频谱结构与原始数据相同，只是频率位置搬移同。对于M>4的差错概率，经计算可近似为：了，如振幅键控；非线性调制中，已调信号的频谱结构与原始数据不同，有新的频率成分出现，如频率键控[10-13]。(6)目前水下控制系统厂家主要有FMC、Aker、GE、Onesubsea等，其中FMC使用QAM调制解调2.4正交幅度调制（QAM）方式、GE和Onesubsea使用PSK调制解调方式、正交幅度调制又称正交振幅键控（QAM）是Aker使用非电力载波方式。调制解调方式的选取一种频带利用率很高的数字调制方式，多进

8、制正根据其水下控制系统设备的选型而有所不同。交调幅（MQAM）是一种既调幅又调相的数字调因此本文将分析以下三种典型的调制解